下载文档原格式
食品化学Food Chemistry西南农业大学Southwest Agricultural University第一章绪论➢教学目的和要求➢食品化学的概念➢食品化学的发展简史➢食品化学研究的内容➢食品化学研究的范畴➢食品中主要的化学变化概述➢食品化学的研究方法➢食品化学在食品工业技术发展中的作用➢思考题➢参考文献教学目的和要求⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧环境污染物质物质加工中不可避免的污染污染物质人工合成的食品添加剂天然来源的食品添加剂食品添加剂非天然成分基本营养素有毒物质激素呈味物质呈香色素维生素脂类化合物碳水化合物蛋白质有机成分矿物质水无机成分天然成分食品的化学组成食品化学的发展简史古代食品化学（20世纪50年代以前）❖瑞典人Carl wilhelmscheeie分离和研究了乳酸的性质（1780年），从柠檬汁（1784年）和醋汁（1785年）中分离出柠檬酸，从苹果中分离出苹果酸（1784年），并检验了20种普通水果中的柠檬酸和酒石酸，因此他从植物和动物原料中分离各种新化合物的工作被认为是在农业和食品化学方面精密分析研究的开端。
❖法国化学家Antoine Laurent Lavoisier(1743－1794)最早测定出乙酸的元素成分。
近代食品化学（20世纪60～90年代）❖在世界主要大国有不同文本的食品化学著作与世人见面，其中英文本的《食品科学》、《食品化学》、《食品加工过程中的化学变化》、《水产食品化学》、《食品中的碳水化合物》、《食品蛋白质化学》、《蛋白质在食品中的功能性质》等反映了近代食品化学的水平。
权威性的食品化学教课书应首推美国O.R.Fennema 主编的《Food Chemistry》和英国的H.D. Belitz主编的《Food chemistry》，已出版第三版并在全世界广流传。
课程性质和目的¾专业基础课¾研究食品及其原料的主要成分的结构与性质；食品成分之间的相互作用，食品加工和保藏中的变化；这些变化和作用对食品色、香、味、质构、营养和保藏稳定性的影响。
¾为改善食品品质、开发新的食物资源、革新食品加工工艺和贮运技术、改进食品包装、加强食品质量控制及提高食品原料加工和综合利用水平奠定理论基础。
一门将基础学科和工程学的理论用于研究食品基本的物理、化学和生物化学性质以及食品加工原理的学问。
涉及到食品的特性及其变化、保藏和改性原理的科学。
运用食品科学原理来从事食品的选择、保藏、加工、包装及销售，它影响消费安全、营养和食品卫生。
食品科学（food Science)食品工艺学（Food Technology）1.1食品化学的概念食品化学——从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养和安全性质以及食品在加工、储藏和运销过程中发生的变化及其对食品品质（色、香、味、质构、营养）和安全性影响的科学。
食品化学在食品科学中的作用和地位无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、生物化学1.2食品化学的研究内容¾基本研究内容营养价值的组成、各成分的性质、结构和功能，及可能发生的各种化学变化和生物化学变化。
¾具体研究内容①确定食品组成、营养价值、安全性和品质等重要性质②食品贮藏加工中可能发生的各种化学、生物化学变化③上述变化中影响食品品质及其安全性的主要因素④研究化学反应的动力学和环境因素的影响。
¾重点内容氧化反应（腐败、异味、变色、有害物质）；褐变反应（麦拉德褐变反应）；食品成分在加工贮藏中各成分之间的相互作用；食品风味；功能食品。
（3）食品在加工贮藏中的变化对食品质量的影响Carl Wilhelm Scheei（1742-1786）瑞典药物学家（1780年）分离和研究乳酸的性质，发明一种用加热保藏醋的方法（1784年）从柠檬汁中分离出了柠檬酸（1784年）从苹果中分离出了苹果酸（1785年）在20种普通水果中检测柠檬酸、苹果酸和酒石酸他从植物和动物物质分离各种新化学物质的工作被认为是农业和食品化学中精确分析研究的开端。
食品化学江西科技师范大学授课老师：赵利谭政第二章水第一节引言1.水分在食品加工中的作用⏹水对食品的外观形态、色泽、硬度、风味、鲜度等性质具有重要的影响。
⏹水是微生物生长繁殖和生物体内化学反应的必需条件，关系到食品腐败变质的问题，影响到食品的耐贮性。
⏹水是食品加工中的重要原料，水在食品中起着膨润、浸透、溶解、分散、均匀化等多种作用。
⏹水可以除去食品加工中的部分有害物质。
⏹水在食品加工制造中作为反应和传热的介质。
⏹大多数食品加工的单元操作都与水有关第二节水和冰的物理性质水和冰的热导率和热扩散的比较：➢在0℃时，冰的导热率约为同温下水的导热率的4 倍，这意味着冰传导热能比非流动水（如食品原料组织中的水）快得多。
➢冰的热扩散率比水近乎大9 倍，这表明在一定的环境中，冰经受温度变化的速率比水快得多。
第四节水分子的缔合水分子为什么具有强烈的缔合倾向：HOH分子呈V字样的形状，同时O—H键具有极性，这就造成不对称的电荷分布和纯水在蒸汽状态时具有1.84D的偶极矩；水分子的极性产生的分子间吸引力，因而水分子具有强烈的缔合倾向。
第五节冰的结构⏹影响冰结晶结构的因素：➢温度、溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向。
➢只要避免极端快速冻结，并且溶质的性质和浓度不会显著地妨碍水分子的运动，那么食品中的冰总是以最有序的六方型冰结晶形式存在。
➢像明胶这类大而复杂的亲水性分子，不仅能限制水分子的运动，而且阻碍水形成高度有序的六方形结晶，所以高浓度明胶水溶液冷冻时往往形成具有较大无序性的冰结构。
第六节水的结构1.水的结构模型：➢混合式：体现了分子之间氢键的概念，认为分子间氢键瞬时地存在于庞大的水分子簇中，后者与其他水分子处在动态平衡。
➢间隙式：水保留在一种似冰或笼形物的结构中，其中个别水分子填充在笼形物的间隙中。
➢连续式：液态水中存在着一个由水分子构成的连续网状结构，并且具有动态的本质，分子之间的氢键均匀地分布在整个水样中，原存在于冰中的许多氢键在冰融化时简单地扭曲而不是断裂。
精心整理食品化学江西科技师范大学授课老师：赵利谭政第二章水第一节引言1.水分在食品加工中的作用⏹水对食品的外观形态、色泽、硬度、风味、鲜度等性质具有重要的影响。
⏹水是微生物生长繁殖和生物体内化学反应的必需条件，关系到食品腐败变质的问题，影响到食品⏹ ⏹⏹⏹➢在0➢⏹➢➢➢1.➢➢间隙式：水保留在一种似冰或笼形物的结构中，其中个别水分子填充在笼形物的间隙中。
➢连续式：液态水中存在着一个由水分子构成的连续网状结构，并且具有动态的本质，分子之间的氢键均匀地分布在整个水样中，原存在于冰中的许多氢键在冰融化时简单地扭曲而不是断裂。
（所有的模型都认为：各个水分子能够频繁地改变它们的排列，即一个氢键快速地终止而代之以一个新的氢键，在温度不变的条件下，整个体系维持一定的氢键键合和结构的程度。
）2.在液态水中，温度对水的缔合的影响：➢改变最邻近水分子间的距离➢改变水分子的配位数3.当固态的冰向液态的水转变时，同时出现两种情况：➢最邻近的水分子间的距离增大（密度下降，称之为“热膨胀效应”）➢最邻近的水分子的平均数目增加（密度增加，称之为“配位数增加效应”）（当配位数增加效应占优势时就导致大家所熟悉的净密度增加，而热膨胀效应占优势时则净密度下降。
）4.不同温度下水的密度变化的特点：➢水的密度在3.98℃达到最大值➢在0~3.98℃之间水的净密度随着温度的升高而逐渐升高➢超过3.98℃后表现为相反的变化趋势（这是因为配位数增加效应在0~3.98℃之间是占优势的，而热膨胀效应在温度超过了 3.98℃后占优势。
）第七节水-溶质相互作用二、分子水平1.水分在食品中的存在形式取决于：➢➢➢2.3.结合水⏹➢结合较牢固；➢牢固。
⏹具有“⏹⏹4.⏹⏹⏹1.2.离子对水的净结构的影响：⏹在稀水溶液中，存在两种效应：与极化力或电场强度紧密相关⏹净结构破坏效应(breakingeffect)➢大离子和单价离子产生较弱电场，能阻碍水形成网状结构➢K+,Rb+,Cs+,NH4+,Cl-,Br-,I-,NO3-,BrO3-,IO3-,ClO4-➢盐溶液流动性比纯水强⏹净结构形成效应(formingeffect)➢小离子或多价离子产生强电场➢Li+,Na+,H3O+,Ca2+,Ba2+,Mg2+,Al3+,F-,OH-➢具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积⏹稀盐溶液中的各种离子对水的结构都有着一定程度的影响。
在下述阳离子中，会破坏水的网状结构效应的是（A）➢A、Rb+B、Na+C、Mg2+D、Al3+⏹稀盐溶液中含有阴离子（D），会有助于水形成网状结构。
➢A、Cl-B、IO3-C、ClO4-D、F-3.离子效应对水的影响主要表现在下面几个方面：⏹通过水合能力，改变水的结构⏹影响水的介电常数⏹决定胶体粒子周围双电层的厚度⏹显着影响水对其它非水溶质和悬浮物质的相容程度⏹离子的种类和数量也影响蛋白质的构象和胶体的稳定性4.水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用5.⏹➢➢➢➢➢用，➢••••维生素⏹⏹➢➢⏹➢➢二、水分活度的定义与测定方法Aw的测定方法：将已知含水量的样品置于恒温密闭的小容器中，使其达到平衡，测定容器内的压力或相对湿度（ERH），按式A w=ERH/100计算➢A w是指样品的内在品质，ERH是与样品平衡的大气的性质；➢仅当样品与它的环境达到平衡时，该关系才成立。
三、水分活度与温度的关系⏹冰点以上和冰点以下的Aw的差异➢冰点以上：Aw是样品组成、温度的函数，其中组成起着重要的作用；➢冰点以下：Aw与样品的组成无关，仅取决于温度。
•不能根据冰点以下温度的Aw预测冰点以上温度的Aw。
•当温度充分变化至形成冰点或熔化冰时，从食品稳定性考虑Aw的意义也发生变化。
四、水分吸着等温线（一）定义和区1.水分吸湿等温线的定义：在恒定温度下，食品的水分含量（用单位干物质中水的质量表示）与它的Aw之间的关系曲线。
2.吸湿等温线的分区区Ⅰ水的性质：⏹最强烈地吸附⏹最少流动⏹通过水－离子或水－偶极相互作用与可接近的极性部位缔合⏹在-40℃不结冰⏹不能作为溶剂⏹⏹⏹⏹0.07gH⏹⏹⏹⏹⏹⏹⏹⏹⏹0.38gH⏹⏹⏹体相水⏹⏹⏹⏹⏹⏹有利于化学反应的进行和微生物的生长⏹决定等温线的形状和位置的因素：➢试样的成分➢试样的物理结构➢试样的预处理➢温度➢制作等温线的方法（解吸和回吸）（二）水分吸着等温线与温度的关系1.等温吸湿线的滞后现象的原因：➢解吸过程中一些水分与非水成分之间的相互作用而无法释出水分；➢样品中不规则的形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需给予不同蒸汽压（要抽出需P内>P外，要填满即吸着时则需P外>P内）；➢解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水分，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的水分活度；➢温度、解吸的速度和程度及食品类型等都影响滞后环的形状。
五、Aw与食品稳定性（一）影响Aw的重要因素（回顾）：⏹水分含量➢食品的水分含量越高，Aw也较高➢有些食品的水分含量相近，Aw可能相差很大➢有些食品的Aw相近，含水量相差很大⏹温度➢➢⏹➢➢（二）1、Aw➢➢••••2、Aw➢➢➢Aw3、Aw➢在Aw•••➢当Aw•••水分对大分子的溶胀作用，暴露出新的氧化部位，有利于氧化的进行。
➢当Aw大于0.8，反应物被稀释，氧化作用降低。
4、Aw与美拉德反应的关系⏹钟形曲线形状⏹Aw=0.3-0.7时，多数食品会发生美拉德褐变反应。
⏹高于BHT单分子层Aw以后美拉德褐变就可以进行。
➢Aw较低时，水多呈水-水和水-溶质的氢键键合作用与邻近的分子缔合作用，不利于反应物和反应产物的移动，限制了美拉德褐变的进行。
➢随着Aw增大，有利于反应物和产物的移动，美拉德反应褐变增大至最高点。
➢Aw继续增大，反应物被稀释，美拉德反应褐变下降。
第三章碳水化合物第一节食品中的碳水化合物⏹是食物的主要成分⏹提供膳食热量⏹提供质构、口感和甜味⏹表达式C x(H2O)y⏹碳水化合物的定义：多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物（包括单糖、低聚糖以及多糖）；最丰富的碳水化合物是纤维素⏹选择题➢糖类的生理功能是(A)。
(A)提供能量(B)蛋白聚糖和糖蛋白的组成成份(C)⏹选择题➢(A)⏹命名：⏹3D-⏹4⏹5⏹6CH2OHC=OHOCHHCOHHCOHCH2OH⏹⏹醛，形成的六元糖环称为吡喃环。
二、糖苷⏹糖苷的功能特性：➢黄酮糖苷：具有苦味和其它风味和颜色➢毛地黄苷：强心剂➢皂角苷：起泡剂和稳定剂➢甜菊苷：甜味剂如果糖与硫醇RSH作用，则生成硫葡萄糖苷（S-糖苷），与胺RNH2作用生成氨基葡萄糖苷（N-糖苷）O-糖苷1.定义：糖在酸性条件下与醇发生反应，失去水后形成的产品称为糖苷（O-糖苷）；糖苷一般含有呋喃或吡喃糖环。
2.O-糖苷的性质⏹在中性和碱性条件下一般是稳定的；⏹在酸性条件下能被水解；➢可被糖苷酶（如果胶酶、淀粉酶）水解；N-糖苷N-糖苷的性质：⏹稳定性不如O-糖苷；⏹在水中容易水解，使溶液的颜色变深，黄色变为暗棕色，导致Maillard褐变；⏹有些相当稳定：N-葡基酰胺；N-葡基酰胺嘌呤；N-葡基酰胺嘧啶，例如肌苷、黄苷以及鸟苷的5’-单磷酸盐，它们都是风味剂。
（R=HS-糖苷⏹⏹⏹⏹⏹⏹酯化➢➢⏹醚化➢••••⏹➢➢⏹➢➢非氧化或非酶促褐变：包括焦糖化和美拉德反应（一）羰氨反应（称美拉德反应）⏹美拉德反应：食品在加热或长期储存后，还原糖（主要是葡萄糖）同游离氨基酸或蛋白质分子中游离氨基发生羰氨反应。
（二）焦糖化褐变⏹焦糖化作用：糖类在没有含氨基化合物存在时，加热到其熔点以上会变为黑褐色的物质。
⏹在受强热的情况下，糖类生成两大类物质：一类是糖的脱水产物，即焦糖或称酱色；一类是裂解产物，是一些挥发性的醛、酮类物质，可进一步缩合、聚合形成粘稠状的黑褐色物质。
⏹工业上生产焦糖色素（3种方法）➢蔗糖在酸或酸性铵盐（亚硫酸氢铵）存在的溶液中加热，耐酸焦糖色素（pH=2～4.5），带有负电荷的胶体粒子，可乐饮料➢蔗糖溶液和铵离子溶液加热产生红棕色并带正电荷的胶体粒子的焦糖色素，pH=4.2～4.8，焙烤食品➢蔗糖直接热解产生红棕色并含有略带负电荷的胶体粒子的焦糖色素，溶液pH=3～4，啤酒和含醇饮料（三）非酶褐变对食品质量的影响1、对食品营养质量的影响⏹降低蛋白质的营养质量➢氨基酸被破坏而造成损失，如Lys：•Lys中游离氨基最易和羰基相结合；•Lys是许多蛋白质中的限制性氨基酸，它的损失较大地影响了蛋白质的营养价值。
⏹抑制蛋白酶活性➢2➢➢3➢➢45⏹➢➢➢➢➢➢1⏹糖类➢还原糖➢戊碳糖➢➢➢⏹氨基化合物➢在胺类化合物中：胺>氨基酸>多肽>蛋白质➢在氨基酸中：碱性氨基酸>酸性氨基酸➢氨基在ε位或末端的比α位的快2、控制加工及贮存条件（1）降低温度（非酶褐变反应的速率受温度影响较大，温度越高，褐变速率越快。
）➢温度相差10℃，褐变速度可相差3-5倍➢30℃以上发生较快，20℃以下较慢➢10℃以下存放能防止褐变（2）改变pH值（羰氨缩合作用是可逆的，pH值可影响美拉德反应的途径。
）➢在稀酸条件下，羰氨缩合产物很容易水解。
➢pH值在3以上时，褐变速率随pH值的增加而加快。
（3）控制水分含量⏹水分含量在10-15%时容易发生褐变；⏹水分含量在3%以下，非酶褐变反应受到抑制；➢易褐变的奶粉的水分应控制在3%以下，才能抑制褐变；⏹水分含量很高的情况下，反应基质浓度低，褐变反应就难于发生；➢柠檬汁易褐变，适当降低浓缩比有利于延阻褐变发生，柠檬汁的适宜浓缩比为4:1。
（4）氧气⏹室温下氧气的存在对非酶褐变反应速度有促进作用。
⏹易褐变的食品应尽量减少与氧气的接触。
➢采用真空包装，充氮包装，减缓褐变的发生。
3（1➢（2➢➢4（1⏹➢蛋粉➢（2⏹➢⏹选择题➢(A)高压➢（A⏹⏹⏹⏹论述非酶褐变反应的影响因素和控制方法。
第三节低聚糖一、食品中重要的低聚糖⏹低聚糖：2～20个糖单位通过糖苷键连接⏹多糖：超过20个糖单位1.麦芽糖：⏹淀粉水解后得到的二糖；⏹具有潜在的游离醛基，是一种还原糖；⏹温和甜味剂；2.乳糖：⏹牛乳中的还原性二糖；⏹乳糖不耐症：缺乏乳糖酶，未被消化的乳糖进入大肠，经过厌氧微生物发酵成乳酸或短链脂肪酸。
克服的方法：➢发酵过程中转化为乳酸（酸奶）➢外加乳糖酶水解3.蔗糖：⏹非还原性二糖⏹α-葡萄糖和β-果糖头头相连⏹具有极大的吸湿性和溶解性⏹冷冻保护剂二、具有特殊功能的低聚糖⏹功能性食品➢➢⏹➢➢➢➢➢1⏹⏹⏹⏹⏹2⏹⏹⏹⏹⏹⏹⏹抗龋齿⏹⏹许多丝状真菌都产木聚糖酶，但往往不止产一种酶➢内切木聚糖酶水解得到低聚木糖➢β-1,4木糖苷酶水解木二糖为木糖⏹菌株筛选：产木聚糖酶酶活高而β-1,4-木糖苷酶酶活低的菌株3、甲壳低聚糖生理活性：⏹降低肝脏和血清中的胆固醇⏹提高机体的免疫功能，增强机体的抗菌和抗感染能力⏹抗肿瘤⏹增殖双歧杆菌⏹可使乳糖分解酶活性升高以及防治胃溃疡甲壳低聚糖的生产：➢采用盐酸将壳聚糖水解至一定的程度，然后经过中和、脱盐以及脱色等步骤制备得到，其聚合度为1～7。
