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食品风味与食品营养

摘要：良好的食品风味物质有一定的营养功能，而一些食品风味的形成伴随着营养物质的损失。本文就食品风味的营养功能，食品营养物质对食品风味形成的影响以及美拉德反应的过程讨论食品风味与食品营养的关系。 关键词：食品风味 食品营养 美拉德反应

食品风味物质形成的基本途径，除了一部分是由生物体直接生物合成之外，其余都是通过在贮存和加工过程中的酶促反应或非酶反应而生成。这些反应的前体物质大多来自于食品中的营养成分如糖类、蛋白质、脂肪以及核酸、维生素等。因此，从营养学的观点来考虑，食品贮存加工过程中发生生成风味成分的反应是不利的。这些反应不但使食品的营养成分受到损失，尤其使那些人体必需而自身不能或不易合成的氨基酸、脂肪酸和维生素得不到充分利用，当反应控制不当时，甚至还会产生抗营养的或有毒性的物质，如黑色素，稠环化合物等。

若从食品工艺的角度考虑，食品在加工过程中产生风味物质的反应，既有有利的一面，也有不利的一面。前者如增加了食品的多样性和商业价值等；后者如降低了食品的营养价值、产生不希望的褐变等。这很难下一个肯定或否定的结论，要根据食品的种类和工艺条件的不同来具体分析。例如，对于花生、芝麻等食物的烘炒加工，在其营养成分尚未收到较大破坏之前，即已获得良好风味，而且这些食物在生鲜状态也不大适合食用，因而这种加工受到消费者欢迎。对咖啡、可可、茶叶或酒类、酱、醋等食物，在发酵烘烤等加工过程中其营养成分和维生素虽然受到较大的破坏，但同时也形成了良好的风味特征，而且消费者一般不会对其营养状况感到不安，所以这些变化也是有利的。又如，对粮食、蔬菜、鱼肉等食物来说，它们必须经过加工才能食用。若在不很高的温度、受热时间不长的情况下，营养物损失不多而同时又产生了人们喜爱、熟悉的风味，这时发生的反应是人们所认同而无可非议的。有些烘烤或油炸食品，如面包、饼干、烤猪、烤鸭、炸鱼、炸油条等，其独特风味虽然受到人们的偏爱，但如果是在高温下长时间烘烤油炸，会使其营养价值大为降低，尤其是重要的限制氨基酸赖氨酸的明显减少，这也是消费者所关心的。至于乳制品则是另外一种情况。美拉德（Maillard）反应对其风味并无显著影响，但却会引起营养成分的严重破坏。尤其是当婴儿以牛乳作为赖氨酸的主要来源之一时，这种热加工则是不利的。经过强烈的Maillard反应之后，牛奶的价值甚至会降低到与大豆油饼或花生油粕粉相似的程度。水果经加工后，其风味和维生素等也

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受到很大损失，远不如食用鲜果。

但是良好的生物体直接合成的食品风味物质是能够增进食欲、刺激消化,提高人体对食物营养素的利用率,间接的增加食物的营养功能同时很多食品风味还可杀菌防病,起到营养保健作用。

1食品风味的营养功能（生物体直接合成的食品风味）

食物中的许多香味成分有杀菌作用和抗酸败作用,例如我们吃生鱼片时,沾上山榆菜制作的辣调味料,该辣调味料产生的冲鼻香味,具有杀菌作用。将山榆菜制成的辣调味料放入点心盒后密封,盒里的食物即便室内温度再高也不会发霉,除了山榆菜辣调味料的香味成分具有防止霉变的作用,生姜、萝卜泥、紫苏叶和柠檬等,也都持有杀菌作用,香味的杀菌作用在日常生活里的使用不仅普遍,而且恰到好处。中餐厨师最喜爱用的调香原料是食用香料植物,如葱、姜、蒜、八角茴香、肉桂、胡椒、芥子、薄荷、豆蔻等,精油含量高,几乎都有杀菌保健功能。

大多香味成分为什么具有强烈的杀菌作用?是因为香味成分有许多亲油性的物质,这些物质具有挥发性,散发在空气里,吸附在细菌和霉菌的细胞膜上,细胞膜由脂质和蛋白质构成,香味成分易于溶解成油,通过脂质媒介渗入细胞里杀死微生物。以香辣调味料为主的各种辣味物质,还具有防止油脂的氧化酸败作用,因此不少餐饮企业和家庭常在食用油料中加入葱、姜、蒜、辣椒等香辣调味料以防止油脂酸败。食物中的香味成分除了杀菌作用外,还可为患者治病,如鼠尾草这种芳香植物能防腐,抵抗坏血病,预防蛀牙;百里香可有效地治疗胃痛;迷迭香特别能防腐,也可抵抗风湿;小茴香可以用来医治肠胃胀气和消化不良;香草能有效改善衰弱的毛病,促进麻痹的横膈膜活动;酸橙香味有安眠效果;生姜可以除去肉中的毒素。

对于食物风味的防病治病作用,苦味物质的营养保健功能值得一提,自然界中苦味物质数量很多,大多数苦味物质是在恶劣环境中为了自身的生存而产生的异味毒性,其中很多是属于生物碱一类的物质,具有较强的生理作用,所以广泛地用作药物。我国早就有“良药苦口”的说法,苦味物质为什么可以入药呢?因为苦味物质里最有特征的是具有亲油性基的成分,一有亲油性,疏水结合就在与接纳体之间形成,即使浓度很低也会产生药效,因为亲油性强的物质易于穿过细胞膜,因而很轻松地从药投入部位穿越各种障碍到达患部,由此可见苦味物质中有许多药效好的成分。单纯的苦味虽然并不令人愉快,但它在生理上具有重要意义,因此不少苦味食品日益受到人们的青睐,尤其是当苦味物质与甜、酸或其他味感调配得当时,能起着某种丰富和改进食品风味的特殊作用,食物原料中所含的天然

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苦味物质常见的有茶叶和可可中的可可碱、茶碱、咖啡中的咖啡碱,啤酒中的啤酒花,以及苦瓜、百果、百合中的苦味等。近年来由于人们对食疗的进一步认识,像何首乌、橘皮、桔梗等苦味物质也上了餐桌。通常苦味有清泄之功,可以清利头目、除烦止渴、解腻消食、利尿消肿、解毒止痢,何首乌更有补肝肾、益精血、强筋骨、延年益寿之功效,桔梗还有补肺气、化痰浊的作用。苦味物质的营养保健功能正在被人们发掘应用,尤其是茶叶、咖啡、啤酒中的苦味赋予这些食物以特有的风味,受到人们特别的偏爱,适当食用对健康有一定的好处。

2食品营养物质对食品风味的影响

2.1碳水化合物对食品风味的影响

复杂的碳水化合物,如淀粉和多糖胶等对食品的风味有较大影响。一些极性的风味物质分子能溶于胶体物系,它们在口中不易释放,而淀粉的影响主要在于其螺旋结构。植物来源的淀粉是以颗粒状态存在的,由直链淀粉和支链淀粉两部分组成,直链淀粉和支链淀粉在结构和性质上有一定的差别,它们在淀粉中的比例因来源不同而不同。淀粉的螺旋状结构对食品中风味的释放有重要影响,这可解释为螺旋结构外层有极性的羟基(-OH)基团排列, 使之具有亲水性;而在螺旋结构的内部,氢原子和配糖体指向中心,从而具有憎水性。一些憎水性的风味化合物往往会被包含在螺旋结构的内部,与淀粉形成复合物。在溶液中,形成复合物的时间长短不等,如癸醛(食用香料)仅需要1 min,而萜二烯-1,8(食用香料)则需要几天。能形成稳定复合物的最高温度为65℃,温度越低,对复合物的稳定越有利。被淀粉吸收的风味物质一般不易在口腔中释放,除非让食物在口腔中停留较长时间(如超过20 s),以使唾液淀粉酶有更长的时间作用于淀粉,打破维持螺旋结构的化学键而使风味物质的吸收增强。另外,支链淀粉含量越高,则对风味的影响就越小。木薯淀粉的风味物的吸收小于玉米淀粉和马铃薯淀粉,而糯玉米淀粉只含有支链淀粉分子,因此其影响就更小。

2.2蛋白质对微波食品风味的影响

蛋白质除了能保证食品的营养价值外,它在决定食品的色、香、味及质量特征方面也起着重要作用。尽管大多数蛋白质本身并没有风味,但是由于蛋白质中含有很多化学键,蛋白质的水解或裂解可能会释放出许多异味物质,以至影响到食品的整体风味。而且,蛋白质水解产物可能是许多风味物质的前体,如蛋白质通过斯特雷克尔(Strecker)降解,可以形成醛、酮、呋喃、吡嗪等多种风味物质。至于蛋白质对风味物质的吸收和相互作用方

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面,目前研究资料还很少。某些蛋白质能与醛(尤其是不饱和醛)和酮相互作用,结合能力较强;而与醇的作用能力要弱得多。蛋白质与酮的结合是可逆的,而与相当一部分醛的作用是不可逆的。随着蛋白质分子的增大,它对风味物质的吸收能力也相应提高,且具有多孔性的蛋白质吸收风味物质的能力显著增强。蛋白质变性后对风味物质的吸收能力增大,这是因为维护蛋白质空间螺旋结构的疏水键断裂后,有更多的憎水基团暴露出来,增强了对非极性风味化合物的吸收。极性小的分子物质也能为蛋白质所结合,如联乙酰,即使是在质量浓度量5 g/L的蛋白质水溶液中,也能明显观察到它挥发性的减少。而通常很多食品中的蛋白质含量都要高于这个水平,因此这种影响是不能忽略的。另据报道,联乙酰能与蛋白质表面的精氨酸残基相互作用。但是,在真实的食品体系中,要研究蛋白质与风味物质的结合就要复杂得多,因为除了蛋白质之外,还有其他影响因素存在,如脂和盐的存在等。

2.3脂肪对微波食品风味的影响

脂肪是一种重要的食品配料,尤其是在焙烤制品和小吃食品中,脂肪对食品品质的作用不可忽视。今天,大量的动物脂肪被用于各种焙烤食品和小吃食品中。但是,随着人们保健意识的增强,动物脂肪中的胆固醇日渐为人们所嫌忌,所以来源于植物的脂肪的用量越来越多,而且现代香精业已能提供具有动物脂肪风味特征的香精,用以补偿植物油脂风味上的不足。奶油是一种重要的油脂原料,在焙烤食品中广泛应用,但是奶油价格较贵,因此人们愿意用较为便宜的人造奶油代替它。在微波焙烤中,由于温度较低,奶油不能产生出预期的风味,因此常常需要使用奶油香精。用于微波焙烤制品的奶油香精要求对热稳定,并能耐长时间加热,经微波加热后,能释放出满意的风味来。但是脂肪对食品风味的影响也存在不利的一面,脂肪能使食品产生异味,这些主要是由于脂肪酸败和脂肪氧化引起的。脂肪酸败能产生不愉快的气味,使食品的滋味变得苦涩,对食品的质量影响很大。脂肪氧化会产生低级脂肪酸、醛和酮等,产生强烈的不愉快气味。此外,在热加工过程中,脂肪易水解生成甘油和脂肪酸,而脂肪酸的氧化降解能产生不同碳链系列的n-饱和醛类和n-2烯醛类。如油酸经过氧化可得到正癸醛,正癸醛能进一步降解得到任醛、辛醛、庚烯醛、乙烯醛、戊醛、丁醛、丙醛、乙醛和甲醛等;多不饱和脂肪酸可以产生丙醛和其他物质,这些物质可与氨基酸、蛋白质、糖原以及其他成分反应,并且也是活性褐变中间体,能产生许多异味物质。此外,在食品加工过程中,一般要求控制油脂的加热温度不超过150℃,这是因为油脂还能发生一些高温化学反应,如油脂的聚合、缩合和分解等。

3Maillard反应

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Maillard反应按其本质而言乃氨羰间的加缩反应它包括范围较广，该反应可以在醛糖或酮糖和氨基酸之间发生，而且可引伸到各种醛类和酮类(包括脂肪酸耗败后产生的醛或酮、维生素C等)和各种蛋白质、多肽、胺类，甚至包括氨在内，反应的化学过程非常复杂。

Miallard反应一般可分为三个反应阶段，二条反应路线(亦有称三条反应路线)。特别是在后阶段形成的产物之间会出现互相干扰。

初级Maillard反应(亦称醛糖及Amadori重排与酮糖及Hegns重排)。 还原糖的羰基与氨基之间进行缩合反应。初级Maillard反应不引起褐色变化，也不产生食品香味，但其产物则是产生极重要的不挥发性香味物质的前驱物。

高级Maillard反应—前类黑精(premelanoidin)形成。在氨基酮糖和氨基醛糖等重要的不挥发性香味前驱物形成之后，Maillard反应变得更为复杂，反应后产生还原酮，糠醛(HMF)和不饱和羰基化合物等，这些不同的化合物依次反应，开始形成无氮及含氮褐色可溶性化合物。但高级Maillard反应阶段主要包括二条反应路线。第一条反应路线—还原酮路线；第二条反应路线一Osulose和HMF路线:Amadori产物在1，2位置上烯醇化，并消去C3上的羟基，加水分解并失去其含氮部分而生成3一脱氧Osulose，然后又脱水生成糠醛类风味成分。这些反应，确证了Maillard反应和焦糖化作用(Carametization)之间的重迭现象。

最终反应阶段一类黑精色素(Melanoidin)形成。在高级Maillard反应阶段形成众多活性中间体，如葡萄糖酮醛、3一脱氧Osulose，不饱和Osulose、HMF、还原酮类，不饱和醛亚胺等等。它们又可继续与氨基酸反应，最终都生成类黑精色素一褐色含氮色素，此过程包括醇醛缩合、醛氨聚合等反应，同时还发生环化反应，生成了诸如吡嗪、吡啶、吡咯等氮杂环化合物。加热食品所具有的烤香、焙烘香大多与这类氮杂环化合物有关。食用黑色素也就是根据这一原理进行生产的。但对于乳粉则应尽量避免发生Maillard反应，以免降低营养价值及感官质量。(Lys损失，色泽加深呈黄褐色) 食品在热处理过程中以及室温条件下的储存过程中都可以看到Maillard反应的发展过程，对乳粉、蛋粉和其他食品都已多次看到这一事实。乳粉的生化介质对Maillard反应非常有利，因为不仅乳糖含量高，而且所含乳清蛋白又非常活泼，这是由于Lys的ε—NH2的活性所致，故乳粉对Maillard反应极其敏感。

从营养学的角度来看，羰氨反应的初期，Lys的。ε—NH2与>C=0缩合致使Lys的利用率降低。人工合成的。ε—N—(1—脱氧D—果糖基)L—赖氨酸，作为大鼠的赖

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氨酸源喂饲动物，可见其被大量吸收，但而后则由尿排出。在进一步的羰氨反应中，由还原糖形成许多不饱和多羰基化合物，它们可与不同肤链的X—末端氨基，ε—氨基以及其他氨结合，许多不饱和多羰基化合物，它们可与不同肽链的X—末端氨基，ε—氨基以及其他氨结合，形成高分子量的褐色聚合物。这些聚合物溶解度很低，消化性和营养价值也大为降低。例如活泼的不饱和多羰基化合物可以和Arg、His、ser、TrP相结合而成为“受限肽”(limitpePtides)，这种受限肽在体内多半不能消化，而且它们还可能含有各种必需氨基酸。这就是Maillard反应的终末阶段整个蛋白质消化性和营养价值降低的原因。

另一方面，食品的热加工处理能产生消费者非常喜欢的食品风味(指味觉和嗅觉的综合感觉)。许多能促进食欲的香味就是来自Maillard反应，如新鲜的面包皮、烤过的可可豆、炒熟的花生米等风味，都是具有特色的例子。食品加工过程中产生的风味取决于一定的条件和因素。首先食品中必须含有游离态的或低聚糖和低聚肽形式的糖类和氨基酸，而且在此过程中伴随着淀粉和蛋白质的分解作用，产生香味的反应物的量也因之而增加。其次食品必须在微弱的水合环境中经过强烈加热(烘烤)才能产生Maillard反应。而在水合介质中(加压加热)中等程度的加热很少会导致产生风味的机制。

如何解决食品风味与食品营养之间存在的矛盾，尤其在食品香气的控制、稳定或增强等方面的研究，是世界各国的食品科技工作者都十分重视的。

参考文献

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第二篇：胶体化学课程综述论文

胶体化学课程综述论文

固体吸附剂在环境科学中的应用

固体吸附剂在环境科学中的应用

邱祖楠

（华南师范大学化学与环境学院，510006）

摘 要： 综述了纤维素离子交换剂、硅胶、活性炭等3种固体吸附剂在环保中的应用。特别是新型纤维素离子交换剂,是一种很有发展前途的固体吸附材料。

关键词： 固体吸附剂，环境科学，应用

在环境保护呼声日渐高涨的今天，特别是工农业生产排放的含重金属离子的废水以及大气中的有害气体严重影响人们健康之际，固体吸附剂在处理环境废物中的显著作用就越来越引起了环保工作者的高度重视。纤维素离子交换剂、硅胶、活性炭等固体吸附剂目前已得到广泛的应用。

1 纤维素离子交换剂

纤维素离子交换剂是一种新型的吸附材料,具有发达的比表面积,由于是以天然纤维素为基体,因此成本低,且有良好的亲水性和多孔结构,吸附速度快,同时具有用量少,淋洗体积小,使用方便等优点.

1.1 纤维素离子交换剂及特性

纤维素是自然界分布最广的一种多糖,其分子式可以用(Ｃ6Ｈ7Ｏ2(ＯＨ)3)表 示。由于其大分子单体上的3个醇羟基可以发生各种酯化、醚化和螯合反应，因而就能在纤维素上引入具有酸性、碱性或螯合性的选择性离子基团,在很大程度上可以改变纤维素原有的性质，使其既具有离子交换树脂的特点，又可保持纤维素的结构，这样的物质称为纤维素离子交换剂。现将纤维素离子交换剂与离子交换树脂性能进行比较，见表1。

由表1可知:纤维素离子交换剂在许多方面优于离子交换树脂。虽然纤维素离子交换剂交换容量小于离子交换树脂，但对于痕量元素富集而言已满足要求.以纤维素离子交换剂为基础，通过各种工艺,可制备出多种类型的离子交换纤维材料，它能以各种织物的形式(如机织布、传送带、织网等)使用，以满足各种处理环境废物工艺的需要。

1.2 在气体净化及废水处理中的应用

纤维素离子交换剂制备成适当的织物形状，使其有可能在一个体积较小的操作单元中提供相当大的过滤面积，而且其比表面积大，有极好的渗透稳定性，对空气流动阻力低（在同样线速度下，对空气流动阻力最多只有球形离子交换剂的十分之一）。因此,可利用纤维素离子交换剂的纤维浆、平行线条、纤维材料层填充交换柱以净化气体；或将纤维素离子交换剂装入化学气体过滤器以及防毒面具和口罩中。

纤维素离子交换剂在处理废水时，不必装柱，直接泡在水中或待净化的溶液中便可使用，非常方便。如可将纤维素离子交换剂安装制成净化废水的传送带（可连续再生）；或制成置于轮船后的拖网等。文献报道了甘蔗楂黄原酸酯，能吸附废水中的Ｃｒ(ＶＩ)，残留浓度达到国家排放标准；木屑柠檬酸酯能较好地吸附废水中Ｃｕ2+、Ｎｉ2+,残留浓度达到国家排放标准；纸屑黄原酸酯能吸附废水中的Ｚｎ2+、Ｃｕ2+,吸附率达98%以上；稻草黄原酸酯对废水中Ｃｒ6+进行处理：初始浓度为60ｍｇ/Ｌ，处理后为0 2ｍｇ/Ｌ；对Ｈｇ2+进行处理：初始浓度为9ｍｇ/Ｌ，处理后为0 04ｍｇ/Ｌ；木屑黄原酸酯对Ｎｉ2+、Ｃｕ2+、Ｐｂ2+、Ｃｄ2+进行处理，残留浓度达到国家排放标准。疏基棉处理甲基汞，饱和吸附量达30～35ｍｇ/ｇ，对Ｃｄ2+、Ｓｂ3+的饱和吸附容量分别为25ｍｇ/ｇ、20ｍｇ/ｇ。

纤维素离子交换剂由于具有上述独特的优越性，所以它作为新一代离子交换材料从70年代以来就受到人们的重视。有人称它为第三代离子交换剂，并有可能取代离子交换树脂。

2 硅胶

硅胶是由多聚硅酸经分子间脱水而形成的一种多孔性物质。硅胶亲水性强,表面积大,作为吸附剂母体材料引人注目。其中螯合硅胶吸附速度快，化学稳定

性好.8-羟基喹啉硅胶富集分离环境水中超痕量的Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ等，下限达20ｎｇ/ｌ；2-氨基-1-环戊烷-1-二硫代羧酸键合硅胶对汞的亲合水，在5ｍｉｎ内可吸附90%。螯合硅胶制备条件不易控制，因此，使用受到一定限制。

3 活性炭

把木炭、椰子壳、煤等含炭原料经炭化和活化以后，便得到活性炭。活性炭具有不规则的石墨结构，其比表面积非常大，有的甚至超过2000m2/g。所以，活性炭是一种优良的吸附剂。

活性炭由于可由多种原料制取，制备条件也互不相同，所以，其种类很多。它的吸附特性主要来源于它具有的很大比表面积及发达的细孔结构。活性炭的吸附特性往往表现在下面几个方面的特点：

1. 容易吸附临界温度及沸点较高的物质；

2. 容易吸附分子链较长的物质；

3. 有利于低温下吸附；

4. 相对来说，蒸气压较大的物质容易吸附。

人们对活性炭的吸附性早有所知，如对水中无机汞、有机汞的分离可采用不同条件下用活性炭分离吸附的方法，也可采用活性炭对废水中重金属Ｐｂ、Ｃｄ进行分离。学者谢旭一提出，采用乙基黄原酸钾-活性炭吸附环境水中Ｃｕ,Ｃｏ,Ｃｄ,Ｚｎ取得满意结果。

2 结语

综上所述,具有交换吸附功能的固体吸附材料,性能优异,特别是在环境保护方面都具有广阔的应用前景 其中,新型的吸附材料纤维素离子交换剂在气相和液相介质的吸附过程中表现出良好的效果,除了常规的离子交换树脂用的柱法工艺外,它还可以开拓许多新的工艺技术,如以连续的移动带的方式来使用,而且成本低廉,制备简单,目前在日本已有中试规模的生产和应用;然而其制备工艺、性能和应用研究仍在不断地深入 合成螯合树脂、螯合硅胶所用成本都高,而且制备工艺较复杂 同样活性碳纤维也面临着一个降低生产成本,研究潜在功能，开发新的应用领域的问题.随着人们研究的不断深入,将会开发出更多性能优异的吸附材料。

参考文献

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