食品化学讲义PPT-课件PPT(精)

2.5 吸湿等温线
2.5.1定义和区域 定义：在恒定温度下，食品的水分含量与它
的水分活度之间的关系图称为吸湿（着）等 温线。 • 区域：分三区域分析
宽水分含量范围的 食品低水分部分水分吸 水分吸着等温线 着等温线的一般形式
等温吸湿线三区域
Ⅰ区：是低湿度范围，水分子和食品成分中 的羧基和氨基等离子基团牢固结合，结合水 最强，所以aw也最低，一般在0~0.25之间，相 当于物料含水量0~0.07g/g的干物质。它可以 简单地看作为固体的一部分。这部分水可看 成是在干物质可接近的强极性基团周围形成 一个单分子层所需水的近似量。
水与离子和离子基团的相互作用 水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用 水与非极性物质的相互作用
2.3.2 水的存在状态
• 结合水 • 自由水 • 结合水和自由水之间的区分
2.3.1.1 水与离子和离子基团的相互作用
离子水合作用 如Na+、Cl-和解离 基团-COO-、-NH3+等。 Na+与水分子的结合 能力大约是水分子间 氢键键能的4倍。
食品化学幻灯片PPT
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2.1 概述
水在生物体内的生理功能
1、化学作用的介质，也是化学反应的反应物或 生成物。
2、体内营养素和代谢废物的运输介质，还推进 呼吸气体的运载。
3、是维持体温的载温体。 4、是生物体内减缓磨擦的润滑剂。
2.1.1 水在食品中的作用
结合水
指通过化学键结合的水。根据被结合的 牢固程度，有几种不同的形式：
(1) 化合水 (2) 邻近水 (3) 多层水 结合水包括化合水和邻近水以及几乎全
部多层水。食品中大部分的结合水是和蛋 白质、碳水化合物等相结合的。

2002
2、食品化学与相关课程的关系
二、食品化学在食品中的mposition Structure Physicochemical Properties Bioactives Safety Changes
食品分析 食品营养 食品物性 食品添加剂 食品加工与贮藏 食品质量与安全 食品包装
食品化学
河南农业大学食品科学技术学院
第一章 序 论
一、食品化学的定义 二、食品化学在食品科学中的地位与作用 三、食品化学的内容与研究方法 四、食品化学学习方法与要求
一、食品化学的定义
营养素
1、名词概念
食物或食料
食品化学
食品化学：是一门研究食品（包括食品原料）的组成、特性 及其产生的化学变化的科学。
➢ 食品化学起于何处难以从历史记载中找到答案 ➢ 食品化学是解在解决食品工艺及食品品质中有关化学问题的基础
上逐步形成的一门独立的学科 ➢ 食品化学现已是食品科学与工程一级科学的公共课
A. L. Lavoisier
（2）食品化学的研究现状
➢ 在化学组成研究基础上，采用模拟体系或简单体系进行研究，以研究某 一成分在食品及人体中性质及功能。
中
Hormones
化 学
Flavor Compositions Toxic substances
成 分
Food additives
Natural additives Synthetic additives
Unnatural Compositions
Contaminant
Processing Environmental pollution
2、 食品 化学 研究 内容
3、 研究 方法
天然的及非天然的成分的性质、功能 及人体需要 天然的及非天然的成分在食品原料中 的变化 天然的及非天然的成分在加工及贮藏 中的变化 天然的及非天然的成分对食品质量与 安全性的影响

SN系统，即立体有择位次编排（Stereo specific numbering, SN）: 根据甘油的费歇尔（Fisher）平面投影式，碳原子编号自 上而下为1~3，C2上的羟基写在左边。
碳原子从顶到底的次序编号为Sn-1， Sn-2及 Sn-3。如， Sn-甘油-1-硬脂酸酯-2-油酸酯-3-肉豆 蔻酸酯，或Sn-甘油-1-硬酯酰-2-油酰-3-肉豆蔻酰， 或Sn-StOM，或Sn-18:0-18:1-14:0。它的结构式如 下：
甘油的1位和2位的两个羟基分别与两个脂肪酸生成酯，3位羟基 与磷酸生成酯，即磷酯。如上图用系统命名法为Sn-甘油-1-棕榈酰-2亚油酰-3-磷酯酰胆碱（卵磷酯）。
磷酯中磷酸基团又可与其他的醇进一步酯化，生成多种磷酯类。
第四章 脂类
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三、脂类的分类与组成
1.按其结构组成的系统分类
脂 质 的分类
主类
亚麻酸酯类：这类酯中脂肪酸除油酸及亚油酸含量较高外，还含有 大量的亚麻酸。产品主要有：豆油、大麻籽油等。
芥酸酯类：脂肪酸中含有高芥酸（44%~55%），以菜籽油和芥籽油
为代表。
第四章 脂类
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第二节 酯类的物理性质
一、一般特性
1. Smell and colour：纯脂肪无色、无味；油脂无挥发性，气 味多由非脂成分引起的。
1：
1：
1
单
多
饱
不
不
和
饱
饱
脂
和
和
肪
脂
脂
酸
肪
肪
酸
酸
第四章 脂类
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（二）酰基甘油
天然脂肪是由甘油与脂肪酸结合而成的一酰基甘油、 二酰基甘油和三酰基甘油混合物，但天然脂肪中主要是 以三酰基甘油形式存在。它的形成见下图：

例如：
糖类是自然界中广泛分布的一类重要的有机化合物。日常
食品化学
民以食为天 ~~~ 嘴中的化学 每天，我们的嘴都离不开食 物，吃是嘴的特长，由此诞生了 我们所谓的“吃货”。“吃”， 是一件非常幸福的事，特别是各 种各样的美食摆在面前时…面对 食品，我们也知道它们都是与我 们的化学息息相关的……
食品中的主要化学成分
水
脂肪
蛋白质
糖类
无机盐
维生素
蛋 白 质
蛋白质（protein）是生命的物质基础，
没有蛋白质就没有生命。因此，它是与 生命及与各种形式的生命活动紧密联系 在一起的物质。机体中的每一个细胞和 所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋 白质占人体重量的16%~20%，即一个 60kg重的成年人其体内约有蛋白质 9.6~12kg。人体内蛋白质的种类很多， 性质、功能各异，但都是由20多种氨基 酸按不同比例组合而成的，并是生命之源
在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活 动都是起源于水的。人体内的水分，大约占到体重 的65%。其中，脑髓含水75%，血液含水83%，肌 肉含水76%，连坚硬的骨胳里也含水22%呢!没有水
，食物中的养料不能被吸收，废物不能排出体外， 药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水，后果 是很严重的。缺水1%-2%，感到渴；缺水5%，口 干舌燥，皮肤起皱，意识不清，甚至幻视；缺水 15%，往往甚于饥饿。没有食物，人可以活较长时 间（有人估计为两个月），如果连水也没有，顶多 能活一周左右。人如果不摄入某一种维生素或矿物 质，也许还能继续活几周或带病活上若干年，但人 如果没有水，却只能活几天。人体细胞的重要成分 是水，水占成人体重的60~70%，占儿童体重的 80%
Importance
水（化学式：H₂O）是由氢、氧两种元素组成的无机 物，在常温常压下为无色无味的透明液体。水是地球上最 常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资 源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到 了重要的作用。因此，我们每天都应该喝水。特别是饭前 喝水，以下就是饭前喝水的好处---

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具有特殊功能的低聚糖－低聚木糖
❖ 主要成分为木糖、木二糖、木 三糖及木三糖以上的木聚糖
❖ 木二糖含量↑，产品质量↑ ❖ 甜度为蔗糖的40%
β-1，4
低聚木糖的特性：
➢ 较高的耐热（100℃/1h） 和耐酸性能（pH2～8）
➢ 双歧杆菌所需用量最小的 增殖因子
➢ 代谢不依赖胰岛素，适用 糖尿病患者
二、食品原料中的碳水化合物
Carbohydrates comprise more than 75%of the dry matter of Plants. eg: corn, vegetable, fruit, and so on.
Monosaccharides & Oligasaccharides is usually found in the vegetable and fruit .
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2.2 Monosaccharide & Oligosaccharides
一、单糖和低聚糖的结构及功能 Structure & Function of Carbohydrates 2、低聚糖（Oligosaccharides）
一般由２－１０个糖基构成，较重要的低 聚糖有蔗糖、麦芽糖、乳糖、饴糖、麦芽 糊精和环状糊精（沙丁格糊精）
增加溶解性，如环状糊精、麦芽糊精。
糊精做固体饮料的增稠剂和稳定剂。
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具有特殊功能的低聚糖
❖ 功能性食品
➢ 低热、低脂、低胆固醇、低盐、高纤维素 ➢ 低聚糖（寡糖）和短肽（寡肽）
❖ 具有特殊保健功能的低聚糖
➢ 低聚果糖、乳果聚糖、低聚异麦芽糖、低聚木 糖、低聚氨基葡萄糖
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营养性、安全性、感官享受性影响的科学；是为改善食
品包装、开发食品新资源、革新食品加工工艺和储运技 术、科学调整膳食结构、改进食品包装、加强食品质量 与安全控制及提高食品原料加工和综合利用水平奠定理 论基础的科学。
食品化学研究的内涵和要素
食品化学是交叉性明显的应用学科，涉及
化学、生物化学、物理化学、高分子化学、环境化
1. 2. 3.
食品供应不足
食品工业化生产程度低 生产者和消费者食品知识的贫乏
贫穷 追求眼前利益 国家的政策不够完善
1.4 食品化学的研究方法
食品化学的基本研究方法
确定关键的化学和生物化学反应是如何能影响到食 品的质量与安全、并将这种知识应用于食品配制、
加工和贮藏过程中可能遇到的各种情况
1. 2.
第一功能——营养 第二功能——感官享受（嗜好性） 第三功能——调节生理活动（功能性食品）
食品的社会文化功能
联络感情
维持社会安定——民以食为天
食品科学的研究内容
食品科学是一门交叉学科，主要论述微生物学、化学、 生物学和工程。 关于食品基础理论的研究（营养、生化、物性） 关于食品生产与加工的研究 新技术在食品生产中的应用 食品质量的研究—食品科学研究的中心
Justus von Liebig(1803-1873) 1847年发表了《食品化 学的研究》 1860年食品中的主要成分为水、粗脂肪、灰分、蛋 白质、“无氮提取物”（碳水化物）
20世纪前期，鉴定了维生素、矿物质、脂肪酸和一 些氨基酸
食品化学的进展与严重而普遍的食品掺假行为 相平行（化学广泛用于生活使它走入邪路）
风味, 营养, 色泽, 质构
1.4.3 反应对食品质量和安全的影响
L
加热, 氧 催化剂 加热

偶极-离子 H2O-游离离子
较强
H2O-有机分子带电基团
偶极-偶极 H2O-PR-NH， H2O-PR-CO
近乎相等
H2O-侧链OH
疏水水合 H2O+R→R（水合）
△G＞0
疏水相互作用 R（水合）＋R（水合）
→R2（水合）+ H2O
△G＜0
水与离子基团的相互作用 Interaction of water with Ionic groups
温度(℃) 0 1.5 83
配位数 4 4.4 4.9
分子间距nm 0.276 0.290 0.305
冰的结构 Structure of ice
六方冰晶形成的条件：
① 在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻 ② 溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁移。
冰的分类
按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类： o 六方型冰晶 o 不规则树枝状结晶 o 粗糙的球状结晶 o 易消失的球状结晶及各种中间体。
• 大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但冰点 大大降低。
• 有一定溶解溶质的能力 • 与纯水比较分子平均运动大大降低 • 不能被微生物利用
Bulk-phase water
water that occupies positions furthest removed from nonaqueous constituents; water-water hydrogen bonds predominate.
水分子缔合的原因:
1. H-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.

（1）食品主要成合物
及蛋白质三大类物质
①从单一成分自身的反应来看，其反应的活性顺序 为：脂肪蛋白质碳水化合物。脂肪与蛋白质都能 在常温下反应，但脂肪的反应具有自身催化作用， 因此食物主要成分中脂肪是最不稳定的，很多食品 通常是先由脂肪变化而导致食品变质。碳水化合物 一般条件下是比较稳定的，它只有在加热、酸或碱 性较强的情况下才反应，但是决不能小看该类反应 对食品质量的影响，因为使用酸、碱和加热是食品 加工的常用手段。
气相的组成，主要是指食品包装中气体的组成。水果、 疏菜的保鲜可通过适当的包装材料和充气处理，降低 气相中的氧含量，提高二氧化碳气体的含量，来降低 呼吸强度，延长货架期。对一些特别不好贮藏的食品， 如高级茶叶，可在包装中充入惰性气体，以维持其特 有的色泽和香气。罐头和瓶装食品如果排除罐顶和瓶 口的氧气，有利于延长产品的保质期
现代食品化学是以食物中的主要成分和重要成分为主 线，以这些物质在食品加工与贮藏条件下的理化特性 和化学反应为基础，以食品质量的变化为标准来建立 理论体系的，是近百年来食品科学和其它相关科学研 究的基本材料的归纳与分析。
在对一类食品或一种食品成分的基本介绍， 一般都着眼三个层面的问题： ① 明确食品的品质特性。 ② 分析影响食品质量的化学成分和化学反应。 ③ 找出影响食品质量的主要反应的控制条件。 尽管在各章中讨论更多的是第二个问题，但是第一、 第三个问题贯穿始终。
质构的化学本质一般是食品中的大分子自身的作用，以 及它们与金属离子、水之间的相互作用。 最常见的导致食品质构劣变的原因有： 食物成分失去溶解性、失去持水力及各种引起硬化与软 化的反应。
色（color）：是指食品中各类有色物质赋予食品的 外在特征，是消费者评价食品新鲜与否，正常与否 的重要的感官指标。

Stability is often maintained below the monolayer water content
Microbiological stability
Microorganisms may grow above a given, food material specific water content
Net structure- forming effect
另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect),这些离子大多是电场强度大， 离子半径小的离子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等。
水与有氢键键合能力中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities
二 水和冰的结构
单个水分子的结构特征 The water molecule
1. H2O分子的四面体结构有对称型. 2. H-O共价键有离子性. 3. 氧的另外两对孤对电子有静电力. 4. H-O键具有电负性.
水分子的缔合 Association of water molecules
水 分 合子 的 缔
• - aw < 0.6 no growth • - aw > 0.6 xerophilic yeasts and molds耐渗
透压酵母 • - aw > 0.7 molds • - aw > 0.75 halophilic bacteria 嗜盐细菌 • - aw > 0.8 yeasts • - aw > 0.86 pathogenic bacteria (S. aureus)

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食品在冻结点上下水分活度的比较
❖ 冰点以上，食物的水分活度是食物组成和食品温度的函 数，并且主要与食品的组成有关；而在冰点以下，水分 活度与食物的组成没有关系，而仅与食物的温度有关
❖ 冰点上下食物的水分活度的大小与食物的理化特性的关 系不同。如在-15℃时，水分活度为0.80，微生物不会生 长，化学反应缓慢，在20℃时，水分活度为0.80时，化 学反应快速进行，且微生物能较快的生长
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水分活度与温度的关系
❖ 水分活度与温度的函 数可用克劳修斯-克拉 伯龙方程来表示， lnaw=-ΔH/RT+c T-绝对温度，R-气体 常数，ΔH-样品中水 分的等量净吸着热
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冻结食物的水分活度
❖ 在计算冻结食物的水分活度时aw=P/P0中 P0的应该是冰的蒸汽压还是是过冷水的 蒸汽压？因为这时样品中水的蒸汽压就 是冰的蒸汽压，如果P0再用冰的蒸汽压， 这样水分活度的就算就失去意义，因此， 冻结食物的水分活度的就算式为aw=P（纯 水）/P0（过冷水）。
水分活度与非酶反应的关系
❖ 脂质氧化作用：在水分活度较低时食品中的水与氢过 氧化物结合而使其不容易产生氧自由基而导致链氧化 的结束，当水分活度大于0.4水分活度的增加增大了 食物中氧气的溶解。加速了氧化，而当水分活度大于 0.8反应物被稀释，氧化作用降低
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。 ❖ 食品化学：指研究食物的组成、性质以及功能和食物在 贮藏、加工和包装过程中可能发生的化学和物理变化的 科学。食品化学、微生物学、生物学和工程学是食品科 学的四大支柱学科。
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2 食品化学的分类
❖ 食品成分化学 ❖ 食品分析化学 ❖ 食品生物化学 ❖ 食品工艺化学 ❖ 食品功能化学 ❖ 食品风味化学