食品化学

本文由ｄｕａｎｓｈｕｉ９８８贡献 ｐｐｔ文档可能在ＷＡＰ端浏览体验不佳。建议您优先选择ＴＸＴ，或下载源文件到本机 查看。 食品化学 主讲：严奉伟 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｆｗ１９９４＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ ｈｔｔｐ：／／ｓｋｙ．ｙａｎｇｔｚｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｓｋｙｓｐｈｘ０ｘ／ｉｎ ｄｅｘ．ａｓｐ 食品科学 是一门将基础学科和工程学的理论用于研究 食品基本的物理、化学和生物化学 性质以 及食品加工原理的学问。是一门主要涉及 细菌学、化学、生物学和工程学的 综合性 学科。是一门涉及到食品的特性及其变化、 保藏和改性原理的科学。 食品的 这些性质关系到食品的稳定性、成本、 质量、加工、安全、营养价值、卫生和方 便 。 食品工业概况 １９９９年，全世界食品工业销售额为２．７万亿美 元，居各行业之首。 ２０００年，中 国食品工业总产值和利税分别为 ８４３４．１亿元和１４５８．３亿元，分别占全国工 业总产值 的９．８％和１５．３％。食品工业就业 人数４０７．３万人，占全国工业企业就业人数 的７．３％ 。 ２００１年和２００２年，全国食品工业总产值分别 为８７４０．５５亿元和１０１６９．６８亿元。 食品工业产值与农业产值的比值为０．３～ ０．４∶１，远低于发达国家２～３∶１。 食品科学与技术高校毕业生起薪 中大西洋地区平均值（２００２年）： 学士：４４０００美元 硕士：５４５００美元 博士： ６００００美元 第一章 引论 一 食品化学的定义 食品化学是研究食品（包括食品原料）的 组成、特性及其 产生的化学变化的科学。 另外的定义：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 全性质及其在 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。 学习食品化学的目的与意义 为改善食品品质、开发食品新资源、革 新食品加工工艺和贮运技术、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，促进食品科学全面发展。 食品化学的研究内容 １ 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。 ２ 食品物质的性质：物理性质；化学性质； 功能性质；安 全性质。 ３ 食品物质的理化变化：形态变化；组织变 化；分子结构变化；组成变化；生 理生化 变化；生理生化变化；色香味变化；质地 变化；营养成分组成变化。 ４ 加工 技术对食品成分的影响：原料的来源 与种类；原料处理与贮藏；配方、加工工 艺与 设备；产品包装、转运与货架期。 食品化学的研究层次及主要任务 １ 认识各类食品成分：营养成分（水、糖、脂、 等）、微量及添加成分（调味 品、香料、色素和 加工辅料等），保健成分以及上述各类成分在食 品加工、贮藏过 程中的次生物质。 ２ 对各类成分进行提取、分离，表征各类成分的化 学性质和理化 性质。 ３ 研究各类食品成分在食品加工过程、贮藏、运销 过程的化学变化及变化规 律。 ４ 研究食品成分的构效关系。 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，体 现交叉性 和综合性。 ２ 在分子水平研究食品物质、食品物质的化 学变化及食品加工 、贮藏技术，其认识和 说明问题最为深刻。
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３ 研究过程需要最先进的科学理论与技术， 研究起点高。 ４ 既有强烈的理论和 基础研究色彩，又有浓 厚的应用和开发背景。 ５ 是食品科学的一门基础性、支柱性 学科。 食品主体成分性质与功能概述 水：溶剂；良好的流动性、与食品成分的亲 和性及溶解性； 糖类：单糖和低聚 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；沸点高、同质多晶 性；溶 剂；风味、起酥、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；催化、 保护风 味等。 矿物质：营养成分；调节水分活度、ｐＨ、离 子平衡、离子强度、改善 或稳定荷电生物 大分子等的功能。 第二节 食品化学的历史 起源可以追溯到远古，但历史上没有详尽的文献记载，与农 业化学的历史紧密 联系在一起。 １８世纪末期，人类在食品化学方面有许多重要发现：以Ｃａｒｌ Ｗｉｌｈｅｌｍｓ Ｓｃｈｅｅｉｅ和Ｗｉｌｌｉａｍ Ｂｅａｕｍｏｕｔ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。以 Ａｎｔｏｉｎｅ Ｌａｕｒｅｎｔ Ｌａｖｏｉｓｉｅｒ、Ｔｈｏｍａｓ Ｔｈｏｍｓｏｎ（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。 瑞典人Ｃａｒｌ Ｗｉｌｈｅｌｍｓ Ｓｃｈｅｅｉｅ（药物学家）：分离和研究乳酸性质 （１７８０）、 从柠檬汁（１７８４）和醋栗（１７８５）中分离出柠檬酸，从 苹果中分离出苹果酸（１７８４） ，检验２０种普通水果中的柠檬酸和酒 石酸及苹果酸。精密分析研究的开端。 法国化学家Ａｎｔｏｉｎｅ Ｌａｕｒｅｎｔ Ｌａｖｏｉｓｉｅｒ首先测 定乙酸的元素成分，用一个平衡 反应式表 示发酵过程（１７８４）。法国化学家 Ｔｈｅｏｄｏｒｅ ｄｅ Ｓａｕｓｕｒｅ用灰化的方法测定 植 物中矿物质的含量，并首先精确地完成了 １８０７ 乙醇的化学分析（１８０７）。 Ｊｏｓｅ ｐｈ Ｌｏｕｉｓ Ｇａｙ－Ｌｕｓｓａｃ和Ｌｏｕｉｓ－Ｊａｃｑｕｅｓ Ｔｈｅｎａｒｄ于１８１１年发明了在干燥植物中定量 测 定Ｃ、Ｈ、Ｎ百分数的第一个方法。 英国化学家Ｈｕｍｐｈｅｙ Ｄａｖｙ在１８１３年出版了 第一本《 农业化学原理》。 法国化学家Ｍｉｃｈｅｌ Ｆｕｇｅｎｅ Ｃｈｅｖｒｅｕｌ是有机 物质分析的先驱，他在动物脂肪成 分上所 作的经典研究导致了硬脂酸和油酸的发现。 ？ Ｊｕｓｔｕｓ Ｖｏｎｌｉｅｂｉｇ在１８８２年将 食品分类为含 氮的和不含氮的，并于１８４７年出版第一本 有关食品化学方面的书《食 品化学的研 究》。 １９世纪早期，在食品化学发展的过程中出现 了日益严重和普遍的食品掺杂现象 ，大大促 进了分析化学尤其是食品化学的发展 ？ １８２０～１８５０年期间，很多大学建立 分析研 究和化学研究实验室，从此，食品化学连 续地并且加速地发展。 １９世纪常见食品有意掺假 胭脂树脂红：掺假物包括姜黄、燕麦、黑 麦、小麦源自文库粉、硫酸钙和碳酸钙、盐 和铁 红（氧化铁）。 ？ 黑胡椒：常被砂砾、叶子、果梗、茎、胡 椒末、亚麻籽肉和 胡椒以外的其它植物粉 末掺假。 ？ 尖辣椒：常加入银珠（α－硫化汞）、赭石 和姜 黄以克服因暴露在阳光下而产生的褪 色现象。 ？ ？ ？ 精油：用松节油、其它油和醇掺假。 醋：用硫酸掺假。 柠檬汁：用硫酸和其它 酸掺假。 咖啡：用焙烤谷物、焙烤胡萝卜或烤焦豌 豆和刀豆掺假。 ？ 茶叶：用下脚 料、干燥茶叶和其它植物叶 子掺假。 ？ 牛乳：主要掺水，也常加入白垩、淀粉、 姜 黄（颜色）、胶和苏打。偶尔也用糊精、 明胶、葡萄糖、防腐剂及着色剂掺假。 啤酒：浆果Ｃｏｃｃｕｌｕｓ ｉｎｄｉｃｕｓ的“黑色提取 物”能影响啤酒的风味、麻醉性质 、额外 的令人陶醉的质量和毒性。 ？ 糖：采用砂、粉剂、石灰、果肉和着色物 质掺 假。 ？ 葡萄酒：采用着色剂、风味剂、熟化剂、 防腐剂、抗酸剂等。 ？ 巧克力：采 用淀粉、硬饼干粉、动物油脂、 砖粉、铁红和马铃薯粉掺假。 面包：采用明矾和小麦以外的产品制得的 粉掺假。 ？ 糖果产品：采用含铅和砷 的食品着色剂掺 假。 食品掺假 第一阶段：从古代至１８２０年左右，食品掺假不是 一个严重问题。 ？ 第二阶段：
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有意的掺假在出现的频率和严重性两 方面都显著增加。 ？ 第三阶段：１９２０年起，法 规的压力和有效的检测 方法将食品有意掺假的频率和严重性减少至可接 受的水平。 ？ 第四阶段：开始于１９５０年左右。含有合法化学添 加剂的食品逐渐占优势，食品被 不期望的工业化 副产品如汞、铅和农药污染已被公众和法规所关 注。 １９世纪中期英国的Ａｒｔｈｕｒ Ｈｉｌｌ Ｈａｓｓａｌｌ将食品的微 观分析提高至重要地位，他 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 微观形象示意 图。 ？ １８６０年在德国的Ｗｅｅｄｅ建立了第一个由政府资助 的农业试验站。Ｗ． Ｈａｎｎｅｂｅｒ ｇ（主任）和 Ｆ． Ｓｔｏｈｍａｎ发展了一种用来常规测定食品中主要成 分的重要方法。将样 品分为几个部分，测定其中 的水、粗脂肪、灰分和氮，氮乘６．２５得蛋白质含 量。 １８７１年Ｊｅａｎ Ｂａｐｔｉｓｔｅ Ｄｕｍａｓ提出：仅由蛋白质、 糖水化合物和脂肪组成的膳食 不足以维持人类生 命。 ？ ２０世纪前半期已发现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。 ？ ２０ ２０世纪中 期：日益广泛地使用化学物质帮助增长、 制造和销售食品是一个特别值得关注和有争 议的 事件。 第三节 食品化学在食品科学中的作 用和地位 食品科学的基础是基础科学知识或基本知识。基 本知识包括数学原理、物理现 象的概念和化学结 构与反应性。 ？ 食品科学是一门次级学科，利用了有机化学、物 理化学、物理和数学等基础知识和生物学、微生 物学和生物化学等次级知识。 ？ 食 品科学的目标是获得对食品体系的结构、性质、 加工和保藏的综合能力，食品科学集 中关注食品 体系的科学方面。 食品科学可定义为食品体系的化学、结构、 营养、毒理、微生物和感官性质以 及食品 体系在处理、转化、制作和保藏中发生变 化这两方面知识的综合。 ？ 可以认 为：将食品科学应用于食品加工和 保藏的实践就是食品工艺（技术）。 食品科学体系的组成 １ 食品化学：食品组分的化学与物理化学及生物 化学性质，这些组分在食品加 工和保藏中的变化， 它们的化学分析； ？ ２ 物理食品学：食品体系的流变和物理性 质； ？ ３ 结构食品学：食品体系的微观和宏观结构； ？ ４ 环境食品学：微生物的侵 入和食品体系的腐败 （食品微生物学），食品保护，包括卫生和包装； ？ ５ 食品加 工学：通过物理、化学和微生物学方法 实现食品转化、制作和保藏的原理。 其中，食品化学涉及的范围最宽，其内容 还包括食品毒理学、食品营养化学以 及食 品营养价值和毒物的生物检验技术；还涉 及味觉和嗅觉原理。 ？ 了解食品化学 原理和掌握食品化学技术是 从事食品科技工作必不可少的条件之一。 食品化学与食品科学研究和发展的关系 食品加工：通过研究食品有效成分在各种 加工条件下的变化，说明加工工艺的 合理 性，不断开发新的食品加工手段和技术。 ？ 食品贮藏：通过研究不同贮藏条件 对食品 成分、质构的影响，不断探索开发新的贮 藏手段和技术。 ？ 食品营养：通过 研究食品成分的理化性质， 结合生物化学研究，为食品营养研究提供 基本数据。 食品安全与卫生：食品化学是各种检测手 段的基础，各种检测手段又是考察食 品安 全与卫生的前提条件。 ？ 食品质量控制与检测：食品化学与食品质 量控制和标 准制定有更加直接的关系。 ？ 食品添加剂：化学合成和提取分离、结构 鉴定手段是 食品添加剂开发的基础。 ？ 有机食品、功能食品的生产与开发：食品 功能因子的表 征、开发、评价、先进检测 手段是这些食品生产开发必不可少的基础。 食品化学对食品行业技术进步的影响 食品工业领域 果蔬贮藏加工 肉品加工贮藏 饮料工业 乳品工业 焙烤工业 食用 油脂工业 调味品工业 发酵食品工业 基础食品工业 食品化学研究成果产生的影响 化 学去皮、护色、质构控制、维生素保留，脱色脱苦，化学保鲜，气调贮藏，活性 包装 ，酶法榨汁，过滤，澄清及化学防腐。 宰后处理，保汁及嫩化，护色和发色，提高肉 糜乳化力、凝胶性和黏弹性，烟熏肉 的生产和应用，人造肉生产，综合利用。 速溶 ，克服上浮和下沉，稳定蛋白饮料，水质处理，果汁护色，提高风味，白酒降 度，啤 酒泡沫和苦味改善，脱涩等。 稳定酸乳和果汁乳，开发凝乳酶代用品及再制乳酪，乳 清的利用，乳制品的营养强 化。 高效膨松剂，增加酥脆性，改善面包的质构和呈色 ，防止老化。 精炼，冬化，调温，油脂改性，ＤＨＡ、ＥＰＡ和ＭＣＴ的开发利用，乳化剂，