食品化学课件

食品化学FOODCHEMISTRY—打开食品科学之门的钥匙赵良忠[e-mail]13973960372第一章绪论1.1食品化学的概念及研究内容1.2食品的物质属性及物质系统1.3食品成分的理化性质及化学变化综述1.4食品化学的发展历史及主要研究方法1.5食品化学在食品科学中的地位及在食品工业技术发展中的作用1.6本课程主要内容及教学要求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、安全性及其在加工、贮藏、运输、销售中的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：奠定理论基础：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综合性学科：为食品科学发展提供理论和思维工具的一门综合性学科。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）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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。1.2食品的物质属性及物质系统1.2.1食品中的物质一、食品中的物质构成及类型有以下几种分类的方法按食品物质的来源食品中天然非天然无机成分有机成分添加成分污染成分水基本营养素（能维持人体正常生长发育和新陈代谢所必需的物质）天然来源的添加成分人工合成的添加成分加工中不可避免的污染成分的物质成分成分矿物质蛋白质碳水化合物脂类维生素呈色、呈味、呈香成分激素有害物质环境污染成分按在食品中的含量食品中的物质主体构成成分少量或微量成分水、蛋白质、淀粉、纤维素、脂类填料矿物质食品添加剂维生素激素天然呈色、呈味、呈香成分次生或衍生物质化学或微生物污染成分二、食品物质的特点1.多样性：食品是天然产物加工后的形式，任何一种天然产物所包含的化学物质，数量都是非常巨大的有些已经认识或初步认识，有些尚未认识（如食品中的风味物质、功能物质等）；即使同一类型的物质，也有多种多样的分子或不同的存在形式（如糖、蛋白质等）。2.可认识性：从化学角度讲，不管一种系统有多复杂，其各种组成成分都是可认识的，不存在神秘的物质和神秘的力量；可认识性包括：种类可认识性；结构可认识性：性质可认识性；生物功能可认识性；构效关系可认识性等。3.个体属性：任何食品成分（主要指单个化学物质）仅是食品的一个组成部分（很小），尽管它们有其自身结构、理化性质、生物功能，但其不能代表食品。4.相互作用：食品中的各类化学物质共处同一体系中，肯定存在着复杂的相互作用，这种相互作用决定食品物质的存在形式，食品的质构、品质、加工特性、安全性等多个方面。从这种角度认识食品物质，是食品化学研究领域的新课题。1.2.2食品的物质体系（1）对食品物质体系的简要认识图1.1食品物质体系形成示意图分子体系食品超分子分子集团某种分子或离子（食品成分）食品原料或食品食品物质体系所谓的超分子是指由分子间作用力(即vanderwaals力)而不是由正常共价键结合的复合体系,它一般包括两个或两个以上的分子体系（2）食品物质体系的特点a.既可由多个同类物质分子组成，也可由多个不同类型物质分子组成；如有色物质、酶体系等均由多个同类型物质分子形成；而糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等均由不同类型的多个分子形成；b.单个分子组成多分子体系具有分子识别的特点；分子识别是生物体系中分子定向组织的过程，这个过程涉及分子种类、数目是固定的，组织形式、结合方向也是固定的；c.单个分子组成多分子体系主要通过弱键相互连接；弱键主要包括氢键、静电吸引力、范德华力、分子间堆积力等；相比共价键其结合力要弱得多；d.多分子体系的结构形式远比单个分子复杂；多分子体系的结构是多层次的，其主要内容是空间的、立体的，特别是构象，是生物分子相互结合的基础及结果，是生物活性的主要基础。生物分子或分子体系的构象是固定的，有特种形式的；e.多分子体系的理化性质、体内代谢过程及生物学功能与单个分子有较大的差别。多分子体系的形成，会影响人体的消化吸收过程；会赋予食品成分一些新的性质及功能1.3食品成分理化性质及化学变化概述1.3.1食品主体成分的理化性质与功能概述食品中的化学成分多种多样，各种化学成分都有其特殊的物理和化学性质，这里只简述食品主体化学成分主要的食品学特性及主要的营养功能。水：溶剂；良好的流动性、与食品成分的亲合性及溶解性；糖类：低糖或单糖：营养成分；吸湿、保湿、增粘、增塑、结晶和易溶；多糖：营养成分；增稠、胶凝、乳化、成膜等；结构等；脂类：营养成分；乳化（极性脂，如磷脂）；沸点高、同质多晶性（中性脂，如油脂）；溶剂、风味、起稣、抗老化等；蛋白质：营养成分；亲水/疏水、等电点、乳化、起泡、成膜、增稠等，营养、催化、保护风味等矿物质：营养成分；具有调节水份活度、PH、离子平衡、离子强度、改善或稳定荷电生物大分子等功能；1.3.2食品成分主要化学变化概述一、食品原料及食品在加工储藏中的变化及影响因素见图1.2食品贮藏、加工中的化学变化类型和影响因素原料植物性生理成熟后熟衰老动物性呼吸细胞壁软化风味物产生僵直、嫩化自溶、腐败贮藏加工原料混合细胞破坏酶促水解酶促氧化＋加热分解、聚合异构化、变性＋脱水非酶褐变氧化蛋白质变性＋空气光照辐射氧化光致变色辐射分解＋酸、碱金属离子水解、皂化自动氧化变色食品包装、运输＋特殊加工条件烟熏：苯并芘腌制：亚硝胺内在反应仍在继续＋外来微生物导致反应图1.2食品贮藏、加工中的化学变化类型和影响因素对于以上过程，重点理解下面几点食品原料采收及贮藏过程中会发生诸多的化学变化，这些过程既有内部因素的影响，也有外部因素的作用；原料及加工过程中的酶促氧化和酶促水解是食品成分变化的两个主要途径，往往引起营养物消耗、质地变化、风味和色泽改变等，特别容易引起内在营养因子（如维生素等）的分解破坏。食品水份含量与食品品质有较大的关系，一般脱水会导致一些不利反应的发生，但当含水量接近单层值时，会阻止不利反应的发生，延长食品贮存期。食品成分往往对光、电离辐射、金属离子等比较敏感；如牛奶长期光照会产生异味，腌制肉品或脱水蔬菜长期日照会变色或褪色；高剂量电离辐射会引起脂类、蛋白分解变质等；金属离子是食品成分自动氧化的催化剂，还能与多酚化合物络合而产生颜色的变化。食品包装材料的选择和包装形式等也会影响内部的化学反应类型和数量；二、食品主体成分在食品加工储藏中的变化及相互关系脂类氧、加热催化剂过氧化物蛋白质氧化的蛋白质碳水化合物加热强酸强碱活泼的羰基化合物色素维生素风味物异味异常颜色丧失营养价值质地变劣中等水份活度较高的温度蛋白质图1.3几种主要食品成分的化学变化及相互关系三、食品成分变化可能对食品加工特性及品质产生的影响（以下三个表格可以反应出来）变化导致属性改变的类型失去溶解性、持水力生成呈味物质有色物质发生变化营养物质发生变化功能性物质发生变化产生或钝化毒物质地变硬或变软产生酸味、焦味、异味或芳香味、美味颜色产生或消失营养价值降低或生物利用性改变功能改变安全性改变表1.1食品中物质的变化可能对食品属性产生的影响表1.2改变食品品质的一些反应及产生的效果反应类型产生的效果非酶褐变（美拉德反应）酶促褐变氧化水解金属反应脂类异构化脂类环化脂类聚合蛋白质变性蛋白质交联糖酵解焙烤食品表皮成色、饮料、罐头等色泽变化、风味变化切开的水果迅速变色脂肪产生异味、维生素降解、色素褪色、蛋白营养丧失脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、色素等降解促使氧化反应发生，改变食品颜色脂类分子结构及生物学功能发生变化脂肪酸结构改变深锅油炸中油起泡沫、产生有毒物质卵清凝固、酶失活、形成产品骨架在碱性条件下加工蛋白质使营养降低、异肽宰后动物组织和采后植物组织、发酵面包等的无氧呼吸表1.3食品可能发生的二次变化及其产生的影响初期变化二次变化所产生的影响脂类水解多糖水解脂类氧化水果破碎绿色蔬菜加热肌肉组织加热脂类异构化游离脂肪酸与蛋白质反应糖与蛋白质反应氧化产物与其他成分反应酶解、氧化反应物质流失蛋白质变性凝聚、酶失活异构化产物进一步聚合质地、风味、营养价值改变质地、风味、颜色、营养改变除上变化外还可能产生毒物质地、风味、颜色、营养改变质地、风味、颜色、营养改变质地、风味、颜色、营养改变油炸过度时起泡沫，油脂的营养价值降低1.4食品化学的发展历史及主要研究方法1.4.1食品化学发展的几个主要阶段（自学P2-3）早期研究：18世纪中后期～19世纪早期，在食品化学研究方面主要做了三个方面的奠基工作。首先，以CarlWilhelmScheeie(瑞典）、WilliamBeaumout(美国）为代表的药物学家、化学家、医学家对食品成分进行分离、性质、转化和人体消化研究；如CarlWilhelmScheeie从柠檬汁中分离得到了柠檬酸（1784年）、从苹果中分离得到了苹果酸（1784年）并检测了20中普通水果中柠檬酸和苹果酸的存在和含量。其次，以AnotoineLaurentLavoisier(法国）、JonsJacobBerzelius(瑞典）等为代表得化学家建立了有机元素分析理论和方法，对2000多种天然化合物的元素组成进行了测定；再其次，以AnotoineLavoisier(法国）、ThomasThomson(苏格兰）为代表的化学家首次采用分子式表示有机化合物，并用配平的化学方程式表示发酵过程。发展阶段：19世纪中后期，以ArthurHillHassall(英国）为代表的化学家建立了精确的微观分析方法，推动了对食品成分认识的进程；德国的WHanneberg和FStohman（1860年）发明了一种用来常规测定食品中主要成分的方法，即先将某一样品分为几部分，以便测定其中的水分、粗脂肪、灰分和氮，将含氮量乘以6.25即得蛋白质含量；然后相继用稀酸和稀碱消化样品，得到的残渣被称为粗纤维，除去蛋白质、脂肪、灰分和粗纤维后的剩余部分称为“无氮提取物”。JeanBaptisteDumans(1871年）根据大量的研究，提出了仅由蛋白质、碳