食品生物化学-绪论、第一章

食品生物化学绪论食物和食品食物是被人体摄取的含有供给人体营养成分和能量的物料。食品是指经过加工后的食物。食品生物化学研究食物的化学组成、性质及其化学变化规律的应用性科学。营养素的化学组成静态营养素的理化性质营养素的生理功能动植物组织代谢变化动态营养素在加工中的变化体内的新陈代谢第一章食品成分化学核酸糖类蛋白质食品中的脂类天然成分维生素矿物质水分有机成分无机成分营养成分第一节糖类糖：多羟基的醛、酮及其缩合物、衍生物。糖的分类（按能否水解）：单糖：不能水解寡糖：水解2~10个单糖分子多糖：水解10个以上单糖分子一、单糖单糖的结构按羰基的位置：醛糖、酮糖按碳原子个数：丙、丁、戊、己、庚糖物理性质化学性质1、与酸作用（生成原料）单糖（-O-H）+酸（-OH）→糖酯单糖+浓酸→糠醛CH2OPO3H2OH2O3POH2CCH2OHOHHOHHOHH612345612354OH2O3POH2CCH2OPO3H2OHHHOHH612345α-D-葡萄糖-6-磷酸α-D-葡萄糖-1-磷酸α-D-果糖-6-磷酸α-D-果糖-1,6-二磷酸OHOHHOHHOHOHOHHH612354OHHOHHOHOPO3H2OHHHCH2OHCHOOHHHHOOHHOHHCH2OHCHOOHHHHOHHO浓盐酸戊糖糠醛3H2OOCHO+己糖羟甲基糠醛分解甲酸乙酰丙酸CO2,H2OCHOHOH2C浓盐酸OCH2OH2、与碱作用（生成原料）单糖甘露糖+果糖3、与醇、酚作用（生成原料）单糖（-OH）+醇（-H）→糖苷稀碱OHHHCOCHCOHOHCHHOHCOCOCCH2OHD-果糖D-葡萄糖1,2-烯醇式葡萄糖D-甘露糖Ba(OH)2α-甲基-D-葡萄糖苷β-甲基-D-葡萄糖苷OHHOHHOHOCH3OHHHCH2OHOHHOHHOHOHHOCH3CH2OHH4、与氧化剂作用（定性、定量）单糖+费林试剂→糖酸+Cu2O↓醛糖+HNO3→糖二酸酮糖+HNO3→草酸+酒石酸醛糖+Br2→糖酸酮糖+Br2→X5、与还原剂反应（生成原料）单糖糖醇6、与苯肼反应（定性、定量）单糖+2苯肼→糖脎（黄色结晶）7、羰氨反应（加工存储）与含氨基化合物反应发生褐变还原剂CHOCH2OHCH2OHCH2OHONa-HgH2Na-HgH2D-甘露醇D-葡萄糖D-山梨醇D-果糖Na-HgH2二、寡糖寡糖的结构单糖分子间依靠糖苷键连接。按单糖分子数目分为：双、三、…、十糖名称单糖分子糖苷键性质蔗糖葡萄糖果糖α-1,2无旋光性、无还原性易结晶、可水解麦芽糖葡萄糖α-1,4有旋光性、有还原性可水解乳糖半乳糖葡萄糖β-1,4有旋光性、有还原性可水解海藻二糖葡萄糖α-1,1无旋光性、无还原性可水解单糖、双糖与加工有关的性质1、糖的甜度果糖最甜2、溶解度果糖最高3、结晶性蔗糖、葡萄糖易结晶4、吸湿性和保湿型果糖最强，蔗糖最小5、渗透压单糖高于双糖6、黏度葡萄糖随温度升高而增加7、冰点降低8、抗氧化性9、褐变反应10、持味护色三、多糖多糖的结构单糖分子及其衍生物间通过糖苷键连接。按单糖的均一性分为均一多糖和混合多糖。按产物的种类分为单纯多糖和复合多糖。淀粉结构：单糖分子—α-D-葡萄糖α-1,4糖苷键（直链）α-1,6糖苷键（支链分支处）形状—螺旋状（直链）树枝状（支链）糖苷键物理性质：不溶于冷水，在热水中形成胶体化学性质无还原性易发生水解遇碘显蓝色：直链深蓝色，支链蓝紫色糊化和老化：氢键的断裂和生成纤维素结构：单糖分子—β-D-葡萄糖糖苷键—β-1,4糖苷键形状—直线束状物理性质：不溶于水化学性质：可水解糖原结构：单糖分子—α-D-葡萄糖糖苷键—α-1,4和α-1,6糖苷键形状—树枝状性质：可溶于水遇碘显色果胶结构：单糖分子—α-D-吡喃半乳糖醛酸糖苷键—α-1,4糖苷键性质：原果胶，全甲酯化，不溶于水，无黏性果胶，半甲酯化，溶于水，有黏性果胶酸，去甲酯化，溶于水，无黏性形成凝胶作业68页第2题请写出构成蔗糖、麦芽糖、乳糖、淀粉、纤维素、果胶的单糖分子和糖苷键。第二节脂类脂：脂肪酸和醇所生成的酯类及其衍生物。是一大类溶于有机溶剂而不溶于水的化合物，元素组成主要为C、H、O。脂的分类（按照化学组成）简单脂类：脂肪酸+醇复合脂类：脂肪酸+醇+其他化合物衍生脂类脂肪的结构和种类单纯甘油酯：R1＝R2＝R3混合甘油酯：R1≠R2≠R3油：液态；脂：固态+脂肪酸脂肪酸的种类按照结构：饱和脂肪酸（没有双键）不饱和脂肪酸（含有双键或三键）按照功能：必需脂肪酸（亚油酸）非必需脂肪酸各类生物脂肪中脂肪酸组成的特点植物、水产动物中不饱和脂肪酸含量高陆生动物中饱和脂肪酸含量高脂肪的物理性质无色无味熔点随碳链增长及饱和度增高而增高沸点随碳链增长而增高黏度折射率相对密度与溶解度脂肪的化学性质水解与皂化脂肪甘油+3脂肪酸脂肪甘油+3皂脂肪水解产生大量游离脂肪酸，油脂容易氧化，降低了营养价值。酸、酶碱脂肪的酸败氧化型：脂肪过氧化物低级醛、酮、羧酸（高温、氧气、金属、脂肪酸不饱和度高、游离脂肪酸含量高会加速氧化酸败）水解型：脂肪C10以下游离脂肪酸酮型：脂肪β-酮酸低级酮（含水、蛋白质较多且未精制的脂肪易发生）O2酶微生物脂肪的热变化（≥300℃）高温→分解高温无氧→热聚合高温有氧→热氧化聚合高温有水→水解与缩合风味变差，营养价值下降产生有害物质黏度增高碘值下降酸价增大颜色变暗泡沫增多气味刺激第三节蛋白质蛋白质的元素：C、H、O、N蛋白质含氮量为16%，即1g相当于6.25g蛋白质，6.25称为蛋白质系数蛋白质的基本结构单位为氨基酸氨基酸的结构天然氨基酸（20种）除脯氨酸外，均为L-型的α-氨基酸结构通式：侧链基团氨基酸的分类中性氨基酸按照酸碱性碱性氨基酸（赖、精、组）酸性氨基酸（天、谷）必需氨基酸非必须氨基酸按照营养学氨基酸的物理性质一般都溶于水，溶于酸碱溶液，不溶于有机溶剂熔点高除甘氨酸外都具有旋光性色、酪、苯丙氨酸在280nm处具有紫外吸收具有甜、苦、鲜、酸等味感氨基酸的化学性质两性解离和等电点（分离提取氨基酸）两性解离：氨基酸既能解离形成带正电荷的阳离子又能解离形成带负电荷的阴离子，取决于所处溶液的pH值。等电点：当溶液的pH为某一值时，氨基酸酸式和碱式解离的程度相等，即氨基酸所带净电荷为零，此时溶液pH称为该氨基酸的等电点pI。H3N—CH—COOHR＋（pH＜pI）↓负极H3N—CH—COOR＋（pH=pI）↓不移动溶解度最小易沉淀－H2N—CH—COOR（pH＞pI）↓正极－与甲醛作用（测定氨基酸含量）氨基酸H+（用碱滴定）（一个H+相当于一个氨基氮）与水合茚三酮反应（氨基酸定性）α-氨基酸→蓝紫色脯氨酸→黄色与金属离子作用形成螯合物（分离、鉴定氨基酸）甲醛肽氨基酸彼此以酰胺键连接在一起的化合物为肽该酰胺键称为肽键，为共价键2个氨基酸分子构成的肽称为二肽，3个氨基酸分子构成的肽称为三肽10个以下的称为寡肽10个以上的称为多肽CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键蛋白质的分类简单蛋白质：只由氨基酸组成结合蛋白质：含有非蛋白部分球蛋白纤维蛋白生物活性蛋白质结构蛋白质食品蛋白质按组成分按形状分按功能分非活性蛋白质蛋白质的结构一级结构（平面）氨基酸的连接方式（肽键）和排列顺序二级结构（空间）在一级结构基础上，肽链按照一定规律卷曲、折叠或盘绕所形成的结构。包括α-螺旋、β-片层（β-折叠）、β-转角和无规则卷曲。三级结构（空间）在二级结构基础上，肽链进一步卷曲、盘绕而形成的致密的空间结构。外表亲水，内部疏水。β-折叠β-转角无规则卷曲α-螺旋四级结构（空间）几条多肽链在三级结构的基础上缔合在一起形成的结构。每条多肽链称为亚基。蛋白质结构一级结构：依靠肽键维持高级结构（空间结构）二级结构三级结构四级结构依靠氢键、疏水键、二硫键、盐键和范德华力维持一级结构决定高级结构高级结构形成后才具有生理活性蛋白质的性质两性解离和等电点（分离、提纯）净电荷为零溶解度最小，易沉淀胶体性质胶体是分散质粒子在1~100nm之间的分散系蛋白质有水化膜和同种电荷，胶体稳定性高胶体形态分凝胶和溶胶两种沉淀作用蛋白质的水化膜或电荷遭到破坏，发生凝聚而从溶液中沉淀分为可逆性沉淀和不可逆性沉淀可逆性沉淀对蛋白质的性质和活性没有影响，如盐溶液、等电点不可逆性沉淀对蛋白质的性质和活性有影响，如重金属、生物碱、强酸碱、有机溶剂变性和复性蛋白质受某些物理和化学因素影响，空间结构被破坏，使其理化性质改变，生物活性丧失，但一级结构并未发生变化的现象称为变性。蛋白质的变性作用如果不过于剧烈，变性蛋白质通常在除去变性因素后，可缓慢地重新自发折叠成原来的空间结构，恢复原有的理化性质和生物活性，这种现象称为复性。变性复性引起变性的因素：酸、碱、有机溶剂、重金属；温度、辐射、高压、振荡等水解最终产物为氨基酸氧化还原反应R-SH+SH-R’R-S-S-R’+H2O颜色反应（定性、定量）黄色反应：蛋白质+浓硝酸，黄色双缩脲反应：蛋白质+NaOH+CuSO4,紫红色茚三酮反应：蛋白质+茚三酮，紫蓝色氧化剂还原剂第四节核酸核酸的发现1952年噬菌体标记实验1953年提出DNA双螺旋结构1973年克隆的出现1990年人类基因组计划的实施核酸的功能核酸是生物遗传的物质基础核酸的种类脱氧核糖核酸（DNA）位于细胞核内，是遗传信息的携带者核糖核酸（RNA）位于细胞质内，参与遗传信息的传递和表达基因转录翻译多肽折叠活性蛋白核酸的化学组成元素组成：C、H、O、N、P基本单位：核苷酸戊糖碱基核酸核苷酸核苷磷酸DNA的戊糖为脱氧核糖，RNA的戊糖为核糖DNA的碱基为A、G、C、TRNA的碱基为A、G、C、UOHH腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）DNA的结构一级结构：由四种脱氧核糖核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键彼此连接起来形成的链状分子。二级结构：两条核苷酸链通过氢键折叠卷曲而成的双螺旋结构，绝大多数为右手螺旋。2.0nm小沟大沟2.0nm小沟大沟RNA的结构一级结构：由四种核糖核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键彼此连接起来形成的链状分子。二级结构：核苷酸单链通过氢键自身回折而成的双螺旋结构（A＝U，C≡G）。核酸的理化性质DNA黏度较大，RNA黏度较小核酸都溶于水，不溶于有机溶剂核酸为两性电解质，但酸性较强在260nm处有较强的紫外吸收变性在某些理化因素作用下，碱基对间的氢键断裂，双螺旋结构散开变成单链，但核苷酸间共价键并为断裂的过程。变性后紫外吸收急剧增加，黏度下降，生物活性丧失。复性氢键重新形成，单链合成双螺旋结构的过程。第五节维生素定义维生素是维持机体正常生命活动必不可少的一类微量小分子有机化合物人体无法合成调节物质代谢和能量代谢在机体内可由维生素原转化分类（根据溶解性）脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K与脂类共存，不溶于水溶于有机溶剂水溶性维生素包括维生素B族、维生素C构成辅酶，溶于水不溶于有机溶剂脂溶性维生素维生素A包括A1（视黄醇）和A2（脱氢视黄醇）A2的生理活性是A1的一半性质：易发生氧化耐热、耐碱、耐酸在加工中较为稳定维生素D包括D2（麦角钙化醇）和D3（胆钙化醇）性质：耐热，不易氧化，不耐光在加工中稳定性高维生素Eα-三烯生育酚活性最高性质：耐热，耐酸不耐碱，不耐光，易氧化在加工中常用作抗氧化剂维生素K性质：耐酸、耐热不耐碱，不耐光在加工中稳定性高水溶性维生素维生素B1以焦磷酸硫胺素（TPP）形式存在参与糖代谢性质：酸性条件下较稳定中、碱性中不稳定不耐热、易氧化、易还原在加工中稳定性差维生素B2以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）形式存