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食品化学第一章绪论、水和冰一、食品化学的性质和范畴概念：食品化学从化学角度和分子水平研究食品的组成、结构、理化性质、生理和生化性质、营养和功能性质以及它们在食品储藏、加工和运销中的变化。研究内容：碳水化合物、油脂、蛋白质、维生素、矿质元素、水、酶、风味、色素、保健成分、毒物等在食品贮藏加工及运销中的变化。二、食品化学的研究方法1质量和安全属性质地：变硬、软等风味：期望的或不良的风味颜色：期望的或不良的色泽营养价值：S大营养素等产生有毒物质安全性使有毒物质失活产生或消失保健成分等2化学和生物化学反应反应类型例子酶促反应切开的水果、蘑菇非酶褐变烘烤食品氧化反应脂类、维生素讲解注：水解等另8种（共11种）3反应对食品质量和安全的影响主要引发事件次级事件被影响的属性水果擦伤细胞破裂、酶释放、O2进入质构、风味、色泽、营养多糖水解糖与蛋白质反应质构、风味、色泽、营养脂类氧化氧化产物与其它组分反应质构、风味、营养4分析在食品贮藏加工中出现的情况产物因素：组分、O2、pH、AW等环境因素：T、t、大气成分、处理方法（加工工艺）等。三、食品化学发展史1780-1850：瑞典人CarlWilhelmscheeie分离和研究了乳酸的性质。从柠檬汁和醋栗中分离出苹果酸。精密分析研究的开端。1743-1794：法国化学家AntoineLaurentLavoisier首先测定了乙酸的元素成分。1767-1845：法国化学家TheodoredeSaussure用灰化的方法测定植物中矿物质的含量，首先精确地完成了乙醇的化学分析。1813：英国化学家HumpheyDavy出版了第一本《农业化学原理》。1786-1889：法国化学家MichelFugeneChevreul是有机物质分析的先驱，质量发现和命名硬脂酸和油酸。1847：JustusVonliebig出版了第一本有关食品化学的书《食品化学的研究》。19世纪中期：英国ArthurHillHassall和助手们绘制了一套比较详尽的显示纯净食品材料和掺杂食品材料的微观形象的示意图。1860：德国W.Hanneberg和F.Stohman发展了一种用来常规测定食品中主要成分的重要的方法。1871：JeanBaptisteDumas提出仅由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成的膳食不足以维持人类的生命。20世纪前半期已发现了大部分基本的食用物质，并对它们的性质作了鉴定，这些物质是维生素、矿物质、脂肪酸和一些氨基酸。直到20世纪才成为一门独立的学科。四、世界食品的发展趋势1、系列化的方便食品即食、罐头、冷冻2、儿童食品（有利于生长、发育、开发智力）强化食品/强化营养：VA、VD、Ca、Fe、Zn强化高营养价值天然食品：大豆粉、蛋黄婴儿食品：断奶食品等3、健康食品/健康饮料（果蔬原汁法：85％果汁；美：67％），绿色食品，保健食品（美：健康日：功能）4、老年食品老年型社会：60岁以上人数占总人数10％以上；65岁以上人数占总人数7％以上。老年食品（1）预防老年性多发病：高血脂、冠心病、糖尿病等（2）防衰老：细胞裂开；细胞膜过氧化物氧化5、新类型食品新型大豆食品，菌藻类，卡片食品，集成块食品。参考资料刘邻渭主编《食品化学》，中国农业出版社王璋，许时婴等编《食品化学》，中国轻工业出版社【美】OwenR.Fennema著，王璋等译《食品化学》，中国轻工业出版社【美】NormanN.PotterJosephH.Hotchkiss著，王璋等译《食品科学》，中国轻工业出版社天津轻工业学院、无锡轻工业学院合编《食品生物化学》，轻工业出版社黄梅丽、江小梅编《食品化学》，中国人民大学出版社•五、水和冰各种食品都有其特定的水分含量，因此才能显示出它们各自的色、香、味、形特征。物理化学：水在食品中起着分散蛋白质和淀粉等的作用，使它们形成溶胶。食品化学：水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等方面都具有重要的影响。水分也是微生物繁殖的重要因素。在食品加工过程中，水起着膨润、浸透、呈味物质等方面的作用。因此，研究水的结构和物理化学特性，水分分布及其状态，对食品化学和食品保藏技术有重要意义。单分子水和液态水结构示意图：冰有11种结构，但是在常压和温度0℃时，只有普通正六方晶系的冰晶体是稳定的，还有9种同质多晶(po1ymorphism)和一种非结晶或玻璃态的无定形结构。在冷冻食品中存在4种主要的冰晶体结构，即六方形、不规则树枝状、粗糙的球形和易消失的球晶，以及各种中间状态的冰晶体。大多数冷冻食品中的冰晶体是高度有序的六方形结构，在含有大量明胶的水溶液中，冰晶体主要是立方体和玻璃状冰晶。冰传导热能比非流动水（例如，在组织中的水）快得多。（导热率4倍）食品冻结的速度远比解冻的速度来得快。单分子水的结构：sp3杂化，104.5°液态水的结构：氢键（理论上讲，每一个水分子可与相邻的4个水分子同时形成4个氢键），缔合水（H2O）n(约90个左右——水分子族)，偶极作用，→高的热容、熔点、沸点、表面张力、相变热、介电常数冰：六方晶体。晶轴a=b≠c；晶轴夹角α=β=90°，γ=120°过冷状态，过冷温度潜热:只使水的相态发生变化，没有温度升高的热量，包括熔化潜热和汽化潜热。显热:无相变时，使冰、水、水蒸汽等温度升高的热量比热容。六、食品中水的存在形式•构成水•食结合水•品邻近水•中多层水/半结合水•水体相水/自由水构成水+邻近水=结合水AW0.25，单分子层水（其含量称单层值）在高H2O食品中约为总水量的0.5％离子或离子基团(Na+，CI¯，－COO¯，－NH3+等)通过自身的电荷与水分子偶极子的静电相互作用及与蛋白质（氨基酸）中羧基及糖类羟基等形成氢键。结合水无蒸发、冻结（-40℃）、转移、溶剂能力、不能被微生物利用。多层水=半结合水0.25AW0.80，多分子层水，H2O↑，≤5％与蛋白质肽键、－NH2、＝NH等形成氢键半结合水有部分蒸发（但蒸发时需吸收更多热量）、冻结、转移和溶剂能力，部分可被微生物利用。干燥食品吸收多层水（半结合水）后，非水组分开始膨胀。体相水=自由水毛细管水（Φ＞0.1μm）和截留水（被生物膜或凝胶内大分子网络所截留的水）AW0.85，性质与纯水相近/通过网络微孔向外转移七、水分活度是指食品在密闭容器内测得的水蒸气压力（P）与同温度下测得的纯水蒸气压力(P0)之比.Aw=P/P0=ERH/100根据拉乌尔定律，在一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩尔分数，即P=P0n1/(n1+n2)n1---溶剂（水）的摩尔数，n2---溶质的摩尔数；将以上两个公式归纳为：Aw=n1/(n1+n2)水分活度计算：在：1、稀溶液；2、非电解质溶液中，根据拉乌尔定律。例如：25℃下，分别在1000克纯水中加入1molNaCl或1mol的白糖时溶液的水分活度Aw。白糖溶液：Aw=55.5/55.5+1=0.98NaCl溶液实验结果：Aw=0.923水分活度及其降低原因水分活度测定：康维皿法（平衡相对湿度法）平衡相对湿度(EquilibriumRelationHumidity,ERH)：物料既不吸湿也不散湿时的大气相对湿度。表一：一些稳定相对湿度的溶液（饱和）（25℃）/部分盐类ERH（％）LiBr7LiCl、H2O11CH3COOH（无水）22(5℃为20)MgCl∙6H2O32K2CO343NaBr∙2H2O58NaNO365NaCl75KCl85K2SO497•水分活度简略（快速）测定：•条件：25℃，20min，1克样品•Aw=Aw1×Δg2+Aw2×Δg1/Δg1+Δg2七、等温吸湿曲线（MSI）在一定温度下，食品的含水量与其水分活度（平衡相对湿度）之间的关系曲线。Ⅰ：Aw＜0.25；Ⅱ：0.25＜Aw＜0.80；Ⅲ：Aw＞0.80横线：水分含量相等：Aw2（高温）＞Aw1（低温）纵线：水分活度相等：W1（低温）＞W2（高温）滞后现象：Aw相等，解吸水＞回吸水主要原因：食品组织（毛细管）（解吸）→毛细管变细→P管内＜P管外→水蒸气在管内自动凝集八、水分活度与食品稳定性关系例1:水对淀粉老化的影响30%＜WH2O＜60%：易老化WH2O＜10%：不易老化方便面（粥），糊化，脱水＜10%例2:水对蛋白质构象稳定性和变性的影响水与外层极性键，氢键，水膜，亲水胶体促进内层非极性键，疏水相互作用水（氧）→氧化→破坏副键→破坏结构WH2O≥4%：缓慢变性WH2O＜2%：变性×例3：水对脂肪氧化酸败的影响Aw=0.3~0.4：最慢Aw＜0.3：水与过氧化物结合，防其分解与金属离子水合，防其催化Aw＞0.4：氧在水中溶解度增加，脂肪膨胀，易氧化部位暴露。3测定：以康维皿法（平衡相对湿度法）说明第二章碳水化合物第一节概述一、分类、结构分类：单糖：葡萄糖（动物血液）、果糖（水果）低聚糖二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖（2～10）三糖：绵子糖多糖同聚多糖：淀粉、糖元、纤维素、果胶•杂聚多糖：半纤维素、粘多糖结构：多羟基醛、酮及其缩聚物和某些衍生物-OH→果葡糖浆（增甜）二、糖的重要衍生物1单糖衍生物氨基G、N－乙酰氨基G、G醛酸半乳糖硫酸酯（唾液酸）、糖脂、神经节苷脂2糖蛋白和蛋白多糖（酶、抗体、激素）（1）糖蛋白：岩藻糖、阿拉伯糖、DNA、RNA（2）蛋白多糖：透明质酸（粘合、润滑多用）、硫酸软骨素（软骨、肋骨、皮肤）、肝素（抗凝血素）三、碳水化合物（糖）的生理功能1、供给能量/4Kcal/g，脂肪：9Kcal/g；2、节约蛋白质、脂肪（防酮症－酮酸中毒）；3、构成机体组织；4、保肝解毒（G醛酸+毒物→结合物→体外）；5、传递信息○1糖蛋白作为细胞识别标记；○2器官移植时看糖基能否理解；○3抗原作用。决定血性的红细胞上糖蛋白的糖链由14个单糖组成，末端的糖基为：N－乙酰基半乳糖－N－乙酰氨基G（AB型，A型）半乳糖－半乳糖－N－乙酰氨基G（B型）O型：无此末端糖基（即仅由13个单糖组成）6、在人体细胞间有粘膜作用；7、润滑作用第二节食品中单糖和低聚糖的功能一、亲水性溶解性：果糖蔗糖葡萄糖(另：T↑，S↑)（≥80％）（67％－70％）（47％－61％）应用：溶解度大者用于提高食品渗透压而防腐吸湿性：果糖蔗糖、麦芽糖葡萄糖乳糖(73%)(18.4%)(14.5%)(1.4%)应用：吸湿性高的玉米糖浆，转化糖等用于蜜饯及烘烤时食用（防水分蒸发）；相反，吸湿性低的乳糖、麦芽糖等用于糖霜粉（防粘结）。如RH60%，9d：则D-果糖吸湿性为63%。另：（1）结晶很好的糖完全不吸湿（因其氢键各位点形成了糖-糖氢键）；（2）杂糖或糖浆吸水快而多（杂糖干扰糖分子定向，使-OH更有效同H2O结合）。应用：吸湿性高的果葡（玉米）糖浆，转化糖等用于蜜饯、焙烤食品及软糖等（防水分蒸发）；相反，吸湿性低的乳糖、蔗糖、麦芽糖等用于糖霜粉（防粘结）及硬糖。二、风味结合功能糖-水+风味剂→糖-风味剂+水•醛、酮、酯等）•阿拉伯树胶（成膜），环糊精（截留）双糖、低聚糖单糖•应用：用于喷雾干燥、冷冻干燥等。•三、褐变产物与食品风味1、美拉德反应/羰氨反应风味：•甘a：焦糖香味葡萄糖缬a：黑麦面包香味•＋缬a：巧克力香味（180℃）氨基酸谷氨酰胺：巧克力香味•甲硫氨酸：马铃薯香味条件：1：1重量比，100℃颜色：黄褐色（类黑精）（吸收峰：黄/420nm，褐/490nm）还原性（力）↑，（羰基↑/烯醇化）中间过程：主：β-消去。烯醇化，脱水，重排，羰基加成（成环）等→5-羟甲基糠醛（HMF）另外：直接脱水反应；异构化（端基，醛糖酮糖）；C-C键断裂小结（1）在中性或碱性食品中易发生；（pH≥６易发生；pH↓：NH2→NH3+≠葡基胺）（2）在中等水分活度食品中易发生（10%~15%）；（3）铜、铁等金属促进其反应；（推测：后期：氧化-还原反应→色素；Fe3+＞Fe2+，Ca2+可减轻）（4）有利于食品的色、香、味；（5）伴随着营养价值降低（如赖a损失等，另有精a、组a）；（6）SO2抑制该反应（抑制HMF等进一步缩合成类黑精；+H+