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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。
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。
1.1 食品化学相关概念1 相关概念食品：经特定方式加工后供人类食用的食物。
食物：可供人类食用的物质原料统称为食物。
营养素：指那些能维持人体正常生长发育和新陈代谢所必需的物质。
目前已知的有40～50种人体必需的营养素，从化学性质分为6大类，即蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水，目前也有人提出将膳食纤维列为第七类营养素。
化学：研究物质组成、性质及其功能和变化的科学，包括分析化学、有机化学、物理与胶体化学、分离化学、普通化学和生物化学等。
2 食品化学用化学的理论和方法研究食品本质的科学，它通过食品营养价值、安全性和风味特征的研究，阐明食品的组成、性质、结构和功能和食物在贮藏、加工和包装过程中可能发生的化学、物理变化和生物化学变化的科学。
食品化学、微生物学、生物学和工程学是是食品科学的四大支柱学科。
食品化学、食品微生物学和食品生物化学是食品科学与工程专业的三大专业基础课。
3 食品化学的分支食品成分化学：研究食品中各种化学成分的含量和理化性质等。
食品分析化学：研究食品成分分析和食品分析方法的建立。
食品生物化学：研究食品的生理变化。
与普通生物化学不同食品生物化学关注的对象是死的或将要死的生物材料。
食品工艺化学：研究食品在加工贮藏过程中的化学变化。
食品功能化学：研究食物成分对人体的作用。
食品风味化学：研究食品风味的形成、消失及食品风味成分的化学。
属性变化质地失去溶解性、失去持水性、质地变坚韧、质地柔软风味出现酸败、出现焦味、出现异味、出现美味和芳香颜色褐变（暗色）、漂白（褪色）、出现异常颜色、出现诱人色彩营养价值蛋白质、脂类、维生素和矿物质的降解或损失及生物利用改变安全性产生毒物、钝化毒物、产生有调节生理机能作用的物质1.5 食品化学研究的方法食品是多种组分构成的体系，在贮藏相加工过程巾，将发生许多复杂的变化，它将给食品化学的研究带来一定的因难。
因此，一般是从模拟体系或简单体系入手，将所得实验结果应用于食品体系，以确定食品组分间的相互作用，及其对食品营养、感官品质和安全性造成的影响。
华中农⼤⾷品化学课件word版华中农业⼤学⾷品化学课件第⼆章⽔本章提要重点：⽔和冰的结构及其在⾷品体系中的⾏为对⾷品的质地、风味和稳定性的影响。
⽔分活度与⽔分吸着等温线及⽔分活度对⾷品稳定性的影响。
⾷品中⽔分含量和⽔分活度的测定⽅法。
难点：分⼦淌度与⾷品稳定性的关系，笼形⽔合物。
2.1概述Introduction ⽔..战争之源“下⼀场世界⼤战将是对⽔资源的争夺”..⽣命之源,组成机体，维持⽣命活动、调节代谢..⽔是唯⼀的以三种物理状态⼴泛存在的物质..⽔是⾷品中⾮常重要的⼀种成分，也是构成⼤多数⾷品的主要组分..⽔对⾷品的结构、外观、外表、质地、风味以及对腐败的敏感性有着很⼤的影响..各种⾷品都有显⽰其品质的特征含⽔量, 如果蔬: 75%-95%,⾁类:50%-80%,⾯包:35%-45⾕物:10%-15%2.2 ⽔和冰的结构Structure of water and ice1. ⽔和冰的物理特性Physical character of water and ice..与元素周期表中邻近氧的某些元素的氢化物⽐较（CH4、NH3、HF、H2S）－表⾯张⼒、介电常数、热容及相变热等..与冰⽐较（密度、热扩散率等）..Viscosity decreases with pressure (at temperatures below 33°C)..Hot water may freeze faster than cold water; the Mpembaeffect2.⽔和冰的结构Structure of water and ice⽔的异常性质可以推测⽔分⼦间存在强烈的吸引⼒以及⽔和冰具有不寻常结构(2)分⼦的缔合[Hydrated hydroxide ion (H7O4-), with 3 water molecules donating hydrogen bonds to the hydroxide ion](3)⽔分⼦缔合的原因:①H-O键间电荷的⾮对称分布使H-O键具有极性,这种极性使分⼦之间产⽣引⼒.②由于每个⽔分⼦具有数⽬相等的氢键供体和受体,因此可以在三维空间形成多重氢键.③静电效应.(4)冰的结构六⽅型冰晶Ice 1①六⽅冰晶形成的条件：..在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻..溶质的性质及浓度均不严重⼲扰⽔分⼦的迁移。
食品化学（很多内容由于转不过来需看PPT）第一章绪论食物是指能被食用并经消化吸收后给肌体提供营养成分、供给活动所需能量或调节生理机能的无毒物质。
而我们把经过加工的食物称为食品。
在一般情况下两者的概念也并非很明确，通常也泛指一切食物为食品。
一、关于食物与食品的概念食品化学：应用化学的原理和方法，研究食品及其原料的组成、结构、理化性质、生理功能、体内生化过程、营养价值、安全性质及在加工、贮藏、运销中的变化、变化本质及对食品品质和安全性影响的一门新兴、综合、交叉性学科。
简言之，食品化学即是研究食品的组成、结构、功能及其变化规律，从分子水平认识食品的一门科学。
二、食品化学的内容食品中大部分的成分来自于天然的原材料，属于自然组成，但在加工贮藏和运输的过程中也有一些非天然成分的介入，即人为添加。
食品的化学组成水无机成分天然成分矿物质(自然组成)蛋白质碳水化合物(糖类)有机成分脂类化合物食品的化学组成维生素激素色素风味物质其它成分(有毒物质)食品添加剂（天然和人工合成）非天然成分(人为添加) 加工过程污染物环境污染物三、食品化学的研究方法1、食品的品质特性：(1)安全性：广义上：食品在食用时完全、无有害物质和无微生物的污染。
狭义上：食品被食用后，在一定时间内对人体不产生可观察到的毒害考虑食品的安全性的几种情况：①原本就存在于食物中的有害物质②在食品加工时有意无意添加到食品中的毒物；③对食品在贮运过程中产生的有毒物质。
(2)直观性品质特性：质构(硬，软，绵，脆等)，风味和色泽(色、香、味、形）(3)非直观性品质特性:消费者难以知晓2、影响食品品质特性的化学反应：非酶褐变，酶促褐变，脂类水解，脂类氧化，蛋白质变性，蛋白质交联，蛋白质水解，低聚糖和多糖的水解，多糖的合成，糖酵解，天然色素的降解。
三、食品化学在食品工业技术发展中的作用产品自身的因素17（决定食品在贮藏加工中稳定性的重要因素）环境因素四、食品化学研究现状及展望保健食品的研究方兴未艾全天然食品受到青睐开发新的食物资源食品品种更趋多样化未来食品-合成食品人造食品：通常人们把单细胞蛋白称人造食品，这种蛋白质可以从单细胞微生物如细菌、海藻、真菌、酵母或原生动物中得到，只需在这些化合物中加入空气、水和一定量的微量元素即可，如：人造鱼翅、人造大虾、人造蟹肉、人造鱼子酱等。
三低食品：低脂、低盐、低糖食品强化食品：在天然食品中添加必要的营养素，就使食品成为既有比较全面的营养又美味可口的强化食品。
玉米、大豆、小麦三合一食品即为一例。
例如：豆类蛋白和谷类蛋白谷类（大米、小麦、大麦、燕麦）蛋白质缺乏Lys而富含Met豆类蛋白质缺乏Met而富含Lys＋富含Met和Lys完全平衡必需氨基酸太空食品：由于太空飞行导致骨骼钙流失，肌肉萎缩，红血球数量减少，食品必须提供充足的优质蛋白质、充足的钙，以及适当的钙磷比例及维他命Ｄ。
对象食品：针对不同对象，给予各种不同营养成分的食品。
如运动员、婴儿、孕妇、病人、体力劳动者、脑力劳动者、老年人、特殊作业人群等都需要制定各自的食品。
方便食品：携带和食用方便，易于贮存，卫生安全，经济实惠。
其他食品：功能食品、海洋食品、昆虫食品、试管食品、辐射食品、胚芽食品、组合食品、花朵食品等。
第二章水主要内容：食品中水的存在状态水分活度水分活度与食品稳定性水分的吸着等温线分子流动性与食品稳定性第一节食品中水的存在状态一、问题食品中含有大量水分，为什么用刀切开新鲜水果，虽然水分含量很高，为什么水不会很快流出来？原因：水与食品中的各种复杂成分以不同的方式结合。
如水与离子和离子基团的相互作用；水与具有氢键结合能力的中性基团形成氢键；水在大分子之间可形成由几个水分子所构成的“水桥”等。
二、水与溶质的相互作用例如：食品中的食盐和水之间的作用：离子带有完整的电荷，它们和水分子之间的极性作用强于水分子之间的氢键连接力。
如Na+与水分子之间的结合能力（离子水合作用）约是水分子间氢键连接力的4倍。
正是由于离子和水分子之间的强的相互作用，导致破坏原先水分子之间的缔合关系，使一部分水固定在了离子的表面。
能阻碍水分子之间网状结构的形成，其溶液的流动性比水大，此类离子如：K+、Rb+、Cs+、NH+4、Cl-、Br-、I-、NO-3、BrO-3等；有助于水分子网状结构的形成，水溶液的流动性小于水，此类离子如：Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Mg2+、Al3+、OH-等。
水与具有氢键键合能力的中性基团相互作用食品中蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等成分含有大量的具有氢键键合能力的中性基团，如羧基、氨基、羰基、羟基等，这些基团均可与水分子通过氢键相互结合。
因此通常在这些物质的表面总有一定数量的被结合、被相对固定的水。
水与非极性基团的相互作用非极性基团指烃类、脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团疏水水合作用疏水相互作用非极性基团仍占球形蛋白表面面积的40-50%许多蛋白质在等电点以上pH时能结合某些负离子（52张）根据结合力的强弱程度不同，可把食品中的水分成：结合水是指存在于溶质或其他非水成分附近的、与溶质分子之间通过化学键结合的那部分水。
自由水是指那些没有被非水物质化学结合的水。
主要是通过一些物理作用而滞留的水。
结合水与自由水的性质差别结合水的蒸气压比自由水低得多结合水的冰点比自由水低得多结合水不能作为溶质的溶剂自由水能为微生物所利用，结合水则不能水分活度二、水分活度的测定常测定p/p0值近似表示水分活度相对湿度传感器测定：将样品置于恒温密闭的容器内，使其达到平衡，然后用电子或湿度测量仪测定样品和环境空气平衡的相对湿度，即得aw。
一般来说，物质溶于水后，该溶液的蒸汽压总要低于纯水的蒸气压，所以食品的aw值在0～1之间三、水分活度与温度的关系水分含量相同，温度不同，aw不同。
测定样品aw时，必须标明温度。
水分活度与绝对温度的关系：克劳修斯-克拉伯龙方程来表示。
一定的温度范围内aw随温度升高而增加。
由图2－12说明：在低于冰点温度时也是线性关系；温度对aw的影响在低于冰点温度时远比高于冰点温度时要大得多；样品在冰点时，图中直线出现明显的折断。
在比较冰点以上和冰点以下温度的aw时，应注意以下三点：冰点以上，aw是样品成分（所含溶质种类和比例）和温度的函数，样品成分是影响aw 的主要因素。
但冰点以下时，aw与样品成分无关，仅与温度有关。
因此，不能根据aw来准确预测在食品冰点以下时的体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。
不能根据冰点以下温度aw预测冰点以上的同一种食品的aw。
食品冰点温度以上和冰点温度以下时的aw值的大小对食品稳定性的影响是不同的。
第三节水分吸着等温线定义：在恒定温度下，使食品吸湿或干燥，所得到的食品水分含量（以g水/g干物质表示）对其aw作图得到的关系曲线，称水分吸着等温线（moisture sorption isotherms,MSI）大多数食品或食品原料的水分吸着等温线为S型，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的水分吸着等温线为J型。
见图2－15：一、食品水分吸着等温线制作方法高水分食品：测定脱水过程中水分含量与aw的关系，为解吸等温线；低水分食品：向干燥样品中逐渐加水，然后测定加水过程中水分含量与aw的关系，为回吸等温线同一样品，不同制作方法，其等温线形状不同。
二、MSI中的分区(见图2－14)（各个区水的特性）MSI与温度的关系滞后现象见图2－17在一指定的aw，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量。
造成滞后现象的主要原因解吸过程中一些水分与非水物质相互作用而无法放出水分；物料不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需要不同的蒸气压（抽出需p 内>p外，填满需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量时处于较高的aw。
温度、解吸速度和程度及食品类型等都影响滞后环的形状。
高糖-高果胶食品空气干燥苹果总的滞后现象明显滞后出现在真实单层水区域aw＞0.65时，不存在滞后高蛋白食品冷冻干燥熟猪肉aw＜0.85开始出现滞后滞后不严重回吸和解吸等温线均保持S形淀粉质食品冷冻干燥大米存在大的滞后环aw=0.70时最严重第四节水分活度与食品稳定性一、水分活度与微生物生长的关系上表可知：不同种类的微生物其正常生长繁殖所需要的水分活度不同，由此可正确推断影响不同含水量食品质量的主要微生物每一水分活度区间的下限为相应微生物正常生长的水分活度阈值，即在此水分活度以下，该类微生物不能正常生长。
二、水分活度与脂质氧化的关系脂肪品质的化学反应主要为酸败，而酸败的化学本质是空气氧的自动氧化Ⅰ区：抑制氧化作用；Ⅱ区：促进氧化作用；Ⅲ区：氧化反应速度随着水分增加又呈下降趋势。
出现这种现象，何种原因？Ⅰ区：抑制氧化作用覆盖了可氧化部位，阻止它与氧的接触；与金属离子的水合作用，消除了由金属离子引发的氧化作用；一些二价或多价，如Cu2+、Zn2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Pb2+等的金属离子常可促进油脂氧化反应的进行，称这些金属离子为助氧化剂。
与氢过氧化物（ROOH）的氢键结合，抑制了由此引发的氧化作用；促进了游离基间相互结合，由此抑制了游离基在脂质氧化中链式反应。
Ⅱ区：促进氧化作用水分的溶剂化作用，使反应物和产物便于移动，有利于氧化作用的进行；水分对脂肪分子的溶胀作用，暴露出新的氧化部位，有利于氧化的进行。
Ⅲ区：氧化反应速度又随aw增加而下降大量的水分降低了反应物和催化剂的浓度，氧化速度又有所降低。
三、aw与美拉德褐变的关系aw低于0.2以下，不利于反应物和产物的移动，抑制美拉德褐变；aw高于0.2以上，随着aw的增大，有利于反应物和产物的移动，美拉德褐变反应速度增加直至达到最高点；aw继续增加，反应物被稀释，美拉德褐变下降。
浓缩食品最易发生褐变。
几类重要的反应速度与aw的关系除非酶氧化在aw＜0.3时有较高反应速度外，其它反应均是逾小反应速度愈小。
也就是说愈小有利于食品的稳定性。
第五节冰在食品稳定性中的作用冷冻是保藏大多数食品最理想的方法，作用主要是低温。
具有细胞结构的食品和食品凝胶中形成冰会产生两个重要有害结果:♦在非冻结相中非水组分被浓缩♦水结冰后体积增加9%冷冻对反应速度有两个相反的影响低温降低大多数反应的速度。
冷冻产生的浓缩效应会导致有些反应的速率增大。
例如一些Vc、VA、胡萝卜素、蛋白质等的氧化、磷脂的水解等反应。
第六节分子流动性与食品稳定性食品的分子流动性（molecular mobility,Mm）:与食品贮藏期间的稳定性和加工的性能有关的分子运动形式。
Mm主要受水合作用、温度和相变（玻璃态转变成液态）的影响。
