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1、化学与食品科学研究的关系,中国农业大学食品科学与营养工程学院 陈敏,化学角度分子水平分析问题 化学方法定性、定量研究问题 化学原理热力学、动力学解决问题 化学反应特点： 质量守恒定律 能量变化规律,食品化学,碳水化合物化学,化学（无机化学、有机化学、生物化学、分析化学、物理化学）,油脂化学,蛋白质化学,色素化学,风味化学,维生素化学,有害物质化学,食品分析,基础化学对食品科学的主要贡献： 无机化学原子结构与特点 有机化学分子结构与性质 物理化学物质变化的规律 分析化学物质定性与定量 生物化学生物体中物质的存在与变化 食品化学储藏加工中的化学变化 食品分析复杂体系中目标物质的定性与定量,食品化学
2、研究和一般化学研究的区别：,食品化学研究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，并且把实际的食品体系和主要食品加工工艺条件作为实验设计的重要依据。,食品化学近期研究热点,食品储藏与加工中的反应机理问题 食品功能成分研究 食品添加剂研究 食品安全性的研究,有关博硕士论文,大豆蛋白酶法水解物的苦味机理及脱苦方法的研究 生物发酵米粉的淀粉改性及凝胶机理研究 废食用油的燃料化机理及其燃烧性能的研究 碱性蛋白酶Alcalase凝固豆浆机理的研究,宣威火腿挥发性风味成分研究方法初探 以美拉德反应产物为
3、香基的海鲜调味品研究 发酵干香肠生产过程中挥发性风味成分变化的研究 植物蛋白咖啡饮料的研制与风味特征分析 酵母菌株与发酵度对低浓啤酒风味的影响,大豆活性成分的结构与功能评价 芦笋皮功能因子提取、纯化工艺及影响因素的研究 葡萄多糖的分离纯化、结构与功能特性的研究 枸杞多糖的特性、结构及生物活性评价-生物学前沿技术的应用,大豆低聚糖的提取及酶改性的研究 改性大豆低聚糖功能性的研究及大豆低聚糖在食品中的应用 茯苓多糖的提取方法及其改性研究 菱角淀粉理化特性的研究及其改性淀粉的开发 甜菜废粕中膳食纤维的提取及其改性的研究,蓝靛果天然色素提取、精制条件及稳定性研究 番茄红素的提取、分离、纯化及其性质研究
4、 甘薯抗氧化物质的分离提取及其生物活性的研究 苹果汁中多酚物质的分离提取及其主要生物活性的研究 板蓝根有效成分的提取分离及含量测定,山楂中主要活性成分的HPLC及HPCE法分析研究 花椒麻味物质的检测方法研究 苹果汁特征品质分析及鉴伪方法的研究 新苯基荧光酮试剂合成及在食品分析中的应用 葡萄酒中白藜芦醇及其糖苷异构体的快速测定方法研究,一、反应机理研究,maillard 反应过程,美拉德反应的产物类黑精的研究： 抗氧化、抗诱变和消除活性氧等功能 1999年3月食品类黑精与健康919活动，分5个领域对各种食品类黑精进行研究,至今已取得许多重要成果。 反应的具体过程和机理还不清楚,对食品类黑精的具
5、体组成、分子结构、性质及其功能机理需做大量的深入研究。,食品风味形成机理 例：加热条件下美拉德反应模型的研究,非加热或温和条件下美拉德反应模型,研究的重点: 特征香气成分及其形成、转化机理 控制方法的研究 在食品加工过程中，通过选择氨基酸和糖类，可以有目的的合成含有吡嗪类、吡咯类和呋喃类的不同香型风味物质。利用反应有控制的制备肉类香精成为研究反应maillard反应的一个热点。,二、食品功能成分研究,功能性成分 活性多糖：从植物体内和真菌中提取得到的多糖、膳食纤维及功能性低聚糖； 黄酮和多酚类物质：银杏黄酮、大豆异黄酮、葛根黄酮、茶多酚、葡萄多酚物质等； 类胡萝卜素：胡萝卜素、玉米黄素、叶黄素
6、及番茄红素等； 不饱和脂肪酸：亚麻酸、亚麻酸、共轭亚油酸等； 活性肽：大豆多肽、乳多肽、血液多肽、骨多肽等,研究内容： 1、分离、纯化方法 2、分析方法 3、化学结构 4、功能性质 5、制备方法,（1）天然功能成分的分离提取 超声提取技术； 生物酶解技术； 微波技术； 超临界流体萃取技术； 膜分离技术； 大孔树脂分离技术 高速逆流色谱,（2）功能成分的定量测定 光谱方法：原子光谱、分子光谱 色谱方法：气相色谱、液相色谱 其它：电化学方法等,（3）功能成分的结构测定： 现代仪器分析为阐明食品中的功能成分组成与结构提供了有效的方法。 色谱技术，特别是制备色谱的应用为功能成分的分离纯化提供了有效方法
7、。 光谱仪器及核磁共振、质谱、特别是色质联用如GCMS、LCMS；LCNMR；X衍射等应用,（4）功能性质研究：,抗氧化功能 抗疲劳功能 调节血脂功能 免疫调节功能 耐缺氧功能 改善睡眠功能 润肠通便功能 调节血糖功能 提高缺氧耐受力功能,减肥功能 对辐射危害有辅助保护功能 促进消化功能 改善营养性贫血功能 调节肠道菌群功能 对化学性肝损伤有辅助保护功能 通便功能 对胃粘膜损伤有保护功能,例1：共轭亚油酸（Conjugated Lindeic Acid，CLA）,亚油酸的9、12两个双键异构产生的功能性高级脂肪酸 c9t11 和t10c12是含量最多且具有生理活性的两种异构体 。,共轭亚油酸的
8、生理功能 对脂肪组织的影响 调节血脂 抗肿瘤作用 抗缺氧,共轭亚油酸的制备 化学合成法 异构化法 脱水法 生物合成法,例2 抗性淀粉Resistant Starch，RS,抗性淀粉是不被健康人体小肠所吸收的淀粉及其降解物总称。 物理包埋淀粉(Physically Trapped Starch, RS1) 抗性淀粉颗粒(Resistant Starch Granules, RS2) 老化淀粉(Retrograded Starch RS3) 化学改性淀粉(Chemically Modifed Starch, RS4),抗性淀粉的制备,抗性淀粉现在主要制备颗粒性的RS2 和非颗粒性的RS3。 高直链
9、淀粉进行回生，或者是形成高度结晶的区域以抗酶解。 抗性淀粉的应用 抗性淀粉应用于食品加工，不仅可提高纤维含量，还可改进食品的品质，克服传统膳食纤维的某些缺点，使消费者能够在享受食品原有美味的条件下得到健康和营养。 抗性淀粉作为低热、高膳食纤维含量的功能性食品成分将具有重要的工业应用价值。,三、食品添加剂的开发与利用,1、天然色素 （植物、动物、矿物、微生物） 类胡萝卜素 花青色素 黄酮色素 醌类色素,稳定技术研究进展,分子辅色稳定作用:是花色素与其它物质间的聚合，是自然界中各种花色苷稳定的一个重要方面。 花色苷的酰基化:糖基与脂肪族和芳香族有机酸酰化 生物工程技术 :基因克隆技术 ，细胞培养,
10、2、天然甜味剂,功能性单糖(如结晶果糖、L-糖) 功能性低聚糖(如低聚果糖、乳酮糖) 多元糖醇(如赤鲜糖醇、木糖醇) 糖苷(如甜菊苷、甘草甜素) 蛋白质甜味剂(如嗦吗甜Thaumatin、奇异果素Miraculin ),3、天然增稠剂 天然动植物提取或者加工的水溶性胶体物质 高甲氧基果胶 降解的瓜尔豆胶 黄原胶 海藻胶,4、天然乳化剂 大豆磷脂 酪蛋白 谷蛋白,四、食品安全中的化学问题,食品在加工和储藏过程中产生的微生物污染，例如真菌毒素、细菌毒素污染； 环境和生产污染，例如种植养殖过程的农用化学品污染； 食品加工过程的超标、超限添加剂污染及非法使用非食品添加剂污染造成了食品安全的热点问题。
11、加工与储藏中传统加工工艺和制造过程中存在的潜在微量危害物质,例1、反式脂肪酸(简称trans Fatty Acids，TFA),主要来源是氢化油脂和油脂高温脱臭工艺，天然油脂中也有一定含量的反式脂肪酸，但不包括共轭亚油酸CLA。,反式脂肪酸危害,影响人体免疫系统，增加血液黏稠度和凝聚力，促进血栓形成； 提高人体血液中LDL，降低HDL，增加了动脉硬化和型糖尿病的发生概率； 影响婴幼儿的生长发育并对中枢神经系统发育产生不良影响。 与心脑血管疾病、糖尿病、乳腺癌和老年痴呆症有关。,减少食用油脂中反式脂肪酸的措施,对现有的氢化技术进行改进 改进油脂精炼技术 采用交酯化反应生产零TFA含量的油脂 基因
12、改良技术,分析方法,红外检测(IR)：反式双键在9001050cm-1附近有吸收 气相色谱(GC) Ag+薄层色谱(Ag+ -TLC)： Ag+与顺式双键存在微弱的作用力,而与反式双键不发生作用,例2、丙烯酰胺（ Acrylamide ）,（1）、机理,不同原料中丙烯酰胺含量,食品种类 食品中丙烯酰胺含量ng/g 奶酪 10-43 石刁柏 10-70 可可豆（生） 30.9 咖啡 169 马铃薯 117-2762 油炸马铃薯片 1500 爆玉米花 97,（2）、丙烯酰胺危害,欧洲食品科学委员会认为：丙烯酰胺具有生殖毒性及致癌性，1994年国际癌症研究机构将其列为人类可能致癌物。 丙烯酰胺单体有遗传、生殖和神经毒性以及致癌和诱变效应。丙烯酰胺进入人体后引起急性、亚急性、慢性中毒。临床观察证明丙烯酰胺在人体内有蓄积作用，达到一定的蓄积量，就会导致周围神经病变和小脑功能性障碍，增加患癌的危险性。,（3）分析方法 比色法：丙烯酰胺与重氮甲烷在甲醇乙醚溶液中反应生成吡唑啉 极谱法：直接测定塑料、尘土和大气样品中的丙烯酰胺单体 气相色谱法：（GC） 高效液相色谱法：（HPLC）,下一步研究,1、检测对不同国家与地区的饮食。 2、研究丙烯酰胺形成的动力学机制以及在食品加热过程中的形成机制。 3、研究食品中抑制丙烯酰胺生成的条件，以降低其在食品中的含量。 4、法规或标准的建立。,
