食品化学 Food Chemistry

1. 食品化学Food Chemistry 西南大学 Southwest University

2. 第一章 绪论 • 什么是食品化学 • 食品化学的历史 • 食化学的分类 • 现代食品化学的发展方向 • 参考文献

3. 1 什么是食品化学 • 食品：经特定方式加工后供人类食用的食物。 • 食物：可供人类食用的物质原料统称为食物。 • 化学：研究物质组成、性质及其功能和变化的科学，包括分析化学、有机化学、物理与胶体化学、分离化学、普通化学和生物化学等。 • 食品化学：指研究食物的组成、性质以及功能和食物在贮藏、加工和包装过程中可能发生的化学和物理变化的科学。食品化学、微生物学、生物学和工程学是食品科学的四大支柱学科。

4. 2 食品化学的分类 • 食品成分化学 • 食品分析化学 • 食品生物化学 • 食品工艺化学 • 食品功能化学 • 食品风味化学

5. 3 食品化学的历史 • 古代食品化学 • 近代食品化学 • 现代食品化学

6. 4 现代食品化学的发展方向 • 高新技术在食品工业中的应用 • 新型食品材料的研究 • 现有食品材料功能的改良 • 食物成分的生理功能研究。

7. 5 主要参考文献 • O．R 菲尼马著，王璋译 食品化学（第三版） 中国轻工业出版社 2003 • 韩雅珊 食品化学 北京农业大学出版社 1992 • Food Chemistry • Journal Agricultural and Food Chemistry

8. 第二章 水分 • 水的功能 • 水的状态 • 食品中水的组成 • 食品中水与非水组分之间的相互作用 • 水分活度 • 水分活度与食品的安全性 • 食品的等温吸湿线 • 分子流动性及其与水分活度的比较

9. 1 食品中水的功能 • 水在食品工艺学方面的功能 • 水在食品生物学方面的功能

10. 水在食品工艺学方面的功能 • 食品理化性质 ---溶解、分散 • 食品质地 ---------鲜度、硬度、流动性、呈味、耐贮性和加工适应性 • 食品安全性 ------微生物 、化学变化 • 食品工艺 ---------膨润、浸透、均匀化

11. 水在食品生物学方面的功能 • 体内化学作用的介质，化学反应的反应物和产物，物质转运的载体 • 体温良好的稳定剂 • 水是构成肌体的重要成分 • 对体内的机械摩擦产生润滑，减少损伤

12. 2 水的状态 • 冰的导热系数在0℃时近似为同温度下水的导热系数的4倍，冰的热扩散系数约为水的5倍 • 冻结速度与解冻速度 • 冻结对食品品质的影响（9%）

13. 3 食品中水的组成 • 按照食品中的水与其他成分之间相互作用强弱可将食品中的水分成结合水、毛细管水（0.1μm ）和自由水 • 结合水与自由水的区别：能否作为溶剂，能否在-40℃结冰，能否被微生物所利用 • 结合水分成单分子层水和多分子层水aw/m(1-aw)=1/m1c+(c-1)aw/m1c式中：aw -水分活度，m-水分含量，m1单分子层水含量，c-常数

14. 4 食品中水与非水组分之间的相互作用 • 水与离子基团之间的相互作用——构成水或结合水 • 水与氢键型基团的作用——结合水 • 水与非极性基团的作用——疏水相互作用

15. 5 水分活度 • 水分活度的定义 • 水分活度与温度的关系 • 冻结食物的水分活度 • 食品在冻结点上下水分活度的比较

16. 水分活度的定义 • 水分活度表示食品中水分可以被微生物所利用的 程度，在物理化学上水分活度是指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比值，可以用公式aw=P/P0,也可以用相对平衡湿度表示aw=ERH/100。 • 相对平衡湿度：食品水汽分压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压之比 • 食品的平衡相对湿度是指食品中的水分蒸汽压达到平衡后，食品周围的水汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比。

17. 水分活度与温度的关系 • 水分活度与温度的函数可用克劳修斯-克拉伯龙方程来表示，lnaw=-ΔH/RT+c T-绝对温度，R-气体常数，ΔH-样品中水分的等量净吸着热

18. 冻结食物的水分活度 • 在计算冻结食物的水分活度时aw=P/P0中P0的应该是冰的蒸汽压还是是过冷水的蒸汽压？因为这时样品中水的蒸汽压就是冰的蒸汽压，如果P0再用冰的蒸汽压，这样水分活度的就算就失去意义，因此，冻结食物的水分活度的就算式为aw=P（纯水）/P0（过冷水）。

19. 食品在冻结点上下水分活度的比较 • 冰点以上，食物的水分活度是食物组成和食品温度的函数，并且主要与食品的组成有关；而在冰点以下，水分活度与食物的组成没有关系，而仅与食物的温度有关 • 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-15℃时，水分活度为0.80，微生物不会生长，化学反应缓慢，在20℃时，水分活度为0.80时，化学反应快速进行，且微生物能较快的生长 • 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，也不能用食物冰点以上的水分活度来预测食物冰点以下的水分活度

20. 6 水分活度与食品的安全性 • 微生物活动与食物水分活度的关系 • 酶促反应与食物水分活度的关系 • 水分活度与非酶反应的关系

21. 微生物活动与食物水分活度的关系 • 各类微生物生长都需要一定的水分活度。换句话说，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。一般说来，细菌为aw>0.9，酵母为aw>0.87，霉菌为aw>0.8。一些耐渗透压微生物除外

22. 酶促反应与食物水分活度的关系 • 一方面影响酶促反应的底物的可移动性 • 一方面影响酶的构象 • 食品体系中大多数的酶类物质在水分活度小于0.85时，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度为0.3甚至0.1时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解

23. 水分活度与非酶反应的关系 • 脂质氧化作用：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水分活度的增加增大了食物中氧气的溶解。加速了氧化，而当水分活度大于0.8反应物被稀释，氧化作用降低 • Maillard反应：水分活度较低时底物的移动受限制，大于0.7时底物被稀释。 • 水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大

24. 7 食品的等温吸湿线 • 等温吸湿线 • 食品的等温吸湿线方程

25. 等温吸湿线 • 等温吸湿线区域划分 • 等温吸湿线形状 • 滞后现象 • 等温吸湿线与温度的关系

26. 等温吸湿线区域划分

27. I区：aw=0~0.25，水分含量为0~0.07g/g干物质，这部分水是食品中与非水物质结合最为紧密的水，吸湿时最先吸入，干燥时最后排除，不能使干物质膨润，更不能起到溶解的作用。A区最高水分活度对应的含水量就是食物的单分子层水。I区：aw=0~0.25，水分含量为0~0.07g/g干物质，这部分水是食品中与非水物质结合最为紧密的水，吸湿时最先吸入，干燥时最后排除，不能使干物质膨润，更不能起到溶解的作用。A区最高水分活度对应的含水量就是食物的单分子层水。 • II 区：aw=0.25~0.80，水分含量为0.07~0.32g/g干物质，该部分水实际上是多层水，他们将起到膨润和部分溶解的作用，会加速化学反应的速度。 • III 区：aw=0.80~0.99，水分含量大于0.40g/g干物质，起到溶解和稀释作用，冻结时可以结冰。

28. 等温吸湿线形状 • 一般说来，大多数食品的等温吸湿线都成S形，而含有大量糖及可溶性小分子但不富含高聚物的水果、糖果以及咖啡提取物的等温吸湿线呈J形

29. 滞后现象 • 吸附等温吸湿线与解吸等温吸湿线 • “滞后”现象 • “滞后”现象产生的原因

30. 等温吸湿线与温度的关系 • 食品的等温吸湿线与温度有关，由于水分活度随温度的升高而增大，所以同一食品在不同温度下具有不同的等温吸湿线。

31. 食品的等温吸湿线方程 • 一般将食品的等温吸湿线方程表示如aw/(m(1-aw))=1/(m1c)+(c-1)aw/(m1c) • 利用aw/(1-aw)对aw作图，可得一直线，此直线的截距为1/(m1c)，斜率为(c-1)/(m1c)

32. 分子流动性及其与水分活度的比较 • 分子流动性（molecular mobility，简写为Mm）是指食品中的水分子的旋转移动和平动移动的总度量。食品中的水处于冻结状态（结晶）时，其分子流动性为零，食品处于完全的玻璃态时，其中的水分子的流动性也为零，而水分子处于汽化状态时分子流动性最大

33. 水分活度与分子流动性在预测食品安全性上的优缺点水分活度与分子流动性在预测食品安全性上的优缺点 • 在估计食品由扩散限制的性质时，如冷冻食品的物理性质、冷冻干燥的最佳条件、结晶作用、凝胶化作用和淀粉的老化等物理变化时，分子流动性明显的比水分活度有效，而水分活度在预测冷冻食品的物理或化学性质上基本是无能为力的。 • 在预测保藏在接近室温的产品发生结块、粘结和脆性的条件时分子流动性和水分活度的效果大致相同。 • 预测在未冻结的食品中微生物的生长情况或该食品中由扩散限制的化学反应的速度时，分子流动性的实用性和预测结果的可靠性都不及水分活度。 • 相对于水分活度来说，分子流动性是一个崭新的概念，她还处于一个逐步完善的阶段，所以就现阶段来说，在预测食品的稳定性方面，分子流动性在实用性方面还不可能与水分活度婢美。 • 由于水分活度和分子流动性都是以单个参数为基础的，因此他们都不可能是食品稳定性完全可靠的预告因子，因此，发展由水分活度和分子流动性结合的“结合方法处理”成为目前研究和预告食品稳定性的研究热点。

34. 第三章 碳水化合物 • 概述 • 单糖、双糖在食品应用方面的物理性质 • 单糖、双糖在食品应用方面的化学性质 • 多糖在食品应用方面的性质

35. 1 概述 • 碳水化合物的定义与来源 • 碳水化合物的分类 • 碳水化合物在食品体系中的功能

36. 碳水化合物的定义与来源 • 碳水化合物是多羟基的醛类和多羟基酮类化合物及其缩合物和某些衍生物的总称。碳水化合物广泛存在于各种生物有机体内，是绿色植物经过光合作用形成的产物，一般占植物体干重的80%左右。

37. 碳水化合物的分类 • 水解程度 -----单糖、寡糖、多糖 • 组成 -----均多糖、杂多糖 • 非糖基团 -----纯粹多糖、复合多糖 • 生物学功能 -----构成多糖、功能多糖

38. 碳水化合物在食品体系中的功能 • 食品工艺学 • 赋予食品香甜味；饼干、面包。 • 增加食品体系的粘稠性；饮料。 • 改善和维持食品体系的质地稳定性；果胨、果汁。 • 改善食品体系的香味和色泽。 • 食品生物化学 • 作为人类活动的能源物质； • 构成机体或食品体系； • 转化形成生命必需物质，蛋白质和脂类。

39. 2 单糖、双糖在食品应用方面的物理性质 • 甜度 • 溶解度 • 结晶性 • 吸湿性和保湿性 • 渗透性 • 冰点降低 • 抗氧化性 • 粘度

40. 甜度 • 各种单糖或双糖的相对甜度为：蔗糖1.0，果糖1.5，葡萄糖0.7，半乳糖0.6，麦芽糖0.5，乳糖0.4

41. 溶解度 • 果糖78.94%，374.78g/100g水，蔗糖66.60%，199.4g/100g水，葡萄糖46.71%，87.67g/100g水 • 工业上一般在较高温度下55℃（70%） • 果汁和蜜饯类食品就是利用糖作为保藏剂的。

42. 结晶性 • 蔗糖>葡萄糖>果糖和转化糖 • 淀粉糖浆是葡萄糖、低聚糖和糊精的混合物，自身不能结晶并能防止蔗糖结晶 • 生产硬糖时添加一定量的（30%-40%）的淀粉糖浆 （1）不含果糖，不吸湿，糖果易于保存；（2）糖浆中含有糊精，能增加糖果的韧性；（3）糖浆甜味较低，可缓冲蔗糖的甜味，使糖果的甜味适中。

43. 吸湿性和保湿性 • 吸湿性、保湿性 • 果糖、转化糖>葡萄糖、麦芽糖>蔗糖 • 对于生产硬糖要求生产材料的吸湿性低，如蔗糖；对于生产软糖的材料要求吸湿性要高，如转化糖和果葡糖浆

44. 渗透性 • 相同浓度下（质量百分浓度），溶质分子的分子质量越小，溶液的摩尔浓度就越大，溶液的渗透压就越大，食品的保存性就越高。对于蔗糖来说：50%可以抑制酵母的生长，65%可以抑制细菌的生长，80%可以抑制霉菌的生长

45. 冰点降低 • 当在水中加入糖时会引起溶液的冰点降低 • 葡萄糖>蔗糖>淀粉糖浆 • 生产糕点类冰冻食品时，混合使用淀粉糖浆和蔗糖，可节约用电

46. 抗氧化性 • 糖类的抗氧化性实际上是由于糖溶液中氧气的溶解度降低而引起的。

47. 粘度 • 在相同浓度下，溶液的粘度有以下顺序：葡萄糖、果糖<蔗糖<淀粉糖浆 • 葡萄糖溶液的粘度随温度的升高而增大，但蔗糖溶液的粘度则随温度的增大而降低 • 糖类物质的粘度不同，在产品中选用糖类时就要加以考虑

48. 3 单糖、双糖在食品应用方面的化学性质 • 水解反应——转化糖的形成 • 碱作用 • 酸的作用

49. 水解反应——转化糖的形成 • C12H22O11＋H2O → C6H12O6＋C6H12O6 蔗糖（左旋） H＋\转化酶 果糖 葡萄糖（右旋） • 蔗糖在酶或酸的水解作用下形成的产物叫做转化糖。所谓转化是指水解前后溶液的旋光度从左旋转化到右旋。 • 产用于转化糖生产的酸是盐酸，酶是β-葡萄糖苷酶和β-果糖苷酶。

50. 碱作用 • 变旋现象（异构化）：果葡糖浆（人造蜂蜜） • 分解反应：碱的浓度过高，引起糖转化生成糖醛酸，并发生分解