食品化學(xué)FOODCHEMISTRY打開食品科學(xué)之門鑰匙.ppt

食品化學(xué) FOOD CHEMISTRY 打開食品科學(xué)之門的鑰匙,第一章 緒論 1.1 食品化學(xué)的概念及研究?jī)?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(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,1.1 食品化學(xué)的概念及研究?jī)?nèi)容 1.1.1 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(yíng)養(yǎng)價(jià)值、安全性質(zhì)及在加工、貯藏、運(yùn)銷中的變化、變化本質(zhì)及對(duì)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(jiǎn)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(rèn)識(shí)食品的一門科學(xué)。 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(chǔ)運(yùn)技術(shù)、科學(xué)調(diào)整膳食結(jié)構(gòu)、改進(jìn)食品包裝、加強(qiáng)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(jìn)食品科學(xué)全面深入發(fā)展。,1.1.2 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,二、食品化學(xué)的主要學(xué)科分支 1.按照研究范圍：食品營(yíng)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) 三、食品化學(xué)研究的層次及主要任務(wù) 1.認(rèn)識(shí)各類食品成分：營(yíng)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(duì)各類成份進(jìn)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(yùn)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；,四、食品化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn) 1.以化學(xué)為基礎(chǔ)，融生理學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)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(chǔ)藏技術(shù)，其認(rèn)識(shí)和說明問題最為深刻； 3.研究過程需要最先進(jìn)的科學(xué)理論和技術(shù)，研究起點(diǎn)高； 4.既有強(qiáng)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。,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(diǎn) 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(rèn)識(shí)或初步認(rèn)識(shí)，有些,尚未認(rèn)識(shí)（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(rèn)識(shí)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(rèn)識(shí)的，不存在神秘的物質(zhì)和神秘的力量；可認(rèn)識(shí)性包括：種類可認(rèn)識(shí)性；結(jié)構(gòu)可認(rèn)識(shí)性：性質(zhì)可認(rèn)識(shí)性；生物功能可認(rèn)識(shí)性；構(gòu)效關(guān)系可認(rèn)識(shí)性等。 3.個(gè)體屬性：任何食品成分（主要指單個(gè)化學(xué)物質(zhì)）僅是食品的一個(gè)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(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(gè)方面。從這種角度認(rèn)識(shí)食品物質(zhì)，是食品化學(xué)研究領(lǐng)域的新課題。,1.2.2 食品的物質(zhì)體系 （1）對(duì)食品物質(zhì)體系的簡(jiǎn)要認(rèn)識(shí),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(diǎn) a.既可由多個(gè)同類物質(zhì)分子組成，也可由多個(gè)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(gè)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(gè)分子形成； b.單個(gè)分子組成多分子體系具有分子識(shí)別的特點(diǎn)；分子識(shí)別是生物體系中分子定向組織的過程，這個(gè)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(gè)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(jià)鍵其結(jié)合力要弱得多； d.多分子體系的結(jié)構(gòu)形式遠(yuǎn)比單個(gè)分子復(fù)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(xué)功能與單個(gè)分子有較大的差別。多分子體系的形成，會(huì)影響人體的消化吸收過程；會(huì)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(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(jiǎn)述食品主體化學(xué)成分主要的食品學(xué)特性及主要的營(yíng)養(yǎng)功能。 水：溶劑；良好的流動(dòng)性、與食品成分的親合性及溶解性； 糖類：低糖或單糖：營(yíng)養(yǎng)成分；吸濕、保濕、增粘、增塑、結(jié)晶和易溶； 多糖：營(yíng)養(yǎng)成分；增稠、膠凝、乳化、成膜等；結(jié)構(gòu)等； 脂類 ：營(yíng)養(yǎng)成分；乳化（極性脂，如磷脂）；沸點(diǎn)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(yíng)養(yǎng)成分；親水/疏水、等電點(diǎn)、乳化、起泡、成膜、增稠等，營(yíng)養(yǎng)、催化、保護(hù)風(fēng)味等 礦物質(zhì)：營(yíng)養(yǎng)成分；具有調(diào)節(jié)水份活度、PH、離子平衡、離子強(qiáng)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(xué)變化概述 一、食品原料及食品在加工儲(chǔ)藏中的變化及影響因素,圖1.2 食品貯藏、加工中的化學(xué)變化類型和影響因素,對(duì)于以上過程，重點(diǎn)理解下面幾點(diǎn)： 食品原料采收及貯藏過程中會(huì)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(gè)主要途徑，往往引起營(yíng)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(yíng)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(huì)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(shí)，會(huì)阻止不利反應(yīng)的發(fā)生，延長(zhǎng)食品貯存期。 食品成分往往對(duì)光、電離輻射、金屬離子等比較敏感；如牛奶長(zhǎng)期光照會(huì)產(chǎn)生異味，腌制肉品或脫水蔬菜長(zhǎng)期日照會(huì)變色或褪色；高劑量電離輻射會(huì)引起脂類 、蛋白分解變質(zhì)等；金屬離子是食品成分自動(dòng)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(huì)影響內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)類型和數(shù)量；,二、食品主體成分在食品加工儲(chǔ)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,三、食品成分變化可能對(duì)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(duì)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(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(gè)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(gè)方面的奠基工作。首先，以Carl Wilhelm Scheeie(瑞典）、William Beaumout(美國(guó)）為代表的藥物學(xué)家、化學(xué)家、醫(yī)學(xué)家對(duì)食品成分進(jìn)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(cè)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(guó)）、Jons Jacob Berzelius(瑞典）等為代表得化學(xué)家建立了有機(jī)元素分析理論和方法，對(duì)2000多種天然化合物的元素組成進(jìn)行了測(cè)定；再其次，以Anotoine Lavoisier(法國(guó)）、Thomas Thomson (蘇格蘭）為代表的化學(xué)家首次采用分子式表示有機(jī)化合物，并用配平的化學(xué)方程式表示發(fā)酵過程。 發(fā)展階段：19世紀(jì)中后期，以Arthur Hill Hassall(英國(guó)）為代表的化學(xué)家建立了精確的微觀分析方法，推動(dòng)了對(duì)食品成分認(rèn)識(shí)的進(jìn)程；德國(guó)的W Hanneberg和F Stohman（1860年）發(fā)明了一種用來常規(guī)測(cè)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(cè)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?jiān)环Q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(guó)的W Hanneberg、Justin Smith Morrill等為代表的科學(xué)家在反對(duì)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。 成熟階段：20世紀(jì)初，食品工業(yè)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家和一些發(fā)展中國(guó)家的重要工業(yè)，大部分的食品物質(zhì)組成已為化學(xué)家、生物學(xué)家和營(yíng)養(yǎng)醫(yī)學(xué)家的研究所探明，為食品化學(xué)學(xué)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(xué)基礎(chǔ)，糧油化學(xué)、果蔬化學(xué)、乳品化學(xué)、糖業(yè)化學(xué)、肉禽蛋化學(xué)、水產(chǎn)化學(xué)、添加劑化學(xué)、風(fēng)味化學(xué)等分支學(xué)科的崛起，為系統(tǒng)的食品化學(xué)學(xué)科的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)，在20世紀(jì)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(biāo)志著食品化學(xué)學(xué)科的正式建立。 現(xiàn)代階段：近年來，食品化學(xué)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。現(xiàn)代食品化學(xué)的研究正向反應(yīng)機(jī)理、風(fēng)味物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、特殊營(yíng)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(chǔ)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(xué)已成為食品科學(xué)各專業(yè)的主要基礎(chǔ)課程之一，對(duì)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(xué)研究的基本方法和途徑,食品化學(xué)研究和一般化學(xué)研究的區(qū)別：食品化學(xué)研究是把食品的化學(xué)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開始，食品化學(xué)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(shí)際的食品體系和主要食品加工工藝條件作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。,由食品化學(xué)一般研究方法可以看出，食品化學(xué)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(xué)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(xué)工作者的研究范圍不斷擴(kuò)展。從目前情況看，食品化學(xué)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(dòng)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(guó)要用植物及其成分在食品中的應(yīng)用就是一個(gè)很重要的方面。 3.食品化學(xué)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(jìn)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(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 1.5.1 食品化學(xué)與食品科學(xué)研究和發(fā)展的關(guān)系,圖1.4 食品化學(xué)和食品科學(xué)諸研究領(lǐng)域的關(guān)系,食品化學(xué)對(duì)食品科學(xué)研究及發(fā)展的意義： 1.可以促使食品科學(xué)工作這從分子水平去認(rèn)識(shí)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(xiàng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的食品； 3.可以促使食品科學(xué)由定性逐漸走向定量，科學(xué)說明各種食品的物質(zhì)組成，制定更加合理先進(jìn)的食品標(biāo)準(zhǔn)； 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(jìn)的加工技術(shù)，促進(jìn)食品工業(yè)更新?lián)Q代； 5.可以促使食品科學(xué)不斷發(fā)展，促進(jìn)新的、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高、功能更加獨(dú)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(xué)在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的作用 表1.4 食品化學(xué)對(duì)食品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響,表1.5 食品化學(xué)研究成果在推動(dòng)食品工業(yè)發(fā)展中的作用,食品科學(xué)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(duì)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(xué)研究的領(lǐng)域已經(jīng)延伸到食品工業(yè)的各個(gè)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(xué)的理論指導(dǎo)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(xué)要求 一、時(shí)間安排：本學(xué)期19周，課表安排上課17周； 上課：至15周（考慮5.1長(zhǎng)假影響），共41課時(shí)； 實(shí)驗(yàn)：共18課時(shí)，安排于后半學(xué)期。 二、內(nèi)容安排： 主要討論食品化學(xué)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(xué)性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)價(jià)值及在食品加工、貯藏、運(yùn)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(xué)習(xí)難度，擬補(bǔ)充一些化學(xué)特別是有機(jī)化學(xué)知識(shí)。