第一章 绪论

第一章绪论1.1食品化学的概念及研究内容1.1.1食品化学的概念食品化学：应用化学的原理和方法，研究食品及其原料的组成、结构、理化性质、生理功能、体内生化过程、营养价值、安全性质及在加工、贮藏、运销中的变化、变化本质及对食品品质和安全性影响的一门新兴、综合、交叉性学科。简言之，食品化学即是研究食品的组成、结构、功能及其变化规律，从分子水平认识食品的一门科学。目的和意义：为改善食品品质、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、加强食品质量控制、提高食品原料加工和综合利用水平奠定理论基础，为食品科学发展提供理论和思维工具的一门综合性学科，促进食品科学全面深入发展。1.1.2食品化学研究的基本内容一、食品化学研究的基本内容二、食品化学的主要学科分支1.按照研究范围：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、食品有害成分化学2.按照食品物质类型：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、食品添加剂化学、维生素化学、食品矿物质元素化学、调味品化学、食品风味化学、食品色素化学、食品毒物化学、食品保健成分化学三、食品化学研究的层次及主要任务1.认识各类食品成分：营养成分（水、糖、脂、氨基酸蛋白质多肽及酶、维生素、矿物质等），微量及添加成分（调味品、香味、色素、加工辅料等），保健成分（多糖、食用纤维、蛋白质、黄酮类等）及以上各类成分在食品加工、贮藏过程中的次生物质；2.对各类成份进行提取、分离，表征各类成分的化学结构和理化性质；3.研究各类食品成分在食品加工过程、贮藏、运销过程中的化学变化及变化规律；4.研究食品成分的构效关系；四、食品化学的学科特点食品化学组成和结构食品物质的组成食品物质的组织结构食品物质的显微结构食品物质的分子结构食品物质的性质物理性质化学性质功能性质安全性质食品物质的物理和化学变化形态变化组织变化分子结构变化组成变化生理生化变化色香味变化质地变化营养成分组成变化加工技术对食品成分的影响原料的来源与种类原料处理与储藏配方、加工工艺与设备产品包装、转运与货架1.以化学为基础，融生理学、动物学、植物学、营养学、生物化学、细胞学、医药学、毒理学、微生物学、食品加工工艺学、食品贮藏学等诸多学科为一体；是一门交叉性、综合性学科；2.从分子水平研究食品物质、食品物质的化学变化及食品加工、储藏技术，其认识和说明问题最为深刻；3.研究过程需要最先进的科学理论和技术，研究起点高；4.既有强烈的理论和基础研究色彩，也有浓厚的应用和开发背景；5.是食品科学的一门基础性、支柱学科食品化学对食品科学研究及发展的意义：1.可以促使食品科学工作这从分子水平去认识食品原料、食品加工与贮藏、各类食品加工技术应用的本质，使各项研究更加深入；2.可以促使食品工作者不断更新加工工艺，生产出更加安全、卫生、营养价值更高的食品；3.可以促使食品科学由定性逐渐走向定量，科学说明各种食品的物质组成，制定更加合理先进的食品标准；4.可以促使食品工业加速利用生物工程技术和各种先进的加工技术，促进食品工业更新换代；5.可以促使食品科学不断发展，促进新的、营养价值更高、功能更加独特的食品，以满足不同层次和不同人群的需要。第二章有机化合物的结构及其反应2.1有机化合物结构及其层次2.1.1概述一、有机化合物及有机化学反应有机化合物：由有限多种元素（以碳为主）通过共价键构成的一大类物质。特点：多原子，大分子量，复杂的结构；低沸点、低熔点、低溶解度（在水中）、易挥发性；反应速度慢，副产物多；二、有机化合物结构的基本特点（1）以碳原子的相互连接为基本骨架；（2）碳原子以四价与自身或其它原子结合，碳原子的四价是立体的；（3）碳原子与其它原子通过共价键结合，这种结合具有方式多、结合能大、极性低的特点；（4）有机化合物的化学性质主要由其结构中的官能团决定。2.1.2有机化合物基本结构层次2.1.3有机化合物的构造一、构造的定义：有机化合物分子中原子和原子之间的连接顺序和方式。当组成相同，连接顺序和方式不同时形成的不同分子互称构造异构体。如组成为C6H12的有机化合物：二、构造的特点：1.反映了分子的组成；2.反映了分子基本的结构形式2.可以用平面表示。三、构造异构的类型1.骨架异构2.支链异构3.位置异构4.官能团异构等2.1.4有机化合物的构型一、构型的概念、类型及基本内容（1）概念：有机化合物分子中原子或基团在空间特定的排布方式。（2）构型形成的原因：共价键的稳定性（3）构型的特点：a.在构造的基础上形成b.空间的、立体的；有平面的方式难以表达(4)构型的类型及基本内容水分活度与食品化学变化的关系食品中的水分活度与食品中所发生的化学变化的种类和速度有密切的关系；而食品中的化学变化是依赖于各类食品成分而发生的。以各类食品成分为线索，其化学变化与水分活度关系的一般规律总结如下：淀粉：淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而导致溶解性能、糊化及成面团作用变差的过程。在含水量大30～60%时，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度变慢；当含水量降至10～15%时，淀粉中的水主要为结合水，不会发生老化。脂肪：影响脂肪品质的化学反应主要为酸败，而酸败过程的化学本质是空气氧的自动氧化。脂类的氧化反应与水分含量之间的关系为：在Ⅰ区，氧化反应的速度随着水分增加而降低；在Ⅱ区，氧化反应速度随着水分的增加而加快；在Ⅲ区，氧化反应速度随着水分增加又呈下降趋势。其原因是在非常干燥的样品中加入水会明显干扰氧化，本质是水与脂肪自由基氧化中形成的氢过氧化合物通过氢键结合，降低了氢过氧化合物分解的活性，从而降低了脂肪氧化反应的速度；从没有水开始，随着水量的增加，保护作用增强，因此氧化速度有一个降低的过程；除了水对氢过氧化物的保护作用外，水与金属的结合还可使金属离子对脂肪氧化反应的催化作用降低。当含水量超过Ⅰ、Ⅱ区交界时，较大量的水通过溶解作用可以有效地增加氧的含量，还可使脂肪分子通过溶胀而更加暴露；当含水量到达Ⅲ区时，大量的水降低了反应物和催化剂的浓度，氧化速度又有所降低。蛋白质及酶：据测定，当食品中的水分含量在2%以下时，可以有效的阻止蛋白质的变性；而水促使蛋白质变性的原因是，水能使多孔蛋白质润胀，暴露出长链中可能被氧化的基团，导致氧化反应的发生，破坏保持蛋白质高级结构的弱键，从而使蛋白质变性。褐变反应是影响食品质量和外观特性的重要的化学反应，包括酶促褐变和非酶褐变两类。酶促褐变是在酶作用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品颜色变劣的过程。当食品中的水分活度在0.25～0.30之间时，酶促褐变可被有效防止；但当水分活度在此基础上增加时，酶促反应就会明显发生。非酶褐变指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在0.6～0.7之间时，非酶褐变最为严重；水分活度下降，褐变速度减慢，在0.2以下时，褐变难以发生。但当水分活度超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质的减少而下降。水溶性色素：一般而言，当食品中的水分活度增大时，水溶性色素（常见的是花青素类）分解的速度就会加快。总之，降低食品中的水分活度，可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而会加速脂肪的氧化酸败。要使食品具有最高的稳定性，最好将水分活度保持在结合水范围内。这样，既可使化学变化难以发生，同时又不会使食品丧失吸水性和持水性。当达到4%或其以上时，蛋白质变性变得越来越容易。水促使蛋白质变性的原因是，水能使多孔蛋白质润胀，暴露出长链中可能被氧化的基团，导致氧化反应的发生，破坏保持蛋白质高级结构的弱键，从而使蛋白质变性。褐变反应是影响食品质量和外观特性的重要的化学反应，包括酶促褐变和非酶褐变两类。酶促褐变是在酶作用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品颜色变劣的过程。当食品中的水分活度在0.25～0.30之间时，酶促褐变可被有效防止；但当水分活度在此基础上增加时，酶促反应就会明显发生。非酶褐变指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在0.6～0.7之间时，非酶褐变最为严重；水分活度下降，褐变速度减慢，在0.2以下时，褐变难以发生。但当水分活度超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质的减少而下降。水溶性色素：一般而言，当食品中的水分活度增大时，水溶性色素（常见的是花青素类）分解的速度就会加快。总之，降低食品中的水分活度，可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而会加速脂肪的氧化酸败。要使食品具有最高的稳定性，最好将水分活度保持在结合水范围内。这样，既可使化学变化难以发生，同时又不会使食品丧失吸水性和持水性。水分活度影响食品稳定性的原因可以概括为：3.4.4冰在提高食品稳定性中的作用冷藏是食品加工及贮运过程中的主要技术，这是因为在低温的条件下，食品的稳定性提高。低温提高食品稳定性的主要原因是降低了大多数化学反应的速度。但是在低温条件下，并不是所以反应都被抑制，相反有些反应的速度或在某种程度上被提高。例如一些Vc、Va、胡萝卜素、蛋白质等的氧化、磷脂的水解等反应。低温提高一些食品化学反应速度的原因有两个方面。其一，在冻结情况下，由于结冰导致自由水的含量减少及产生的浓缩效应，使得自由水中的非水物质的浓度大大提高，其pH值、离子强度、黏度、表面和界面张力及氧化－还原电位的发生大的改变，促进了非水物质之间的接触机会，为一些反应创造了合适的反应条件；其二，使酶的浓度提高，酶与激活剂、底物之间的接触机会大大提高。淀粉糊化可分为三个阶段：a.可逆吸水阶段：水分浸入淀粉颗粒的非晶质部分，体积略有膨胀；此时如冷却干燥可以复原，双折射显现不变。b.不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶“溶解”。c.淀粉粒解体阶段：淀粉分子完全进入溶液。影响淀粉糊化的因素很多，下面简单总结一下：*内部因素，即淀粉颗粒的大小、内部结晶区多少及其它物质的含量。一般地，淀粉颗粒愈大、内部结晶区越多，糊化比较困难，反之则较易。**外部因素：包括水含量、温度、小分子亲水物、有机酸、淀粉酶、脂肪和乳化剂等。简单讲：糊化和水含量成正比，水含量越高，糊化越容易；高浓度的糖可降低糊化速度（主要影响水活度）；油脂可显著降低糊化速度和糊化率；高pH有利于淀粉的糊化，低pH将抑制淀粉糊化；淀粉酶可使糊化显著加速；提高温度，有利于淀粉的糊化。（二）淀粉老化糊化淀粉重新结晶所引发的不溶解效应称为老化。淀粉老化可看作是淀粉糊化的逆过程，其本质是糊化后的淀粉分子在低温下又自动排列成序，相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、晶化的淀粉胶束。但这个过程是不完全的，并不能恢复到天然淀粉的状态。老化的直接结果是溶解性能变差，加工能力降低。影响淀粉老化的因素*内部因素：主要指直链淀粉和支链淀粉的比例分子量的大小；直链淀粉比例高时易于老化；中等聚合度淀粉易于老化。**外部因素：包括温度、水分含量、共存的其它物质等。简单讲：温度对淀粉老化有明显的影响；60℃以上不易老化，由此温度向下至-2℃老化速度不断增加，-2℃¬-22℃老化温度不断下降，-22℃以下淀粉几乎不再老化。当淀粉溶液中的含水量在30%～60%时老化速度最快，而低于10%时不再老化。糖、有机酸可阻止淀粉的老化，脂类、乳化剂也可防止淀粉老化，变性淀粉、蛋白质可减缓淀粉老化，但果胶则可促使淀粉老化。按照甘油三酯中R基之间的差别，又可将其分为单纯甘油酯（R1=R2=R3)和混合甘油酯（R不完全相同）；当其中的R1≠R2时，甘油中的2-C为手性C，导致甘油三酯具有手性和旋光性。天然油脂多为L构型。脂类物质基本的理化性质一、物理性质：蜡状固态或液态；沸点低，小分子脂类容易挥发而形成特征的风味；不溶于水（有例外），溶于乙醚、石油醚、氯仿、丙酮等有机溶剂；二、化学性质：酯键容易被水解或酶解而断裂；C=C容易发