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食品化學

Enter10/18/20231食品化學多媒體課件目錄第一章緒論第二章水分第三章碳水化合物第四章蛋白質(zhì)第五章脂質(zhì)第六章食品添加劑▲■▼10/18/20232食品化學多媒體課件第一章緒論1.1食品化學的概念與發(fā)展簡史

1.1.1食品化學的概念

1.1.2食品化學的發(fā)展簡史1.2食品化學研究的內(nèi)容和范疇1.3食品中主要的化學變化概述1.4食品化學的研究方法1.5食品化學在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的作

用▲■▼10/18/20233食品化學多媒體課件1.1.1食品化學的概念

一﹑與食品化學相關(guān)的幾個概念

營養(yǎng)素(nutrient)：指那些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40～45種人體必需的營養(yǎng)素，從化學性質(zhì)可分為6大類，分別為蛋白質(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。

食物(foodstuff，foodmaterial)：指含有營養(yǎng)素的物料。

食品(food)：經(jīng)過加工的食物稱之為食品。但通常也泛指一切食物為食品。

食品化學(foodchemistry)：食品化學是食品科學▲■▼10/18/20234食品化學多媒體課件

的一個重要組成部分（食品科學是一門主要包括微生物、化學、生物學和工程學等多學科的科學），它是一門研究食品的組成特征及其產(chǎn)生化學變化的科學。二﹑食品化學與化學、生物化學、生理學、植物學、動物學和分子生物學的密切聯(lián)系

聯(lián)系：⑴

首先，食品化學是依賴以上學科的知識為基礎(chǔ)，來研究和控制作為人類食品來源的生物物質(zhì)的。

⑵

另外，生物物質(zhì)所固有的特性和研究它們的方法是食品化學家和其它生物學家共同感興趣的。

區(qū)別：然而，食品化學家的某些特殊興趣是不同于生物學家的。

⑴

生物科學：在與生命相適應(yīng)或幾乎相適應(yīng)的條件下，生物物質(zhì)所進行的繁殖﹑生長和變化。⑵食品化學：關(guān)心的是死的或?qū)⒁赖纳镂铩雳?0/18/20235食品化學多媒體課件

質(zhì)（采摘后的果蔬或宰殺后的肌肉），主要關(guān)心它的采后生理（與貯存有密切關(guān)系）、動物宰殺后的肌肉等的生理變化以及在不同處理條件下食品營養(yǎng)成分的變化，甚至于生物物質(zhì)所固有的特性以及研究它的方法等。

例

果蔬的保鮮：適宜于維持殘有的生命過程的最適條件是食品化學家關(guān)心的問題。加工過程中：試圖長期保存食品時加工是不可少的，熱處理、冷凍、濃縮、脫水、輻照、化學防腐劑的添加，此時食品化學家則主要研究在不適宜生命生存的條件下或在以上這些加工和保存條件下食品中各種組分可能發(fā)生的物理、化學和生物化學的變化以及這些變化對食品質(zhì)量和食品安全的影響。

總之，食品化學家雖然和生物化學家有很多共同▲■▼10/18/20236食品化學多媒體課件

的研究內(nèi)容，然而食品化學有它自己研究和解決的特殊問題，而這些問題對于食品的加工和保存過程（或人類的生活）具有很重要的實際意義?！雳?0/18/20237食品化學多媒體課件1.1.2食品化學的發(fā)展簡史

一、食品化學的歷史

食品化學直到20世紀才成為一門獨立的學科。它歷史一直與農(nóng)業(yè)化學的歷史緊密聯(lián)系在一起。由于缺少詳盡的文獻記載，所以完整地介紹其歷史是有困難的，最主要的是始于18世紀末期一些著名化學家的重要發(fā)現(xiàn)。

二、食品化學大事記

⑴瑞典人CarlWilhelmscheeie分離和研究了乳酸的性質(zhì)（1780年），從檸檬汁（1784年）和醋栗(1785年)中分離出檸檬酸，從蘋果中分離出蘋果酸（1784年），▲■▼10/18/20238食品化學多媒體課件

并檢測了20種普通水果中的檸檬酸和酒石酸等等。

⑵法國化學家AntoineLaurentLavoisier(1743—1794)年首先測定了乙醇的元素成分。

⑶法國化學家(Nicolas)TheodoredeSaussure(1767—1845）用灰化的方法測定了植物中礦物質(zhì)的含量，并首先完成了乙醇的精確化學分析。⑷英國化學家Humpheydavy在1813年出版了第一本《農(nóng)業(yè)化學原理》。⑸法國化學家MichelFugeneChevreul（1786—1889

年）在動物脂肪成分上的研究導致了硬脂酸和油酸的發(fā)現(xiàn)和命名。⑹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。⑺JeanBaptisteDumas（1871年）提出僅由蛋白質(zhì)、▲■▼10/18/20239食品化學多媒體課件

碳水化合物和脂肪組成的膳食不足以維持人類生命。⑻JustusVonLiebig（1872年）將食品分類為含氮的（植物纖維蛋白、酪蛋白等）和不含氮的（脂肪、碳水化合物等），并于1847年出版了《食品化學的研究》，這是第一本有關(guān)食品化學方面的書，但此時仍未建立食品化學學科。到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)組成已成為化學家、生物學家和營養(yǎng)醫(yī)學家的研究所探明，食品化學學科建立的時機才成熟。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。

20世紀30-50年代,食品化學學科正式建立.(P3)相繼派生了相關(guān)的分支領(lǐng)域.

三、食品化學的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在食品化學的研究正向反應(yīng)機理、風味物的結(jié)▲■▼10/18/202310食品化學多媒體課件

構(gòu)和性質(zhì)研究、特殊營養(yǎng)成分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究、食品材料的改性研究、食品現(xiàn)代和快速分析方法的研究、高新分離技術(shù)的研究、未來食品包裝技術(shù)的化學研究、現(xiàn)代化貯藏保鮮技術(shù)和生理生化研究，新食源、新工藝和新添加劑的研究等方向發(fā)展。

我國食品化學的研究和教育較多集中在高等院校，都把它作為高等院校研究和教學的重點之一。食品化學已成為食品科學與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，并對我國食品工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響?！雳?0/18/202311食品化學多媒體課件1.2食品化學研究的內(nèi)容和范疇

一、食品化學研究的內(nèi)容

正如前面所述，食品化學是從化學角度和分子水平上研究食品的化學組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營養(yǎng)和安全性質(zhì)以及它們在生產(chǎn)、加工、貯存和運銷過程中的變化及其對食品品質(zhì)和食品安全性的影響的科學。食品化學的主要研究內(nèi)容：⑴研究食品中營養(yǎng)成分、呈色、香、味成分和有害成分的化學組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能；⑵闡明食品成分之間在生產(chǎn)、加工、貯存、運銷中的變化，即化學反應(yīng)歷程、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)▲■▼10/18/202312食品化學多媒體課件

及其對食品的品質(zhì)和衛(wèi)生安全性的影響；

⑶研究食品貯藏加工的新技術(shù)，開發(fā)新的產(chǎn)品和新的食品資源以及新的食品添加劑等。二、食品化學研究的范疇根據(jù)研究內(nèi)容的主要范圍，食品化學主要包括食品營養(yǎng)成分化學、食品色香味化學、食品工藝化學、食品物理化學和食品有害成分化學。根據(jù)研究的具體物質(zhì)分類，食品化學主要包括：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。另外，在生活飲用水處理、食品生產(chǎn)環(huán)境保護、活性成分的分離提取、農(nóng)產(chǎn)品資源的深加工和綜合利用、生物技術(shù)的應(yīng)用、綠色食品和▲■▼10/18/202313食品化學多媒體課件

有機食品以及保健食品的開發(fā)，食品加工、包裝、貯藏和運銷等領(lǐng)域中還包含著豐富的其他食品化學內(nèi)容。▲■▼10/18/202314食品化學多媒體課件1.3食品中主要的化學變化概述

一、在食品加工或貯藏中可能發(fā)生的變化分類

表1-1

二、改變食品品質(zhì)的一些化學反應(yīng)和生物化學反應(yīng)

表1-2

三、食品貯藏或加工中發(fā)生變化的因果關(guān)系

表1-3

四、決定食品在貯藏加工中穩(wěn)定性的重要因素

表1-4▲■▼10/18/202315食品化學多媒體課件食品加工或貯藏中可能發(fā)生的變化（直觀）分類

屬性變化質(zhì)地失去溶解性、失去持水力、質(zhì)地變堅韌、質(zhì)地軟化風味出現(xiàn)酸敗、出現(xiàn)焦味、出現(xiàn)異昧、出現(xiàn)美味和芳香顏色褐變(暗色)、漂白(退色)、出現(xiàn)異常顏色、出現(xiàn)誘人色彩營養(yǎng)價值蛋白質(zhì)、脂類、維生素和礦物質(zhì)的降解或損失及生物利用性改變安全性產(chǎn)生毒物，鈍化毒物．產(chǎn)生有調(diào)節(jié)生理機能作用的物質(zhì)10/18/202316食品化學多媒體課件改變食品品質(zhì)的一些化學反應(yīng)和生物化學反應(yīng)

反應(yīng)類型

例子非酶褐變

焙烤食品表皮成色

酶促褐變切開的水果迅速變褐

氧化脂肪產(chǎn)生異昧、維生素降解、色素退色、蛋白質(zhì)營養(yǎng)損失

水解脂類、蛋白質(zhì)、維生素、碳水化臺物。色素水解金屬反應(yīng)金屬與花青素作用改變顏色、葉綠素脫鎂、作為自動氧化催化劑

脂類異構(gòu)化順→反異構(gòu)化、非共軛脂→共軛脂

脂類環(huán)化產(chǎn)生單環(huán)脂肪酸脂類聚合油炸中油起泡沫蛋白質(zhì)變性卵清凝固、酶失活蛋白質(zhì)交聯(lián)在堿性條件下加工蛋白質(zhì)使營養(yǎng)價值降低

糖酵解宰后動物組織和采后植物組織的無氧呼吸

10/18/202317食品化學多媒體課件食品貯藏或加工中發(fā)生變化的因果關(guān)系初期變化二次變化影響脂類水解游離脂肪酸與蛋白質(zhì)反應(yīng)質(zhì)地、風味、營養(yǎng)價值

多糖水解糖與蛋白質(zhì)反應(yīng)質(zhì)地、風味、顏色、營養(yǎng)價值脂類氧化氧化產(chǎn)物與許多其它成分反應(yīng)質(zhì)地、風味、顏色、營養(yǎng)價值水果破碎細胞打破、酶釋放、氧氣進入

質(zhì)地、風味、顏色、營養(yǎng)價值綠色蔬菜加熱細胞壁和膜的完整性破壞、酸釋放、酶失活質(zhì)地、風味、顏色、營養(yǎng)價值肌肉組織加熱蛋白質(zhì)變性凝聚、酶失活

質(zhì)地、風味、顏色、營養(yǎng)價值脂類的順—反異構(gòu)化

在油炸中油的熱聚合

油炸過度時起泡沫，降低油脂的營養(yǎng)價值10/18/202318食品化學多媒體課件決定食品在貯藏加工中穩(wěn)定性的重要因素

產(chǎn)品自身的因素各組成成分（包括催化劑）的化學性質(zhì)、氧氣含量、pH值、水分活度（aw）、玻璃化溫度（Tg）、玻璃化溫度時的水含量（Wg）

環(huán)境因素

溫度（T）、處理時間（t）、大氣成分、經(jīng)受的化學和物理及生物處理、光照、污染、極端的物理環(huán)境

10/18/202319食品化學多媒體課件1.4食品化學的研究方法

一、食品主要質(zhì)量特性和可能發(fā)生的不良變化高質(zhì)量的食品具有代表它的重要特征的性質(zhì),在食品配制、加工和貯藏過程中的物理和化學變化與這些性質(zhì)有關(guān)；另外某些化學和生物學變化也對食品的質(zhì)量和衛(wèi)生下降有著重要的影響。因此，確定關(guān)鍵的化學和生物化學反應(yīng)是如何影響食品的質(zhì)量和安全，并將這種知識應(yīng)用于在食品配制、加工和貯藏過程中可能遇到的各種情況是食品化學的基本研究方法。食品的主要質(zhì)量特性包括:顏色、風味、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)價值以及安全性。

▲■▼10/18/202320食品化學多媒體課件

表1-5列出了食品的主要質(zhì)量特性和可能發(fā)生的不良變化。許多化學反應(yīng)和生物學反應(yīng)會導致食品變質(zhì)或損害食品的安全，這些反應(yīng)中較重要的是非酶促褐變、酶促褐變、脂類水解、、脂類氧化、蛋白質(zhì)變性、蛋白質(zhì)交聯(lián)、蛋白質(zhì)水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解和天然色素的降解。上述各類反應(yīng)的產(chǎn)物可能直接導致食品質(zhì)量下降，也可能進一步引起其他反應(yīng)損害食品質(zhì)量和安全。

例:

脂類經(jīng)水解產(chǎn)生的游離脂肪酸會形成不良風味，而游離脂肪酸比甘油三酸酯更易發(fā)生氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生酸敗味。此外，脂類氧化的中間產(chǎn)物會破壞一些重要的營養(yǎng)成分，如氨基酸和維生素的結(jié)構(gòu)。

▲■▼10/18/202321食品化學多媒體課件方法的四個方面1確定能代表安全、高質(zhì)量食品重要特性的相關(guān)性質(zhì)。2確定對食品質(zhì)量和衛(wèi)生（安全）下降有重要影響的那些化學和生物化學反應(yīng)。3綜合以上兩點以了解關(guān)鍵化學和生物化學反應(yīng)是如何影響質(zhì)量和安全的(機理)4將這些知識應(yīng)用于食品的配方設(shè)計、加工和儲藏及各種情況中。10/18/202322食品化學多媒體課件表1-5食品中可能發(fā)生的不良變化特征不良變化特征不良變化顏色變黑

質(zhì)構(gòu)

溶解性喪失退色

分散性喪失產(chǎn)生其他不正常顏色

持水能力消失硬化軟化風味產(chǎn)生惡臭

營養(yǎng)價值維生素損失或降解

產(chǎn)生酸敗味

礦物質(zhì)損失或降解

產(chǎn)生燒煮的或焦糖的風味

蛋白質(zhì)損失或降解

產(chǎn)生其他異味

脂類損失或降解

其他具有生理功能的物質(zhì)的損失或降解

10/18/202323食品化學多媒體課件

二、食品變質(zhì)的一系列基本變化

應(yīng)注意到某種質(zhì)量特性的改變可以是幾種不同基本變化的結(jié)果(表1-5).反過來,一種變化又能引起多種質(zhì)量特性的改變(表1-6)。具體研究路線有兩種：

⑴從左到右：首先研究某種特定的基本變化及其產(chǎn)生的結(jié)果，并能由此預(yù)測可能的宏觀變化?；A(chǔ)→現(xiàn)實

⑵從右到左：根據(jù)質(zhì)量變化→找出可能的原因。首先根據(jù)質(zhì)量變化的特性考慮所有可能涉及的基本變化，然后通過適當?shù)幕瘜W試驗將導致質(zhì)量變化的關(guān)鍵的基本變化確定下來，實現(xiàn)有效的控制?，F(xiàn)實→原因→關(guān)鍵因素分析及試驗的確定→解決▲■▼10/18/202324食品化學多媒體課件表1-6食品變質(zhì)的原因和結(jié)果一些基本變化結(jié)果質(zhì)量變化一些基本變化結(jié)果質(zhì)量變化脂類的水解游離脂肪酸與蛋白質(zhì)的反應(yīng)質(zhì)構(gòu)綠色蔬菜的加熱細胞壁和膜的完整性受損，釋放酸和酶質(zhì)構(gòu)風味風味營養(yǎng)價值色澤營養(yǎng)價值多糖的水解糖與蛋白質(zhì)的反應(yīng)質(zhì)構(gòu)肌肉組織的加熱蛋白質(zhì)變性和聚集、酶失活質(zhì)構(gòu)風味風味色澤色澤營養(yǎng)價值營養(yǎng)價值水果的破損細胞破裂、酶被釋放與氧接觸質(zhì)構(gòu)風味色澤營養(yǎng)價值10/18/202325食品化學多媒體課件圖1-7食品重要成分所能產(chǎn)生的反應(yīng)及相互作用L——脂類庫（三?；视?、脂肪酸和磷）C——碳水化合物庫（多糖、糖和有機酸）

P——蛋白質(zhì)庫（蛋白質(zhì)、肽、氨基酸和其他含氮化合物）10/18/202326食品化學多媒體課件

三、食品加工和保藏過程中主要成分之間的相互作用

在食品加工和保藏過程中主要成分之間的相互作用對于食品質(zhì)量有著重要的影響，請參見圖1-7。四、導致食品在加工和保藏過程中變質(zhì)的因素前面介紹了優(yōu)質(zhì)、安全食品的特性，導致食品變質(zhì)的重要化學反應(yīng)及它們兩者之間的關(guān)系，如何應(yīng)用這些知識解決食品加工過程中所遇到的實際問題?

食品在加工和保藏過程中重要的可變因素有溫度（T）、時間（t）、溫度變化的速度（dT/dt)、pH、產(chǎn)品成分、氣相組成和水分活度（aw)。

⑴溫度

溫度也許是這些因素中最重要的，這是因為它對食品加工和保藏過程中可能發(fā)生的所有類型物理、化學和生物化學都有廣泛的影響。溫度對單個反應(yīng)的影響可用Arrhenius關(guān)系式或k=Ae-△E/RT表示。當繪制▲■▼10/18/202327食品化學多媒體課件

logk-1/T圖時,符合Arrhenius關(guān)系式的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一條直線。在某個中間溫度范圍內(nèi),食品中的反應(yīng)一般符合

Arrhenius關(guān)系式,但是在溫度過高或過低時,會偏離這些關(guān)系。因此，只有在一定的經(jīng)過實驗測驗的溫度范圍內(nèi),才能將Arrhenius關(guān)系式應(yīng)用于食品體系。下列一些變化可以導致食品體系偏離Arrhenius關(guān)系式,其中的大多數(shù)是由溫度過高或過低引起的:

①酶失去活性；②存在的競爭反應(yīng)使反應(yīng)路線改變或受影響；③體系的物理狀態(tài)可能發(fā)生變化；④一個或幾個反應(yīng)可能短缺。

⑵時間必須將它和溫度隨時間變化的速度一起考慮。在食品貯藏期間常常需要考慮在某一質(zhì)量水平上食品能保存多久。因此，人們關(guān)注的是,在一個指定▲■▼10/18/202328食品化學多媒體課件

的貯藏期內(nèi)各個化學或微生物變化發(fā)生的時間，以及這些變化按何種方式結(jié)合起來決定了產(chǎn)品的具體貯藏壽命。時間因素對同時進行的反應(yīng)的相對重要性也有重要的影響。例如,脂類氧化和非酶促褐變都能引起某一種食品的變質(zhì),而褐變反應(yīng)的產(chǎn)物恰恰是抗氧化劑；如果褐變反應(yīng)在氧化反應(yīng)之前或同時發(fā)生,那么這兩個反應(yīng)的相互作用對于食品的質(zhì)量會產(chǎn)生重要的影響。

⑶pHpH也是一個可變因素,pH會影響許多化學反應(yīng)和酶催化反應(yīng)的速度。有時pH的微小變化能導致食品質(zhì)量的極度變化。例如，豆腐的凝結(jié)和果膠凝結(jié)的形成，肌肉的品質(zhì)（罐頭的pH是4.6）。

⑷產(chǎn)品的成分

①含糖量會影響脫水或油炸時的褐變程度。②PPO，PO活性會影響變色的程度。③牲畜屠宰時的狀態(tài)會影響到蛋白質(zhì)的分解。④糖酵解和▲■▼10/18/202329食品化學多媒體課件

ATP的降解的程度和速度會影響到肉的存放時間、持水性、堅韌性、風味和色澤等。⑤原料的摻合可能引起意外的相互作用。例如，酸化劑、螯合劑、氧化劑的加入，抑制了某些變化或加速某種變化→達到高品質(zhì)藕制品或面粉；或者除去不需要的反應(yīng)物來控制食品加工的成分（例如，從脫水蛋清蛋白中除去葡萄糖，防止變色）從原料藕中除去底物（稀鹽水浸漬）。

⑸氣相成分

主要是氧，氧分壓高低對貯藏影響非常明顯。在食品貯藏過程中少量氧氣的殘存引起的損害有時是很明顯的。例如，形成少量的脫氫抗壞血酸會導致在貯藏過程中的褐變。

⑹水分活度

水分活度aW也是一個控制食品反應(yīng)速度的重要可變因素。水分活度在酶反應(yīng)、脂類氧化、非酶褐變、蔗糖水解、葉綠素降解和許多其他反應(yīng)中▲■▼10/18/202330食品化學多媒體課件

是一個重要的因素。在水分活度低于或相當于中等水分食品的水分活度

aW

（0.75～0.85）時，多數(shù)反應(yīng)傾向于減慢速度，這主要是由于水相減少后溶劑的容量降低。但脂類的氧化以及相關(guān)的次級作用，如類胡蘿卜素脫色，不符合此規(guī)則；也就是說，在水分活度低限，這些反應(yīng)加速了速度。

總之，食品化學是食品科學中發(fā)展很快的一個領(lǐng)域。近年來，在食品加工和貯藏過程中引入了大量的高新技術(shù)，如微膠囊技術(shù)、膜分離技術(shù)、超臨界提取技術(shù)、新滅菌技術(shù)、復(fù)合包裝材料，微波技術(shù)、超微粉碎技術(shù)、可食用膜技術(shù)等。這些技術(shù)推動了食品化學的發(fā)展，也對食品化學的研究方法提出了更高的要求。

例如，在微膠囊技術(shù)中，壁材(Wallmaterials)中▲■▼10/18/202331食品化學多媒體課件

各個組分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，各組分之間的相互作用以及它們對微膠囊產(chǎn)品超微結(jié)構(gòu)的影響，都是食品化學研究的課題；這就需要應(yīng)用更先進的分析和測試手段，從宏觀、分子水平和超微結(jié)構(gòu)3個方面著手將這項高新技術(shù)正確地應(yīng)用于食品工業(yè)?！雳?0/18/202332食品化學多媒體課件1.5食品化學在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的作用

一、食品化學的基礎(chǔ)地位

食品科學的基礎(chǔ)是基礎(chǔ)科學知識或基礎(chǔ)知識，這些基礎(chǔ)科學知識是由各個學科的學者搜集和組織的。／純理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)共享、相互依賴＼應(yīng)用類學科基礎(chǔ)

二、食品科學可以分為幾個專門的方向

①食品化學：食品組分的化學和物理化學性質(zhì)；這些組分在食品加工和保藏中的變化；對它的化學分析。

②物理食品學：食品體系的流變特性和物理性質(zhì)?！雳?0/18/202333食品化學多媒體課件

③結(jié)構(gòu)食品學：食品體系的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)。

④環(huán)境食品學：微生物的侵入和食品體系的腐?。ㄊ称肺⑸飳W），食品保護，包括衛(wèi)生和包裝。

⑤食品加工學：通過物理、化學和微生物方法實現(xiàn)食品轉(zhuǎn)化、制作和保存的原理。工程學為主

三、結(jié)論

食品化學食品科學學科中涉及范圍最寬的一門次

級學科，它的內(nèi)容還包括食品毒理學、營養(yǎng)學以及營

養(yǎng)和毒物的生物檢測技術(shù)、味覺和嗅覺的原理，是食

品科技者不可缺少的條件之一?！雳?0/18/202334食品化學多媒體課件四、食品化學在食品工業(yè)技術(shù)發(fā)展中的作用舉例10/18/202335食品化學多媒體課件表1-8食品化學指導下現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展

方面過去發(fā)展食品配方依靠經(jīng)驗確定依據(jù)原料組成、性質(zhì)分析和理性設(shè)計工藝

依據(jù)傳統(tǒng)，經(jīng)驗和粗放小試

依據(jù)原料及同類產(chǎn)品組成、特性的分析，根據(jù)優(yōu)化理論設(shè)計開發(fā)食品

依據(jù)傳統(tǒng)和感覺盲目開發(fā)

依據(jù)科學研究資料，目的明確地開發(fā)，并大大增加了功能性食品的開發(fā)控制加工和貯藏變化依據(jù)經(jīng)驗，嘗試性簡單控制依據(jù)變化機理，科學地控制開發(fā)食品資源盲目甚至破壞性的開發(fā)科學地、綜合地開發(fā)現(xiàn)有和新資源深加工規(guī)模小、浪費大、效益低規(guī)模增大、范圍加寬、浪費少、效益高10/18/202336食品化學多媒體課件表1-9食品化學對各食品行業(yè)技術(shù)進步的影響

食品工業(yè)影響方面果蔬加工貯藏

化學去皮，護色，質(zhì)構(gòu)控制，維生素保留，脫澀脫苦，打蠟涂膜，化學保鮮，氣調(diào)儲藏，活性包裝，酶促榨汁，過濾和澄清及化學防腐等肉品加工儲藏

宰后處理，保汁和嫩化，護色和發(fā)色，提高肉糜乳化力、凝膠性和粘彈性，超市鮮肉包裝，煙熏劑的生產(chǎn)和應(yīng)用，人造肉的生產(chǎn)，內(nèi)臟的綜合利用（制藥）等飲料工業(yè)

速溶，克服上浮下沉，穩(wěn)定蛋白飲料，水質(zhì)處理，穩(wěn)定帶肉果汁，果汁護色，控制澄清度，提高風味，白酒降度，啤酒澄清，啤酒泡沫和苦味改善，防止啤酒餿味，果汁脫澀，大豆飲料脫腥等。乳品工業(yè)

穩(wěn)定酸乳和果汁乳，開發(fā)凝乳酶代用品及再制乳酪，乳清的利用，乳品的營養(yǎng)強化等10/18/202337食品化學多媒體課件續(xù)表1-9焙烤工業(yè)生產(chǎn)高效膨松劑，增加酥脆性，改善面包皮色和質(zhì)構(gòu)，防止產(chǎn)品老化和霉變等食用油脂工業(yè)

精煉，冬化，調(diào)溫，脂肪改性，DHA、EPA及MCT的開發(fā)利用，食用乳化劑生產(chǎn)，抗氧化劑，減少油炸食品吸油量等調(diào)味品工業(yè)生產(chǎn)肉味湯料、核苷酸鮮味劑、碘鹽和有機硒鹽等發(fā)酵食品工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品的后處理，后發(fā)酵期間的風味變化，菌體和殘渣的綜合利用等基礎(chǔ)食品工業(yè)

面粉改良，精谷制品營養(yǎng)強化，水解纖維素和半纖維素，生產(chǎn)高果糖漿，改性淀粉，氫化植物油，生產(chǎn)新型甜味料，生產(chǎn)新型低聚糖，改性油脂，分離植物蛋白質(zhì)，生產(chǎn)功能性肽，開發(fā)微生物多糖和單細胞蛋白質(zhì)，食品添加劑生產(chǎn)和應(yīng)用，野生、海洋和藥食兩用可食資源的開發(fā)利用等食品檢驗檢驗標準的制定，快速分析，生物傳感器的研制等10/18/202338食品化學多媒體課件其實生物工程在食品中應(yīng)用的成功與否緊緊依賴著食品化學：首先，必須通過食品化學的研究來指明原有生物原料的物性有哪些需要改造和改造的關(guān)鍵在哪里，指明何種食品添加劑和酶制劑是急需的以及它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)如何；其次，生物工程產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有時并不和食品中的應(yīng)用要求完全相同，需要進一步分離、純化、復(fù)配、化學改性和修飾，在這些工作中，食品化學具有最直接的指導意義；最后，生物工程可能生產(chǎn)出傳統(tǒng)食品中沒有用過的材料，需由食品化學研究其在食品中利用的可能性、安全性和有效性。

10/18/202339食品化學多媒體課件近20年來，食品科學與工程領(lǐng)域發(fā)展了許多高新技術(shù)，并正在逐步把它們推向食品工業(yè)的應(yīng)用。例如可解降食品包裝材料、生物技術(shù)、微波食品加工技術(shù)、輻照保鮮技術(shù)、超臨界萃取和分子蒸餾技術(shù)、膜分離技術(shù)、活性包裝技術(shù)、微膠囊技術(shù)等，這些新技術(shù)實際應(yīng)用的成功關(guān)鍵依然是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物性和變化的把握，因此它們的發(fā)展速度也緊緊依賴于食品化學在這一新領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展速度。（相互影響的）

10/18/202340食品化學多媒體課件思

考

題

什么是食品化學？它的研究內(nèi)容和范疇是什么？試述食品中主要的化學變化及對食品品質(zhì)和安全性的影響。導致食品在加工和保藏過程中變質(zhì)的主要因素？食品化學的研究方法有何特色？你認為食品化學有哪些“生長點”？食品科學包括的內(nèi)容有哪幾個方面?10/18/202341食品化學多媒體課件第二章水分2.1——2.32.4——2.72.8——2.9▲■▼10/18/202342食品化學多媒體課件2.1——2.3

2.1概述2.1.1水在食品中的作用2.1.2水和冰的物理特征2.2水和冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.2.1水分子的結(jié)構(gòu)2.2.2水分子的締合作用2.2.3冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.3食品中水的存在狀態(tài)2.3.1水與溶質(zhì)的相互作用2.3.2水的存在狀態(tài)▲■▼10/18/202343食品化學多媒體課件2.4——2.7

2.4水分活度2.4.1水分活度的定義與測定方法2.4.2水分活度與溫度的關(guān)系2.5吸濕等溫線2.5.1定義和區(qū)域2.5.2滯后現(xiàn)象2.6水分活度與食品的穩(wěn)定性2.6.1水分活度與微生物生命活動的關(guān)系2.6.2水分活度與食品化學變化的關(guān)系2.7冰在食品穩(wěn)定性中的作用▲■▼10/18/202344食品化學多媒體課件2.8——2.9

2.8含水食品的水分轉(zhuǎn)移2.8.1水分的位轉(zhuǎn)移2.8.2水分的相轉(zhuǎn)移2.9分子流動性對食品穩(wěn)定性的影響2.9.1幾個專門的術(shù)語概念2.9.2狀態(tài)圖2.9.3Mm與食品穩(wěn)定性關(guān)系研究中的

幾個重要認識▲■▼10/18/202345食品化學多媒體課件2.1概述2.1.1水在食品中的作用

一、水在食品中的作用

水(water)是食品的主要組成成分，食品中水的含量、分布和狀態(tài)對食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風味、新鮮程度產(chǎn)生極大的影響。食品中的水分是引起食品化學性及微生物性變質(zhì)的重要原因之一，因而直接關(guān)系到食品的貯藏特性。水還是食品生產(chǎn)中的重要原料之一，食品加工用水的水質(zhì)直接影響到食品的品質(zhì)和加工工藝。因此，全面了解食品中水的特性及其對食品品質(zhì)和保藏性的影響，則對食品加工具有重要意義。

二、某些代表性食品的典型水分含量（表2-1）▲■▼10/18/202346食品化學多媒體課件某些代表性食品的典型水分含量產(chǎn)品水分/%產(chǎn)品水分/%產(chǎn)品水分/%番茄95牛奶87果醬28萵苣95馬鈴薯78蜂蜜20卷心菜92香蕉75奶油16啤酒90雞70稻米、面粉12柑橘87肉65奶粉4蘋果汁87面包35酥油010/18/202347食品化學多媒體課件

2.1.2水和冰物理性質(zhì)

鑒于水和冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，大家在《普通化學》這門課程中已經(jīng)學過，因此這里不作詳細的介紹。具體內(nèi)容請參閱中國農(nóng)業(yè)大學出版社出版的、由闞建全主編的《食品化學》。

2.2水和冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.2.1水分子的結(jié)構(gòu)2.2.2水分子的締合作用2.2.3冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)▲■▼10/18/202348食品化學多媒體課件2.3食品中水的存在狀態(tài)

2.3.1水與溶質(zhì)的相互作用

一、水與離子和離子基團的相互作用

與離子或離于基團相互作用的水是食品中結(jié)合得最緊密的一部分水。由于水中添加可解離的溶質(zhì)，使純水靠氫鍵鍵合形成的四面體排列的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞。對于既不具有氫鍵受體又沒有給體的簡單無機離子，它們與水相互作用時僅僅是極性結(jié)合。

在稀鹽溶液中，離子對水結(jié)構(gòu)的影響是不同的。某些離子，例如K+、Rb+、Cs+、NH4+、Cl—、Br—、I—NO3—、BrO3—、IO3—和ClO4—等，能阻礙水形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這類鹽的溶液比純水的流動性更大。另一類是▲■▼10/18/202349食品化學多媒體課件

電場強度較強、離子半徑小的離子，或多價離子，它們有助于水形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此這類離子的水溶液比純水的流動性小，例如Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Mg2+、A13+、F—和OH—等屬于這一類。實際上，從水的正常結(jié)構(gòu)來看，所有的離子對水的結(jié)構(gòu)都起破壞作用，因為它們能阻止水在0℃下結(jié)冰。

二、水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團的相互作用

在生物材料和食品中，水可以與食品中蛋白質(zhì)，淀粉、果膠物質(zhì)、纖維素等成分通過氫鍵而結(jié)合。水與溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱。各種有機分子的不同極性基團與水形成氫鍵的牢固程度有所不同。蛋白質(zhì)多肽鏈中賴氨酸和精氨酸側(cè)鏈上的氨基，天冬氨酸和谷氨酸側(cè)鏈上的羧基，肽鏈兩端▲■▼10/18/202350食品化學多媒體課件

的羧基和氨基，以及果膠物質(zhì)中的未酯化的羧基，無論是在晶體還是在溶液時，都是呈電離或離子狀態(tài)的基團，這兩種基團與水形成的氫鍵，鍵能大，結(jié)合得牢固。蛋白質(zhì)中的酰胺基、淀粉、果膠質(zhì)、纖維索等分子中的羥基與水也能形成鍵，但鍵能小，不牢固。由氫鍵結(jié)合的水，它們的流動性極小。凡能夠產(chǎn)生氫鍵鍵合的溶質(zhì)可以強化純水的結(jié)構(gòu)，至少不會破壞純水的結(jié)構(gòu)。然而在某些情況下，溶質(zhì)氫鍵鍵合的部位和取向在幾何構(gòu)型上與正常水不同，因此，從這一角度理解其實這些溶質(zhì)通常對水的正常結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的破壞。像尿素這種小的氫鍵鍵合溶質(zhì)，由于幾何構(gòu)型原因，對水的正常結(jié)構(gòu)有明顯的破壞作用。同樣，大多數(shù)氫鍵鍵合溶質(zhì)都會阻礙水結(jié)冰。但是當體系中添加具有氫鍵鍵合能力的溶質(zhì)時，每摩爾溶液中的氫鍵總數(shù)不會明顯地改變。▲■▼10/18/202351食品化學多媒體課件

這可能是因為已斷裂的水—水氫鍵被水—溶質(zhì)氫鍵所代替，因此，這類溶質(zhì)對水的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。

氫鍵結(jié)合水和其鄰近的水雖數(shù)量有限，但其作用和性質(zhì)常常非常重要。例如：它們可形成“水橋”，維持大分子的特定構(gòu)象。P19

三、水與非極性物質(zhì)的相互作用向水中加入疏水性物質(zhì)，例如烴，稀有氣體及引入脂肪酸，氨基酸、蛋白質(zhì)的非極性基團，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基團附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強。由于在這些不相容的非極性實體鄰近的水形成了特殊的結(jié)構(gòu)，使得熵下降，此過程被稱為疏水水合(hydrophobichydration)。由于疏水水合在熱力學上是不利的，因此水傾向于盡可能地減少與▲■▼10/18/202352食品化學多媒體課件

存在的非極性實體的締合。

如果存在兩個分離的非極

性基團，那么不相容的水環(huán)境將促進它們之間的締合，從而減少水—非極性實體界面面積，此過程是疏水水合的部分逆轉(zhuǎn)，被稱為“疏水相互作用（hydrophobicinteraction）”。

▲■▼10/18/202353食品化學多媒體課件2.3.2水的存在狀態(tài)

一、自由水和結(jié)合水

根據(jù)食品中水分的存在狀態(tài)，可將食品中的水分為自由水和結(jié)合水。

二、結(jié)合水的定義和種類

結(jié)合水（或稱為束縛水、固定水），通常是指存在于溶質(zhì)或其他非水組分附近的、與溶質(zhì)分子之間通過化學鍵的力結(jié)合的那部分水。根據(jù)結(jié)合水被結(jié)合的牢固程度的不同，結(jié)合水也有幾種不同的形式：⑴化合水是結(jié)合得最牢固的、構(gòu)成非水物質(zhì)組成的那些水，例如，作為化學水合物中的水?！雳?0/18/202354食品化學多媒體課件

⑵鄰近水它是處在非水組分親水性最強的基團周圍的第一層位置，與離子或離子基團締合的水是結(jié)合最緊密的鄰近水。主要的結(jié)合力是水—離子和水—偶極締合作用，其次是一些具有呈電離或離子狀態(tài)的基團的中性分子與水形成的水—溶質(zhì)氫鍵力。如蛋白質(zhì)的水化膜.

⑶多層水是指位于以上所說的第一層的剩余位置的水和在鄰近水的外層形成的幾個水層，主要是靠水—水和水—溶質(zhì)間氫鍵而形成。盡管多層水不像鄰近水那樣牢固地結(jié)合，但仍然與非水組分結(jié)合得緊密，且性質(zhì)與純水的性質(zhì)也不相同。因此，這里所指的結(jié)合水包括化合水和鄰近水以及幾乎全部多層水。食品中大部分的結(jié)合水是和蛋白質(zhì)、碳水化合物等相結(jié)合的。

三、自由水的定義和分類▲■▼10/18/202355食品化學多媒體課件

自由水（體相水,自由水,游離水）就是指沒有被非水物質(zhì)化學結(jié)合的水。它又可分為三類：不移動水或滯化水、毛細管水和自由流動水。⑴滯化水是指被組織中的顯微和亞顯微結(jié)構(gòu)與膜所阻留住的水，由于這些水不能自自流動，所以稱為不移動水或滯化水。一塊重100g的肉，總含水量為70～75g，含蛋白質(zhì)20g，除去近10g結(jié)合水外，還有60～65g水，這部分水極大部分是滯化水。⑵毛細管水是指在生物組織的細胞間隙和制成食品的結(jié)構(gòu)組織中存在著的一種由毛細管力所系留的水，在生物組織中又稱為細胞間水，其物理和化學性質(zhì)與滯化水相同。⑶自由流動水指動物的血漿、淋巴和尿液、植物的導管和細胞內(nèi)液泡中的水，因為都可以自由流動，所以叫自由流動水.同時包括一些濕潤水.▲■▼10/18/202356食品化學多媒體課件

四、結(jié)合水和自由水的區(qū)分(別)

結(jié)合水和自由水之間的界限是很難定量地作截然的區(qū)分。只能根據(jù)物理、化學的性質(zhì)來作定性的區(qū)分（表2-2）：①結(jié)合水的量與食品中有機大分子的極性基團的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系。如每100g蛋白質(zhì)可結(jié)合水分平均高達50g，每100g淀粉的持水能力在30～40g之間。結(jié)合水對食品的風味起著重大作用，當結(jié)合水被強行與食品分離時，食品風味、質(zhì)量就會改變。②結(jié)合水的蒸汽壓比自由水低得多，所以在一定溫度（100℃）下結(jié)合水不能從食品中分離出來。多層水例外③結(jié)合水不易結(jié)冰（冰點約－40℃）。由于這種性質(zhì)，▲■▼10/18/202357食品化學多媒體課件

使得植物的種子和微生物的孢子（幾乎沒有自由水）得以在很低的溫度下保持其生命力；而多汁的組織（新鮮水果、蔬菜、肉等）在冰凍后細胞結(jié)構(gòu)往往被自由水的冰晶所破壞，解凍后組織不同程度地崩潰。④結(jié)合水不能作為溶質(zhì)的溶劑。⑤自由水能為微生物所利用，結(jié)合水則不能。

▲■▼10/18/202358食品化學多媒體課件食品中水的性質(zhì)結(jié)合水自由水一般描述存在于溶質(zhì)或其他非水組分附近的那部分水。包括化合水和鄰近水以及幾乎全部多層水位置上遠離非水組分，以水—水氫鍵存在冰點（與純水比較）冰點大為降低，甚至﹣40oC不結(jié)冰能結(jié)冰，冰點略微降低溶劑能力無大平均分子水平運動大大降低甚至無變化很小蒸發(fā)焓（與純水比較）增大基本無變化在高水分食品中占總水分含量/（%）﹤0.03～3約96%10/18/202359食品化學多媒體課件2.4水分活度(aw)

2.4.1水分活度的定義和測定方法

一、水分活度的定義

水分活度：是指食品中水的蒸汽壓和該溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值。水分活度可用式⑴表示。

aw=p/po=ERH/100=N=n1/(n1+n2)

⑴式中：

aw是水分活度；p是某種食品在密閉容器中達到平衡狀態(tài)時的水蒸氣分壓；po是相同溫度下的純水的蒸汽壓；ERH是樣品周圍的空氣平衡相對濕度；

N是溶劑摩爾分數(shù)；n1為溶劑摩爾數(shù)；n2為溶質(zhì)摩爾數(shù)。

n2可通過測定樣品的冰點，然后按式⑵計算求得。

n2=G·△Tt/1000Kt

⑵▲■▼10/18/202360食品化學多媒體課件

式中：G是樣品中溶劑的克數(shù)；△Tt是冰點降低（℃）；Kt是水的摩爾冰點降低常數(shù)（1.86）。由于物質(zhì)溶于水后該溶液的蒸汽壓總要低于純水的蒸汽壓，所以水分活度值便介于0～1之間。

二、水分活度的測定方法測量水分活度的方法有以下幾種：⑴冰點測定法先測定樣品的冰點降低和含水量(G)然后按式⑴和⑵計算水分活度aw，其誤差（包括冰點測定和aw的計算）很小（＜0.001aw/℃）。⑵

相對濕度傳感器測定方法將已知含水量的樣品置于恒溫密閉的小容器中，使其達到平衡，然后用電子或濕度測量儀測定樣品和環(huán)境空氣的平衡相對濕度，按式⑴即可得到aw。⑶

恒定相對濕度平衡室法置樣品于恒溫密閉的▲■▼10/18/202361食品化學多媒體課件

小容器中，用一定種類的飽和鹽溶液使容器內(nèi)樣品的環(huán)境空氣的相對濕度恒定，待平衡后測定樣品的含水量。通常情況下，溫度是恒定在25℃，擴散時間為20min，樣品量為1g，并且是在一種水分活度較高和另一種水分活度較低的飽和鹽溶液下分別測定樣品的吸收或散失水分的重量，然后按式⑶計算aw。

aw=（Ax+By）/（x+y）⑶式中：A為水分活度較低的飽和鹽溶液的標準水分活度；

B為水分活度較高的飽和鹽溶液的標準水分活度，x為使用B液時樣品重量的凈增值；y為使用A液時樣品重量的凈減值。▲■▼10/18/202362食品化學多媒體課件2.4.2水分活度與溫度的關(guān)系

一、克勞修斯—克拉伯龍方程

克勞修斯—克拉伯龍精確地表示了aw與絕對溫度T之間的關(guān)系。dlnaw/d(1/T)=-△H/R

式中：R是氣體常數(shù)，△H是樣品中水分的等量凈吸附熱。將上式進行整理得：

lnaw

=﹣k△H/R（1/T）

▲■▼10/18/202363食品化學多媒體課件

式中aw和R、T的意義與前式相同，△H則為純水的汽化潛熱（40537.2J/mol）。k的意義可有下式表示：

K=(樣品的絕對溫度-純水的蒸氣壓為P時的絕對溫度)/純水的蒸氣壓為P時的絕對溫度K:溫度系數(shù)（常數(shù)）

因此，根據(jù)上述方程，

lnaw與1/T作圖為直線。其意義是：一定樣品的水分活度的對數(shù)在不太寬的溫度范圍內(nèi)隨絕對溫度升高而正比例升高。P.25二、aw在冰點以上與冰點以下的區(qū)別⑴在冰點以上，aw是樣品組成與溫度的函數(shù)，并且前者是主要因素；在冰點以下，aw與樣品的組成無關(guān)，僅與溫度有關(guān)。因此，不能根據(jù)冰點以上水分活度值來正確預(yù)測體系中溶質(zhì)的種類和含量對冰點溫度以下體系發(fā)生變化的影響。冰點以下溫度對aw的影響遠大于冰點以上.▲■▼10/18/202364食品化學多媒體課件

⑵冰點以上和以下時，就食品而言的aw意義是不一樣的。例如：在aw為0.86的﹣15℃的產(chǎn)品中，微生物不再生長，而且化學反應(yīng)緩慢進行，但是，在同樣水分活度20℃的情況下，一些化學反應(yīng)將快速進行，一些微生物將以中等速度生長。冰點溫度時直線會出現(xiàn)明顯的折斷.▲■▼10/18/202365食品化學多媒體課件2.5吸濕等溫線2.5.1定義和區(qū)域

一、吸濕等溫線的定義

在恒定溫度下，食品的水分含量（用每單位干物質(zhì)質(zhì)量中水的質(zhì)量表示）與它的水分活度之間的關(guān)系圖稱為吸濕等溫線（Moisturesorptionisotherms，縮寫為

MSl）。在高含水量食品中（含水量超過干物質(zhì)），aw

接近于1.0；當含水量低于干物重時，aw值小于1.0

（圖2—12），當食品含水量較低，水分含量的輕微▲■▼10/18/202366食品化學多媒體課件

變動即可引起aw值的極大變動，將此線段放大得圖

2—13。各種物質(zhì)的吸濕等溫線如圖2—14所示。大多數(shù)食品的吸濕等溫線呈S形，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸濕等溫線為J形，見圖2—14中曲線1。

二、吸濕等溫線的區(qū)域

根據(jù)水分含量和水分活度的關(guān)系，吸濕等溫線可分為三個區(qū)段進行討論（表2—3）。

Ⅰ區(qū)：是水分子和食品成分中的羧基和氨基等基▲■▼10/18/202367食品化學多媒體課件

團通過水—離子或水—偶極相互作用而牢固結(jié)合的那部分水，所以aw也最低，一般在0～0.25

之間，相當于物料含水量0～0.07g/g

干物質(zhì)。這種水不能作為溶劑，而且在﹣40℃不結(jié)冰，對固體沒有顯著的增塑作用，它可以簡單地看作為固體的一部分.在區(qū)間Ⅰ的高水分末端（區(qū)間Ⅰ和區(qū)間Ⅱ的分界線）位置的這部分水相當于食品的“單分子層”水含量，這部分水可看成是在干物質(zhì)可接近的強極性基▲■▼10/18/202368食品化學多媒體課件

團周圍形成一個單分子層所需水的近似量，根據(jù)近似的估計，水與強極性基團間的摩爾數(shù)量比為1：1。

Ⅱ區(qū)：水分占據(jù)固形物表面第一層的剩余位置和親水基團（如酰胺基、羧基等）周圍的另外幾層位置，成多分子層結(jié)合水，主要是靠水—水和水—溶質(zhì)的氫鍵鍵合作用與鄰近的分子締合，同時還包括直徑<1μm

的毛細管中的水。

aw在0.25～0.8之間，相當于物料的含水量在0.07g/g至0.14～0.33g/g干物質(zhì)。當食品中的水分含量達到相當于區(qū)間Ⅱ和區(qū)間Ⅲ的邊界時，水將引起溶解過程，它還起了增塑劑的作用，并且促使固體骨架開始腫脹。溶解過程的開始將使反應(yīng)物質(zhì)流動，因此加速了大多數(shù)反應(yīng)的速度。面團形成

Ⅲ區(qū)：是毛細管凝聚的自由水。aw在0.8～0.99之間，物料含水量最低為0.14～0.33g/g干物質(zhì)，最高▲■▼10/18/202369食品化學多媒體課件

為20g/g干物質(zhì)。這部分水是食品中結(jié)合最不牢固和最容易流動的水，也有人稱之為體相水，在凝膠和細胞體系中，因為體相水以物理方式(表面張力)被截留，所以宏觀流動性受到阻礙，但它與稀鹽溶液中水的性質(zhì)相似。區(qū)間Ⅲ的水，其蒸發(fā)焓基本上與純水相同，這部分水既可以結(jié)冰也可作為溶劑，并且還有利于化學反應(yīng)的進行和微生物的生長。雖然等溫線可劃分為三個區(qū)間，但還不能準確地確定各區(qū)間的分界線，而且除化學吸附結(jié)合水外，等溫線每一個區(qū)間內(nèi)和區(qū)間與區(qū)間之間的水都能發(fā)生交換。另外，向干燥物質(zhì)中增加水雖然能夠稍微改變原來所含水的性質(zhì)，即基質(zhì)的溶脹和溶解過程，但是當?shù)葴鼐€的區(qū)間Ⅱ增加水時，區(qū)間Ⅰ水的性質(zhì)幾乎保持不變；同樣，在區(qū)間Ⅲ內(nèi)增加水，區(qū)間Ⅱ水的性質(zhì)也▲■▼10/18/202370食品化學多媒體課件

幾乎保持不變（圖2—13）。從而可以說明，食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對食品的穩(wěn)定性起著重要作用。即自由水.▲■▼10/18/202371食品化學多媒體課件吸濕等溫線上不同區(qū)水分特性區(qū)Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)aw0～0.20.2～0.85＞0.85含水量/%1～6.56.5～27.5＞27.5凍結(jié)能力不能凍結(jié)不能凍結(jié)正常溶劑能力無輕微～適度正常水分狀態(tài)單分子水層吸附化學吸附結(jié)合水多分子水層吸附物理吸附毛細管水或自由流動水微生物利用不可利用部分可利用可利用10/18/202372食品化學多媒體課件2.5.2滯后現(xiàn)象

一、等溫線滯后現(xiàn)象

如果向干燥樣品中添加水（回吸作用）的方法繪制吸濕等溫線和按解吸過程繪制的解吸等溫線并不完全重疊，這種不重疊性稱為滯后

現(xiàn)象（hysteresis），見圖

2—15。很多種食品的吸濕等溫線都表現(xiàn)出滯后現(xiàn)象，且滯后作用的大小、曲線的▲■▼10/18/202373食品化學多媒體課件

開頭和滯后回線（hysteresisloop）的起始點和終止點都不相同，它們?nèi)Q于食品的性質(zhì)和食品除去或添加水分時所發(fā)生的物理\化學變化，以及溫度、解吸速度和解吸時的脫水程度等多種因素。在一定aw時，食品的解吸過程一般比回吸過程時含水量更高。

二、引起食品解吸與回吸出現(xiàn)滯后現(xiàn)象的原因在實踐中，吸濕等溫線作為吸濕制品的觀察研究用，而解吸等溫線是用作調(diào)研干燥過程用的。引起食品解吸與回吸出現(xiàn)滯后現(xiàn)象的原因大致是：⑴解吸過程中一些水分與非水溶液成分作用而無法放出水分。⑵不規(guī)則形狀產(chǎn)生毛細管現(xiàn)象的部位，欲填滿或抽空水分需不同蒸氣壓（要抽出需p內(nèi)＞p外，解析）要填滿即吸著時則需（p外＞p內(nèi)）?！雳?0/18/202374食品化學多媒體課件

⑶解吸作用時，因組織改變，如蛋白質(zhì)變性等,當再吸水時無法緊密結(jié)合水分，自此可導致回吸相同水分含量時處于較高的水分活度。然而，對吸附滯后現(xiàn)象的確切解釋還有待于作進一步研究。由于滯后現(xiàn)象的存在，由解吸制得的食品必須保持更低的aw值才能與由回吸制得的食品保持相同的穩(wěn)定性。（水分相同）▲■▼10/18/202375食品化學多媒體課件2.6Aw與食品穩(wěn)定性

2.6.1水分活度與微生物生命活動的關(guān)系

一、微生物生長繁殖的水分活度范圍

水是一切生物體生命活動不可缺少的成分，微生物需要一定的水分才能進行一系列正常代謝。影響食品穩(wěn)定性的微生物主要是細菌、酵母和霉菌，這些微生物的生長繁殖都要求有最低限度的aw如果食品的aw

低于這一數(shù)值，微生物的生長繁殖就會受到抑制。P30

不同類群微生物生長繁殖的最低水分活度范圍是：

大多數(shù)細菌為0.99～0.94，大多數(shù)霉菌為0.94～0.80，大多數(shù)耐鹽細菌為0.75，耐干燥霉菌和耐高滲透壓酵母為0.65～0.60。在水分活度低于0.60時，絕大多數(shù)▲■▼10/18/202376食品化學多媒體課件

微生物就無法生長。P30二、水分活度與微生物生命活動的關(guān)系

當食品的水分活度降低到一定的限度以下時，就會抑制微生物繁殖（閥值）。高于此值的微生物生長、繁殖或產(chǎn)生毒素，使食品加工、保藏難以順利進行。當然，在發(fā)酵食品的加工中，就必須把水分活度提高到有利于有益微生物生長、繁殖、分泌代謝產(chǎn)物所需的水分活度值以上。微生物對水分的需要也會受到pH值、營養(yǎng)成分、氧氣等共存因素的影響。因此，在選定食品的水分活度時應(yīng)根據(jù)具體情況進行適當?shù)恼{(diào)整?！雳?0/18/202377食品化學多媒體課件2.6.2水分活度與食品化學變化的關(guān)系

一、水分活度對食品的影響P.31-32

⑴對淀粉老化的影響；⑵對脂肪氧化酸敗的影響；⑶對蛋白質(zhì)變性的影響；⑷對酶促褐變的影響；⑸對非酶褐變的影響；D⑹對水溶性色素、維生素分解的影響。

綜上所述，降低食品的aw，可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進行，減少食品營養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但aw過低，則會加速脂肪的氧化酸▲■▼10/18/202378食品化學多媒體課件

敗，還能引起非酶氧化。要使食品具有最高穩(wěn)定性，最好將aw保持在結(jié)合水范圍內(nèi)。這樣，既使化學變化難以發(fā)生，同時又不會使食品喪失吸水性和復(fù)原性。

二、降低水分活度可以提高食品的穩(wěn)定性的機理（微生物、化學變化兩方面）

低水分活度能抑制微生物生長、食品化學變化，穩(wěn)定食品質(zhì)量，是因為微生物生長、食品中發(fā)生的化學反應(yīng)和酶促反應(yīng)是引起食品品質(zhì)變化的重要原因之一，故降低水分活度可以提高食品的穩(wěn)定性，其機理是：⑴大多數(shù)化學反應(yīng)都必須在水溶液中才能進行，如果降低食品的水分活度，則食品中水的存在狀態(tài)發(fā)生了變化，結(jié)合水的比例增加了，自由水的比例減少了，▲■▼10/18/202379食品化學多媒體課件

而結(jié)合水是不能作為反應(yīng)物的溶劑的，所以降低水分活度，能使食品中許多可能發(fā)生的化學反應(yīng)、酶促反應(yīng)受到抑制。

⑵很多化學反應(yīng)是屬于離子反應(yīng)，該反應(yīng)發(fā)生的條件是反應(yīng)物首先必須進行離子化或水化作用，而發(fā)生離子化或水化作用的條件必須有足夠的自由水才能進行。

⑶很多化學反應(yīng)和生物化學反應(yīng)都必須有水分子參加才能進行（如水解反應(yīng)）。若降低水分活度，就減少了參加反應(yīng)的自由水的數(shù)量，反應(yīng)物(水)的濃度下降，化學反應(yīng)的速度也就變慢。

⑷許多以酶為催化劑的酶促反應(yīng)，水除了起著一種反應(yīng)物的作用外，還能作為底物向酶擴散的輸送介質(zhì)，

并且通過水化促使酶和底物活化。當aw值低于0.8時，大多數(shù)酶的活力就受到抑制；若aw值降到0.25～0.30的▲■▼10/18/202380食品化學多媒體課件

范圍，則食品中的淀粉酶、多酚氧化酶和過氧化物酶就會受到強烈的抑制甚至喪失其活力。但脂肪酶，水分活度在0.5～0.1時仍能保持其活性。

（5）當水分活度低于0.6時，絕大部分微生物就無法生長。

三、食品的單分子層水值的計算公式（BET直線）食品化學反應(yīng)的最大反應(yīng)速度一般發(fā)生在具有中等水分含量的食品中（aw為0.7～0.9），這是人們不期望的。而最小反應(yīng)速度一般首先出現(xiàn)在等溫線的區(qū)域Ⅰ與Ⅱ之間的邊界（aw為0.2～0.3）附近，當進一步降低aw時，除了氧化反應(yīng)外，其他反應(yīng)的反應(yīng)速度全都保持在最小值，這時的水分含量是單層水分含量。因此用食品的單分子層水的值可以準確地預(yù)測干燥產(chǎn)品最大穩(wěn)定性時的含水量，這具有很大的實用意義。利用吸著等溫線數(shù)據(jù)按布化奧爾（Brunauer）等3人提出的下述方程可以計算出食品的單分子層水值。（數(shù)學模型）▲■▼10/18/202381食品化學多媒體課件

aw

/[m(1﹣aw)]=1/m1c+[(c-1)/m1c]*aw

式中：aw是水分活度；m是水分含量（gH2O/g干物質(zhì)）；m1是單分子層值（gH2O/g干物質(zhì)）；C是常數(shù)。根據(jù)此方程，顯然以aw

/[m(1﹣aw)]對aw作圖應(yīng)得到一條直線，稱為BET直線。P.33為馬鈴薯淀粉的BET圖，從直線中可以求得m1值。m1值對于一些低水分粉狀料產(chǎn)品的干燥最終水分控制具有非常重要的意義。如奶粉產(chǎn)品。水分活度aw值除影響化學反應(yīng)和微生物生長外，還影響干燥和半干燥食品的質(zhì)地。例如，欲保持餅干、膨化玉米花和油炸馬鈴薯片的脆性，防止砂糖、奶粉和速溶咖啡結(jié)塊，以及硬糖果、蜜餞等粘結(jié)，均應(yīng)保持適當?shù)偷腶w值。

▲■▼10/18/202382食品化學多媒體課件2.7冰在食品穩(wěn)定性中的作用

一、低溫冷凍對食品的影響

冷凍法是保藏大多數(shù)食品最理想的方法，其作用主要在于低溫，而不是因為形成冰。具有細胞結(jié)構(gòu)的食品和食品凝膠中的水結(jié)冰時，將出現(xiàn)兩個非常不利的后果：

⑴水結(jié)冰后，食品中非水組分的濃度將比冷凍前大；⑵水結(jié)冰后其體積比結(jié)冰前增加9％。

水溶液、細胞懸浮液或生物組織在凍結(jié)過程中，溶液中的水可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒兌鹊谋?，因此，非水組分幾乎全部都濃集到未結(jié)冰的水中，其最終效果類似▲■▼10/18/202383食品化學多媒體課件

食品的普通脫水，食品凍結(jié)的濃縮程度主要受最終溫

度及降溫速度的影響，而食品中溶質(zhì)的低共熔溫度以及攪拌對其也有影響,但影響較小。

二、低溫冷凍對食品化學反應(yīng)的影響

冷凍對反應(yīng)速度有兩個相反的影響：

⑴降低溫度使反應(yīng)變得非常緩慢；

⑵冷凍所產(chǎn)生的濃縮效應(yīng)卻又導致反應(yīng)速度的增大。由于①某些反應(yīng)一般是在剛好低于樣品起始冰點幾度時反應(yīng)速度明顯加快，（P35圖2-18蛋白質(zhì)的不溶性）P34表2-9②正常冷凍貯藏溫度（﹣18℃）時的反應(yīng)速度要比0℃時低得多；總之，即使冷凍有時會使某些反應(yīng)速度加快（在冰點以下較高的溫度），但多數(shù)反應(yīng)在冷凍時是減速的，因此冷凍仍然說是一種有效的保藏方法?！雳?0/18/202384食品化學多媒體課件2.8含水食品的水分轉(zhuǎn)移

2.8.1水分的位轉(zhuǎn)移▲■▼

一、水分位轉(zhuǎn)移的定義

水分在同一食品的不同部位或在不同食品之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，導致了原來水分的分布狀況的改變，稱之為

水分的位轉(zhuǎn)移。

二、水分位轉(zhuǎn)移的機理

根據(jù)熱力學有關(guān)定律，食品中游離水的化學勢(μ)可以表示為：

μ=μ(T，P）+RTlnaw

由上式可以看出，如果食品的溫度（T）或水分活度（aw）10/18/202385食品化學多媒體課件

不同，則水的化學勢就不同，水分就要沿著化學勢降落的方向運動，從而造成食品中水分的轉(zhuǎn)移。理論上講，水分的轉(zhuǎn)移必須進行到食品中各部位水的化學勢完全相等才能停止。

由于溫差引起的水分轉(zhuǎn)移，使食品中水分從高溫區(qū)域沿著化學勢降落的方向運動，最后進入低溫區(qū)域，這個過程較為緩慢。由于水分活度不同引起的水分轉(zhuǎn)移，水分從aw高的地方自動地向aw低的地方轉(zhuǎn)移。如果把水分活度大的蛋糕與水分活度低的餅干放在同一環(huán)境中，則蛋糕里的水分就逐漸轉(zhuǎn)移到餅干里，最終使兩