食品化学-复习笔记

绪 论

第一节 食品化学的概论

食品化学：是从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养和安全性质以及它们在生产加工、贮存和运销过程中的化学变化及其对食品品质和食品安全性影响的科学。

? 营养素：指那些能维持人体正常生长发育和新陈代谢所必需的物质。 ? 食物：指含有营养素的物料(蛋白质、脂质、碳水化合物、维生素、矿物质、水、纤维素)。

生物化学与食品化学的异同：

生物化学和食品化学都是研究生物物质的学科。 生物化学： 具有生命的生物物质 ；与生命（几乎）相适应的环境中繁殖、生长和变化 。 食品化学： 死的或将死的生物物质 ；暴露在环境变化很大、不适宜生存的环；境中热处理、冷冻、浓缩、脱水、辐照等 ；物理、化学和生物化学变化

食品化学的组成 ： 水

无机成分 矿物质

蛋白质 基本营养素 天然成分 碳水化合物 食品 脂类化合物 的化 有机成分 维生素

学组 色素、呈香、呈味物质 成 激素 有毒物质

天然来源的食品添加剂 食品添加剂

非天然成分 人工合成的食品添加剂 加工中不可避免的污染物质 污染物质

环境污染物质

根据研究内容的范围，食品化学包括：食品营养成分化学；食品色香味化学；食品工艺中的化学；食品物理化学；食品有害成分化学；食品分析技术

根据研究物质的内容，食品化学包括：食品碳水化合物化学；食品油脂化学；食品蛋白质化学；食品酶化学；食品添加剂；维生素化学；食品矿质元素化学；调味品化学；食品风味化学；食品色素化学；食品毒物化学；食品保健成分化学

第三节 食品化学的研究方法

食品化学的研究成果最终转化为：合理的配料比、有效的反应物接触屏障、适当的保护或催化措施的应用、最佳反应时间和温度的设定、光照、氧含量、水分活度和pH值等的确定，从而得出最佳的食品加工储藏方法。

食品化学的发展前景：

食品组成、性质和在食品加工储藏中的变化及其对食品品质和安全性的影响。 开发新食品资源，发现并去除食品中有害成分同时保护食品营养成分和功能性 解决技术问题，如：变色、变味、质地粗糙、货架期短、风味不自然等。 储藏保鲜中的化学处理剂及膜剂的研究应用。

食品中功能因子的组成、结构、性质、生理活性、定性定量分析和分离提取方法的研究。

食品风味化学和加工工艺学 检测分析技术的研究

资源深加工及综合利用研究 食品基础原料的改性技术研究

第 二 章 水 分 第一节 概述

一、水在食品中的作用：

? 水在食品加工储藏过程中是化学和生物化学的反应介质，又是水解过程的反应产物。

? 从食品的理化性质上讲，水在食品中起着溶解分散蛋白质、淀粉等可溶性成分的作用，使它们形成溶液或凝胶。

? 从食品品质方面讲，对食品的鲜度、硬度、流动性、风味等方面都有重要的影响，水的质量关系到产品的质量。

? 从食品的安全性方面讲，水是微生物繁殖的必须条件。 ? 从食品工艺角度讲，水起着膨润、浸透、均匀化的功能。

二、水和冰的物理性质:

? 高的熔点和沸点，具有很大的表面张力、热容以及相变热值。 ? 介电常数大。 ? 水的密度很小，水在凝固时具有异常的膨胀性(水结冰后体积约增加9％)。 ? 水的黏度低，具有流动性。

? 水的热导率较大， 0℃时冰的热导率为同温下水的热导率的4倍。

第二节 水在食品中的存在状态 一、水与溶质的相互作用 类 型 实 例 水-游离离子 水-有机分子上的带电基团 水-蛋白质NH 水-蛋白质CO 水-侧链OH 水＋R→R（水合的） R（水合的）＋R（水合的）→R2（水合的）＋水 作用强度 （与水-水氢键比） 较大 偶极-离子 偶极-偶极 偶极-疏水性物质 近似相等 疏水水合ΔG>0 疏水相互作用ΔG<0 一 水与非水物质的相互作用 1、水与离子和离子基团的相互作用

离子水合作用 :

? 净结构形成效应：离子是电场强度较强、离子半径小的离子或多价离子，它们有助于水形成网络结构，因此这类离子的水溶液比纯水的流动性小，也就是这种溶液中离子间的结构要比纯水的结构要稳定。

? 净结构破坏效应：离子一般为低价离子，离子半径较大，这些离子能阻碍水形成网络结构，因此这种溶液比纯水的流动性要大。

2、水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用：形成水桥维持大分子的构象。 3、水与非极性物质的相互作用：

? 笼形水合物:指水通过氢键形成笼状结构，将非极性小分子包在里面，通常由20-74个水分子组成笼形结构.‖主人‖与客人‖间的相互作用多为范德华力，也存在静电相互作用。（可能对蛋白质等生物大分子的构象、稳定性、反应性有影响）

? 水与蛋白质分子中的疏水基团的缔合:大多数蛋白质分子中，大约有40％的氨基酸含有非极性基团，这些疏水基团就会缔合产生疏水相互作用。是维持蛋白质三级结构的重要因素。 二、水的存在状态

结合水 ：化合水、邻近水、多层水 体相水：毛细管水、滞化水、自由流动水 第三节 水分活度

f ——溶剂（水）的逸度 f0——纯溶剂（水）的逸度 逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势

ffppp

Aw??Aw?Aw? f0f0popopo差别1% 仅适合理想溶液 RVP,相对蒸汽

水分活度定义:指食品中水的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值 。

aw=P/P0=ERH/100=N=n1/(n1+n2) 水分活度值介于0～l之间 。 ERH是样品周围的空气平衡相对湿度，它是与样品平衡的大气的性质。 水分活度的意义：水分活度表示生物组织与食品中能参与生物活动和化学反应的水分含量。

水分活度的几种测量方法：冰点测定法、相对湿度传感器测定法、恒定相对湿度平衡室法

水分活度与温度的关系：lnaw＝―kΔH／R（1／T）

p时的绝对温度 样品的绝对温度-纯水的蒸汽压为k?纯水的蒸汽压为p时的绝对温度 P是样品的蒸汽压。k是样品中非水物质的本质和浓度的函数，也是温度的函数

意义：一定样品，在恒定的水分含量下，水分活度的对数在不太宽的温度范围内随绝对温度升高而正比例升高。

lnaw和 1／T两者间有良好的线性关系但它们的线性关系是以含水量为参数的。 冰点以上和冰点以下水分活度的区别：

比较高于和低于冻结温度下的aw时应注意两个重要差别:

①在冻结温度以上, aw是样品组分与温度的函数,且前者是主要因素,在冻结温度以下, aw与样品组分无关,只取决于温度,不能根据aw预测受溶质影响的冰点以下发生的过程,如扩散控制过程,催化反应等.

②冻结温度以上和以下aw对食品稳定性的影响是不同的.

p(ff)p0(ice) aw??p0(scw) p0(scw)

第四节 吸湿等温线

定义：（MSI）是指在恒定温度下，食品的水分含量与它的水分活度之间的关系图。 吸湿等温线的区域：

Ⅰ区的水的性质 ：最强烈地吸附 ；最少流动 ；水－离子或水－偶极相互作用 ；在-40℃不结冰 ；不能作为溶剂 ；看作固体的一部分 ；化合水和邻近水；占总水量极小部分

Ⅱ区的水的性质 ：通过氢键与相邻的水；分子和溶质分子缔合 ；流动性比体相水稍差 ；大部分在-40℃不结冰 ；导致固体基质的初步；肿胀 ；多层水 ；区Ⅰ和区Ⅱ的水占总；水分的5%以下

Ⅲ区的水的性质 ：体相水 ；被物理截留或自由的 ；宏观运动受阻 ；性质与稀盐溶液中的水类似占总水分的95%以上

各区特性：

滞后现象

? 通常吸湿等温线的绘制是通过向干燥样品中添加水而得到的，因此我们也常把这个过程叫回吸作用。

? 如果把这个吸满水的样品再进行干燥，同样又可以得到一条曲线，我们把这条线叫解吸曲线。

? 滞后现象就是样品的吸湿等温线和解吸等温线不完全重叠的现象。 ? 一般来说，当Aw一定时，解吸过程中食品的水分含量大于回吸过程中水分含量。

解吸线在上方

滞后环形状取决于 ：食品品种；解吸速度；脱水程度；温度 滞后现象产生的原因

? 解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分。

? 不规则形状产生毛细管现象的部位,欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内＞P外, 要填满则需P外＞ P内)。

? 解吸作用时,因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水,由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw。.

滞后现象的现实意义 ：

? 鸡肉和猪肉Aw=0.75～0.84，解吸时脂肪氧化速度高于回吸 ? Aw一定，解吸样品的水分高于回吸

? 高水分样品粘度低，催化剂流动性好，基质的肿胀使催化部位暴露 ? 控制微生物生长，解吸方法比回吸方法制备样品时要达到更低的Aw

第五节 水分活度与食品的稳定性

水分活度与微生物的关系

不同微生物的生长对水分活度的要求不同：大多数的细菌 0.99-0.94，大多数霉菌 0.94-0.8之间；大多数耐盐细菌 0.75；耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母 0.65-0.6；低于0.6时，绝大多数的微生物是无法生长的。

不同阶段对水分活度的阈值的要求不同:

? 细菌，它在形成芽孢时的水分活度比繁殖生长时所需的水分活度值要高。 ? 霉菌孢子发芽的aw阈值则低于孢子发芽后菌丝生长所需的aw值， ? 微生物产生毒素时所需的aw阈值则高于生长时所需的aw数值，

水分活度与食品化学变化的关系 对脂肪氧化酸败的影响 :

? 水能与脂肪氧化的自由基反应中的氢过氧化物形成氢键

? 水能与金属离子形成水合物 ? 水增加了氧的溶解度 ? 脂肪分子肿胀 ? 催化剂和氧的流动性增加 ? 催化剂和反应物的浓度被稀释

水分活度对非酶褐变的影响 :

在一定的水分活度范围内，反应速度随水分活度的值增大而增大，在水分活度在0.2以下，反应通常不会发生，而当水分活度过大时（大于0.7）反应速度下降。

? 对淀粉老化的影响：

30％～60％ 老化的速度最快 10％～15％ 淀粉不会发生老化

? 对蛋白质变性的影响：

水分活度增大会加速蛋白质的氧化作用

? 酶促褐变的影响：

当aw值降低到0.25～0.30的范围，就能有效地减慢或阻止酶促揭变的进行。

降低水分活度可以降低食品的化学反应速度，提高食品的稳定性。

? 大多数化学反应只有在水中才能进行，所以食品中自由水的含量决定了化学反应的进行，因此降低水分活度，减少自由水的含量，也就抑制了反应的进行。

? 一些离子反应在没有自由水存在时是无法进行离子化或水化作用的。

? 在一些反应中，水不仅作为反应介质，还是反应的参与者，没有了自由水的参加，反应速度变慢。

? 在酶促反应中，水作为输送介质，促使底物向酶扩散，而且大多数酶在水分活度低于0.2和大于0.8时受到抑制。 第三章 碳水化合物

食品中碳水化合物的作用:

? 是合成其他化合物的基本原料，同时也是生物体的主要结构成分。 ? 碳水化合物是生物体维持生命活动所需能量的主要来源。 ? 有利于肠道蠕动，促进消化。 ? 提供适宜的质地口感和甜味。

碳水化合物分类(根据水解程度):

? 单糖是指不能再水解的最简单的多羟基醛或多羟基酮及其衍生物 。 ? 低聚糖是指聚合度小于或等于10的糖类。

? 多糖又称为多聚糖，是指聚合度大于10的糖类。

第一节 单糖

? 单糖可分为三碳糖、四碳糖、戊糖、己糖等。醛糖和酮糖（按羰基特点分） ? 单糖的物理性：

? 甜度：比甜度:以蔗糖（非还原糖）为基准物。一般以10％或15％的蔗糖水溶液在20℃时的甜度定为1.0。 影响甜度的因素：

A、分子量越大溶解度越小，则甜度也小。

B、糖的不同构型（α、β型）也影响糖的甜度。

T=20℃时 蔗糖溶液（10％/15％） 1.00（甜度） α－D-葡萄糖 0.70（比甜度） β－D－呋喃果糖 1.50（比甜度）

? 旋光性：

旋光性:是一种物质使直线偏振光的振动平面发生旋转的特性。 单糖的比旋光度定义：指lml含有1g糖的溶液在其透光层为0.1m时使偏振光旋转的角度。

变旋现象：指糖刚溶解于水时，其比旋光度是处于变化中的，但到一定时间后就稳定在一恒定的旋光度上的这种现象。

? 溶解度（g/100gH2O）

温度对溶解过程和溶解速度具有决定性影响

高浓度的糖液具有防腐保质的作用 ，在70％以上能抑制霉菌、酵母的生长。

t=20℃时，葡萄糖 48％ 蔗糖 66％ 果糖 79％ 果糖具有较好的食品保存性。果糖含量较高的果葡糖浆，其保存性能较好。

? 吸湿性和保湿性

吸湿性：指糖在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质。

保温性：指糖在空气湿度较低条件下保持水分的性质。果糖的吸湿性最强

? 结晶性

糖的特征之一是能形成结晶，糖溶液越纯越易结晶。

? 渗透压

果糖和果葡糖浆具有高渗透压特性，可用于防腐。

? 发酵性

酵母菌可以是葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、甘露糖等发酵产生酒精，同时产生二

氧化碳，这是酿酒生产及面包疏松的基础。

一般酵母发酵糖的速度：葡萄糖>果糖>蔗糖>麦芽糖乳酸菌除可发酵上述单糖还可发酵乳糖产生乳酸。大多数低聚糖不能被酵母菌和乳酸菌直接发酵。

单糖的化学反应 ：

具有醇羟基的成酯、成醚、成缩醛等反应和羰基的一些加成反应，还具有一些特殊反应 。

非酶褐变反应 ：美拉德反应 焦糖化反应

? 美拉德反应（羰氨反应）：指羰基与氨基经缩合、聚合反应生成类黑色素和某些风味物质的非酶褐变反应。 美拉德反应过程

美拉德反应的条件、生成物和特点

? 条件：还原糖（主要是葡萄糖）和氨基酸；少量的水；加热或长期贮藏 ? 产物：黑色素（类黑精）＋风味化合物 ? 特点：pH值下降（封闭了游离的氨基）；

还原的能力上升（还原酮产生）；

褐变初期，紫外线吸收增强，伴随有荧光物质产生；添加亚硫酸盐，可阻止褐变，但在褐变后期加入不能使之褪色。

影响美拉德反应的因素

①羰基化合物的结构、种类及含量

a.α、β不饱和醛>α－双羰基化合物>酮

b.五碳糖（核糖>阿拉伯糖>木糖）>六碳糖（半乳糖>甘 露糖>葡萄糖）[五碳糖的褐变是六碳糖的10倍]

c.单糖>双糖（如蔗糖，分子比较大，反应缓慢） d.还原糖含量与褐变成正比

②氨基酸及其它含氨物种类(肽类、蛋白质、胺类) a.胺类>氨基酸

b.含S-S，S-H不易褐变 c.有吲哚，苯环易褐变 d.碱性氨基酸易褐变

e.氨基在ε-位或在末端者，比α-位易褐变 ③pH值

pH3-9范围内，随着pH上升，褐变上升 pH≤3时，褐变反应程度较轻微 pH在7.8-9.2范围内，褐变较严重 ④水分含量

10％～15%(H2O)时，褐变易进行 完全干燥的条件下，多数褐变难进行

水分含量超过5%时，脂肪氧化加快，褐变加快 ⑤温度：若△t＝10℃，则褐变速度差△v相差3～5倍。 食品加工应尽量避免长时间高温，储藏也以低温为宜 ⑥金属离子

Fe(Fe+3> Fe+2)和Cu促进美拉德反应

Na对褐变无影响。

Ca2+可同氨基酸结合生成不溶性化合物而抑制褐变。Mn2＋和Sn2＋可抑制美拉德反应。

⑦空气：空气的存在会影响美拉德反应。真空或充入氮气降低脂肪的氧化反应及羰基化合物的生成。

Maillard反应对食品品质的影响

? 不利方面：

a.营养损失，特别是必须氨基酸损失严重 b.产生某些致癌物质

c.对某些食品，褐变反应导致的颜色变化影响质量。

? 有利方面：

褐变产生深颜色及强烈的香气和风味，赋予食品特殊气味和风味。 maillard反应在食品加工中的应用

? 抑制maillard反应

注意选择原料：选氨基酸、还原糖含量少的品种。

水分含量降到很低：蔬菜干制品密封，袋子里放上高效干燥剂。流体食品则可通过稀释降低反应物浓度。

降低pH：如高酸食品如泡菜就不易褐变。 降低温度：低温贮藏。

除去一种作用物：一般除去糖可减少褐变。 加入亚硫酸盐或酸式亚硫酸盐 钙可抑制褐变。

maillard反应在食品加工中的应用

? 利用

控制原材料：核糖 + 半胱氨酸 ：烤猪肉香味 核糖 + 谷胱甘肽 ：烤牛肉香味

控制温度： 葡萄糖 + 缬氨酸 ：100-150℃ 烤面包香味； 180℃ 巧克力香味

木糖 +酵母水解蛋白： 90℃ 饼干香型 160℃ 酱肉香型 不同加工方法： 土豆 大麦 水煮： 125种香气 75种香气 烘烤： 250种香气 150种香气

焦糖化反应

? 概念：无氨基化合物存在的提条件下，将糖类化合物加热到其熔点以上，糖发生脱水与降解，生成深色物质的过程，称为焦糖化反应。

? 过程:

脱水：分子双键→ 不饱和的环→ 聚合→ 高聚物。

缩合或聚合：裂解→ 挥发性的醛、酮→ 缩合或聚合→ 深色物质 焦糖化反应条件

①无水或浓溶液，温度150-200℃。

②催化剂的存在加速反应：铵盐、磷酸盐、苹果酸、延胡索酸、柠檬酸、酒石酸等。

＋

③pH8比pH5.9时快10倍。

④不同糖反应速度不同，例如果糖大于葡萄糖（熔点的不同）。 蔗糖形成焦糖的过程：

焦糖色素是一种结构不明确的大的聚合物分子，这些聚合物形成了胶体粒子，形成胶体粒子的速度随温度和pH的增加而增加。

焦糖色素的性质 ：焦糖是一种黑褐色胶态物质；等电点在pH3.0-6.9,甚至低于pH3；粘度100-3000cp

第二节 低聚糖

食品中的低聚糖的作用：

? 褐变反应 低聚糖发生褐变的程度，尤其是参与美拉德反应的程度相对单糖较小。

? 黏度 多数低聚糖的黏度>蔗糖>单糖。 ? 抗氧化性：直接作用 间接作用 ? 渗透压（防腐作用） ? 发酵性

? 吸湿性、保湿性与结晶性

食品中重要的低聚糖

双糖：均溶于水，有甜味、族光性，可结晶。

根据还原性质: 还原性双糖(麦芽糖 ) 非还原性双糖 (蔗糖 )

第三节 食品中重要的多糖及其作用 多糖的性质

? 多糖的溶解性:除了高度有序具有结晶的多糖不溶于水外，大部分多糖不能结晶，因而易于水合和溶解。

? 多糖溶液的黏度与稳定性:高聚物溶液的黏度同分子的大小、形态及其在溶剂中的构象有关。 多糖的性质

? 凝胶：是指在一定条件下，高分子溶液或溶胶的分散质颗粒在某些部位上相互联结，构成一定的空间网状结构，分散介质（液体或气体）充斥其间，整个系统失去流动性，这种体系称为凝胶。

氢键、疏水相互作用、范德华引力离子桥联、缠结或共价键形成连结区

? 生理活性

膳食纤维--植物多糖 真菌多糖 ：提高人体免疫力 ①很高的持水力；

②对阳离子有结合交换能力； ③对有机化合物有吸附螫合作用； ④具有类似填充的容积；

⑤可改变肠道系统中的微生物群组成。

? 多糖的水解 ：酶促水解、酸、碱催化下的水解。

淀 粉

? 淀粉的特性：

? 淀粉在植物细胞内以颗粒状态存在，故称淀粉粒。

? 形状：圆形、椭圆形、多角形等。

? 大小：0.001-0.15毫米之间，马铃薯淀粉粒最大，谷物淀粉粒最小。 ? 晶体结构：用偏振光显微镜观察及X-射线研究，能产生双折射及X衍射现象。

? 未糊化前，淀粉分子间以氢键结合，成放射状微晶束形式。

淀粉的结构：

直链淀粉：由D-吡喃葡萄糖通过α－1，4糖苷键连接起来的链状分子 。

支链淀粉：由D-吡喃葡萄糖通过α-1，4和α-l，6两种糖苷键连接起来的带分枝的复杂大分子

淀粉的性质 ：

物理性质 ：白色粉末在，热水中融溶胀。纯支链淀粉能溶于冷水中，而直链淀粉不能，直链淀粉能溶于热水。

化学性质：无还原性；遇碘呈蓝色，加热则蓝色消失，冷后呈蓝色；水解（酶解 ，酸解）。

淀粉的糊化 ：

β-淀粉

膨润现象

α-淀粉

? β-淀粉：具有胶束结构的生淀粉称为β-淀粉。 ? α-淀粉：指经糊化的淀粉。

? 膨润现象：β-淀粉在水中经加热后，部分胶束溶解而形成空隙，水分子浸入与部分淀粉分子进行结合，胶束逐渐被溶解，空隙逐渐扩大，淀粉粒因吸水，体积膨胀数十倍，生淀粉的胶束即行消失的现象。

淀粉粒在适当温度下，在水中溶胀，分裂，胶束则全部崩溃，形成均匀的糊状溶液的过程被称为糊化。本质是微观结构从有序转变成无序。

糊化作用的三个阶段 ：

a可逆吸水阶段：水分进入淀粉粒的非晶质部分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，可以复原，双折射现象不变。

b不可逆吸水阶段：随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆大量吸水，结晶―溶解‖。

c淀粉粒解体阶段：淀粉分子全部进入溶液。

糊化温度 ：指双折射消失的温度，不是一个点，而是一段温度范围，即糊化开始的温度和糊化完成的温度表示淀粉糊化温度。

影响糊化的因素：

? 结构：直链淀粉小于支链淀粉。 ? Aw：Aw提高，糊化程度提高。

? 糖：高浓度的糖水分子，使淀粉糊化受到抑制。 ? 盐：高浓度的盐使淀粉糊化受到抑制；（马铃薯 淀粉） ? 脂类：抑制糊化。

? 酸度：在pH<4时，淀粉水解为糊精，粘度降低。在pH4-7时，几乎无影响。

在pH =10时，糊化速度迅速加快。

? 淀粉酶：使淀粉糊化加速。新米（淀粉酶酶活高）比陈米更易煮烂。

淀粉的老化 ：

老化：α-淀粉溶液经缓慢冷却或淀粉凝胶经长期放置，会变为不透明甚至产生沉淀的

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