食品原料学,天津科技大学 李昌模,第一章 绪论,食品原料学研究的目的、意义食品原料的复杂性，通过对食品原料的深入了解与分析，保证加工食品的品质与安全，指导膳食营养的合理搭配确定食物生产的效率及对资源环境、生态和社会可持续发展的影响食品原料的品质,1、营养价值 2、良好的口感和口味 3、食用的安全性 4、贮藏与加工性 5、流通性,食品的功能,1、 食品的营养特性（营养源，能量源） 2、嗜好特性（色，香，味） 3、生理调节功能 （疾病预防，恢复疲劳，防止衰老，提高免疫力等）,食品原料学研究内容,食品原料的种类 化学成分与形态结构 加工特性 营养与保健功能 原料性质与贮藏的关系 新资源与开发、利用和保护,食品原料的分类,原料来源分类 1 植物性原料 2 动物性原料 3 非生物食品原料 4 发酵食品原料,食品原料的分类,按生产方式分 1、农产品 2、畜禽产品 3、水产品 4、林产品（坚果，食用菌等） 5、其他食品原料,食品原料的分类,按食品的营养特点分类 1、能量原料：能量原料是指干物质中蛋白质含量小于20%,同时热能较高的谷类、淀粉质根茎类、油脂类及糖类等. 2、蛋白质原料：蛋白质原料是指干物质中蛋白质含量不小于20%的豆类、花生瓜子类、畜禽肉类、畜乳类、蛋类、鱼类、虾蟹类、软体动物类、菌藻类及其他类等. 3、矿物质维生素原料：矿质维生素原料是指热能和蛋白质含量均较低,矿物质和维生素含量相对较高的瓜果类、蔬菜类、茶类和木耳海带类等.,4、特种原料：特种原料是指营养素含量全面、合理或具有多种医疗保健功能的食品,包括全营养食品类和药食两用食品类. 5、食品添加剂食品添加剂是指食品加工或食用过程中,向食品中加入的起特殊作用的少量物质,包括维生素、矿物质、合成氨基酸、调味剂、防腐剂、发色剂、抗氧化剂、增稠剂、乳化剂、疏松剂、凝固剂、品质改良剂、着色剂、漂白剂、消泡剂、抗结块剂、香精香料单体及其它等.,食品原料的发展史,第一阶段：由自然采果发展到了五谷养殖野生动物的驯化 第二阶段：食物选择和烹饪的出现 第三阶段：医食同源，食品原料与身体健康的探索阶段,危害食品原料安全的因素,1 生物危害细菌危害病毒危害寄生虫危害 2 化学危害（农药、兽药，重金属等） 3 物理危害（叶子、枝茎、贝壳、树籽、草籽、木屑、小石头等）,食品原料的供需利用与开发,食物结构与供给 1、我国居民的食物结构存在的问题： （1）城乡之间地域之间还存在着差异。
（2）蛋白营养源的生产有待加强 （3）我国居民膳食结构不合理,第一，畜肉类及油脂消费过多 第二，谷类食物消费偏低 第三，我国居民奶类、豆类制品摄入量也过低第一章 水,b.水分含量、分布和状态对于食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响；c.水是引起食品化学变化及微生物作用的重要原因，直接关系到食品的贮藏和安全特性概述 水在食品中的重要作用a.水是食品的重要组成成分，是形成食品加工工艺考虑的重要因素；,表1.1 某些代表性食品的含水量,二 水的功能,1 水是体内化学反应的介质，水为必需的生物化学反应提供一个物理环境； 2 水是生化反应的反应物； 3 水作为代谢所需的营养成分； 4 水作为代谢产生的废物的输送介质； 5 促进呼吸气体氧和二氧化碳的输送； 6 热容量大，体质体温与此有关； 7 粘度小，有润滑作用； 8 生物大分子构象的稳定剂水、冰的结构和性质一、水分子的结构,二、水分子的缔合与水的三态由于水分子的极性及两种组成原子的电负性差别，导致水分子之间可以通过形成氢键而呈现缔合状态：,由于每个水分子上有四个形成氢键的位点，因此每个水分子的可以通过氢键结合4个水分子水分子之间还可以以静电力相互结合，因此缔合态的水在空间有不同的存在形式，如：,不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。
在通常情况下，水有三种存在状态，即气态、液态和固态水分子之间的缔合程度与水的存在状态有关在气态下，水分子之间的缔合程度很小，可看作以自由的形式存在；在液态，水分子之间有一定程度的缔合，几乎没有游离的水分子，由此可理解为什么水具有高的沸点；而在固态也就是结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个水分子都固定在相应的晶格里，这也是水的熔点高的原因水的缔合程度及水分子之间的距离也与温度有密切的关系；在0℃ 时，水分子的配位数是4，相互缔合的水分子之间的距离是0.276nm；当冰开始熔化时，水分子之间的刚性结构遭到破坏，此时水分子之间的距离增加，如1.5℃ 时为0.29nm，但由0℃ ~3.8℃ 时，水分子的缔合数增大，如1.5℃ 时缔合数是4.4，因此冰熔化的开始阶段，密度有一个提高的过程；随着温度的继续提高，水分子之间的距离继续增大，缔合数逐步降低，因此密度逐渐降低水具有一定的黏度是因为水分子在大多数情况下是缔合的，而水具有流动性是因为水分子之间的缔合是动态的当水分子在ns或ps这样短的时间内改变它们与临近水分子之间的氢键键合关系时，会改变水的淌度和流动性水分子不仅相互之间可以通过氢键缔合，而且可以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键相互结合，所以糖类、氨基酸类、蛋白质类、黄酮类、多酚类化合物在水中均有一定的溶解度。
另外，水还可以作为两亲分子的分散介质，通过这种途径使得疏水物质也可在水中均匀分散水、冰的物理特性及与食品质量关系水是一种特殊的溶剂，其物理性质和热行为有与其它溶剂显著不同的方面：a.水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容和相变热均比质量和组成相近的分子高得多如甲烷的b.p：-162℃ ，m.p：-183℃ ，而水在0.1MPa下b.p：100℃ ，m.p：0℃ ；这些特性将对食品加工中的冷冻和干燥过程产生很大的影响；b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，表现出异常的膨胀行为，这会使得含水的食品在冻结的过程中其组织结构遭到破坏；c.水的热导率较大，然而冰的热导率却是水同温度下的4倍这说明冰的热传导速度比非流动水（如动、植物组织内的水）快得多；因此水的冻结速度比熔化速度要快得多；d.冰的热扩散速度是水的9倍，因此在一定的环境条件下，冰的温度变化速度比水大得多冰的结构和性质冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定刚性的六方形晶体结构普通冰的晶胞和基础平面可如下图所示：,当水溶液结冰时，其所含溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向一般有4种类型，即六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶；六方形是多见的、在大多数冷冻食品中重要的结晶形式。
这种晶形形成的条件是在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻，并且溶质的性质及浓度不严重干扰水分子的迁移纯水结晶时有下列行为：即尽管冰点是0℃，但常并不在0℃结冻，而是出现过冷状态，只有当温度降低到零下某一温度时才可能出现结晶（加入固体颗粒或振动可促使此现象提前出现）；出现冰晶时温度迅速回升到0℃把开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度如果外加晶核，不必达到过冷温度就能结冰，但此时生产的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕有限数量的晶核成长一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成的溶液，因此其结冰温度均低于0℃把食品中水完全结晶的温度叫低共熔点，大多数食品的低共熔点在-55～-65℃之间但冷藏食品一般不需要如此低的温度，如我国冷藏食品的温度一般定为-18℃,这个温度离低共熔点相差甚多，但已使大部分水结冰，且最大程度的降低了其中的化学反应现代食品冷藏技术中提倡速冻，这是因为速冻形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活动受到更大限制，从而保证了食品品质食品中水的存在状态理解食品中水的存在状态是掌握水在食品中的作用及各种与水相关的加工技术的关键而水在食品中的存在状态说到底是水在食品中和各类食品物质之间的关系及水的存在量。
1 水与溶质的相互作用 1.1 与离子或离子基团的相互作用当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质时，这些物质由于在水中可以溶解而且解离出带电荷的离子，因而可以固定相当数量的水例如食品中的食盐和水之间的作用：,由于离子带有完整的电荷，因此它们和水分子之间的极性作用比水分子之间的氢键连接还要强，如Na+与水分子之间的结合能力大约是水分子间氢键连接力的4倍正是由于自由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随着离子种类的变化及所带电荷的不同，与水之间的相互作用也有所差别大致可以分作两类：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+、N+H4、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，此类离子一般为离子半径小、电场强度大或多价离子，如：Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Mg2+、Al3+、OH-等与具有氢键键合能力的中性分子或基团的相互作用许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等，其结构中含有大量的极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，这些极性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、被相对固定的水不同的极性基团与水的结合能力有所差别一般情况下，氨基、羧基等在生理条件下可以呈解离状态的极性基团均与水有较强的结合，而羟基、酰胺基等非解离基团与水之间的结合较弱带有极性基团的有机物质由于和水能够通过氢键相互结合，因此对纯水的正常结构都有一定程度的破坏，而且也可降低冰点带极性基团的食品分子不但可以通过氢键结合并固定水分子在自己的表面，而且通过静电引力还可吸引一些水分子处于结合水的外围，这些水称为临近水：,尽管结合或附着在分子上的水分子数量并不多，但其作用和性质常常非常重要它们常是一些酶保持活性结构并能发挥作用的重要因素；也常是食品保持正常结构的重要因素食品中水的存在状态根据食品中水与非水物质之间的相互关系，可以把食品中的水分作不同的类型结合水也称束缚水、固定水，自由水也称体相水这二者之间很难作截然的划分，其主要的区别在于：a.结合水的量与食品中所含极性物质的量有比较固定的关系，如100g蛋白质大约可结合50g 的水，100g淀粉的持水能力在30～40g；b.结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变c.结合水不易结冰，由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰晶所破坏，解冻后组织不同程度的崩溃；d.结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力；e.体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
构成水：结合最强的水，已成为非水物质的组成 部分如存在于蛋白质分子的空隙区域的水和成为化学水合物的一部分的水 邻近水：占据着非水成分的大多数亲水基团的第一层位置如与离子或离子基团相缔合的水 多层水：占有第一层中剩下的位置以及以及形成了邻近水外的几层虽然结合程度不如邻近水，仍与非水组分靠得足够近，其性质大大不同于纯净水自由水可区分为滞留水、毛细管水、自由流动水三种形式 滞留水：被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水特点：不能自由流动，与非水物质没有关系； 毛细管水：由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水特点：理化性质与滞留水相同 自由流动水：以游离态存在的水特点：可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用食品水分含量和其腐败性之间存在一定关系，不同类型食品虽然水分含量相同，但腐败性存在显著差异部分原因是水与非水成分缔合强度上的差别，强缔合的水比弱缔合的水较低程度支持降解活力水分活度能放映水与各种非水成分缔合的强度，能更可靠预测食品稳定性、安全和其它性质但水分活度也不是一个完全可靠的指标水分活度的定义一、定义：一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值；用公式表示即为：aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)其中：aw：水份活度； p：样品中水的蒸气分压 p0：同温纯水蒸气压；ERH：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度；N：稀溶液中溶质的mol分数； n1：稀溶液中水的mol数；n2：稀溶液中溶质的mol数。