食品化学严奉伟制作

食品化学严奉伟制作第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品工业概况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％。第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期四2001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。第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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美元第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期四3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。第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期四3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。第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期四蛋白质：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。第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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CarlWilhelmsScheeie和WilliamBeaumout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AntoineLaurentLavoisier、ThomasThomson（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CarlWilhelmsScheeie（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。第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期四法国化学家AntoineLaurentLavoisier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TheodoredeSausure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乙醇的化学分析（1807）。JosephLouisGay-Lussac和Louis-JacquesThenard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HumpheyDavy在1813年出版了第一本《农业化学原理》。第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期四法国化学家MichelFugeneChevreul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。JustusVonliebig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》。第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期四19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。第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期四19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、小麦面粉、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。第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期四精油：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。第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期四啤酒：浆果Cocculusindicus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。第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期四面包：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。第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品掺假第一阶段：从古代至1820年左右，食品掺假不是一个严重问题。第二阶段：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。第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期四19世纪中期英国的ArthurHillHassall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.Hanneberg（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。第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期四1871年JeanBaptisteDumas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。第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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）。第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期四其中，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。第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期四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。第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品安全与卫生：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。第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品化学对食品行业技术进步的影响食品工业领域食品化学研究成果产生的影响果蔬贮藏加工化学去皮、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。肉品加工贮藏宰后处理，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。饮料工业速溶，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。乳品工业稳定酸乳和果汁乳，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。焙烤工业高效膨松剂，增加酥脆性，改善面包的质构和呈色，防止老化。食用油脂工业精炼，冬化，调温，油脂改性，DHA、EPA和MCT的开发利用，乳化剂，抗氧化剂，减少油炸食品吸油量等。调味品工业肉味汤料，核苷酸鲜味剂，碘盐和有机碘盐等。发酵食品工业发酵产品的后处理，后发酵期间的风味变化，综合利用等。基础食品工业面粉改良，谷制品营养强化，水解纤维素和半纤维素，高果糖浆，改性淀粉，氢化植物油，新型甜味料，低聚糖，改性油脂，植物蛋白，功能性肽，功能性多糖，添加剂，新资源等。食品检验检验标准制定，快速分析，生物传感器研制等。第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品化学成功在推动食品工业发展中的作用食品领域过去状况现在状况食品配方靠经验确定依据原料组成、性质分析的理性设计工艺依靠传统、经验和粗放小试依据原料及同类产品组成、特性分析，利用优化理论设计开发食品依靠传统和感觉盲目开发依据科学研究资料，目的明确的开发，并已开始大力发展功能食品控制加工和贮藏的变化依据经验，尝试性简单控制依据变化机理，科学控制开发食品资源盲目甚至破坏性开发科学地、综合地开发新资源深加工规模小，浪费大，效益低规模增大，范围拓宽，浪费小，效益提高。第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期四第四节食品化学的研究方法食品的主要质量特性是颜色、风味、质构和营养价值。（1）测定与安全、高质量食品的重要特性相关的性质。（2）测定那些对食品质量和/或卫生具有重要影响的化学和生物化学反应。（3）综合前两点，了解关键的化学和生物化学反应如何影响食品的质量和安全。（4）将这方面的知识应用在解决食品配制、加工和贮藏中出现的各种问题。第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品化学研究的基本方法和途径对象确定模型设计理论研究变化前后的成分分析和结构鉴定感官评价实验系统的质构、风味、颜色变化的分析建立起始物和终产物之间的化学关系；表述或研究其机理；预测对食品品质和安全性的影响。最佳的食品贮藏加工方法最佳贮藏条件的确定最佳反应条件的确立适当的保护或催化措施反应物接触屏障的建立合理的原料配比食品化学反应动力学研究检验机理的正确性探索影响反应速度的因素由于实际对象与实验模型之间的差别，结果的推广一定要注意。第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品成分主要化学变化概述原料贮藏植物性生理成熟后熟衰老呼吸细胞壁软化风味物产生动物性僵直、嫩化、自溶、腐败加工原料混合细胞破裂酶促水解酶促氧化+加热分解、聚合异构化、变性+空气光照辐射氧化光致变色辐射分解脱水非酶褐变氧化蛋白质变性++酸、碱金属离子水解、皂化自动氧化+特殊加工条件烟熏：苯并芘腌制：亚硝胺食品包装、运输内在反应仍在继续+外来微生物导致反应第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期四表1－1食品中可能发生的不良变化特性不良变化特性不良变化颜色变黑质构溶解性丧失褪色分散性丧失产生其它不正常颜色持水能力消失硬化软化风味产生恶臭营养价值维生素损失或降解产生酸败味矿物质损失产生烧煮或焦糖风味蛋白质损失或降解产生其它异味脂类损失或降解其它具有生理功能的物质的损失或降解第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期四导致食品变质或损害食品安全的化学与生物化学反应非酶促褐变；酶促褐变；脂类水解；脂类氧化；蛋白质变性；蛋白质交联；蛋白质水解；低聚糖和多糖的水解；第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期四多糖的合成；糖酵解；天然色素的降解；上述反应产物引起的其它反应；第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品中物质的变化可能对食品属性产生的影响变化导致属性改变的类型失去溶解性、持水力质地变硬或变软生成呈味物质产生酸味、焦味、异味或芳香味、美味有色物质发生变化颜色产生或消失营养物质发生变化营养价值降低或生物利用性改变功能性物质发生变化功能改变产生或钝化毒物安全性改变第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期四改变食品品质的一些反应及产生的效果反应类型产生的效果非酶褐变焙烤食品表皮呈色酶促褐变切开的水果迅速变色氧化脂肪产生异味、维生素降解、色素褪色、蛋白营养丧失水解脂类、蛋白质、维生素、糖水化合物、色素等降解金属反应促使氧化反应发生，改变食品颜色脂类异构化脂类分子结构及生物学功能发生变化脂类环化脂肪酸结构改变脂类聚合深锅油炸中油起泡沫蛋白质变性卵清凝固、酶失活蛋白质交联在碱性条件下加工使蛋白质营养价值降低糖酶解宰后动物组织和采后植物组织的无氧呼吸第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期四食品可能发生的二次变化及其产生的影响初期变化二次变化所产生的影响脂类水解游离脂肪酸与蛋白质反应质地、风味、营养价值改变多糖水解糖与蛋白质反应质地、风味、颜色、营养价值改变脂类氧化氧化产物与其它成分反应除以上变化外，还可能产生毒物水果破碎酶解、氧化反应质地、风味、颜色、营养价值改变绿色蔬菜加热物质流失质地、风味、颜色、营养价值改变肌肉组织加热蛋白质变性凝聚、酶失活质地、风味、颜色、营养价值改变脂类异构化异构化产物进一步聚合油炸过度时起泡沫，油脂营养价值降低第四十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期四表1－2食品变质的原因和结果基本变化结果质量变化基本变化结果质量变化脂类水解游离脂肪酸与蛋白质的反应质构绿色蔬菜的加热细胞壁和膜的完整性受损，释放酸和酶质构风味色泽营养价值风味多糖水解糖与蛋白质反应质构营养价值色泽肌肉组织的加热蛋白质变性和聚集、酶失活质构风味风味营养价值色泽水果破损细胞破裂，释放酶与氧接触质构营养价值风味色泽营养价值第四