第1章緒論食品微生物化學(xué)

FOODCHEMISTRY食品化學(xué)劉蒙佳1本章基本要求基本要求:

要求學(xué)生了解食品化學(xué)的研究內(nèi)容，研究方法、發(fā)展趨勢和學(xué)科動態(tài)；了解食品化學(xué)課程在食品科學(xué)中的地位和作用；掌握食品化學(xué)課程的教學(xué)目的、要求和學(xué)習(xí)方法。本章重難點內(nèi)容：食品化學(xué)的概念、食品化學(xué)在食品科學(xué)中的作用、食品化學(xué)的研究方法。第1章緒論21.1食品化學(xué)的概念及研究內(nèi)容1.2食品中的物質(zhì)1.3食品成分的理化性質(zhì)及化學(xué)變化綜述1.4食品化學(xué)的發(fā)展歷史及主要研究方法1.5食品化學(xué)在食品科學(xué)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(xué)要求Contents31.1食品化學(xué)的概念及研究內(nèi)容1.1.1食品化學(xué)的概念

食品：經(jīng)特定方式加工后供人類食用的食物。

食物：可供人類食用的物質(zhì)原料統(tǒng)稱為食物。

營養(yǎng)素：指那些能維持人體正常生長發(fā)育和新陳代謝所必需的物質(zhì)。目前已知的有40～50種人體必需的營養(yǎng)素，從化學(xué)性質(zhì)分為6大類，即蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、礦物質(zhì)、維生素和水，目前也有人提出將膳食纖維列為第七類營養(yǎng)素。

化學(xué)：研究物質(zhì)組成、性質(zhì)及其功能和變化的科學(xué)，包括分析化學(xué)、有機化學(xué)、物理與膠體化學(xué)、分離化學(xué)、普通化學(xué)和生物化學(xué)等。4食品化學(xué)的概念

食品化學(xué)：應(yīng)用化學(xué)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(xué)科。

簡言之，食品化學(xué)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(xué)。5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(xué)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(xué)發(fā)展提供理論和思維工具的一門綜合性學(xué)科，促進食品科學(xué)全面深入發(fā)展。61.1.2食品化學(xué)研究的基本內(nèi)容一、食品化學(xué)研究的基本內(nèi)容7二、食品化學(xué)的主要學(xué)科分支

1.按照研究范圍：食品營養(yǎng)成分化學(xué)、食品色香味化學(xué)、食品工藝化學(xué)、食品物理化學(xué)、食品有害成分化學(xué)

2.按照食品物質(zhì)類型：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)、食品礦物質(zhì)元素化學(xué)、調(diào)味品化學(xué)、食品風(fēng)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)8三、食品化學(xué)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(xué)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(xué)變化及變化規(guī)律；4.研究食品成分的構(gòu)效關(guān)系。9四、食品化學(xué)的學(xué)科特點

1.以化學(xué)為基礎(chǔ)，融生理學(xué)、動物學(xué)、植物學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、生物化學(xué)、細胞學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、毒理學(xué)、微生物學(xué)、食品加工工藝學(xué)、食品貯藏學(xué)等諸多學(xué)科為一體；是一門交叉性、綜合性學(xué)科；2.從分子水平研究食品物質(zhì)、食品物質(zhì)的化學(xué)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(xué)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(xué)的一門基礎(chǔ)性、支柱學(xué)科。101.2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：11按在食品中的含量：12二、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(xué)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(fēng)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(xué)角度講，不管一種系統(tǒng)有多復(fù)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。13

3.個體屬性：任何食品成分（主要指單個化學(xué)物質(zhì)）僅是食品的一個組成部分（很?。?，盡管它們有其自身結(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(xué)物質(zhì)共處同一體系中，肯定存在著復(fù)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(xué)研究領(lǐng)域的新課題。141.3食品成分理化性質(zhì)及化學(xué)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(xué)成分多種多樣，各種化學(xué)成分都有其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，這里只簡述食品主體化學(xué)成分主要的食品學(xué)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(fēng)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，催化、保護風(fēng)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。15圖1.2食品貯藏、加工中的化學(xué)變化類型和影響因素1.3.2食品成分主要化學(xué)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16

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(xué)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(fēng)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(dǎo)致一些不利反應(yīng)的發(fā)生，但當(dāng)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。17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(xué)反應(yīng)類型和數(shù)量。18二、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(xué)變化及相互關(guān)系19三、食品成分變化可能對食品加工特性及品質(zhì)產(chǎn)生的影響變化導(dǎo)致屬性改變的類型失去溶解性、持水力生成呈味物質(zhì)有色物質(zhì)發(fā)生變化營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生變化功能性物質(zhì)發(fā)生變化產(chǎn)生或鈍化毒物質(zhì)地變硬或變軟產(chǎn)生酸味、焦味、異味或芳香味、美味顏色產(chǎn)生或消失營養(yǎng)價值降低或生物利用性改變功能改變安全性改變表1.1食品中物質(zhì)的變化可能對食品屬性產(chǎn)生的影響20表1.2改變食品品質(zhì)的一些反應(yīng)及產(chǎn)生的效果反應(yīng)類型產(chǎn)生的效果非酶褐變酶促褐變氧化水解金屬反應(yīng)脂類異構(gòu)化脂類環(huán)化脂類聚合蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)交聯(lián)糖降解焙烤食品表皮成色切開的水果迅速變色脂肪產(chǎn)生異味、維生素降解、色素褪色、蛋白營養(yǎng)喪失脂類、蛋白質(zhì)、維生素、碳水化合物、色素等降解促使氧化反應(yīng)發(fā)生，改變食品顏色脂類分子結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能發(fā)生變化脂肪酸結(jié)構(gòu)改變深鍋油炸中油起泡沫卵清凝固、酶失活在堿性條件下加工蛋白質(zhì)使?fàn)I養(yǎng)降低宰后動物組織和采后植物組織的無氧呼吸21表1.3食品可能發(fā)生的二次變化及其產(chǎn)生的影響初期變化二次變化所產(chǎn)生的影響脂類水解多糖水解脂類氧化水果破碎綠色蔬菜加熱肌肉組織加熱脂類異構(gòu)化游離脂肪酸與蛋白質(zhì)反應(yīng)糖與蛋白質(zhì)反應(yīng)氧化產(chǎn)物與其他成分反應(yīng)酶解、氧化反應(yīng)物質(zhì)流失蛋白質(zhì)變性凝聚、酶失活異構(gòu)化產(chǎn)物進一步聚合質(zhì)地、風(fēng)味、營養(yǎng)價值改變質(zhì)地、風(fēng)味、顏色、營養(yǎng)改變除上變化外還可能產(chǎn)生毒物質(zhì)地、風(fēng)味、顏色、營養(yǎng)改變質(zhì)地、風(fēng)味、顏色、營養(yǎng)改變質(zhì)地、風(fēng)味、顏色、營養(yǎng)改變油炸過度時起泡沫，油脂的營養(yǎng)價值降低221.4食品化學(xué)的發(fā)展歷史及主要研究方法1.4.1食品化學(xué)發(fā)展的幾個主要階段

早期研究：18世紀(jì)中后期～19世紀(jì)早期，在食品化學(xué)研究方面主要做了三個方面的奠基工作。首先，以CarlWilhelmScheeie(瑞典）、WilliamBeaumout(美國）為代表的藥物學(xué)家、化學(xué)家、醫(yī)學(xué)家對食品成分進行分離、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化和人體消化研究；如CarlWilhelmScheeie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中普通水果種檸檬酸和蘋果酸的存在和含量。其次，以AnotoineLaurentLavoisier(法國）、JonsJacobBerzelius(瑞典）等為代表的化學(xué)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AnotoineLavoisier(法國）、ThomasThomson(蘇格蘭）為代表的化學(xué)家首次采用分子式表示有機化合物，并用配平的化學(xué)方程式表示發(fā)酵過程。23

發(fā)展階段：19世紀(jì)中后期，以ArthurHillHassall(英國）為代表的化學(xué)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WHanneberg和FStohman（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”。JeanBaptisteDumans(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WHanneberg、JustinSmithMorrill等為代表的科學(xué)家在反對食品摻假、制定食品標(biāo)準(zhǔn)方面做了大量的工作并通過了一系列法律。24

成熟階段：20世紀(jì)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