食品组分相互作用对品质的影响

1.血红素化合物的作用

动物肌肉的红色主要来自肌红蛋白（70%～80%）和血红蛋白（20%～30%）。动物屠宰放血后肌肉色泽的90%是由肌红蛋白产生的。肌红蛋白在猪、小牛肉中的含量为0.1%～0.3%，在成年牛、马肉中的含量为0.5%～1.0%。肌红蛋白的生理功能是在活体动物的肌肉中贮氧。肌红蛋白不携带氧时颜色有些发紫，携带氧时变成氧合肌红蛋白，颜色呈亮丽的樱桃红。这样当新鲜肉被切开时，表面呈紫色，但在空气中暴露时，它的表面迅速变成鲜红色。大块肉的表面可能呈鲜红的颜色，但其内部因缺乏氧而呈暗紫色。氧合肌红蛋白所具有的鲜红颜色是我们所需要的，但是它不能够保持稳定。当在空气中暴露时间过长时，氧合肌红蛋白过度氧化，转变成褐色的高铁肌红蛋白。肌红蛋白在肉品加工与保藏过程中的变化及引起肉的颜色的变化已在色素一章中介绍。

2.类胡萝卜素的作用

许多蔬菜和水果的颜色都与类胡萝卜素有关。类胡萝卜素暴露在空气和光照时很容易被氧化，但在烹饪温度下还比较稳定。类胡萝卜素在食品贮藏和加工过程中的氧化会使许多产品的特征颜色损失。例如，辣椒红素的氧化导致红辣椒在贮藏过程中变色。类胡萝卜素的进一步氧化还会产生风味化合物。

许多鱼类的表皮和海洋甲壳类动物的外壳都具有鲜艳的色泽—黄色、橙色、红色、紫色、蓝色、银色或绿色，其主要色素是各种类胡萝卜素，如虾青素和角黄素以及与蛋白质、糖蛋白、磷酸化糖蛋白、糖脂蛋白和脂蛋白等形成的非共价复合物。鱼在贮藏时，尤其在直接光照条件下，胡萝卜素蛋白复合物会发生分解和褪色。

龙虾壳内的类胡萝卜素主要是红色虾青素。在活虾体内，虾青素以水溶性的胡萝卜素蛋白—虾青蛋白的形式存在。虾青蛋白呈蓝色，所以新鲜的龙虾为蓝色或蓝灰色。但在蒸煮过程中甲壳类动物体内的蛋白质复合物发生变性，释放出游离的虾青素，因而又呈现出亮红色。

3.花色苷的作用

水果和花卉中绝大多数色素是由花青素、多羟基糖苷和黄盐离子的聚甲氧基衍生物构成。它们所表现出的红色、紫色或蓝色取决于其结构和pH。不同植物体内不同花色苷之间的疏水相互作用、氢键和与一些酚酸、生物碱的作用都会影响植物的色泽强度和改变色素的光吸收波长。红葡萄酒成熟过程中颜色的变化主要是花色苷和酚类化合物发生缩合反应以及在与丙酮酸反应中形成了其他花色苷色素引起的。不同的衍生物可能呈蓝色、黄色、橙色、橘红色、红色和褐色。

食品中花色苷的稳定性极差，对酶促降解、光、热、氧、酸及抗坏血酸氧化降解都比较敏感。经巴氏杀菌的果酱在长期的贮藏过程中，由于聚合反应的发生会导致果酱的颜色逐渐褪去或褐变。加工水果中，铝、铁和锡的存在则会导致蓝紫色或灰色色素的形成。

4.非酶褐变及黑斑生成

美拉德反应在食品加工和保藏过程中普遍存在，并对食品的色泽产生重要影响，其中有些是我们所希望的，而有些是我们不希望的。美拉德反应的前期产物是低分子质量（＜1ku）的化合物，基本无色或略带黄色。美拉德反应产物中褐色的大分子聚合物—类黑精，主要由中间产物的聚合和/或与氨基酸残基的活性基团反应产生的。

氧化脂质与蛋白质反应生成的有色化合物与美拉德反应和酶促褐变的产物相类似。脂质过氧化自由基、脂质氢过氧化物或其降解物与游离氨基酸反应生成的产物呈黄色和褐色，与半胱氨酸、甲硫氨酸和色氨酸反应时褐变得特别快。氧化的脂质与蛋白质间也会发生类似的反应。由于不饱和脂肪容易氧化，所以富含多不饱和脂肪酸的鱼肉组织褐变得更快。白色家禽或鱼肉即使在冻藏条件下也可能会产生深色斑点。

酶促反应也会产生褐变甚至黑斑。甲壳类动物（如龙虾、小虾和螃蟹）的外壳和表皮层一旦感染黑变病就会腐败，产生深色或黑色斑点。酶促黑变由内源多酚氧化酶（PPO）引发，接下来是非酶聚合反应。在酶促反应阶段，单酚氧化酶催化酪氨酸氧化生成二羟基苯丙氨酸（DOPA），之后二酚氧化酶催化DOPA氧化，并经聚合反应形成高相对分子质量的黑色素。DOPA还会与蛋白质中的半胱氨酸、酪氨酸及赖氨酸残基发生反应，即聚合反应也涉及蛋白质。酶促褐变大幅度降低了食品的感官品质。

5.金属离子的作用

在食品贮藏和热处理过程中，可溶性的金属离子会分散在油相和水相中。溶于油相的金属离子，特别是Fe²⁺、Fe³⁺和Cu²⁺等过渡金属离子，会与脂肪酸或磷脂结合，并促进脂类物质的氧化，使得油相的颜色和味道发生变化。溶于水相的金属离子则与酚类物质反应生成有色复合物。例如，Fe²⁺与邻苯二酚或邻苯三酚衍生物反应生成蓝色或紫色复合物。Fe³⁺与邻苯二酚或邻苯三酚衍生物反应生成橘色或棕色的类似复合物。

1.风味化合物与食品其他组分的作用

食品中的风味物质会被蛋白质、脂质和多糖包埋。这种包埋作用是通过疏水相互作用、氢键、离子键或共价键等作用进行的，具体取决于挥发性化合物与包埋物的结构。包埋限制了风味物质的挥发，因而降低了产品在储藏过程中的风味损失。许多芳香化合物都是疏水的或至少含疏水部分，在食品中会选择性地聚集在脂肪相中。

食品体系中的亲水性胶体也会降低食品中各种风味的感知强度。亲水性胶体对食品风味的束缚程度与亲水性胶体和挥发性化合物的结合程度有关，也可能与亲水性胶体将食品体系的黏度提高和由于聚合物网络的缠结作用使得挥发性化合物扩散速率下降有关，具体取决于风味化合物和亲水胶体的性质。面包中的很多风味化合物都包埋在直链淀粉的螺旋结构中。加热可以释放其中的风味化合物，从而增加面包的香味。

环糊精包埋是一种抑制风味添加剂与食品组分在储藏过程中发生不良反应和阻止添加物在加工过程中蒸发和化学降解的有效方法之一。在微胶囊中，风味化合物的疏水性部分或全部包埋在环糊精的疏水内腔中。包埋复合物的形成受客体分子的浓度和风味化合物与环糊精内腔的立体相容性控制。

蛋白质可以通过疏水相互作用来束缚各种风味物质。这在蛋白质一章已有介绍。

2.水解作用

食品中蛋白质等大分子的水解作用可以改善或降低食品的风味。肉熟化过程中发生的蛋白质水解作用不仅产生了期望的肉的嫩度，而且增加了肉品的游离氨基酸含量。游离氨基酸含量的增加可以增强烤肉的风味。肉嫩化后游离氨基酸浓度的增加主要是从溶酶体释放出的内源蛋白酶水解蛋白质产生的。电击会加速这些酶的释放，使游离氨基酸含量增加。转氨酶也会促进氨基酸的释放。排酸牛肉中谷氨酸含量的增加是转氨酶催化丙氨酸α-氨基转移到2-酮戊二酸的结果。脂肪很容易发生酸败，风味发生改变。其过程为脂肪在微生物或酶的作用下水解生成脂肪酸，脂肪酸发生β-氧化，生成β-酮酸，β-酮酸脱羧或进一步氧化，生成低级的酮、羧酸。

3.氧化作用

硝酸盐通常被用作肉制品的腌制剂，在熟肉制品中也起到抗氧化剂作用。硝酸盐的抗氧化作用可能包含几种机制，包括通过络合金属离子来抑制铁催化的氧化反应。研究表明，亚硝酸盐会迅速地与脂质氧化的二级产物—丙二醛发生反应，生成高分子化合物。(www.xing528.com)

脂质氧化产生的化合物，尤其是羰基化合物，会与氨基酸、蛋白质反应，产生令人难以接受的挥发性气味。多不饱和脂肪酸氧化时会产生2，4-二烯烃和共轭二烯烃，并进一步与氨基酸反应产生典型的鱼腥味。

萜烯存在于大多数植物性食品中。萜烯很容易在储藏和加热过程中氧化生成一些芳香化合物。氧化萜烯和氢过氧化物分解产生的中间化合物（包括一些自由基）都可以与氨基酸、蛋白质发生反应，生成多种异味化合物。

1.蛋白质的冷冻变性

在冻藏鱼中，肌原纤维蛋白质的交联导致所谓的冷冻变性。冷冻变性会使鱼肉产生不希望的硬度，使一些蛋白质功能性质丧失，例如持水性、乳化性、凝胶性和ATP酶活的降低。ATP酶活的降低是蛋白质发生不良变化的一个指示。这些变化的程度与冻藏时间和温度有关。鳕鱼肉中非蛋白氮的主要组分是氧化三甲胺，它在内源氧化三甲胺酶的作用下会分解产生甲醛。甲醛可以与蛋白质的活性基团反应，引起蛋白质的交联。脂质氧化同样可促进蛋白质间的交联。不仅脂质氧化产生的自由基会与蛋白质发生聚合反应，而且它的二级产物—二醛类物质也会与蛋白质上的氨基发生缩合反应。鱼糜的冷冻变性往往十分严重，主要是因为鱼肌肉组织的破坏有利于酶与它的底物作用，加速脂质氧化。

可以采取一些措施来减少上述不良反应的发生，例如，提取出水溶性蛋白质和非蛋白氮类化合物，包括氧化三甲胺、一些色素、强氧化性化合物及一些离子等，也可以去除大部分脂肪。剩下的肌原纤维浓缩蛋白，即鱼糜，不仅具有比原鱼肉更好的功能性质，而且对冷冻变性具有更好的抗性。从植物中提取到的天然抗氧化剂（抗坏血酸除外）可以有效抑制冷藏鱼脂肪发生不良变化。

有一些化合物能够降低冷冻温度，或增加组织液的黏度，或选择性地与蛋白质的氨基酸残基发生相互作用，抑制鱼肌原纤维蛋白质间的交联反应。蔗糖、山梨醇、甘露醇、海藻酸盐、多磷酸盐、柠檬酸盐、抗坏血酸盐、氯化钠等配制的混合物是鱼糜加工中常用的鱼糜低温变性保护剂。一些氨基酸、羟基羧酸、分支低聚糖以及腺嘌呤核苷酸在模拟体系和鱼糜中应用的效果也不错。有数据表明，净负电荷高的氨基酸抗鱼肌原纤维蛋白冷冻变性的效果好。

2.凝胶内的交联作用

食品凝胶是由蛋白质和多糖通过聚合物链上各种功能基团间的非共价键或共价键相互作用形成的。内源或外加的低相对分子质量化合物也可与聚合物链上的功能基团发生作用。这些聚合物间的相互作用可存在于溶液、分散体系、胶束或粉碎的组织结构中。

蛋白质的热胶凝性对熟香肠和凝胶型水产品如鱼糕的期望质构来说至关重要的。不同种类鱼的肌原纤维蛋白的凝胶形成能力主要取决于其内源蛋白酶的活力。在不同种类鱼肉中，例如太平洋白鱼、阿拉斯加鳕鱼、新西兰蓝鳕鱼或细须石首鱼，由于它们的蛋白质在内源蛋白酶作用下过度水解，会发生不期望的鱼糜凝胶强度的降低。添加蛋白酶抑制剂，例如牛血浆蛋白、牛血清蛋白、鸡蛋清、马铃薯蛋白提取物，可以防止这种凝胶劣化现象的发生。

3.生物可降解膜的形成

在食品加工中，生物可降解膜可用来包装食品配料、抗菌剂和用作酶的载体。生物可降解膜可以由多糖、蛋白质或蛋白质-多聚糖、蛋白质-油脂混合物来制备，其性质取决于组成成分的性质以及多聚物与其他物质间的相互作用。

可食用蛋白质膜的制备包含蛋白质变性和多肽链交联两个步骤。先通过加热、搅打或在空气-水界面的吸附作用使蛋白质分子变性，然后通过溶剂蒸发或搅打等作用，变性蛋白质溶液发生多肽链间的交联，形成蛋白质膜。

导致黏弹性膜形成的相互作用与导致蛋白质和多糖凝胶形成的相互作用相同。制备多组分膜时，聚合物的选择及工艺参数的控制对多组分膜中组分间的相互作用有重要影响。

壳聚糖在弱酸环境中带正电，可以通过静电相互作用与藻酸盐、果胶等其他酸性多糖发生交联作用。由蛋白质混合物形成的膜的抗拉强度和阻隔性能取决于混合物中不同反应基团的数量和pH。在碱性条件下加热，可以增加巯基的数量，从而在干燥过程中形成新的二硫键交联，增加膜的抗拉强度和降低水溶性，并提高膜对氧气、芳香类化合物和油脂的阻隔性能。适当的电离辐射同样会使蛋白质膜发生交联作用，其原因是电离辐射产生的羟基自由基会与酪氨酸残基发生反应。此外，化学或酶交联作用也可以改善膜材料的塑性，提高其在不同湿度和温度条件下的机械强度，保持膜在热水中的低溶解性和使膜具有可控的阻隔性能和生物可降解性。阴离子聚合物膜的性质可以通过添加二价阳离子来修饰。对蛋白质膜的化学法改性，广泛使用能与氨基酸残基的氨基反应的交联剂，主要有各种醛或N-[3-二甲胺丙基]-N′-乙基碳化二亚胺（EDC）。不过在选择化学交联剂时必须考虑交联剂的毒理学效应。由谷氨酰胺转氨酶催化的交联反应是一种十分有效的酶法选择性改性蛋白质膜方法。鱼明胶和鱼（明）胶-壳聚糖膜通过酶法或EDC处理后，其在沸水和酸性条件下的溶解度显著降低，抗拉强度提高。

4.面团和焙烤产品内的相互作用

焙烤产品的质量很大程度上取决于焙烤面团中各种蛋白质间的交联以及蛋白质-脂质-多糖之间的相互作用。蛋白质交联一般发生在面粉与水和盐的混合过程及后续的面包烘烤阶段。可以将面团看作是一种具有黏弹性的水合面筋蛋白，其内含有淀粉粒、细胞壁碎片、中性和极性脂质、空气以及发酵产生的气体。

面粉与水的混合会导致面粉颗粒的水化、蛋白质溶解、谷蛋白聚合物解聚和重新定向形成膜状网络结构。能够保留大量小气泡的高伸展性膜形成的重要前提条件就是面筋中含有大量高分子谷蛋白并充分混匀。小气泡的稳定性还与面团水相中具有增黏作用和表面活性的成分有关，例如面粉中的戊聚糖和极性脂质。气泡的稳定使焙烤面包具有多孔性和较大的体积。

肽链间和肽链内的二硫键对于形成所要求的面团和焙烤面包的结构是必需的。当可溶性的低相对分子质量蛋白质和低相对分子质量的硫醇化合物存在时，会发生二硫键交换反应。氧化剂可以促进二硫键交联反应和改善面包质构。焙烤过程中形成的二硫键可进一步提高面包结构的稳定性。抗坏血酸尽管是一种还原剂，但它的添加可以增加面团的弹性和促进气泡的形成，使面包的体积更大，获得更好的质构。此外，其他类型共价键的形成也会影响面团的品质。例如，脱氢抗坏血酸及其热降解产物也会引起交联反应，尤其是丙酮醛、乙二醛、丁二酮和苏丁糖。这些降解物能与蛋白质上的赖氨酸残基发生反应。共价交联还可以由内源二胺氧化酶催化的氧化反应形成的γ-丁醛与亲核氨基酸残基反应来实现。在水相体系中，面粉蛋白质的非极性氨基酸残基间的疏水相互作用对面团结构也能起到支撑作用。这在面包焙烤时特别明显，因为疏水相互作用随温度的升高而增强。

氢键也会显著地影响面团的结构。淀粉颗粒在氢键和疏水相互作用下发生聚集，形成网络结构。虽然氢键比共价键要弱很多，但是数量很大，因为在谷物蛋白中有大量的谷氨酰胺残基，淀粉和戊聚糖中有大量的羟基。蛋白质与淀粉的相互作用对体系的流变性质也起着重要的作用。在机械压力下，氢键间可以发生相互转变，这对生面团模压应力的释放有利。

静电相互作用（排斥/吸引）也可能发挥一定的作用，但所能起作用不是很大，因为谷物蛋白质中可电离的基团不多。

淀粉颗粒的热液变化也会影响面团和面包的结构。面团中淀粉的吸水溶胀程度取决于可利用水量的多少，面团中亲水的醇溶谷蛋白、谷蛋白、戊聚糖等物质会同淀粉竞争与水结合。若溶胀不充分，面包芯呈粉末状，而溶胀过度又会使面包难以烤透。在60℃左右时，由于面粉蛋白质变性和淀粉结构变化，面团的黏度开始增加。在此温度下，支链淀粉的结晶区变成无定形态。焙烤中空气的膨胀和挥发性发酵产物的变化最终导致了多孔的蛋白质-淀粉结构。在焙烤过程中，面团，可以认为是泡沫体系，由于内部压力的升高使蛋白质膜破裂，最后形成了海绵样的面包芯结构。

脂质在面包结构形成中的主要作用是与面包中的蛋白质和淀粉发生相互作用。脂质在空气-水界面上的扩散是通过脂质与蛋白质的结合来进行的。面粉中的脂质及表面活性剂与直链淀粉和支链淀粉的相互作用见前面有关多糖-脂质相互作用的介绍。

面包在储藏过程中会发生淀粉回生或面包老化，面包芯会逐渐变硬、弹性下降和变干。面包老化在14℃左右时最快，在-5℃和60℃左右时可以忽略。提高面团的蛋白质和戊聚糖含量或添加乳化剂（尤其是单甘油酯）可以延缓面包老化。细菌α-淀粉酶可以水解支链淀粉得到支链低聚糖，支链低聚糖可以阻止结晶结构的形成，因此可有效防止面包的老化。