食品化学整理.doc

第1章 绪论1. 食品化学的定义：食品化学是科学的一个重要的组成部分，它是一门研究食品的组成特性及其产生化学变化的科学。它是从化学的角度和分子水平研究食品的化学组成、结构、物理化学性质、功能性质、安全性质及食品加工贮藏过程中的变化。2. 学习食品化学的作用：（1）食品糖类在食品工业中的应用：如果葡糖浆可使面包等食品保持柔软；功能性低聚糖具有润肠通便作用；多糖能有效保护食品的结构与质构免遭破坏。（2） 食品蛋白质化学在食品工业中的应用：蛋白质具有许多重要生理功能和加工特性，但它的许多不可逆反应会导致食品变质。（3） 食品油脂化学在食品工业中的应用：油脂的水解反应可能会引起食品质量的劣化等。（4） 食品酶学在食品工业中的应用：食品内源酶对食品质量的影响；食品外源酶对食品质量的影响；酶在食品分析中的应用。（5） 食品水化学对食品工业中的应用：食品中水分含量决定着市场上食品的特性、质构、可口性、消费者可接受性和保藏性能。（6） 食品风味化学在食品工业中的应用：在食品的加工和贮藏过程中，控制适当的条件，使食品中产生适宜的风味，防止非需宜的风味产生。（7） 食品维生素和矿物质在食品工业中的应用。（8） 食品色素化学在食品工业中的应用。（9） 食品中的有毒成分的检测和分析：食品自身的有毒成分；食品贮藏和加工过程中产生的毒素。3. 食品的主要成分：（1）天然成分：无机成分：水、矿物质 有机成分：糖、脂类、蛋白质、维生素、激素、风味化 合物、有毒化合物 （2）非天然成分：食品添加剂：天然添加剂、人工合成添加剂 污染物第2章 糖类1. （1）淀粉糊化：淀粉粒在适当温度下，破坏结晶区弱的氢键，在水中溶胀、分裂，胶束则全部崩溃，形成均匀、粘稠的糊状溶液的过程。（2） 淀粉老化：稀淀粉溶液（已糊化）冷却后，线性分子重新排列并通过氢键形成不溶性沉淀。（3） 影响淀粉糊化的因素：淀粉的种类：如直链淀粉含量越高越难糊化；食品中的水分含量（水活度）：糊化程度随水分升高而升，干淀粉加热到180C也不会糊化。酸度：碱性条件易糊化，当pH10，会加速糊化；在pH57内对糊化的影响不明显；pH5以下则黏度明显下降。温度：达到糊化温度才会糊化。添加物：高浓度糖会降低淀粉糊化；脂类物质能与淀粉形成复合物，降低糊化程度，提高糊化温度。（4） 影响淀粉老化的因素：淀粉种类：直链淀粉易老化，越多老化越快。含水量：30%60%易老化。酸度：偏酸或偏碱都不易老化。温度：在24C最易老化，大于60C或小于-20C不易老化。添加物：磷脂、单甘脂等极性脂类和淀粉形成包合物而延缓老化，蛋白质、植物胶等大分子也有类似作用。（5） 推迟淀粉老化的方法：通过对淀粉的化学改性从而延缓老化。在淀粉糊化后迅速脱水可推迟老化。提高温度。添加一些脂类、蛋白质、半纤维素、植物胶等添加剂。2. （1）单糖和低聚糖的物理性质：甜度。溶解度：果糖最高，蔗糖次之，葡萄糖最低。旋光性。结晶性：蔗糖葡萄糖果糖，转化糖。吸湿性和保湿型：吸湿性：果糖和转化糖葡萄糖，麦芽糖，蔗糖乳糖。渗透性：相同浓度下，分子量越小，渗透压越大。冰点降低：相同浓度下对冰点降低程度：葡萄糖蔗糖淀粉糖浆。抗氧化性：有利于保持水果的风味、颜色和维生素C。粘度：葡萄糖和蔗糖的黏度较果糖低，淀粉糖浆的黏度较高。（2） 单糖和低聚糖的化学性质：水解反应。脱水反应：分子内，分子间。氧化反应。还原反应。酯化和醚化。卤代反应。美拉德反应。焦糖化反应。3. 典型多糖的性质和应用。（1） 淀粉：A溶解性：不溶于冷水。 B水解反应：产物有糊精、淀粉糖浆（组分为葡萄糖、低聚糖、糊精等）、麦芽糖浆、葡萄糖等。 C与碘的呈色反应：直链淀粉：聚合度46的无色，820的红色，大于40的蓝色；支链淀粉：紫红色。 D糊化与老化。E变性淀粉：羟丙基淀粉、磷酸单酯淀粉、乙酸酯淀粉、交联淀粉。（2） 纤维素和半纤维素：A纤维素：无定形区对酸碱敏感。水不溶。化学性质稳定，一般食品加工中不会破坏，但再高温，高压，稀硫酸或纤维素酶的作用下会分解。 B半纤维素：植物细胞壁成分之一。水解时产生大量的戊糖、葡萄糖醛酸和某些脱氧糖。 C改性纤维素：羧甲基纤维素、甲基纤维素。（3） 果胶：A三种形态：原果胶、果胶、果胶酸。 B性质：在酸性或碱性条件下，能发生水解，可使酯基水解或糖苷键裂解。溶解度随聚合度增加而减小。分散后所形成的溶液是高黏度溶液。 C形成凝胶条件：高糖低pH，果胶含量为0.3%0.7%。第三章 脂类1. 同质多晶现象以及在食品加工中的应用（1） 定义：同一种物质在不同的结晶条件下具有不同的晶体形态，称为同质多晶现象。（2） 在食品加工中的应用举例巧克力起霜：可可脂为巧克力的主要原料，可可脂有六种同质多晶体，I型最不稳定，熔点最低；V型熔点为35C左右，最稳定，且它使巧克力涂层具有光泽，因此可以得到期望的质构；VI型的熔点高于V型，但熔化的可可脂无法结晶形成VI型，而是通过V型慢慢转变形成。在贮藏过程中，可可脂从V型向VI型转变的同时，巧克力表面会发生“起霜”，即巧克力表面发灰，失去光泽，表面有白色或灰色斑点。为防止“起霜”，可采取以下两种措施：加入低溶度表面活性剂，能改变脂肪熔化温度范围以及同质多晶物的数量和类型；加工时可进行适当降温。人造奶油的稠度：人造奶油的稠度除了与固体脂肪含量有关外，脂肪结晶的大小也很关键。在人造奶油的同质多晶体中，晶型更能赋予人造奶油很好的塑性，获得期望的稠度。因此在生产中通常在氢化大豆油中加入易形成晶型的氢化棉籽油。2. 脂类的水解反应以及在食品加工中的表现（1） 定义：通过加热和水分的作用，或通过酶的作用，脂类中酯键水解，生成游离脂肪酸和甘油。（ 脂类水解会产生酸败味。）（2） 在食品加工中的表现：食品在油炸中的反应“热+水”：油炸中产生大量游离脂肪酸，烟点下降，易冒烟，影响风味。动物宰后高温炼油炼油时应灭酶以避免酶解。3. 脂类的氧化反应，类型及机理（1） 定义：油脂在食品加工和贮藏期间，由于空气中的氧、光照、微生物、酶和金属离子等的作用，产生不良风味和气味（氧化酸败）、降低食品营养价值，甚至产生一些有毒性的化合物，使食品不能被消费者接受。（2） 根据油脂氧化过程中氢过氧化物产生的途径不同可将油脂的氧化分为：自动氧化，光敏氧化，酶促氧化。自动氧化A.定义：活化的含不饱和键的底物与基态氧发生的自由基反应。B.机理：自动氧化是一种自由基链式反应。引发剂：单重态氧。 a.引发期：油脂分子在光、热、金属催化剂的作用下产生自由基，RH（引发剂）R+H b.传播期:R+ O2ROO，ROO+RHROOH+R；c.终止期：ROO+ROOROOR+O2，ROO+RROOR，R+RR-R，从而使脂质的稠度变大。光敏氧化A. 定义：不饱和脂肪酸与单重态氧直接发生的氧化反应。B. 机理：a.光敏剂+光光敏剂 b.光敏剂+光敏剂+ c.单线态氧以极快速度和脂类分子中具有高电子密度部位的C原子结合 d.双键位移形成反式氢过氧化物酶促氧化自然界中存在的脂肪氧合酶可以使氧气与油脂发生反应而生成氢过氧化物,植物体中的脂氧合酶具有高度的基团专一性,只能作用于1,4-顺,顺-戊二烯基位置,且此基团应处于脂肪酸的-8位.在脂氧合酶的作用下脂肪酸的-8先失去质子形成自由基,而后进一步被氧化。EX：大豆腥味的形成。4. 脂解、热分解以及食品中的化学变化（1） 脂解：脂肪酶作用于脂肪而释放出游离脂肪酸的过程。（2） 热分解：油脂加热后由于温度的作用发生分解，分解物有酮、醛、游离酸等。（3） 油炸过程的物化变化：形成大量挥发性化合物，水解产生游离脂肪酸，粘度增大，颜色变暗，碘值下降，表面张力减少，酸价增大，发烟点下降，泡沫量增大。第四章 蛋白质1. 引起蛋白质变性的物理、化学因素物理因素： 热、低温、机械处理、静液压、辐射化学因素：pH、金属、有机溶剂、有机溶质、表面活性剂、盐（1）热：热是蛋白质变性最普通的物理因素，伴随热变性，蛋白质的伸展程度相当大。蛋白质的变形速率取决于温度。温度每升高10，蛋白质变性反应速率可增加600倍左右。蛋白质对热变性的敏感性取决于多种因素；变性作用使疏水基团暴露和已伸展的蛋白质分子发生聚集，通常伴随出现蛋白质溶解度降低和吸水能力增强；蛋白质在有水存在时易变性；在蛋白质水溶液中添加盐和糖可提高其热稳定性。（2）低温：某些蛋白质经过低温处理后发生可逆变性。有些脂酶和氧化酶不仅能耐受低温冷冻，而且可保持活性。就细胞体系而言，某些氧化酶由于冷冻可以从细胞膜结构中释放出来而被激活。（3）机械处理：如：揉捏、振动或搅打等高速机械剪切，都能引起蛋白质变性；剪切速率越高，蛋白质变性程度越大；同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，会发生不可逆变性。（4）静液压：静液压能使蛋白质变性。压力很高时，一般在25即能发生变性；而在常压下，热变性温度需要在4080范围内。蛋白质的柔顺性和可压缩性是压力诱导蛋白质变性的主要原因。压力引起的蛋白质变性是高度可逆的。（5）pH：大多数蛋白质在pH410比较稳定，超过则变性。（6）金属：过渡金属离子易与蛋白质发生作用；（7）有机溶质：大部分有机溶剂属于蛋白质变性剂。（8）有机溶剂：能断裂氢键而使蛋白质发生不同程度的变性；通过增大疏水氨基酸残基在水相中的溶解度，降低疏水相互作用。（9）表面活性剂：能优先与变性蛋白质强烈结合而破坏蛋白质的疏水相互作用。（10）盐：凡是能促进蛋白质水合作用的盐均能提高蛋白质结构的稳定性，反之，与蛋白质发生强烈相互作用，降低蛋白质水合作用的盐，则使蛋白质结构去稳定。2.蛋白质功能性质的概念和分类（1）概念：能使蛋白质对人们所期望的食品特征作出贡献的那些物理化学性质。（2）分类：水合性质 ：水的吸收和保留、湿润性、膨胀性、黏合性、分散性、溶解度和黏度等。 蛋白质蛋白质相互作用的性质 ：产生沉淀、凝胶、形成各种其他结构等。 表面性质 ：与降低表面张力、乳化作用、气泡特性有关的一些性质。3. 影响蛋白质胶凝、乳化、起泡性质的因素（1） 影响胶凝性质的因素：蛋白质组成，蛋白质浓度，钙离子等两价离子，pH。（2） 影响乳化性质的因素：外在：设备类型 内在：疏水性、溶解度、pH、低分子量表面活性剂、温度、在界面的 构象、部分变性。（3） 影响起泡性质的因素：蛋白质的性质、pH、盐类、糖类、脂类、蛋白质浓度、温度。4理想表面活性蛋白必备的性能：能快速地吸附至界面 能快速地展开在界面上再定向 一旦达到界面能与邻近分子相互作用，形成具有强的粘合 和粘弹性质的膜，并能忍受热和机械运动。5. 热加工对食品中的蛋白质的影响（1）有利影响：热变性后的蛋白质更易于消化吸收 热烫和蒸煮可使对食品保藏不利的酶失活，从而防止食品在贮藏过程中变色、 变味 热加工可使一些有毒性的蛋白质和抗营养蛋白质因子失活（2） 不利影响：热工加工会导致氨基酸和蛋白质的系列变化。 对氨基酸：脱硫、脱氨、异构、产生毒素。 对蛋白质：形成异肽键，使营养成份破坏。在碱性条件现的热加工会形成异肽键，使营养成份破坏，在碱性条件下的热加工可形成脱氢丙氨酸残基（DHA）导致交联，失去营养并会产生致癌物质。第五章 水1、水对人体的功能 水是一切生命活动不可缺少的物质，是食品中最普遍存在的组分，它参与体内各种物质的化学反应，同时又是体内进行化学反应的良好场所。因为各种营养物质必须先溶解于水，然后才能通过液体运往有机体的各个组织器官和细胞中，以发挥自身作用。2、笼状水合物的概念：笼状水合物是一种像冰一样的包合物，其中的“主体”物质即水通过氢键形成像笼子一样的结构，以物理作用方式将小的非极性分子截留在笼形结构中，被截留的小分子物质被称为“客体”物质。3、疏水作用是指水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子内部的现象。4、BET单层值可以理解为在干物质的强极性基团上形成一个单层所需的近似水量，相当于一个干品能含有的最大水分含量而仍然呈现最高的稳定性。5、结合水：通常是指存在于溶质附近的、与溶质分子之间通过化学键结合的那部分水。6、疏水水合：向水中加入非极性物质，例如烃、稀有气体，以及引入脂肪酸、氨基酸、蛋白质的非极性基团，由于它们与水分子产生斥力，从而使非极性基团附近的水分子之间的氢键键合增强。由于在这些不相容的非极性实体邻近的水形成了特殊的结构，使得熵下降，以便水尽可能少地与非极性基团接触此过程称为疏水水合。7、疏水相互作用：如果存在两个分离的非极性基团，那么不容水的环境将促进它们之间缔合，从而减少水非极性实体界面面积，此过程是疏水水合的部分逆转，被称为“疏水相互作用”。8、水分活度及其与水分含量的关系 水分活度：表示食品中水分可以被微生物所利用的程度。 关系：一般，食品水分含量升高，水分活度增大；但溶质不同则这种关系不一定。当水分含量很低时，水含量微小变化引起水分活度较大变化。9、滞后现象：对于食品体系，把水加到干燥的样品所得到的回吸等温线很难与将水从样品中移除所得的解吸等温线重叠，这种不重叠现象称为滞后现象。10、水分活度和食品稳定性的关系（1）水分活度与微生物生长繁殖的关系：微生物生长都需要一定得水分活度，只有食物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。（2）水分活度与酶促反应：影响酶促反应的底物的可移动性；影响酶的构象。（3）水分活度与非酶反应的关系：在水分活度较低时食品中的水与氢过氧化物结合而使其不容易产生氧自由基而导致链氧化的结束；当水分活度大于0.4时，水分活度的增加增大了食物中氧气的溶解，加速了氧化；当水分活度大于0.8时，反应物被稀释，氧化作用降低。11、食物冰点上下的水分活度之间有何区别与联系a.冰点以上，水分活度是食物组成和温度的函数，并且主要与食品温度有关。b冰点上下食物的水分活度的大小与食物的理化特性的关系不同。如在-15C时，水分活度为0.86，微生物不会生长，化学反应缓慢，在20C时，水分活度为0.86时，化学反应快速进行，且微生物能较快生长。c不能用食物冰点以下的水分活度来预测食物在冰点以上的水分活度；同样也不能用冰点以上的水分活度来预测食物在冰点以下的水分活度。d水分活度作为理化反应过程的指示剂在冰点以下比冰点以上价值低得多。12、什么是水分等温吸湿曲线？其有哪些实际意义？在恒定温度下，食品的水分含量(用单位干物质中水的质量表示)与它的水分活度之间的关系曲线称为等温吸湿曲线。等温吸湿曲线对于加工、保藏和品质的控制具有重要指导意义：结合能力：从等温吸湿曲线直接看出不同食品中非水分成分与水结合能力的强弱。时间：可看出食品的浓缩与脱水何时轻易、何时较难。含水量：可根据该曲线来预测某一食品需要保持多大的含水量时才能维持品质的稳定。第六章 酶1、影响酶作用的因素 底物的浓度 酶的浓度 PH 温度水分活度 抑制剂和激活剂 其他（压力、辐射、粘度等）2、举例说明食品中内源酶及其作用（至少5种） （1）脂肪氧合酶 六方面的功能： 有益 a)小麦粉和大豆粉的漂白 b)面团制作中形成的二硫键 有害 a)破坏叶绿素和胡萝卜素 b)产生氧化性的不良风味 c)氧化破坏维生素的蛋白质 d)氧化破坏必需脂肪酸 （2）纤维素酶 果蔬中的纤维素影响细胞的结构纤维素酶与食品原料软化有关微生物纤维素酶将不溶性纤维素转化为葡萄糖 （3）过氧化物酶：普遍存在于植物和动物组织中 非常耐热，作为果蔬热处理是否充分的指标 其他作用：作为过氧化氢的去除剂 参与木质素的生物合成 参与乙烯的生物合成，与果蔬成熟有关 （4）硫胺素酶： 破坏硫胺素（氨基酸代谢中必需的辅助因子） （5）硫代葡萄糖苷酶 在酶的作用下，S-糖苷发生糖苷配基裂解和分子重排 形成异硫氰酸酯含硫的挥发性化合物，与葱的风味有关3、PH对酶的影响 PH影响酶分子的稳定性 PH可影响酶蛋白分子中基团的解离程度 PH对底物的解离也有影响 PH对酶促反应的影响 第七章 褐变反应褐变反应的类型及概念1、非酶褐变、羰氨反应(Maillard反应)：主要指还原糖同游离氨基酸或蛋白质链上氨基酸残基的游离氨基发生的化学反应。、焦糖化褐变：糖类在没有含氨基化合物存在时，加热到其熔点以上也会变为黑褐色的物质，这种作用称为焦糖化作用。、抗坏血酸褐变：即由抗坏血酸的氧化作用引起的食品褐变作用（在果汁褐变中起重要作用）。2、酶促褐变酶促褐变是在有氧条件下，酚酶催化酚类物质使其被氧化为醌类，醌类再通过聚合作用产生有色的聚合物而导致组织褐变。非酶褐变对食品的影响营养质量损失：如氨基酸、维生素c、蛋白质的损失；食品色泽：双重影响：酱油、咖啡和面包中的褐变是期望的，乳制品加工发生的褐变是不期望的；食品香味：如烤面包，炒咖啡时形成特有香气，利用Maillard反应产物为原料可以调配不同特征的香料，如肉类香精；产物的抗氧化作用：Maillard反应产物具有一定的抗氧化能力；产生有害成分：如还原糖和天冬酰胺通过Maillard反应可生成丙烯酰胺潜在致癌物。控制褐变反应的措施1、非酶褐变、使用不易褐变的原料：如蛋白质和肽比氨基酸褐变速度慢；羰基化合物中以酮类反应最慢、控制加工及贮存条件：a、降低温度：温度相差10度，褐变速度可相差3-5倍 b、降低pH：pH在3以下可防止褐变 c、降低水分含量或稀释 d、降低反应物浓度：如真空包装降低氧气含量，利用酵母除去食 品中微量糖、使用褐变抑制剂：a、色素形成早期加入还原剂（亚硫酸及其盐） b、利用钙盐协同亚硫酸盐控制褐变2、酶促褐变、物理控制：加热灭酶，低温降低反应速度，驱除氧气，高压处理、化学控制：a、酸处理：常用柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸和其他有机酸混合液来降低pHb、二氧化硫及亚硫酸盐处理：都具有还原性，将邻-苯醌还原成底物，防止黑色素形成c、底物改性：酚类甲基化，从而难以接受酚酶催化d、加入底物类似物，减少酶与底物的结合，降低酶促反应速度生物控制a、酶法：木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等可使与酶促褐变相关的酶系失活b、品种改良：如基因工程可培育出抗褐变的马铃薯品种第八章 食品中的色素食品中天然色素的分类1、按来源：动物色素、植物色素、微生物色素。2、按溶解性：水溶性色素和脂溶性色素3、按化学结构：吡咯类色素、多烯类色素、酚类色素、酮醌类色素和其他类色素天然色素主要类型的结构特点、性质及其影响因素吡咯类色素血红素1、结构特点：由亚铁离子和卟啉（即带侧基的卟吩）构成的铁卟啉化合物，以复合蛋白质的形式存在于动物肌肉和血液的红血球中，分别称为肌红蛋白和血红蛋白。肌红蛋白是球蛋白，由一分子亚铁血红素和一分子含有153个氨基酸组成的珠蛋白结合而成。血红蛋白是由4个肌红蛋白连接在一起构成的4聚体，即由4分子亚铁血红素和一分子四条肽链组成的球蛋白结合而成。2、性质：氧合作用：血红素中的亚铁与一分子氧以配位键结合，而亚铁原子不被氧化，这种作用被称为氧合作用。氧化作用：血红素中的亚铁与氧发生氧化还原反应，生成高铁血红素的作用。叶绿素1、结构特点：也是卟啉类化合物，与血红素的不同点在于：侧基不同；卟啉结构中的金属元素是镁。2、性质：对酸敏感：在酸性条件下，镁被氢原子代替而形成暗绿色的去镁叶绿素。弱碱下稳定：一般稳定，但如果同时加热则叶绿素会被水解为鲜绿色的稳定叶绿酸盐。在碱性条件下，镁还可被铜、铁、锌等取代，形成比较稳定的绿色。多烯类色素多烯类色素：是指由异戊二烯残基为单位组成的以共轭双键长链为基础的一类色素，又总称为类胡萝卜素。可分为两大类：一、胡萝卜素类：结构特征为由碳氢两种元素组成的共轭多烯烃，呈红色或红黄色，又称为叶红素类。二、叶黄素类：结构特征为由碳氢氧三种元素组成的共轭多烯烃的含氧衍生物，呈浅黄、黄或橙黄色。1、类胡萝卜素的结构特点：具有大量的共轭双键，形成发色基团，产生颜色；由8个异戊二烯单位组成；分子中心呈左右对称；分子两端连接两个环状结构或一个环状结构和一个开链结构或两个开链结构。2、类胡萝卜素性质：溶解性：不溶于水，脂溶性，其两类在溶解性方面有差异叶黄素类易溶于甲醇、乙醇，而胡萝卜素类微溶，利用此性质课分离两者。稳定性：较耐热，耐pH变化，但容易氧化。存在的状态：游离（能以游离态存在于植物组织）；结合（可以与糖、蛋白质、脂肪酸等结合存在）。酚类色素酚类色素：是自然界内分布最广的一类水溶性色素，最常见的有花青素、花黄素和鞣质三种。一、花青素类：多以糖的形式存在于生物体中，基本结构为2-苯基苯并吡喃，具有C6-C3-C6碳骨架结构。影响花青素呈色的因素：pH：花青素中的氧原子为四价，呈碱性；而苯基上的酚羟基具有酸性，从而使花青素分子具有两性，在不同的pH介质中呈现不同颜色。结构：不同花青素之间的区别主要为苯基上的取代基不一样，并直接影响花青素的呈色：甲氧基增多，红色加强；羟基增多，蓝色加强。金属盐：花青素与金属盐呈灰紫色，因此含有花青素的蔬菜在加工时要尽量避免与金属容器接触。光热氧：在光热作用下，花青