食品化学与分析

食品化学与分析第一章绪论1、食品化学的定义：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。贮藏和运销过程中发生的变化和这些变化对食品品质和安全性影响的科学。2、食品化学的分类：㈠根据研究内容分为：食品营养化学、食品色素化学、食品风味化学、食品工艺化学、食品物理化学和食品有害成分化学㈡根据研究对象分为：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、食品矿质元素化学、调味品化学、食品香味化学、食品色素化学、食品毒物化学、食品保健成分化学。3、食品化学的研究内容：1、确定食品的组成、营养价值、安全性和品质等重要特性2、食品贮藏加工过程中各类化学和生物化学反应的步骤和机制3、确定影响食品品质和安全性的主要因素4、研究化学反应的热力学参数和动力学行为及其环境因素的影响4、食品分析的定义：对食品中的化学组成以及可能存在的不安全因素的研究和探讨食品品质和食品卫生及其变化的一门学科。5、食品分析检验的内容：㈠食品营养成分的检验㈡食品添加剂的检验㈢食品中有毒有害物质的检验㈣食品新鲜度的检验㈤掺假食品的检验6、食品分析所采用的分析方法：㈠感官分析法（所使用的感觉器官不同，感官检验分为视觉检验、嗅觉检验、味觉检验、触觉检验、听觉检验。常用的检验方法：差别检验法、类别检验法、分析或描述性检验法）㈡理化分析法（根据原理和操作方法不同可以分为物理分析法、化学分析法、仪器分析法⑴光学分析法⑵电化学分析法⑶色谱分析法）㈢微生物分析法㈣酶分析法第二章食品成分及其结构和性质1、生物体系的基本成分包括蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸、维生素、矿物质和水。2、自由水：食品中与非水成分有较弱的作用或基本没有作用的水，这部分水主要靠毛细管力维系，称为游离水或体相水。3、结合水：存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水。是食品中与非水成分结合的最牢固的水。水通过氢键与大分子结合的那部分水又称为束缚水，通过氢键与离子结合的那部分水又称为离子化水。4、单分子层水：与食品中非水成分的强极性基团如羧基、氨基、羟基等直接以氢键结合的第一个水分子层。在-40℃下不结冰，也不能为被微生物利用。一般来说，食品干燥后安全贮藏的水分含量要求即为该食品的单分子层水。5、多分子层水：单分子层水之外的几个水分子层包含的水，这部分水占据单分子覆盖层旁边未覆盖的非水物表面位置以及单分子覆盖层外位置。6、结合水与自由水的主要区别：㈠结合水在食品中不能作为溶剂，而自由水可以作为溶剂㈡结合水不能被微生物所利用,而自由水可以被微生物所利用㈢结合水在0℃下不结冰,冰点可达-40℃,沸点可达105℃,而自由水0℃下会结冰。7、结合水不易结冰这一点有很重要的生物学意义。由于这种性质，使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；而新鲜的蔬菜、水果和肉等主要含自由水、容易冻结，冻结后细胞结构被冰晶破坏，解冻后组织立即崩溃。8、水分活度:食品中水分的有效浓度,在物理化学上水分活度是指食品的水分蒸汽压P与相同温度下纯水的蒸汽压P0的比值。（p9-p12）即水分活度之值介于0-1之间。9、水分活度与温度的关系：1、Αw随着温度的变化而变化，含水量相等时，温度越高，Αw越大。2、高于冰点时，Αw与食品组成及T有关，其中食品组成是主要因素，当组成水分相同T上升，则Αw上升。3、低于冰点时，Αw与食品组成无关,仅与温度有关。冰点以上或以下，Αw对食品稳定性影响是不同的。10、等温吸湿曲线：指在恒定温度下，使食品吸湿或干燥（解吸），所得到的水分活度与含水量关系的曲线。（一）为了说明吸湿等温曲线内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为I、II、III区。I区：Αw=0-0.25约0-0.07g/g干物质，是食品中与非水物质结合最紧密的水，属于单分子层水（含水合离子内层水）不能作溶剂，-40℃以上不结冰与腐败无关。II区：Αw=0.25-0.80属多分子层水。加上I区约占高分食品的5%，不作溶剂，-40℃以上不结冰，起到膨润和部分溶解的作用，会加速化学反应的速度，但接近0.8（Αw）的食品，可能有变质现象。III区：Αw=0.80-0.99主要自由水，起到溶解和稀释作用，可结冰，可作溶剂。11、从微生物活动与食品水分活度的关系来看：随着水分活度增加，微生物生长速度快速增加，达到生长速度的最大值后略有下降。一般来说，细菌为Αw0.9,酵母为Αw0.87，霉菌为Αw0.8。Αw=0.8-0.6耐盐、干、渗透压细菌、酵母、霉菌，Αw0.5任何微生物均不生长繁殖。12、从酶促反应与食品水分活度的关系来看：水可作为介质，活化底物和酶Αw0.8大多数酶活力受到抑制，Αw0.25-0.3淀粉酶、多酚氧化酶抑制或丧失活力，而脂肪酶在Αw=0.1-0.仍保持其活性，如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖，易于氧作用）13、Αw与非酶褐变：Αw0.7.Αw升高，V升高；Αw=0.6-0.7，V最大；Αw0.7，V降低（因为水稀释了反应物浓度）14、Αw与脂质氧化:Αw0.4Αw上升，V下降（MO2-H2O阻V）Αw0.4，Αw上升，V上升（H2O溶解O2，溶胀后催化部位暴露，氧化V上升）Αw0.8.Αw上升，V上升（稀释浓度）Maillard反应和VB1分解速度都在Αw达到中等至较高时呈现最高。15、糖：是一类含多羟基醛和多羟基酮的化合物，分子通式：Cn(H2O)m统称碳水化合物。糖类化合物的定义与来源（一）糖类化合物广泛存在于各种生物有机体内，是食品的主要组成成分之一，也是绿色植物经过光合作用形成的产物。糖的分类：（二）单糖：指不能被水解为更小单位的糖类物质，是结构最简单的糖，如葡萄糖、果糖等；寡糖：由2-20个单糖分子缩合而成，水解产单糖，如蔗糖、乳糖；多糖：由多个单糖分子缩合而成，如淀粉、纤维素等；根据组成成分分为均多糖和杂多糖。(三)食品中的糖类化合物：玉米粒含0.2%-0.5%的D-葡萄糖、0.1%-0.4%的D-果糖和1%-2%的蔗糖。16、单糖和低聚糖17、（一）单糖结构：最小的碳水化合物，是不能水解的多羟基醛、酮及其衍生物。分子含有手性碳原子。单糖分子量较小，一般含有5-6个碳原子。单糖是D-甘油醛的衍生物，可以形成缩醛和缩酮，糖分子的羟基可以与糖分子本身的一个羟基反应，形成分子内的半缩醛和半缩酮，形成五元呋喃糖或更稳定的六元吡喃糖环。天然葡萄糖属于D异构系列，含有一个镜像分子L异构系列。（二）低聚糖的结构与存在1、低聚糖的结构：由2-20个糖单位通过糖苷链接起来，形成直链的或者具有分支结构的一类糖的总称。食品中天然低聚糖有：双糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖。糖基组成可以是同种的（均低聚糖），也可以是不同种的（杂低聚糖）分子量较大的低聚糖有：饴糖、玉米糖浆中的麦芽低聚糖、环状糊精。其中环状糊精在食品工业中广泛应用，可作为微胶囊的壁材。环状糊精：又称沙丁格糊精，由6-8单位α-D呋喃葡萄糖基通过α-1,4糖苷键，首尾相连形成的环状低聚物，主要有α-、β-和γ-环状糊精3种。在α-淀粉酶的作用下降解的主要产物为β-环糊精，其利用价值主要在于其具有包裹疏水性小分子有机物的作用。如维生素、风味物质等。2、食品中重要的低聚糖：近年来开发的各种新型功能性低聚糖被引入食品，例如：低聚果糖、低聚木糖、甲壳低聚糖等。由两个单糖缩合而成的双糖，如纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖和海藻糖。在食品中广泛应用。其中糖的还原性和非还原性在食品中具有重要的作用，如乳糖。三糖也存在于食品中，如麦芽三糖、甘露三糖、蜜三糖等。（三）糖在食品中应用的物理性质1、甜度：使人感觉到甜味的最低糖浓度。用相对甜度表示，设蔗糖的甜度为1，则果糖为1.5，葡萄糖0.7，半乳糖0.6，麦芽糖0.5，乳糖0.4.多价醇具有甜味，其产生甜味的基团为-CHOH-CHOH-,同一种糖，其α型和β型的甜味也不相同。如葡萄糖、果糖。蔗糖溶液没有α型和β型的变化，其甜味也不随时间变化2、溶解度几种糖的溶解度：果糖78.94%，蔗糖66.6%，葡萄糖46.71%（果糖溶解度最高，葡萄糖溶解度最低）3、结晶性蔗糖易结晶，晶体生成很大：葡萄糖易结晶，晶体生成细小：果糖和转化糖较难结晶。4、吸湿性和保湿性结合水的能力常被称为吸湿性和保湿性：吸湿性是指糖在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质。保湿性指糖在较低空气湿度下保持水分的性质。5、渗透压相同浓度下（质量百分浓度），溶质分子的分子质量越小，溶液的摩尔浓度就越大，溶液的渗透压就越大，食品的保存性越高。6、粘度糖溶液有一定的粘度。相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：葡萄糖、果糖蔗糖淀粉糖浆；（淀粉糖浆的粘度随转化度的增大而降低）。食品生产中，可调节糖的粘度来提高食品的稠度和可口性、不同产品选不同类型的糖。7、冰点降低糖溶液冰点降低的程度取决于糖的浓度和分子质量的大小。糖的浓度越高，分子质量越小，溶液的冰点下降的越大。相同浓度下对冰点降低的程度，葡萄糖蔗糖淀粉糖浆。8、抗氧化性是由糖溶液中氧气的溶解度降低而引起的，果脯、罐头等生产中使用糖液，有利于保持水果的风味、颜色和维生素C。（四）单糖、低聚糖在食品应用方面的化学性质1、水解反应-转化糖的形成蔗糖在酶或酸的水解作用下形成的产物叫做转化糖。所谓的转化是指水解前后溶液的旋光度从左旋转化到右旋。生产用于转化糖的酸一般用柠檬酸或是盐酸，酶是β-葡萄糖苷酶和β-果糖苷酶。2、与碱作用糖在碱性环境中不稳定，易发生变旋现象（异构化）和分解反应、这个反应于溶液温度、糖种类以及浓度、碱的种类及浓度，以及作用的时间等因素。碱处理淀粉糖浆，使葡萄糖部分异构化生成果糖，从而形成果葡糖浆（人造蜂蜜）。此产物与蜂蜜的风味极为相似，但维生素的含量不及蜂蜜。果葡糖浆的强吸湿性使其可作为面包、糕点的保湿剂，是其质地松软，但这类产品不宜使用于酥脆食品和硬糖中。在生产甜酒和黄酒时，常在发酵液中添加适量的果葡糖浆，以加速胶木对糖的利用速度。用碱法生产果葡糖浆，碱的浓度不宜过高，否则会引起糖转化生成糖醛酸，并发生分解。3、与酸作用在室温下稀释对单糖的稳定性无影响。酸对糖的作用与酸的种类、浓度、反应温度紧密相关。在不同条件下可发生如下反应：4、16、