食品化學FOODCHEMISTRY打開食品科學之門鑰匙.ppt

食品化學 FOOD CHEMISTRY 打開食品科學之門的鑰匙,第一章 緒論 1.1 食品化學的概念及研究內(nèi)容 1.2 食品的物質(zhì)屬性及物質(zhì)系統(tǒng) 1.3 食品成分的理化性質(zhì)及化學變化綜述 1.4 食品化學的發(fā)展歷史及主要研究方法 1.5 食品化學在食品科學中的地位及在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的作用 1.6 本課程主要內(nèi)容及教學要求,1.1 食品化學的概念及研究內(nèi)容 1.1.1 食品化學的概念 食品化學：應(yīng)用化學的原理和方法，研究食品及其原料的組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、生理功能、體內(nèi)生化過程、營養(yǎng)價值、安全性質(zhì)及在加工、貯藏、運銷中的變化、變化本質(zhì)及對食品品質(zhì)和安全性影響的一門新興、綜合、交叉性學科。 簡言之，食品化學即是研究食品的組成、結(jié)構(gòu)、功能及其變化規(guī)律，從分子水平認識食品的一門科學。 目的和意義：為改善食品品質(zhì)、開發(fā)食品新資源、革新食品加工工藝和儲運技術(shù)、科學調(diào)整膳食結(jié)構(gòu)、改進食品包裝、加強食品質(zhì)量控制、提高食品原料加工和綜合利用水平奠定理論基礎(chǔ)，為食品科學發(fā)展提供理論和思維工具的一門綜合性學科，促進食品科學全面深入發(fā)展。,1.1.2 食品化學研究的基本內(nèi)容 一、食品化學研究的基本內(nèi)容,二、食品化學的主要學科分支 1.按照研究范圍：食品營養(yǎng)成分化學、食品色香味化學、食品工藝化學、食品物理化學、食品有害成分化學 2.按照食品物質(zhì)類型：食品碳水化合物化學、食品油脂化學、食品蛋白質(zhì)化學、食品酶學、食品添加劑化學、維生素化學、食品礦物質(zhì)元素化學、調(diào)味品化學、食品風味化學、食品色素化學、食品毒物化學、食品保健成分化學 三、食品化學研究的層次及主要任務(wù) 1.認識各類食品成分：營養(yǎng)成分（水、糖、脂、氨基酸蛋白質(zhì)多肽及酶、維生素、礦物質(zhì)等），微量及添加成分（調(diào)味品、香味、色素、加工輔料等），保健成分（多糖、食用纖維、蛋白質(zhì)、黃酮類等）及以上各類成分在食品加工、貯藏過程中的次生物質(zhì)； 2.對各類成份進行提取、分離，表征各類成分的化學結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)； 3.研究各類食品成分在食品加工過程、貯藏、運銷過程中的化學變化及變化規(guī)律； 4.研究食品成分的構(gòu)效關(guān)系；,四、食品化學的學科特點 1.以化學為基礎(chǔ)，融生理學、動物學、植物學、營養(yǎng)學、生物化學、細胞學、醫(yī)藥學、毒理學、微生物學、食品加工工藝學、食品貯藏學等諸多學科為一體；是一門交叉性、綜合性學科； 2.從分子水平研究食品物質(zhì)、食品物質(zhì)的化學變化及食品加工、儲藏技術(shù)，其認識和說明問題最為深刻； 3.研究過程需要最先進的科學理論和技術(shù)，研究起點高； 4.既有強烈的理論和基礎(chǔ)研究色彩，也有濃厚的應(yīng)用和開發(fā)背景； 5.是食品科學的一門基礎(chǔ)性、支柱學科。,1.2 食品的物質(zhì)屬性及物質(zhì)系統(tǒng) 1.2.1 食品中的物質(zhì) 一、食品中的物質(zhì)構(gòu)成及類型 按食品物質(zhì)的主要來源：,按在食品中的含量：,二、食品物質(zhì)的特點 1.多樣性：食品是天然產(chǎn)物加工后的形式，任何一種天然產(chǎn)物所包含的化學物質(zhì)，數(shù)量都是非常巨大的，有些已經(jīng)認識或初步認識，有些,尚未認識（如食品中的風味物質(zhì)、功能物質(zhì)等）；即使同一類型的物質(zhì)，也有多種多樣的分子或不同的存在形式（如糖、蛋白質(zhì)等）。 2.可認識性：從化學角度講，不管一種系統(tǒng)有多復雜，其各種組成成分都是可認識的，不存在神秘的物質(zhì)和神秘的力量；可認識性包括：種類可認識性；結(jié)構(gòu)可認識性：性質(zhì)可認識性；生物功能可認識性；構(gòu)效關(guān)系可認識性等。 3.個體屬性：任何食品成分（主要指單個化學物質(zhì)）僅是食品的一個組成部分（很?。M管它們有其自身結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、生物功能，但其不能代表食品。 4.相互作用：食品中的各類化學物質(zhì)共處同一體系中，肯定存在著復雜的相互作用，這種相互作用決定食品物質(zhì)的存在形式，食品的質(zhì)構(gòu)、品質(zhì)、加工特性、安全性等多個方面。從這種角度認識食品物質(zhì)，是食品化學研究領(lǐng)域的新課題。,1.2.2 食品的物質(zhì)體系 （1）對食品物質(zhì)體系的簡要認識,圖1.1 食品物質(zhì)體系形成示意圖,（2）食品物質(zhì)體系的特點 a.既可由多個同類物質(zhì)分子組成，也可由多個不同類型物質(zhì)分子組成；如有色物質(zhì)、酶體系等均由多個同類型物質(zhì)分子形成；而糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等均由不同類型的多個分子形成； b.單個分子組成多分子體系具有分子識別的特點；分子識別是生物體系中分子定向組織的過程，這個過程涉及分子種類、數(shù)目是固定的，組織形式、結(jié)合方向也是固定的； c.單個分子組成多分子體系主要通過弱鍵相互連接；弱鍵主要包括氫鍵、靜電吸引力、范德華力、分子間堆積力等；相比共價鍵其結(jié)合力要弱得多； d.多分子體系的結(jié)構(gòu)形式遠比單個分子復雜；多分子體系的結(jié)構(gòu)是多層次的，其主要內(nèi)容是空間的、立體的，特別是構(gòu)象，是生物分子相互結(jié)合的基礎(chǔ)及結(jié)果，是生物活性的主要基礎(chǔ)。生物分子或分子體系的構(gòu)象是固定的，有特種形式的； e.多分子體系的理化性質(zhì)、體內(nèi)代謝過程及生物學功能與單個分子有較大的差別。多分子體系的形成，會影響人體的消化吸收過程；會賦予食品成分一些新的性質(zhì)及功能。,1.3 食品成分理化性質(zhì)及化學變化概述 1.3.1 食品主體成分的理化性質(zhì)與功能概述 食品中的化學成分多種多樣，各種化學成分都有其特殊的物理和化學性質(zhì)，這里只簡述食品主體化學成分主要的食品學特性及主要的營養(yǎng)功能。 水：溶劑；良好的流動性、與食品成分的親合性及溶解性； 糖類：低糖或單糖：營養(yǎng)成分；吸濕、保濕、增粘、增塑、結(jié)晶和易溶； 多糖：營養(yǎng)成分；增稠、膠凝、乳化、成膜等；結(jié)構(gòu)等； 脂類 ：營養(yǎng)成分；乳化（極性脂，如磷脂）；沸點高、同質(zhì)多晶性（中性脂，如油脂）；溶劑、風味、起穌、抗老化等； 蛋白質(zhì)：營養(yǎng)成分；親水/疏水、等電點、乳化、起泡、成膜、增稠等，營養(yǎng)、催化、保護風味等 礦物質(zhì)：營養(yǎng)成分；具有調(diào)節(jié)水份活度、PH、離子平衡、離子強度、改善或穩(wěn)定荷電生物大分子等功能； 1.3.2 食品成分主要化學變化概述 一、食品原料及食品在加工儲藏中的變化及影響因素,圖1.2 食品貯藏、加工中的化學變化類型和影響因素,對于以上過程，重點理解下面幾點： 食品原料采收及貯藏過程中會發(fā)生諸多的化學變化，這些過程既有內(nèi)部因素的影響，也有外部因素的作用； 原料及加工過程中的酶促氧化和酶促水解是食品成分變化的兩個主要途徑，往往引起營養(yǎng)物消耗、質(zhì)地變化、風味和色澤改變等，特別容易引起內(nèi)在營養(yǎng)因子（如維生素等）的分解破壞。 食品水份含量與食品品質(zhì)有較大的關(guān)系，一般脫水會導致一些不利反應(yīng)的發(fā)生，但當含水量接近單層值時，會阻止不利反應(yīng)的發(fā)生，延長食品貯存期。 食品成分往往對光、電離輻射、金屬離子等比較敏感；如牛奶長期光照會產(chǎn)生異味，腌制肉品或脫水蔬菜長期日照會變色或褪色；高劑量電離輻射會引起脂類 、蛋白分解變質(zhì)等；金屬離子是食品成分自動氧化的催化劑，還能與多酚化合物絡(luò)合而產(chǎn)生顏色的變化。 食品包裝材料的選擇和包裝形式等也會影響內(nèi)部的化學反應(yīng)類型和數(shù)量；,二、食品主體成分在食品加工儲藏中的變化及相互關(guān)系,圖1.3 幾種主要食品成分的化學變化及相互關(guān)系,三、食品成分變化可能對食品加工特性及品質(zhì)產(chǎn)生的影響,表1.1 食品中物質(zhì)的變化可能對食品屬性產(chǎn)生的影響,表1.2 改變食品品質(zhì)的一些反應(yīng)及產(chǎn)生的效果,表1.3 食品可能發(fā)生的二次變化及其產(chǎn)生的影響,1.4 食品化學的發(fā)展歷史及主要研究方法 1.4.1 食品化學發(fā)展的幾個主要階段 早期研究：18世紀中后期19世紀早期，在食品化學研究方面主要做了三個方面的奠基工作。首先，以Carl Wilhelm Scheeie(瑞典）、William Beaumout(美國）為代表的藥物學家、化學家、醫(yī)學家對食品成分進行分離、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化和人體消化研究；如Carl Wilhelm Scheeie從檸檬汁中分離得到了檸檬酸（1784年）、從蘋果中分離得到了蘋果酸（1784年）并檢測了20中普通水果中檸檬酸和蘋果酸的存在和含量。其次，以Anotoine Laurent Lavoisier(法國）、Jons Jacob Berzelius(瑞典）等為代表得化學家建立了有機元素分析理論和方法，對2000多種天然化合物的元素組成進行了測定；再其次，以Anotoine Lavoisier(法國）、Thomas Thomson (蘇格蘭）為代表的化學家首次采用分子式表示有機化合物，并用配平的化學方程式表示發(fā)酵過程。 發(fā)展階段：19世紀中后期，以Arthur Hill Hassall(英國）為代表的化學家建立了精確的微觀分析方法，推動了對食品成分認識的進程；德國的W Hanneberg和F Stohman（1860年）發(fā)明了一種用來常規(guī)測定食品中主要成分的方法，即先將某一樣品分為幾部分，以便測定其中的水分、粗脂肪、灰分和氮，將含氮量乘以6.25即得蛋白質(zhì)含量；然后相繼用稀酸和稀堿消,化樣品，得到的殘渣被稱為粗纖維，除去蛋白質(zhì)、脂肪、灰分和粗纖維后的剩余部分稱為“無氮提取物”。Jean Baptiste Dumans(1871年）根據(jù)大量的研究，提出了僅由蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪組成的膳食不足維持人類的生命。以美國的W Hanneberg、Justin Smith Morrill等為代表的科學家在反對食品摻假、制定食品標準方面做了大量的工作并通過了一系列法律。 成熟階段：20世紀初，食品工業(yè)已成為發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家的重要工業(yè)，大部分的食品物質(zhì)組成已為化學家、生物學家和營養(yǎng)醫(yī)學家的研究所探明，為食品化學學科的建立積累了大量的素材；食品工業(yè)的不同行業(yè)紛紛創(chuàng)建自身的化學基礎(chǔ)，糧油化學、果蔬化學、乳品化學、糖業(yè)化學、肉禽蛋化學、水產(chǎn)化學、添加劑化學、風味化學等分支學科的崛起，為系統(tǒng)的食品化學學科的建立奠定了堅實的基礎(chǔ)；同時，在20世紀3050年代，具有世界影響的J. Food Agric., J. Food Sci., J. Agric. Food Chem.和Food Chem. 等雜志的相繼創(chuàng)立，標志著食品化學學科的正式建立。 現(xiàn)代階段：近年來，食品化學的研究領(lǐng)域更加拓寬，研究手段日趨現(xiàn)代化，研究成果的應(yīng)用周期越來越短?，F(xiàn)代食品化學的研究正向反應(yīng)機理、風味物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、特殊營養(yǎng)成分的結(jié)構(gòu)和功能、食品材料的改性、食品快速分析方法、高新分離技術(shù)、新型包裝技術(shù)和材料、現(xiàn)代儲藏保鮮技術(shù)，新食源、新工藝和新添加劑等研究方向發(fā)展。食品化學已成為食品科學各專業(yè)的主要基礎(chǔ)課程之一，對食品工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生著非常重要的影響。,1.4.2 食品化學研究的基本方法和途徑,食品化學研究和一般化學研究的區(qū)別：食品化學研究是把食品的化學組成、理化性質(zhì)及變化的研究同食品的品質(zhì)和安全性研究聯(lián)系起來，因此從實驗設(shè)計開始，食品化學的研究就帶有揭示食品品質(zhì)或安全性變化的目的，并且把實際的食品體系和主要食品加工工藝條件作為實驗設(shè)計的重要依據(jù)。,由食品化學一般研究方法可以看出，食品化學的研究主要圍繞提高食品質(zhì)量，保證食品的安全、衛(wèi)生而開展。 隨著食品科學的發(fā)展，特別是功能食品和綠色食品的出現(xiàn)及現(xiàn)代食品理念的變化，食品化學工作者的研究范圍不斷擴展。從目前情況看，食品化學研究的方法除了保證食品質(zhì)量和安全性外，還包括以下方面： 1.配合功能食品的開發(fā)，在功能因子的尋找和開發(fā)開展工作 2.作研究的范圍越來越寬，除了傳統(tǒng)的食品原料和食品外，將目光已經(jīng)投向更多的野生植物、動物和微生物，以求找到更多的食品資源或食用功能物質(zhì)。我國要用植物及其成分在食品中的應(yīng)用就是一個很重要的方面。 3.食品化學工作者已經(jīng)不再局限于分析、分離食品成分，研究這些成分的理化性質(zhì)，在食品成分生理活性、體內(nèi)過程、毒副作用乃至利用生物工程進行食品成分生產(chǎn)方面也開始投入大量的精力。,1.5 食品化學在食品科學中的地位及在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的 作用 1.5.1 食品化學與食品科學研究和發(fā)展的關(guān)系,圖1.4 食品化學和食品科學諸研究領(lǐng)域的關(guān)系,食品化學對食品科學研究及發(fā)展的意義： 1.可以促使食品科學工作這從分子水平去認識食品原料、食品加工與貯藏、各類食品加工技術(shù)應(yīng)用的本質(zhì)，使各項研究更加深入； 2.可以促使食品工作者不斷更新加工工藝，生產(chǎn)出更加安全、衛(wèi)生、營養(yǎng)價值更高的食品； 3.可以促使食品科學由定性逐漸走向定量，科學說明各種食品的物質(zhì)組成，制定更加合理先進的食品標準； 4.可以促使食品工業(yè)加速利用生物工程技術(shù)和各種先進的加工技術(shù)，促進食品工業(yè)更新?lián)Q代； 5.可以促使食品科學不斷發(fā)展，促進新的、營養(yǎng)價值更高、功能更加獨特的食品，以滿足不同層次和不同人群的需要。,1.5.2 食品化學在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的作用 表1.4 食品化學對食品行業(yè)技術(shù)進步的影響,表1.5 食品化學研究成果在推動食品工業(yè)發(fā)展中的作用,食品科學和工程領(lǐng)域的許多新技術(shù)，如可降解包裝材料、生物技術(shù)、微波加工技術(shù)、輻射保鮮技術(shù)、超臨界萃取和分子蒸餾技術(shù)、膜分離技術(shù)、微膠囊技術(shù)等的建立和應(yīng)用依然有賴于對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物性和變化的把握。 由上邊分析可以看出，食品化學研究的領(lǐng)域已經(jīng)延伸到食品工業(yè)的各個方面，其影響的范圍及程度也愈日劇增?？梢赃@樣說，沒有食品化學的理論指導就不可能有日益發(fā)展的現(xiàn)代食品工業(yè)。,1.5 本課程主要內(nèi)容及教學要求 一、時間安排：本學期19周，課表安排上課17周； 上課：至15周（考慮5.1長假影響），共41課時； 實驗：共18課時，安排于后半學期。 二、內(nèi)容安排： 主要討論食品化學的基本內(nèi)容，其中包括：各類食品成分的結(jié)構(gòu)、名稱、物理和化學性質(zhì)、營養(yǎng)學價值及在食品加工、貯藏、運銷過程中的變化，借此從分子水平理解食品的組成、功能、加工工藝、貯藏技術(shù)等的本質(zhì)。為了降低本門課程的學習難度，擬補充一些化學特別是有機化學知識。