食品化学绪论.

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1、食品化学 Food Chemistry 教学目的和要求 了解食品化学的概念、发展简史和 食品化学研究的内容以及食品化学 在食品工业技术发展中的重要作用 。 掌握食品中主要的化学变化以及它 对食品品质和安全性的影响。 熟悉食品化学的研究方法。 1.1食品化学的概念及食 品的化学组成 v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。 v食物：可供人类食用的含有营养素的天然 生物体。 v食品：经特定方式加工后供人类食用的食 物。 v化学：是研究原子、分子、离子层次范畴 内物质的组成、结构、性质和化学变化规 律以及变化过程中能量关系的科学，一般 可分为无机化学、有机化学、分析化学、 物

2、理化学等。 v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、储存和运销过程 中的变化及其对食品品质和安全性 影响的科学。 v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。 1.2食品化学的发展简史 古代食品化学（20世纪50年代以前） v瑞典人Carl wilhelmscheeie（舍勒）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

3、作被 认为是在农业和食品化学方面精密分析研究的 开端。 v法国化学家Antoine Laurent Lavoisier (拉瓦锡）(17431794)最早测定出乙酸的元 素成分，并且讨论了各种水果中的有机酸。 v法国化学家Michel Fugene Chevreul (17861889)在动物脂肪成分上的研究 导致了硬脂酸和油酸的发现与命名。 v英国化学家Humphey Davy（大卫）在 1813年出版了第一本农业化学原理 ,指出最基本的植物是由碳、氢、氧按 不同的比例所组成的，而少数与氮结合 ，揭示了食品由不同的化学元素组成的 ，把食品把食品与化学联系在一起。 vJustus Von Li

4、ebig（莱比格)（ 1882年）于1847年出版了第一本 有关食品化学方面的书食品化 学的研究，这本书中叙述了他 对肌肉的水溶性成分（肌酸、肌 氨酸、肌苷酸和乳酸等）的研究 ，但此时并未建立食品化学学科 。 v直到20世纪初，当食品工业已成为发 达国家和一些发展中国家的重要工业 ，大部份的食品物质组成已为化学家 、生物家和营养医学家的研究所探明 ，食品化学学科建立的时机才成熟。 v在此期间，食品工业的不同行业纷纷 创建自身的化学基础，粮油化学、果 蔬化学、乳品化学、糖业化学、肉禽 蛋化学、水产化学、添加剂化学、风 味化学等，为食品化学学科的建立奠 定了坚实的基础。 v到了二十世纪3050年代

5、，具有世 界影响的J. Food Agric，J. Food Sci，J. Agric. Food Chem和Food Chem等杂志的相继创立，标志着食 品化学的正式建立。 近代食品化学（ 20世纪6090年代 ） v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

6、，已出版第三 版并在全世界广流传。 现代食品化学（ 20世纪90年代以后） v近年来，食品化学的研究领域更加宽广， 研究手段日趋现代化，研究成果的应用周 期越来越短。 v现在食品化学的研究正向反应机理、风味 物的结构和性质、特殊营养成分的结构和 功能性质、食品材料的改性、食品现代和 快速分析方法、高新分离技术、未来食品 包装技术、新食源、新工艺和新添加剂等 现代化贮藏保鲜技术和生理生化研究方向 发展。 1.3 食品化学研究的内容 和范畴 v研究食品中营养成分、呈色、香、 味成分和有害成分的化学组成、性 质、结构和功能；阐明食品成分在 生产、加工、贮藏、运销中的变化 ，即化学反应历程、中间产物和

7、最 终产物的结构及其对食品的品质和 卫生安全性的影响；研究食品贮藏 加工的新技术，开发新的产品和新 的食品资源以及新的食品添加剂等 ，则构成了食品化学的主要研究内 容。 v根据研究内容的主要范围，食品化学 主要包括食品营养成分化学、食品色 香味化学、食品工艺化学、食品物理 化学和食品有害成分化学。 v根据研究内容的物质分类，食品化学 主要包括：食品碳水化合物化学、食 品油脂化学、食品蛋白质化学、食品 酶学、食品添加剂、维生素化学、食 品矿质元素化学、调味品化学、食品 风味化学、食品色素化学、食品毒物 化学、食品保健成分化学。 v另外，在生活饮用水处理、食品生产环 境保护、活性成分的分离提取、农

8、产品 资源的深加工和综合利用、生物技术的 应用、绿色食品和有机食品以及保健食 品的开发、食品加工、包装、贮藏和运 销等领域中还包含着丰富的其它食品化 学内容。 v食品化学研究范畴与生物和生化不同， 它研究食品在体外，在加工、储藏、运 营时的各种变化。 1.4食品中主要的化学变化概述 表1-1 在食品加工或储藏中可能发生的变化分类 属 性变 化 质 地失去溶解性、失去持水力、质地变坚韧、 质地软化 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 损失及生物利用性改变 安 全 性产生

9、毒物、钝化毒物、产生有调节生理机 能作用的物质 表1-2 改变食品品质的一些化学反应和生物化学反应 反应类型 例 子 非酶褐变 焙烤食品表皮成色 酶促褐变 切开的水果迅速变褐 氧 化 脂肪产生异味、维生素降解、色素褪色、蛋白质营养损失 水 解 脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、色素水解 金属反应 与花青素作用改变颜色、叶绿素脱镁、作为自动氧化催化剂 脂类异构化 顺反异构化、非共轭脂共轭脂 脂类环化 产生单环脂肪酸 脂类聚合 油炸中油起沫 蛋白质变性 卵清凝固、酶失活 蛋白质交联 在碱性条件下加工蛋白质使营养性降低 糖酵解 宰后动物组织和采后植物组织的无氧呼吸 表1-3 食品贮藏或加工中发生变化

10、的因果关系 初期变化二次变化影 响 脂类水解游离脂肪酸与蛋白质反应质地、风味、营养价值 多糖水解糖与蛋白质反应质地、风味、颜色、营 养价值 脂类氧化 氧化产物与许多其他成分反 应 质地、风味、颜色、营 养价值、毒物产生 水果破碎细胞打破、酶释放、氧气进 入 质地、风味、颜色、营 养价值 绿色蔬菜加热 细胞壁和膜的完整性破坏、 酸释放、 酶失活 质地、风味、颜色、营 养价值 肌肉组织加热蛋白质变性凝聚、酶失活质地、风味、颜色、营 养价值 脂类的顺一反 异构化 在油炸中油的热聚合油炸过度时起泡沫，降 低油脂的营养价值 表1-4 决定食品在贮藏加工中稳定性的重要因素 产品自身 的因素 各组成成分（包

11、括催化剂） 的化学性质、氧气含量、 pH、水分活度（Aw）、玻 璃化温度（Tg）、玻璃化温 度时的水含量（Wg）。 环境因素 温度（T）、处理时间（t） 、大气成分、经受的化学、 物理和生物处理、见光、污 染、极端的物理环境 1.5食品化学的研究方法 v化学研究的方法可概括为通过实验和理论探讨, 从分子水平上分析和综合认识物质变化的方法； v食品化学的研究方法则是通过实验和理论探讨, 从分子水平上分析和综合认识食品物质变化的方 法。 v食品化学的研究方法区别于一般化学的研究方法 是把食品的化学组成、理化性质及变化的研究同 食品的品质和安全性研究联系起来。因此，从实 验设计开始，食品化学的研究就

12、带有揭示食品品 质或安全性变化的目的，并且把实际的食品物质 系统和主要食品加工工艺条件作为实验设计的重 要依据。 v由于食品是一个非常复杂的物质系统， 在食品的配制、加工和贮藏过程中将发 生许多复杂的变化，因此为了分析和综 合有一个清晰的背景，通常采用一个简 化的、模拟的食品物质系统来进行实验 ，再将所得的实验结果应用于真实的食 品体系。可是这种研究方法由于使研究 的对象过于简单化，由此而得到的结果 有时很难解释真实的食品体系中的情况 。因此在应用该研究方法时，应明确该 方法的不足。 v食品化学的实验应包括理化实验和感官实验。 理化实验主要是对食品进行成分分析和结构分 析，即分析实验物质系统中

13、的营养成分、有害 成分、色素和风味物的存在、分解、生成量和 性质及其化学结构；感官实验是通过人的直观 检评来分析实验系统的质构、风味和颜色的变 化。 v根据实验结果和资料查证，可在变化的起始物 和终产物间建立化学反应方程，也可能得出比 较合理的假设机理，并预测这种反应对食品品 质和安全性的影响，然后再用加工研究实验来 验证。 v上述的食品化学研究成果最终 将转化为：合理的原料配比、有 效的反应物接触屏障的建立、适 当的保护或催化措施的应用、最 佳反应时间和温度的设定、光照 、氧含量、水份活度和pH等的确 定，从而得出最佳的食品加工贮 藏方法。 1.6食品化学在食品工业技 术发展中的作用 表1-

14、5 食品化学指导下现代食品工业的发展 方 面过 去发 展 食品配方依靠经验确定依据原料组成、性质分析和理性 设计 工 艺 依据传统，经验和粗 放小试 依据原料及同类产品组成、特性 的分析，根据优化理论设计 开发食品 依据传统和感觉盲目 开发 依据科学研究资料，目的明确地 开发，并大大增加了功能性食品 的开发 控制加工和贮 藏变化 依据经验，尝试性简 单控制 依据变化机理，科学地控制 开发食品资源盲目甚至破坏性的开 发 科学地、综合地开发现有和新资 源 深 加 工规模小、浪费大、效 益低 规模增大、范围加宽、浪费少、 效益高 表1-6 食品化学对各食品行业技术进步的影响 食品工业影 响 方 面

15、果蔬加工贮 藏 化学去皮，护色，质构控制，维生素保留，脱涩脱苦，打蜡 涂膜，化学保鲜，气调储藏，活性包装，酶促榨汁，过滤和 澄清及化学防腐等 肉品加工储 藏 宰后处理，保汁和嫩化，护色和发色，提高肉糜乳化力、凝 胶性和粘弹性，超市鲜肉包装，烟熏剂的生产和应用，人造 肉的生产，内脏的综合利用（制药）等 饮料工业 速溶，克服上浮下沉，稳定蛋白饮料，水质处理，稳定带肉 果汁，果汁护色，控制澄清度，提高风味，白酒降度，啤酒 澄清，啤酒泡沫和苦味改善，防止啤酒馊味，果汁脱涩，大 豆饮料脱腥等。 乳品工业 稳定酸乳和果汁乳，开发凝乳酶代用品及再制乳酪，乳清的 利用，乳品的营养强化等 续表1-6 焙烤工业生

16、产高效膨松剂，增加酥脆性，改善面包皮色和质构，防止 产品老化和霉变等 食用油脂工 业 精炼，冬化，调温，脂肪改性，DHA、EPA及MCT的开发利 用，食用乳化剂生产，抗氧化剂，减少油炸食品吸油量等 调味品工业生产肉味汤料、核苷酸鲜味剂、碘盐和有机硒盐等 发酵食品工 业 发酵产品的后处理，后发酵期间的风味变化，菌体和残渣的 综合利用等 基础食品工 业 面粉改良，精谷制品营养强化，水解纤维素和半纤维素，生 产高果糖浆，改性淀粉，氢化植物油，生产新型甜味料，生 产新型低聚糖，改性油脂，分离植物蛋白质，生产功能性肽 ，开发微生物多糖和单细胞蛋白质，食品添加剂生产和应用 ，野生、海洋和药食两用可食资源的开发利用等 食品检验检验标准的制定，快速分析，生物传感器的研制等 v近20年来，食品科学与工程领域发展了 许多高新技术，并正在逐步把它们推向 食品工业的应用。例如可解降食品包装 材料、生物技术、微波食品加工技术、 辐照保鲜技术、超临界萃取和分子蒸馏 技术、膜分