食品工程师、助理工程师专业知识

第一部分专业基础知识

一、食品化学和食品生物化学

（一）水

1、熟悉水的结构特性；水在食品中的存在形式

1-1 水的结构特性：每个水分子由2个氢原子和1个氧原子组成。水分子中氧原子具有4个sp3杂化轨道，这2个氢原子各以最外层的1个电子与1个氧原子的最外层的2个电子组成2个共用电子对，使各自最外电子层都达到稳定结构——这就是所谓的氢键。

氧具有高的电负性，因此O-H共价键具有部分离子特征，水分子具有极性，水分子之间具有强烈的缔合效应。

1-2 水在食品中的存在形式：食品中含的水有二种，一种是与普通水一样能自由流动的水，称为自由水或游离水。另一种是与食品中蛋白质、碳水化合物等以氢键结合而不能自由运动的结合水。

结合水（束缚水、固定水）

1）化合水2）邻近水3）多层水

自由水（体相水）

1）滞化水2）毛细管水

结合水与自由水的不同：

1）不易蒸发2）不易冻结(-40˚C) 3）不能作为溶剂4）不能为微生物所利用

自由水则具有上述的各种能力。

2、掌握水分活度（Aw）；水分活度对食品加工的影响

2-1 水分活度定义：水分活度(water activity)即某含水体系中的水蒸汽压p和相同温度下纯水蒸汽压p0的比值。Aw = p/p0

Aw反映了水与各种非水成分缔合的强度，能够更可靠地预测食品的稳定性、安全和其他性质。它是微生物生长、酶活性和化学反应与水分之间相关性的最佳表达方式。

在冰点以上，水分活度与食品中的化学成分有关，而冰点以下与此无关。因此，用水分活度大小来预测食品的性质，只有在冰点以上有效，在结冰之后则无效。

测定水分活度可以采用冰点降低法、相对湿度传感器法和恒定相对湿度平衡室法。通常用水分活度计测定。

2-2 水分活度对食品加工的影响

水分活度与食品稳定性

水分活度与微生物活动的关系

各种微生物的活动都有一定的AW阈值（最低值）如：

细菌≥0.90 酵母≥0.88 霉菌≥0.80

（二）碳水化合物

1、了解糖的结构与功能；单糖、低聚糖结构特性

1-1 糖的结构与功能：

单糖：不能被水解的简单碳水化合物，如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖。

寡糖：单糖聚合度≤10的碳水化合物（以双糖最为多见）：蔗糖、麦芽糖、乳糖、纤维二糖。

多糖：单糖聚合度>10的碳水化合物：淀粉、糊精、糖原、纤维素、半纤维素及果胶等。

1-2 单糖、低聚糖结构特性：

单糖是不能被水解的简单碳水化合物。单糖一般为无色晶体，且具有甜味，能溶于水。

单糖为多羟基醛或多羟基酮；含有手性碳原子；一般单糖含有5或6个碳原子；大多为D 型。有开链结构，也有环状结构

根据所含糖原子的数目，单糖有可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖。

单糖的结构特点是多羟基醛或多羟基酮，其醛基、羟基功能团可发生相应的反应，如氧化和还原、缩醛化反应、成酯、成醚等。

2、掌握糖的典型物理和化学性质；美拉德反应；焦糖化

2-1 糖的典型物理和化学性质：

物理性质

（1）甜度

比甜度：受到分子结构、分子量、水中结构的影响。D-葡萄糖以α型较甜，D-果糖以β型较甜。

各种常用糖的比甜度比较：果糖>蔗糖=转化糖>葡萄糖>乳糖

（2）旋光性

戊糖和己糖都含有手性碳原子，具有旋光性。可利用此性质鉴定单糖或二糖。

葡萄糖也称为右旋糖（+52.2），果糖也称为左旋糖(-92.4)。蔗糖为+66.5，水解成果糖和葡萄糖的混合液为-19.9，因此称这种水解液为转化糖。

（3）溶解度：糖具有多个亲水的羟基，因此具有较好溶解性。温度升高则溶解度增大。各种糖的溶解度比较：果糖>转化糖>蔗糖>葡萄糖>乳糖

溶解度与糖的保藏性有关。溶解度大则可更好地降低水分活度，从而达到防腐要求。

（4）吸湿性和保湿性

（5）结晶性

（6）粘度和质地

单糖的化学性质

单糖的结构特点是多羟基醛或多羟基酮，其醛基、羟基功能团可发生相应的反应，如氧化和还原、缩醛化反应、成酯、成醚等。

此外，还有一些和食品性质相关的重要反应：1）美拉德反应；2）焦糖化反应

A、酸：酸性条件下，与醇反应生成糖苷

B、碱：在弱碱环境，糖会发生异构化，例：葡萄糖在弱碱性环境变为葡萄糖、果糖与甘露糖的混合物。在强碱性环境下，糖会被空气中的O2氧化生成其它复杂的混合物。

C、氧化

醛或酮糖与Tollens试剂（AgNO3-NH3）作用会产生银镜；与Benedict试剂（CuSO4、柠檬酸和Na2CO3）或Fehling试剂（CuSO4，酒石酸钾钠、NaOH）一起加热时，溶液的蓝色消失，同时生成Cu2O的砖红色沉淀。 D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下，生成D-葡萄糖酸及其内酯。

D、还原

在一定压力和催化剂镍存在下，双键加氢生成糖醇。

2-2 美拉德反应：

美拉德反应：食品在油炸、焙烤等加工过程中，还原糖（主要是葡萄糖）与游离氨基酸

或蛋白质分子中的氨基酸残基的游离氨基发生反应，这种反应也称羰氨反应，是非酶褐变反应的主要类型。

美拉德反应在食品中是产生色泽和香气的重要来源。

焙烤食品的红褐色、烤肉的棕红色、松花蛋的褐色、啤酒的黄色、酱类的褐色等均来自

美拉德反应。

美拉德反应的机理

初期：羰胺缩合与Amadori分子重排，产物为2-氨基-2-脱氧酮糖，无色

中期：重排产物降解，脱水生成羟甲基糠醛，重排成还原酮，或发生Strecker降解反应；

有色但颜色浅

末期：醇醛缩合，并进一步聚合，生成高分子黑色素。

2-3 焦糖化：

没有氨基化合物存在的情况下，糖和糖浆加热到熔点以上时，糖发生脱水与降解，形成

褐色物质的反应为焦糖化反应。

产物包括焦糖(caramel)和聚合产生的黑色素即焦糖色素。

蔗糖通常被用作制造焦糖色素和风味物。

焦糖化反应在碱性条件下加快，低水分活度加快。

焦糖色素的三种类型

1、耐酸型焦糖色素（亚硫酸氢铵催化）

2、焙烤用焦糖色素（铵法生产）

3、啤酒用焦糖色素（直接加热法生产）

3、熟悉淀粉的糊化和老化

3-1 糊化：淀粉在有充足水分的情况下受热，在温度上升到某一温度范围以上之后，淀粉大量吸水膨胀，晶体结构解体，失去双折光性，淀粉分子逸散，粘度急剧增加。这个过程称为淀粉的糊化。

3-2 老化：经过糊化的淀粉冷却至室温之后，会失去原有的柔软透明状态，发生沉淀或变得干硬，称为老化回生。

老化回生是糊化的逆反过程，但不能完全恢复到糊化之前的状态。

老化回生后的淀粉不易被淀粉酶分解，因而不易消化吸收。

（三）蛋白质

1、掌握蛋白质的结构；蛋白质的变性；蛋白质的等电点

1-1 蛋白质的结构：

蛋白质是由20多种〆-氨基酸以肽键相连而成的高分子化合物。

所谓肽键是指一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基之间缩水而形成的酰胺键。此反应产物