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1、食品化学河南农业大学食品科学与技术学院营养素（nutrition）名词概念食物或食料（foodstuff）食品化学（food chemistry）食品化学：是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它们在生产、加工、贮藏和运销过程中的变化及其对食品品质和食品安全性影响的科学。一、水在食品中的作用水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。某些代表性食品的典型水分含量二、水和冰的物理特性水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻和干燥过程
2、有重大影响。温差相等的情况下，冷冻和解冻哪个更快？l 净结构形成效应 (Net structure forming effect)l 小离子或多价离子产生强电场l Li+, Na+, H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH-l 具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积l 净结构破坏效应 (Net structure breaking effect)l 大离子和单价离子产生较弱电场l K+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4-l 流动性比纯水强2、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用Inte
3、raction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilitiesl 水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱l 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等l 可与一些生物大分子构成“水桥”3、水与非极性物质的相互作用Interaction of water with nonpolar substancel 疏水水合作用（hydrophobic hydration）向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程称为疏水水合
4、。l 疏水相互作用（hydrophobic interaction）当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用。二、水在食品中的存在状态根据食品中水分的存在状态，可将食品中的水分分为自由水和结合水结合水：通常是指存在于溶质或其它非水组分附近的、与溶质分子之间通过化学键的力结合的那部分水。(1)化合水(2)邻近水(3)多层水自由水：指没有被非水物质化学结合的水。(1)滞化水(2)毛细管水(3)自由流动水二、水在食品中的存在状态结合水和自由水之间的界限很难定量地作截然的区分，只能更具物理、化学性质作定性的区分：1、结合水的量与食品中有机大
5、分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系；2、结合水的蒸汽压比自由水低得多；3、结合水不易结冰（冰点约-40 ）；4、结合水不能作为溶剂；5、自由水能被微生物利用，而结合水则不能二、水在食品中的存在状态食品中水的性质第四节 水分活度水分活度：指食品中水的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。P:是某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸气分压；P0:是相同温度下的纯水的蒸汽压；ERH:样品周围的空气平衡相对湿度；n1:为溶剂摩尔数n2:为溶质摩尔数注意应用aw=ERH/100时必须注意：aw是样品的内在品质，而ERH是与样品中的水蒸气平衡时的大气性质。仅当食品与其环境达到平衡时才能应用。二、
6、水分活度与温度的关系l 水分含量相同，温度不同，Aw不同l Clausius-Clapeyron方程T 绝对温度R 气体常数DH 在样品的水分含量下等量净吸附热lnAw1/Tl 温度不太宽的范围内呈直线关系l 10温度变化，Aw变化0.030.2三、冰点以下食品的AwPff 部分冻结食品中水的分压P0 (scw) 纯的过冷水的蒸汽压P(ice) 纯冰的蒸汽压四、比较冰点以上和冰点以下Awl 在冰点以上，Aw是样品组成与温度的函数，前者是主要的因素l 在冰点以下，Aw与样品的组成无关，而仅与温度有关，即冰相存在时， Aw不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据Aw 预测受溶质影响的反应过程l
7、 不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度的Aw第五节 水分吸湿等温线一、定义 Definition在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关系曲线。MSI的实际意义:1、由于水的转移程度与Aw有关，从MSI图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看出如何组合食品才能避免水分在不同物料间的转移。2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响。3、从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。MSI与温度的关系l 水分含量一定l T，Awl Aw一定T，水分含量二、滞后现象1、定义：采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和按解吸(desorption)的方法绘制的MSI
8、并不互相重叠的现象称为滞后现象。即在一指定的Aw时，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量高糖-高果胶食品2、滞后现象产生的原因（1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分。（2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内P外， 要填满则需P外 P内)。（3）解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw。第六节 水分活度与食品的稳定性几类重要的反应速度与Aw的关系除非酶氧化在Aw0.3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。一、对脂肪氧化酸败的影响在
9、Aw0-0.33范围内，随Aw，反应速度的原因1、水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分解，阻止氧化进行。2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。在Aw0.33-0.73范围内，随Aw，反应速度的原因1、水中溶解氧增加2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化3、催化剂和氧的流动性增加当Aw0.73时，随Aw，反应速度增加很缓慢的原因催化剂和反应物被稀释二、对淀粉老化的影响食品在较高Aw的（3060）的情况下，淀粉老化速度最快；如果降低Aw ，则老化速度减慢，若含水量降至1015%，则食品中水分多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。三、对蛋白质变性的影响水分能使蛋
10、白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团， Aw的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。四、对化学及生物化学反应速度的影响大多数化学反应在水溶液中进行， Aw愈大，自由水增多，有利于反应进行：许多酶促反应需要水的介入和活化。幻灯片50冰在食品稳定中的作用食品结冰结冰时，将出现两个非常不利的后果：1、水结冰后，食品中非水组分的浓度将比冷冻前变大；2、水结冰后其体积比结冰前增加9%。幻灯片51思考题1、试解释食品一旦脱水后不能完全复水的原因？幻灯片53思考题2 、要想长时间地储存一种含脂肪的食品，希望其微观水分处于什么状态为好？A 高于多分子层吸附水状态B 处于多分子层吸附水状态
11、C 处于单分子层吸附水状态D 低于单分子层吸附水状态幻灯片54第三章 碳水化合物碳水化合物 多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物l 1、分类l 按组成分l 单糖（Monosaccharides）：l 不能再被水解的多羟基醛、酮，是碳水化合物的基本单位l 低聚糖（寡糖）（Oligasaccharides ） ：l 由210个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖l 多糖(Polysaccharides) ：由许多单糖分子缩合而成第一节 概述按功能分结构糖 贮存糖 功能糖l 二、食品中碳水化合物的作用l 提供人类能量的绝大部分l 提供适宜的质地、口感和甜味（如麦芽糊精作增稠剂、稳定剂）l 有利于肠道蠕动，促进
12、消化（如纤维素被称为膳食纤维，低聚糖可促小孩肠道双歧杆菌生长，促消化）一、单糖的结构从分子结构看，单糖是含有一个自由醛基或酮基的多羟基醛类或多羟基酮类化合物。醛糖二、单糖的性质1、甜度一般以10%或15%的蔗糖水溶液在20时的甜度为1.0，其它糖的甜度是以蔗糖为基准而得出的，所以又称为比甜度。甜味是由物质分子的构成所决定的。2、旋光性旋光性是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性。旋光方向以符号表示：右旋为D-或（+），左旋为L-（）除丙酮糖外，其余单糖分子结构中均含有手性碳原子，故都具有旋光性。幻灯片633、溶解性单糖分子中的多个羟基增加了它的水溶性，尤其是在热水中的溶解度很高，但是不
13、溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。4、吸湿性、保湿性和结晶性吸湿性：指糖在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质。保湿性：指糖在空气适度较低的条件下保持水分的性质。在所有的单糖中，果糖的吸湿性最强，葡萄糖次之。5、其他黏度低、抗氧化性三、单糖的化学反应1、氧化反应D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下可被氧化成D-葡萄糖酸，并形成内酯。幻灯片652、还原反应单糖的羰基在一定压力、催化剂镍存在下加氢还原成羟基，得 到糖醇（山梨醇、甘露糖醇、木糖醇等）3、酯化与醚化反应酯化糖中羟基与有机酸和无机酸相互作用生成（酯蔗糖酯是一种很好的乳化剂）醚化糖中羟基除了形成酯外，还能形成醚。如红藻多糖C3与C6间形成内醚（3,6-
14、脱水环）4、褐变反应 Browning Reaction(1)褐变作用概述褐变(browning)是食品加工最普遍存在的一种变色现象。在一些食品加工中适当的变色是需要的，如面包、红茶等加工；而另一些食品加工出现褐变则是不利的，如果蔬的加工、鱼片的加工等。(2)褐变分类酶促褐变 以多酚氧化酶催化，使酚类物质氧化为醌焦糖化反应 Phenomena of Caramelization非酶褐变美拉德反应 Maillard Reaction(3)焦糖化反应糖类在没有含氨基化合物存在的条件下，加热到其熔点以上温度时，会生成黑褐色色素物质，这种反应称焦糖化反应。定义糖类在受热情况下，生成两类物质：一类是糖的脱水聚合物，即焦糖或称酱色物(Caramel)；一类是烈解产物，是一类挥发性醛、酮类物质。幻灯片70A、焦糖的形成反应历程蔗糖熔融起泡异蔗糖酐焦糖酐起泡、脱水焦糖烯焦糖素(含羰基、羧基、羟基和酚基等)B、活性醛的形成糖在强烈的热作用下，产生活性醛（如糠醛）幻灯片71(4)美拉德反应定义 食品在油炸、焙烤、烘焙等加工或贮藏过程中，还原糖（主要是葡萄糖）同游离氨基酸或蛋白质分子中氨基酸残基
