食品化學(xué)與分析

食品化學(xué)與分析緒論食品化學(xué)的定義：從化學(xué)角度和分子水平上研究食品的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營養(yǎng)和平安性質(zhì)以及它們在生產(chǎn)、加工。貯藏和運(yùn)銷過程中發(fā)生的變化和這些變化對食品品質(zhì)和平安性影響的科學(xué)。食品化學(xué)的分類：㈠根據(jù)研究內(nèi)容分為：食品營養(yǎng)化學(xué)、食品色素化學(xué)、食品風(fēng)味化學(xué)、食品工藝化學(xué)、食品物理化學(xué)和食品有害成分化學(xué)㈡根據(jù)研究對象分為：食品碳水化合物化學(xué)、食品油脂化學(xué)、食品蛋白質(zhì)化學(xué)、食品酶學(xué)、食品添加劑化學(xué)、維生素化學(xué)、食品礦質(zhì)元素化學(xué)、調(diào)味品化學(xué)、食品香味化學(xué)、食品色素化學(xué)、食品毒物化學(xué)、食品保健成分化學(xué)。食品化學(xué)的研究內(nèi)容：1、確定食品的組成、營養(yǎng)價值、平安性和品質(zhì)等重要特性2、食品貯藏加工過程中各類化學(xué)和生物化學(xué)反響的步驟和機(jī)制3、確定影響食品品質(zhì)和平安性的主要因素4、研究化學(xué)反響的熱力學(xué)參數(shù)和動力學(xué)行為及其環(huán)境因素的影響食品分析的定義：對食品中的化學(xué)組成以及可能存在的不平安因素的研究和探討食品品質(zhì)和食品衛(wèi)生及其變化的一門學(xué)科。食品分析檢驗的內(nèi)容：㈠食品營養(yǎng)成分的檢驗㈡食品添加劑的檢驗㈢食品中有毒有害物質(zhì)的檢驗㈣食品新鮮度的檢驗㈤摻假食品的檢驗食品分析所采用的分析方法：㈠感官分析法〔所使用的感覺器官不同，感官檢驗分為視覺檢驗、嗅覺檢驗、味覺檢驗、觸覺檢驗、聽覺檢驗。常用的檢驗方法：差異檢驗法、類別檢驗法、分析或描述性檢驗法〕㈡理化分析法〔根據(jù)原理和操作方法不同可以分為物理分析法、化學(xué)分析法、儀器分析法⑴光學(xué)分析法⑵電化學(xué)分析法⑶色譜分析法〕㈢微生物分析法㈣酶分析法食品成分及其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)生物體系的根本成分包括蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)、核酸、維生素、礦物質(zhì)和水。自由水：食品中與非水成分有較弱的作用或根本沒有作用的水，這局部水主要靠毛細(xì)管力維系，稱為游離水或體相水。結(jié)合水：存在于食品中的與非水成分通過氫鍵結(jié)合的水。是食品中與非水成分結(jié)合的最牢固的水。水通過氫鍵與大分子結(jié)合的那局部水又稱為束縛水，通過氫鍵與離子結(jié)合的那局部水又稱為離子化水。單分子層水：與食品中非水成分的強(qiáng)極性基團(tuán)如羧基、氨基、羥基等直接以氫鍵結(jié)合的第一個水分子層。在-40℃下不結(jié)冰，也不能為被微生物利用。一般來說，食品枯燥后平安貯藏的水分含量要求即為該食品的單分子層水。多分子層水：單分子層水之外的幾個水分子層包含的水，這局部水占據(jù)單分子覆蓋層旁邊未覆蓋的非水物外表位置以及單分子覆蓋層外位置。結(jié)合水與自由水的主要區(qū)別：㈠結(jié)合水在食品中不能作為溶劑，而自由水可以作為溶劑㈡結(jié)合水不能被微生物所利用,而自由水可以被微生物所利用㈢結(jié)合水在0℃下不結(jié)冰,冰點(diǎn)可達(dá)-40℃,沸點(diǎn)可達(dá)105℃,而自由水0℃下會結(jié)冰。結(jié)合水不易結(jié)冰這一點(diǎn)有很重要的生物學(xué)意義。由于這種性質(zhì)，使植物的種子和微生物的孢子得以在很低的溫度下保持其生命力；而新鮮的蔬菜、水果和肉等主要含自由水、容易凍結(jié)，凍結(jié)后細(xì)胞結(jié)構(gòu)被冰晶破壞，解凍后組織立即崩潰。水分活度:食品中水分的有效濃度,在物理化學(xué)上水分活度是指食品的水分蒸汽壓P與相同溫度下純水的蒸汽壓P0的比值。〔p9-p12〕即水分活度之值介于0-1之間。水分活度與溫度的關(guān)系：Αw隨著溫度的變化而變化，含水量相等時，溫度越高，Αw越大。高于冰點(diǎn)時，Αw與食品組成及T有關(guān)，其中食品組成是主要因素，當(dāng)組成水分相同T上升，那么Αw上升。低于冰點(diǎn)時，Αw與食品組成無關(guān),僅與溫度有關(guān)。冰點(diǎn)以上或以下，Αw對食品穩(wěn)定性影響是不同的。等溫吸濕曲線：指在恒定溫度下，使食品吸濕或枯燥〔解吸〕，所得到的水分活度與含水量關(guān)系的曲線。為了說明吸濕等溫曲線內(nèi)在含義，并與水的存在狀態(tài)緊密聯(lián)系，可以將其分為I、II、III區(qū)。I區(qū)：Αw=0-0.25約0-0.07g/g干物質(zhì)，是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最緊密的水，屬于單分子層水〔含水合離子內(nèi)層水〕不能作溶劑，-40℃以上不結(jié)冰與腐敗無關(guān)。II區(qū)：Αw=0.25-0.80屬多分子層水。加上I區(qū)約占高分食品的5%，不作溶劑，-40℃以上不結(jié)冰，起到膨潤和局部溶解的作用，會加速化學(xué)反響的速度，但接近0.8〔Αw〕的食品，可能有變質(zhì)現(xiàn)象。III區(qū)：Αw=0.80-0.99主要自由水，起到溶解和稀釋作用，可結(jié)冰，可作溶劑。從微生物活動與食品水分活度的關(guān)系來看：隨著水分活度增加，微生物生長速度快速增加，到達(dá)生長速度的最大值后略有下降。一般來說，細(xì)菌為Αw>0.9,酵母為Αw>0.87，霉菌為Αw>0.8。Αw=0.8-0.6耐鹽、干、滲透壓細(xì)菌、酵母、霉菌，Αw<0.5任何微生物均不生長繁殖。從酶促反響與食品水分活度的關(guān)系來看：水可作為介質(zhì)，活化底物和酶Αw<0.8大多數(shù)酶活力受到抑制，Αw0.25-0.3淀粉酶、多酚氧化酶抑制或喪失活力，而脂肪酶在Αw=0.1-0.仍保持其活性，如肉脂類〔因為活性基團(tuán)未被水覆蓋，易于氧作用〕Αw與非酶褐變：Αw<0.7.Αw升高，V升高；Αw=0.6-0.7，V最大；Αw>0.7，V降低〔因為水稀釋了反響物濃度〕Αw與脂質(zhì)氧化:Αw<0.4Αw上升，V下降〔MO2-H2O阻V〕Αw>0.4，Αw上升，V上升〔H2O溶解O2，溶脹后催化部位暴露，氧化V上升〕Αw>0.8.Αw上升，V上升〔稀釋濃度〕Maillard反響和VB1分解速度都在Αw到達(dá)中等至較高時呈現(xiàn)最高。糖：是一類含多羥基醛和多羥基酮的化合物，分子通式：Cn(H2O)m統(tǒng)稱碳水化合物。糖類化合物的定義與來源〔一〕糖類化合物廣泛存在于各種生物有機(jī)體內(nèi)，是食品的主要組成成分之一，也是綠色植物經(jīng)過光合作用形成的產(chǎn)物。糖的分類：〔二〕單糖：指不能被水解為更小單位的糖類物質(zhì)，是結(jié)構(gòu)最簡單的糖，如葡萄糖、果糖等；寡糖：由2-20個單糖分子縮合而成，水解產(chǎn)單糖，如蔗糖、乳糖；多糖：由多個單糖分子縮合而成，如淀粉、纖維素等；根據(jù)組成成分分為均多糖和雜多糖。(三)食品中的糖類化合物：玉米粒含0.2%-0.5%的D-葡萄糖、0.1%-0.4%的D-果糖和1%-2%的蔗糖。單糖和低聚糖〔一〕單糖結(jié)構(gòu)：最小的碳水化合物，是不能水解的多羥基醛、酮及其衍生物。分子含有手性碳原子。單糖分子量較小，一般含有5-6個碳原子。單糖是D-甘油醛的衍生物，可以形成縮醛和縮酮，糖分子的羥基可以與糖分子本身的一個羥基反響，形成分子內(nèi)的半縮醛和半縮酮，形成五元呋喃糖或更穩(wěn)定的六元吡喃糖環(huán)。天然葡萄糖屬于D異構(gòu)系列，含有一個鏡像分子L異構(gòu)系列。〔二〕低聚糖的結(jié)構(gòu)與存在1、低聚糖的結(jié)構(gòu)：由2-20個糖單位通過糖苷鏈接起來，形成直鏈的或者具有分支結(jié)構(gòu)的一類糖的總稱。食品中天然低聚糖有：雙糖、蔗糖、乳糖、麥芽糖。糖基組成可以是同種的〔均低聚糖〕，也可以是不同種的〔雜低聚糖〕分子量較大的低聚糖有：飴糖、玉米糖漿中的麥芽低聚糖、環(huán)狀糊精。其中環(huán)狀糊精在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用，可作為微膠囊的壁材。環(huán)狀糊精：又稱沙丁格糊精，由6-8單位α-D呋喃葡萄糖基通過α-1,4糖苷鍵，首尾相連形成的環(huán)狀低聚物，主要有α-、β-和γ-環(huán)狀糊精3種。在α-淀粉酶的作用下降解的主要產(chǎn)物為β-環(huán)糊精，其利用價值主要在于其具有包裹疏水性小分子有機(jī)物的作用。如維生素、風(fēng)味物質(zhì)等。2、食品中重要的低聚糖：近年來開發(fā)的各種新型功能性低聚糖被引入食品，例如：低聚果糖、低聚木糖、甲殼低聚糖等。由兩個單糖縮合而成的雙糖，如纖維二糖、麥芽糖、異麥芽糖、龍膽二糖和海藻糖。在食品中廣泛應(yīng)用。其中糖的復(fù)原性和非復(fù)原性在食品中具有重要的作用，如乳糖。三糖也存在于食品中，如麥芽三糖、甘露三糖、蜜三糖等?！踩程窃谑称分袘?yīng)用的物理性質(zhì)1、甜度：使人感覺到甜味的最低糖濃度。用相對甜度表示，設(shè)蔗糖的甜度為1，那么果糖為1.5，葡萄糖0.7，半乳糖0.6，麥芽糖0.5，乳糖0.4.多價醇具有甜味，其產(chǎn)生甜味的基團(tuán)為-CHOH-CHOH-,同一種糖，其α型和β型的甜味也不相同。如葡萄糖、果糖。蔗糖溶液沒有α型和β型的變化，其甜味也不隨時間變化2、溶解度幾種糖的溶解度：果糖78.94%，蔗糖66.6%，葡萄糖46.71%〔果糖溶解度最高，葡萄糖溶解度最低〕結(jié)晶性蔗糖易結(jié)晶，晶體生成很大：葡萄糖易結(jié)晶，晶體生成細(xì)?。汗呛娃D(zhuǎn)化糖較難結(jié)晶。吸濕性和保濕性結(jié)合水的能力常被稱為吸濕性和保濕性：吸濕性是指糖在空氣濕度較高的情況下吸收水分的性質(zhì)。保濕性指糖在較低空氣濕度下保持水分的性質(zhì)。滲透壓相同濃度下〔質(zhì)量百分濃度〕，溶質(zhì)分子的分子質(zhì)量越小，溶液的摩爾濃度就越大，溶液的滲透壓就越大，食品的保存性越高。粘度糖溶液有一定的粘度。相同濃度下，溶液的粘度有以下順序：葡萄糖、果糖<蔗糖<淀粉糖漿；〔淀粉糖漿的粘度隨轉(zhuǎn)化度的增大而降低〕。食品生產(chǎn)中，可調(diào)節(jié)糖的粘度來提高食品的稠度和可口性、不同產(chǎn)品選不同類型的糖。冰點(diǎn)降低糖溶液冰點(diǎn)降低的程度取決于糖的濃度和分子質(zhì)量的大小。糖的濃度越高，分子質(zhì)量越小，溶液的冰點(diǎn)下降的越大。相同濃度下對冰點(diǎn)降低的程度，葡萄糖>蔗糖>淀粉糖漿。抗氧化性是由糖溶液中氧氣的溶解度降低而引起的，果脯、罐頭等生產(chǎn)中使用糖液，有利于保持水果的風(fēng)味、顏色和維生素C?！菜摹硢翁恰⒌途厶窃谑称窇?yīng)用方面的化學(xué)性質(zhì)1、水解反響-轉(zhuǎn)化糖的形成蔗糖在酶或酸的水解作用下形成的產(chǎn)物叫做轉(zhuǎn)化糖。所謂的轉(zhuǎn)化是指水解前后溶液的旋光度從左旋轉(zhuǎn)化到右旋。生產(chǎn)用于轉(zhuǎn)化糖的酸一般用檸檬酸或是鹽酸，酶是β-葡萄糖苷酶和β-果糖苷酶。2、與堿作用糖在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定，易發(fā)生變旋現(xiàn)象〔異構(gòu)化〕和分解反響、這個反響于溶液溫度、糖種類以及濃度、堿的種類及濃度，以及作用的時間等因素。堿處理淀粉糖漿，使葡萄糖局部異構(gòu)化生成果糖，從而形成果葡糖漿〔人造蜂蜜〕/