脂类的化学与营养 笔记

Posted 2023-02-04 我是小白呀

【食品化学与营养】第四章 脂类的化学与营养 笔记

• 4.1 脂肪的物理性质
• • 脂肪在食品中的功能
  • 气味和色泽
  • 熔点和沸点
  • 烟点, 闪店和着火点
  • 同质多晶
  • 三酰基甘油的同质多晶
  • 熔化
  • 脂肪的塑性
  • 影响因素
  • 固体脂肪指数
• 4.2 乳状液
• • 定义
  • 乳状液类型
  • 乳状液体形成的条件
  • 破乳
  • • 絮凝
    • 聚结
    • 分层
  • 乳化剂定义
  • 乳化剂分类
  • • 甘油酯
    • 乳酰单酰甘油
    • 硬脂酰乳酸钠
    • 乙二醇或丙二醇脂肪酸单酯
    • 脱水山梨醇脂肪酸酯 (司盘 Span)
    • 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯 (吐温 Tween)
    • 卵磷脂
    • 各种植物中水溶性树胶 (亲水胶体)
  • 乳化剂的选择
• 4.3 脂肪氧化和抗氧化性
• • 脂类氧化
  • • 有害
    • 有利
  • 不饱和油脂的自动氧化
  • 脂肪酸在 25ºC 时的诱导期和相对氧化速率
  • 自动氧化的特征
  • 光敏氧化
  • 酶促氧化
  • 影响食品中脂类氧化速率的因素
  • • 脂肪酸的结构和组成
    • 氧浓度
    • 表面积
  • 抗氧化剂
  • 抗氧化剂的作用机理
• 4.4 脂肪的消化, 吸收与运转
• • 血脂的组成
  • 脂蛋白的种类
  • 脂肪的转运
  • 血液中的 LDL 和 HDL
• 4.5 不饱和脂肪酸
• • 脂肪酸的分类
  • 单不饱和脂肪酸
  • • 油酸
  • 多不饱和脂肪酸
  • • 必须脂肪酸
  • 反式脂肪酸
  • • 植物油氢化
    • 反式脂肪酸带来的健康风险

4.1 脂肪的物理性质

脂肪在食品中的功能

• 脂肪是热量最高的营养素
• 脂肪能赋予油炸食品香酥的风味
• 提供滑润的口感, 光润的外观, 塑性脂肪还具有造型功能
• 脂溶性成分的载体, 如: 脂溶性维生素

气味和色泽

• 纯净的脂肪无色无味
• 天然油脂中略带黄绿色, 含有一些脂溶性色素, 如: 类胡萝卜素, 叶绿素等
• 多数油脂无挥发性

油脂的气味大多是由非脂成分引起:

• 芝麻油: 乙酰吡嗪
• 椰子油: 任基甲酮
• 菜油: 黑芥子苷

熔点和沸点

没有敏锐的熔点和沸点.

熔点, 碳链越长, 饱和度越高, 则熔点越高:

• 游离脂肪酸 > 甘油一酯 > 甘油二酯 > 甘油三酯

室温下呈固体的甘油酯称为脂, 呈液体的称为油.

沸点: 100-200ºC 之间, 沸点随着碳链延长而增高

烟点, 闪店和着火点

烟点:

• 在不通风情况下观察到试样发烟时的温度

闪点:

• 试样中挥发的物质能被点燃但不能维持燃烧的温度

着火点:

• 试样中挥发的物质能被点燃并能维持燃烧不少于 5 秒的温度

精炼油脂的烟点一般高于 240ºC 左右. 未精炼油脂特别是游离脂肪酸含量高的油脂, 其烟点, 闪点, 着火点均明显降低.

油脂在贮藏, 使用过程中, 游离脂肪酸增多, 油脂变得易冒烟 (烟点低于沸点).

同质多晶

具有相同的化学组成, 形成不同的结晶晶型, 熔化时生成相同液相物质的现象.

三酰基甘油的同质多晶

三种主要的多晶型物: α, β’ 和 β. α 型最不稳定, β 型最稳定.

形成几种不同类型的甘油三酯:

晶型	晶型	熔点
I	sub-α	17.3ºC
II	α	23.3ºC
III	β’₂	25.5ºC
IV	β’₁	27.3ºC
V	β	33.8ºC
VI	β	36.3ºC

巧克力生产方法: 将可可脂加热到 55ºC 以上使它熔化, 再缓慢冷却, 在 29ºC 停止冷却, 然后加热到 34ºC, 使 V 型以外的晶体熔化. 多次进行 29ºC 和 34ºC 加热, 最终使可可脂完全转化成 V 型结晶.

熔化

熔点: 晶体物理状态发生改变时, 存在一个热焓剧变而温度不变的温度点.

溶程: 脂肪的熔化存在一定温度范围而不是一特定温度.

脂肪的熔化过程实际上是一系列稳定性不同的晶体相继熔化的总和.

脂肪的塑性

脂肪的塑性指固体脂肪在外力作用下, 当外力超过分子间作用力时, 开始流动, 但是当外力停止后, 脂肪重新恢复原有稠度.

• 室温下呈固态的油脂: 液体油 + 固体脂
• 塑性脂肪: 由液体油和固体脂肪均匀混合并经一定加工而制成的脂肪

影响因素

油脂的晶型:

• β’ 型: 塑性最好
• β 型: 塑性较差

熔化温度范围:

• 熔化温度范围越大, 油脂塑性越好

固液两相比:

• 固体脂肪指数 (SFI, solid fat index)

固体脂肪指数

$SFI=\frac{ab}{bc}$

• 热膨胀: 固体脂和液体油在加热时都会引起体积增加
• 熔化膨胀: 由固体脂转化为液体油时因相变引起的体积增加

含有简单甘油酯越多的脂肪, 其塑性范围越窄. 具有不同熔化温度的甘油酯混合物组成的脂肪一般具有所期望的塑性.

4.2 乳状液

定义

指两种不互溶的液相组成的分散体系, 其中一相是以直径 0.1-50μm 的液滴分散在另一相中.

以液滴或液晶的形式存在的液相称为 “内” 相或分散相, 使液滴或液晶分散的相称为 “外” 相或连续相.

乳状液类型

水包油型 (Oil in Water):

• 牛奶, 蛋黄酱
• 肉糜

油包水型 (Water in Oil):

• 黄油
• 人造黄油

乳状液体形成的条件

当液滴分散在连续相中, 如: 油滴分散在水溶液中, 扩大界面需要做功, 增加界面积所做的功为:
$\delta W=y\ast \delta A$

• y: 界面张力
• $\delta W$: 外界对物体做功
• $\delta A$: 物体对外界做功

液体乳是热力学不稳定体系. 表面活性剂或称为乳化剂的主要作用之一就是降低界面张力.

破乳

破乳 (Emulsion Breakdown). 破乳的三个阶段:

1. 絮凝 (聚集或群集, Flocculation)
2. 聚结 (Coalescence)
3. 分层 (上浮或下沉)

絮凝

絮凝指脂肪球成群的而不是各自的运动.

聚结

使界面膜破裂, 脂肪球相互结合, 界面面积减小, 严重时导致均匀脂相和均匀水相之间产生平面界面.

分层

由于重力作用, 两相密度不用而产生分层.

乳化剂定义

乳化剂分子是由亲水基和亲油基组成的双亲分子. 乳化剂可以改变界面性质使液滴之间产生排斥力, 增加界面强度.

乳化剂分类

• 阴离子性, 阳离子型, 非离子型
• 天然的, 合成的
• 表面活性剂, 黏度增强剂, 固体吸附剂
• 亲油型, 亲水型

甘油酯

• 非离子型乳化剂
• 脂肪酸单酯, 二酯和三酯的混合物
• 通常是水溶性混合物

应用:人造黄油, 冰淇淋, 其他冷冻甜食等.

乳酰单酰甘油

甘油, 脂肪酸和乳酸可制成乳酰甘油.

硬脂酰乳酸钠

• 硬脂酸与二分子乳酸和氢氧化钠反应
• 离子型乳化剂
• 强亲水性表面活性剂
• 产生十分稳定的 O/W 型乳状液

应用: 焙烤和淀粉工业.

乙二醇或丙二醇脂肪酸单酯

应用于焙烤食品.

脱水山梨醇脂肪酸酯 (司盘 Span)

• 脂肪酸的山梨醇酐或脱水山梨醇的混合酯
• 山梨醇首先脱水生成已糖醇酐或已糖二酐, 然后和脂肪酸进行酯化反应
• W/O 型乳化剂
• 如司盘-20 (SP-20) 为月桂酸酯, 司盘-80(SP-80)为单油酸酯

聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯 (吐温 Tween)

• Tween 是 Span 和环氧乙烷的缩合物
• 非离子型去污剂
• O/W 型乳化剂
• 吐温 20(TWEEN-20), 吐温 40(TWEEN-40), 吐温 80(TWEEN-80)等

卵磷脂

• 大豆卵磷脂, 蛋黄中的磷脂
• W/O 型或 O/W 型乳状液
• 商品大豆卵磷脂
  • 磷脂酰胆碱 (卵磷脂, PC)
  • 磷脂酰乙醇胺 (脑磷脂, PE)
  • 磷脂酰肌醇及磷脂酰丝氨酸

各种植物中水溶性树胶 (亲水胶体)

• 阿拉伯树胶, 果胶, 琼脂, 甲基, 羧甲基纤维素, 鹿角藻胶等
• O/W 型乳状的乳化剂, 增大连续相的黏度, 在小油珠周围形成一层稳定的膜

乳化剂的选择

• HLB 法选择乳化剂 (Hydrophilic-lipophilic Balance) 亲水-亲油平衡值
• 根据 PIT 选择乳化剂的 HLB (Phase Inversion Temperature) 相转变温度

一些常见食品乳化剂的 HLB

乳化剂	HLB
甘油硬脂酸一酯	3.8
双甘油硬脂酸一酯	5.5
琥珀酰甘油一酯	9.1
四甘油硬脂酸一酯	5.3
双乙酰琥珀酰甘油一酯	9.2
硬脂酸乳酰乳酸钠 (SSL)	5
脱水山梨醇硬脂酸三酯 (Span15)	2.1
脱水山梨醇硬脂酸一酯 (Span60)	4.7
脱水山梨醇油酸一酯 (Span80)	4.3
聚氧乙烯脱水山梨醇硬脂酸一酯 (Tween60)	14.9
丙二醇硬脂酸一酯	3.4
聚氧乙烯脱水山梨醇油酸一酯 (Tween80)	15

应用:

• HLB 3-6: W/O 乳状液
• HLB 8-16:O/W 乳状液

4.3 脂肪氧化和抗氧化性

脂类氧化

有害

• 食品败坏的主要原因之一
• 氧化酸败: 使食用油脂, 含脂肪食品产生各种异味和臭味
• 降低食品的营养价值, 某些氧化产物可能具有毒性

有利

产生典型的干酪或油炸食品香气.

不饱和油脂的自动氧化

以 RH 表示不饱和脂肪酸, H 是与双键相邻的 α-亚甲基氢原子. 自动氧化的机理为自由反应历程.

脂肪酸在 25ºC 时的诱导期和相对氧化速率

脂肪酸	双键数	诱导期 (h)	相对氧化速率
18:0	0		1
18:1(9)	1	82	100
18:2 (9, 12)	2	19	100
18:3 (9, 12, 15)	3	1.34	2500

自动氧化的特征

干扰自由基反应的物质会抑制脂肪的自动氧化速度.光和产生自由基的物质能催化脂肪的自动氧化.

产物: 氢过氧化物 (ROOH), 醛, 酸, 聚合物等. 纯脂肪物质的氧化需要一个相当长的诱导期.

光敏氧化

在光的作用下 (不需要引发剂), 油脂中不饱和脂肪酸与氧 (单线态) 之间发生的反应.

光敏剂:

• 容易接受光能的物质, 食品中具有大共轭体系的物质. 如: 叶绿素, 血红蛋白, 赤藓红等

机理:

• 活性氧与双键发生反应形成六元环过渡态, 最后双键发生位移生成氢过氧化物.

酶促氧化

脂肪氧合酶催化油脂氧化:

• 亚甲基脱去一个氢原子生成游离基
• 游离基通过异构使双键位置转移同时转变成反式构型
• 生成 ω-6-氢过氧化物或 ω-10-氢过氧化物

影响食品中脂类氧化速率的因素

脂肪酸的结构和组成

• 氧化反应主要发生在不饱和脂肪酸, 饱和脂肪酸难氧化
• 不饱和脂肪酸中 C=C 数目增加, 氧化速度加快
• 顺式双键比反式氧化速度快, 共轭双键反应速度快
• 游离脂肪酸更容易氧化

氧浓度

供氧充分时, 氧分压对氧化速率没有影响. 当氧分压很低时, 氧化速率与氧压成正比. 与其他因素有关如温度, 表面积等.

表面积

• 与它和空气接触的表面积成正比关系
• 随着表面积与体积比增加, 通过降低氧分压对降低氧化速率的效果不明显
• 在 O/W 水包油乳状液中, 氧化速率决定于氧向油相中的扩散速率

抗氧化剂

定义:

• 阻止或延缓氧化的物质

分类:

• 主抗氧化剂: 自由基接受体, 可以延迟或抑制自动氧化的引发或停止自动氧化的传递
• 次抗氧化剂 (协同剂或增效剂): 不能推迟具有自动氧化倾向的物质发生氧化或减慢氧化速率, 但能增强抗氧化剂的作用

抗氧化剂的作用机理

阻止引发阶段自由基的形成或中断自由基的链传递反应, 推迟自动氧化.

4.4 脂肪的消化, 吸收与运转

血脂的组成

血浆中所含的脂质统称为血脂.

血脂的组成:

• 三酰甘油及少量二酰甘油和单酰甘油
• 磷脂
• 胆固醇和胆固醇酯
• 游离脂肪酸

脂蛋白的种类

• 乳糜微粒
• 极低密度脂蛋白
• 中间密度脂蛋白
• 低密度脂蛋白

脂肪的转运

短链脂肪酸: 通过门静脉进入血液运输到肝脏.

血液中的 LDL 和 HDL

血液中 LDL 的含量高, 通常被认为是心血管疾病的先兆.

4.5 不饱和脂肪酸

脂肪酸的分类

饱和脂肪酸 (Saturated Fatty Acid)

• 室温下呈固态
• 有较高的熔点

不饱和脂肪酸 (Unsaturated Fatty Acid)

单不饱和脂肪酸

• 单不饱和脂肪酸分子中有一个双键, 其余皆为单键
• 单不饱和脂肪酸是属于非必须脂肪酸, 可以在体内合成
• 常见的单不饱和脂肪酸有软脂酸, 顺式十八烷酸和油酸

油酸

油酸 (Oleic Acid) 是一种含 18 个碳原子的单不饱和 Omega-9 脂肪酸. 油酸存在于动植物体内.

油酸占橄榄油的 55-80%, 软质棕榈油的 39-46%, 花生油的 36-67%, 芝麻油的 15-20%. 在动物脂肪中, 油酸占鸡与火鸡脂肪的 37-56%, 猪油的 44-47%.

油酸也是人体脂肪组织中最丰富的脂肪酸.

多不饱和脂肪酸

• 含有 2 个或 2 个以上的碳碳双键
• 碳链长度一般为 18-22 个碳原子
• 通常分为 omega-3 和 omega-6
• 它不能由我们人体自身合成

必须脂肪酸

必须脂肪酸 (Essential Fatty Acid) 是指
人体内不能自行合成, 但又必须从食物中获得的脂肪酸. 只有两种脂肪酸是人体必须的: 亚油酸和 α-亚麻酸, 其它脂肪酸均可以由这两种为原料逐步合成.

反式脂肪酸

• 反式脂肪酸的分子包含至少一个以反式排列的碳-碳双键
• 天然的不饱和脂肪酸几乎都是顺式
• 部分氢化的不饱和脂肪酸因为异构化反应, 含有大量反式脂肪

植物油氢化

植物油氢化过程会改变脂肪酸的分子结构 (让油更耐高温, 不易变质, 并且增加保存期限), 如果将脂肪酸完全氢化并无反式与顺式脂肪酸差异, 但不完全氢化时, 部分的脂肪酸结构会变成反式结构, 产生反式脂肪酸.

反式脂肪酸带来的健康风险

1. 促进炎症在体内的发展, 表现为疼痛和肿胀
2. 提高胰岛素的抗性和患有 2 型糖尿病的风险
3. 提高患心脏疾病的风险, 如心脏病
4. 增加体重和提高患内脏型肥胖 (腹部周围过多的脂肪堆积) 的风险
5. 提高血液坏胆固醇 (LDL) 的水平和降低好胆固醇 (HDL) 的水平
6. 异常增加肠道有害菌的数量, 提高疾病风险
7. 提高某些类型癌症的风险, 如乳腺癌, 大肠癌

笔记摘自: 福州大学公开课