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1、考研食品化学课件资料食品化学第一章 绪论、水和冰一、食品化学的性质和范畴概念：食品化学从化学角度和分子水平研究食品的组成、结构、理化性质、生理和生化性质、营养和功能性质以及它们在食品储藏、加工和运销中的变化。研究内容：碳水化合物、油脂、蛋白质、维生素、矿质元素、水、酶、风味、色素、保健成分、毒物等在食品贮藏加工及运销中的变化。二、食品化学的研究方法1 质量和安全属性 质地：变硬、软等 风味：期望的或不良的风味 颜色：期望的或不良的色泽 营养价值：S大营养素等 产生有毒物质安全性 使有毒物质失活 产生或消失保健成分等2 化学和生物化学反应反应类型例子酶促反应切开的水果、蘑菇非酶褐变烘烤食品氧化反

2、应脂类、维生素讲解注：水解等另8种（共11种）3 反应对食品质量和安全的影响主要引发事件次级事件被影响的属性水果擦伤细胞破裂、酶释放、O2进入质构、风味、色泽、营养多糖水解糖与蛋白质反应质构、风味、色泽、营养脂类氧化氧化产物与其它组分反应质构、风味、营养4 分析在食品贮藏加工中出现的情况 产物因素：组分、O2、pH、AW等 环境因素：T、t、大气成分、处理方法（加工工艺）等。三、食品化学发展史 1780-1850：瑞典人 Carl Wilhelmscheeie 分离和研究了乳酸的性质。从柠檬汁和醋栗中分离出苹果酸。精密分析研究的开端。 1743-1794：法国化学家 Antoine Laure

3、nt Lavoisier 首先测定了乙酸的元素成分。 1767-1845：法国化学家 Theodore de Saussure 用灰化的方法测定植物中矿物质的含量，首先精确地完成了乙醇的化学分析。 1813：英国化学家 Humphey Davy 出版了第一本农业化学原理。 1786-1889：法国化学家 Michel Fugene Chevreul 是有机物质分析的先驱，发现和命名硬脂酸和油酸 。1847： Justus Vonliebig 出版了第一本有关食品化学的书食品化学的研究。 19世纪中期：英国 Arthur Hill Hassall 和助手们绘制了一套比较详尽的显示纯净食品材料和掺

4、杂食品材料的微观形象的示意图 。1860：德国 W. Hanneberg 和 F. Stohman 发展了一种用来常规测定食品中主要成分的重要的方法。 1871：Jean Baptiste Dumas 提出仅由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成的膳食不足以维持人类的生命。 20世纪前半期已发现了大部分基本的食用物质，并对它们的性质作了鉴定，这些物质是维生素、矿物质、脂肪酸和一些氨基酸。直到20世纪才成为一门独立的学科。四、世界食品的发展趋势1、系列化的方便食品即食、罐头、冷冻2、儿童食品（有利于生长、发育、开发智力）强化食品/强化营养：VA、VD、Ca、Fe、Zn强化高营养价值天然食品：大豆粉、蛋黄

5、婴儿食品：断奶食品等3、健康食品/健康饮料（果蔬原汁 法：85果汁；美：67），绿色食品，保健食品（美：健康 日：功能）4、老年食品老年型社会：60岁以上人数占总人数10以上； 65岁以上人数占总人数 7以上。老年食品（1）预防老年性多发病：高血脂、冠心病、糖尿病等（2）防衰老：细胞裂开；细胞膜过氧化物氧化5、新类型食品新型大豆食品，菌藻类，卡片食品，集成块食品。参考资料刘邻渭主编食品化学，中国农业出版社王璋，许时婴等编食品化学，中国轻工业出版社【美】Owen R.Fennema著，王璋等译 食品化学，中国轻工业出版社【美】Norman N.Potter Joseph H.Hotchkiss著

6、，王璋等译 食品科学，中国轻工业出版社天津轻工业学院、无锡轻工业学院合编食品生物化学，轻工业出版社 黄梅丽、江小梅编食品化学，中国人民大学出版社五、水和冰各种食品都有其特定的水分含量，因此才能显示出它们各自的色、香、味、形特征。物理化学：水在食品中起着分散蛋白质和淀粉等的作用，使它们形成溶胶。食品化学：水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等方面都具有重要的影响。水分也是微生物繁殖的重要因素。在食品加工过程中，水起着膨润、浸透、呈味物质等方面的作用。因此，研究水的结构和物理化学特性，水分分布及其状态，对食品化学和食品保藏技术有重要意义。单分子水和液态水结构示意图：冰有11种结构，但

7、是在常压和温度0时，只有普通正六方晶系的冰晶体是稳定的，还有9种同质多晶(po1ymorphism)和一种非结晶或玻璃态的无定形结构。在冷冻食品中存在4种主要的冰晶体结构，即六方形、不规则树枝状、粗糙的球形和易消失的球晶，以及各种中间状态的冰晶体。大多数冷冻食品中的冰晶体是高度有序的六方形结构，在含有大量明胶的水溶液中，冰晶体主要是立方体和玻璃状冰晶。冰传导热能比非流动水（例如，在组织中的水）快得多。（导热率4倍）食品冻结的速度远比解冻的速度来得快。单分子水的结构：sp3杂化，104.5液态水的结构：氢键（理论上讲，每一个水分子可与相邻的4个水分子同时形成4个氢键 ），缔合水（H2O）n (约

8、90个左右水分子族) ，偶极作用，高的热容、熔点、沸点、表面张力、相变热、介电常数冰：六方晶体。晶轴a=bc；晶轴夹角=90，=120过冷状态，过冷温度潜热: 只使水的相态发生变化，没有温度升高的热量，包括熔化潜热和汽化潜热 。显热: 无相变时，使冰、水、水蒸汽等温度升高的热量 比热容 。六、食品中水的存在形式 构成水食 结合水品 邻近水中 多层水/半结合水水 体相水/自由水构成水+邻近水=结合水AW0.25，单分子层水（其含量称单层值） 在高H2O食品中约为总水量的0.5离子或离子基团(Na+，CI，COO，NH3+ 等)通过自身的电荷与水分子偶极子的静电相互作用及与蛋白质（氨基酸）中羧基及

9、糖类羟基等形成氢键。结合水无蒸发、冻结（-40）、转移、溶剂能力、不能被微生物利用。多层水 = 半结合水0.25 AW0.85，性质与纯水相近/通过网络微孔向外转移七、水分活度是指食品在密闭容器内测得的水蒸气压力（P）与同温度下测得的纯水蒸气压力(P0)之比. Aw= P/ P0 = ERH /100根据拉乌尔定律，在一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩尔分数，即 P= P0 n1/(n1 + n2 )n1-溶剂（水）的摩尔数， n2 -溶质的摩尔数；将以上两个公式归纳为： Aw = n1/(n1 + n2 )水分活度计算：在：1、稀溶液；2、非电解质溶液中，根据

10、拉乌尔定律。例如：25下，分别在1000克纯水中加入1 mol NaCl或1 mol的白糖时溶液的水分活度Aw 。白糖溶液： Aw =55.5 /55.5+1=0.98NaCl 溶液实验结果： Aw = 0.923水分活度及其降低原因水分活度测定：康维皿法（平衡相对湿度法）平衡相对湿度 (Equilibrium Relation Humidity , ERH) ：物料既不吸湿也不散湿时的大气相对湿度。 表一：一些稳定相对湿度的溶液（饱和）（25）/部分盐类ERH（）LiBr7LiCl、H2O11CH3COOH（无水）22(5为20)MgCl6H2O32K2CO343NaBr2H2O58NaNO

11、365NaCl75KCl85K2SO497水分活度简略（快速）测定：条件：25，20min，1克样品Aw= Aw1g2+ Aw2g1/g1 +g2 七、等温吸湿曲线（MSI）在一定温度下，食品的含水量与其水分活度（平衡相对湿度）之间的关系曲线。： Aw 0.25； ：0.25 Aw 0.80；： Aw 0.80横线：水分含量相等： Aw2 （高温）Aw1 （低温）纵线：水分活度相等：W1（低温） W2（高温）滞后现象： Aw相等，解吸水 回吸水主要原因：食品组织（毛细管）（解吸）毛细管变细P管内P管外水蒸气在管内自动凝集八、水分活度与食品稳定性关系例1:水对淀粉老化的影响30% WH2O 60

12、%：易老化WH2O 10%：不易老化方便面（粥），糊化，脱水10%例2:水对蛋白质构象稳定性和变性的影响水与外层极性键，氢键，水膜，亲水胶体促进内层非极性键，疏水相互作用水（氧）氧化破坏副键破坏结构WH2O 4%：缓慢变性WH2O 2%：变性例3：水对脂肪氧化酸败的影响Aw = 0.30.4：最慢Aw 0.3：水与过氧化物结合，防其分解与金属离子水合，防其催化Aw 0.4：氧在水中溶解度增加，脂肪膨胀，易氧化部位暴露。3 测定：以康维皿法（平衡相对湿度法）说明第二章 碳水化合物第一节 概述一、分类、结构分类：单糖：葡萄糖（动物血液）、果糖（水果）低聚糖 二糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖（210） 三糖

13、：绵子糖多糖 同聚多糖：淀粉、糖元、纤维素、果胶 杂聚多糖：半纤维素、粘多糖结构：多羟基醛、酮及其缩聚物和某些衍生物 -OH果葡糖浆（增甜）二、糖的重要衍生物1 单糖衍生物 氨基G、N乙酰氨基G、G醛酸 半乳糖硫酸酯（唾液酸）、糖脂、神经节苷脂2 糖蛋白和蛋白多糖（酶、抗体、激素） （1）糖蛋白：岩藻糖、阿拉伯糖、DNA、RNA（2）蛋白多糖：透明质酸（粘合、润滑多用）、硫酸软骨素（软骨、肋骨、皮肤）、肝素（抗凝血素）三、碳水化合物（糖）的生理功能1、供给能量/4K cal/g，脂肪：9K cal/g；2、节约蛋白质、脂肪（防酮症酮酸中毒）；3、构成机体组织；4、保肝解毒（G醛酸+毒物结合物体

14、外）；5、传递信息 糖蛋白作为细胞识别标记； 器官移植时看糖基能否理解； 抗原作用。决定血性的红细胞上糖蛋白的糖链由14个单糖组成，末端的糖基为：N乙酰基半乳糖N乙酰氨基G（AB型，A型）半乳糖半乳糖N乙酰氨基G（B型）O型：无此末端糖基（即仅由13个单糖组成）6、在人体细胞间有粘膜作用；7、润滑作用第二节 食品中单糖和低聚糖的功能一、亲水性 溶解性： 果 糖 蔗 糖 葡萄糖 (另：T，S) （80）（6770） （4761） 应用：溶解度大者用于提高食品渗透压而防腐 吸湿性： 果 糖 蔗 糖、麦芽糖 葡萄糖 乳糖 (73%) (18.4%) (14.5%) (1.4%)应用：吸湿性高的玉米糖

15、浆，转化糖等用于蜜饯及烘烤时食用（防水分蒸发）；相反，吸湿性低的乳糖、麦芽糖等用于糖霜粉（防粘结）。如RH60%，9d：则D-果糖吸湿性为63%。另：（1）结晶很好的糖完全不吸湿（因其氢键各位点形成了糖-糖氢键）；（2）杂糖或糖浆吸水快而多（杂糖干扰糖分子定向，使-OH更有效同H2O结合）。应用：吸湿性高的果葡（玉米）糖浆，转化糖等用于蜜饯、焙烤食品及软糖等（防水分蒸发）；相反，吸湿性低的乳糖、蔗糖、麦芽糖等用于糖霜粉（防粘结）及硬糖。二、 风味结合功能 糖-水 + 风味剂 糖-风味剂 + 水 醛、酮、酯等）阿拉伯树胶（成膜），环糊精（截留） 双糖、低聚糖单糖应用：用于喷雾干燥、冷冻干燥等。三

16、、褐变产物与食品风味1、美拉德反应/羰氨反应风味： 甘a： 焦糖香味葡萄糖 缬a：黑麦面包香味 缬a：巧克力香味（180）氨基酸 谷氨酰胺：巧克力香味 甲硫氨酸：马铃薯香味条件：1：1重量比，100 颜色：黄褐色（类黑精）（吸收峰：黄/420nm，褐 / 490nm ）还原性（力），（羰基/ 烯醇化）中间过程：主：-消去。烯醇化，脱水，重排，羰基加成（成环）等5-羟甲基糠醛（HMF）另外：直接脱水反应；异构化（端基，醛糖酮糖）；C-C键断裂小结（1）在中性或碱性食品中易发生；（ pH易发生； pH：NH2 NH3+ 葡基胺）（2）在中等水分活度食品中易发生（ 10%15%）；（3）铜、铁等金属

17、促进其反应；（推测：后期：氧化-还原反应色素；Fe3+ Fe2+， Ca2+可减轻）（4）有利于食品的色、香、味；（5）伴随着营养价值降低（如赖a损失等，另有精a 、组a）；（6）SO2抑制该反应（抑制HMF等进一步缩合成类黑精；+H+,H2SO3SO2）（7）Q10=352、焦糖化反应糖和糖浆直接加热，在温度超过100时，随着糖的分解形成褐色，引起焦糖化反应。少量的酸、碱、磷酸和某些盐催化下，这种反应会加速进行。 大多数热解引起脱水后产生脱水糖，用来制造焦糖色素和风味物。 麦芽酚、乙基麦芽酚：（1）有焦糖化风味；（2）增强其它风味；（3）甜味增强剂（使蔗糖阈值降低一半；乙基麦芽酚 6 麦芽酚

18、）。三、结晶作用（Crystallization) 乳糖：93.5 ，过饱和溶液中-水合型乳糖结晶。结果：水中溶解度小，质地坚硬，口中产生砂质感。（乳制品：甜炼乳，冰淇淋） 93.5 无水-乳糖（溶于水）蔗糖、葡萄糖易结晶；果糖难结晶。另外：（）糖溶液越纯越易结晶； （）非还原性低聚糖比还原性低聚糖易结晶； （）混合糖（如转化糖、软糖）比单一糖难结晶；（4）硬糖：蔗糖（主）。如单独使用，易碎裂；加少量（ 1015）转化糖即可。四、其它功能性质1、冰点下降程度：与浓度呈正相关，与分子量呈负相关应用：雪糕等：用淀粉糖浆代替部分蔗糖，冰点下降少节约电能；更可口（使冰粒细腻、粘稠度高、甜味温和）2、抗

19、氧化原理：溶氧少（ 20， S 60% 1/6 H2O）另外，粘度：浓度，粘度稳定性增塑作用（持水性）：凝胶，焙烤食品四、重要的单糖及低聚糖1、乳糖还原糖，-D-吡喃半乳糖（14）D-吡喃葡萄糖存在：游离态存在于哺乳动物乳汁中。牛乳：4.5% 5.5%； 人乳：5.5% 8.0% ；连翘属植物花粉管内.乳酸菌使乳糖发酵变乳酸，乳糖存在可促进婴儿肠道双歧杆菌的生长。小肠内-半乳糖酶作用。 不易吸潮，不易被酶水解。 2、棉籽糖存在：棉籽、糖用甜菜（0.21.0）、桉树干性分泌物。半乳糖（16）葡萄糖（12）果糖 蜜二糖 蔗糖 -D-吡喃半乳糖（16）D-吡喃葡萄糖3、环状糊精(cyclodextr

20、in)又叫沙丁格糊精(schardinger-dextrin)，是由D-葡萄糖残基以-1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖，聚合度有6、7、8三种，分别称为-，-，-环状糊精。环状糊精是软化芽孢杆菌(Bacitlus macerans)作用于淀粉所形成的产物，为白色粉末状结晶，熔点300350。20世纪70年代中期已开始出品生产，并得到广泛应用。-状糊精是食品工业中应用较多的一种。从整体上看环状糊精是亲水的，但是，由于环的内侧被C-H所覆盖，与外侧羟基相比有较强的疏水。当溶液中同存在亲水和疏水物质时，疏水物质则被环内疏水基团吸附而形成包含化合物。环状糊精的结构：圆筒上部的广口排列着12个C2，C3

21、羟基，底部狭窄处有6个C6羟基。与胶体相比，在结构上环状糊精对物质的吸附能力明显要高得多，并且还能作为复杂酶的基质被应用。由于环状糊精结构上的特性，在食品加工和保藏上：（1）可用作保香、保色、减少维生损失；（2）对油脂起乳化作用，对易氧化和易光解的物质起保护作用，如萜烯类香料和天然色素易挥发和光解，若添加环状糊精进行包接，则可起到保护作用；（3）环状糊精还可去苦味和异味，如对柑桔罐头中橙皮苷的抑制等等。第三节 食品中多糖的功能一 、多糖的结构与功能1、水溶性及溶胀性多糖糖基形成氢键：3个-OH ，2个O应该：完全溶剂化，溶于水实际：相反直链淀粉：能溶于水（分子两侧与水产生氢键）支链淀粉：不溶于

22、冷水，在6080热水中溶胀纤维素：不溶结晶区（多）无定形区：链之间紧密结合，减少同水接触机会；纤-纤氢键结合后使纤-水氢键无法形成。2、凝胶性 线型结构 过渡结构 三维立体结构（加热淀粉液） （冷却后凝胶）直链淀粉：易凝胶支链淀粉：形成黏稠液形成凝胶：（1）协同作用：如添加增稠剂角豆胶、鹿角藻胶等； （2）化学法连接多糖分子，如磷酰氯等可在两种多糖间形成醚链。3、水解酸、碱、酶糖苷水解（酸）影响规律：TV1-D糖苷键比-D糖苷键对水解更敏感；2不同位点糖苷键的水解难易顺序为（16）（14）（13）（12）；3吡喃环式糖比呋喃环式糖更难水解；多糖的结晶区比无定形区更难水解。另：果胶不耐碱水解，在

23、弱酸下稳定。二、重要多糖及其衍生物1、淀粉（1）糊化、老化糊化：淀粉粒在受热条件下吸水膨胀转变为胶体状态的变化。老化：糊化淀粉的重新结晶所引发的不溶解效应。淀粉：温度 分子振动 分之间键断裂 氧、羟基氢 （H2O） 氢键 水渗入淀粉粒 （搅动） 单链分子（结晶区无序状 （糊状）（-化淀粉）（糊化温度）老化：糊化逆过程（重新结晶）（-化淀粉）老化结果：变硬、不易消化（粉丝、粉皮为特例）影响糊化条件：内因：内部结构，结晶区（规则、紧密）难糊化。外因：H2O30%.盐、糖多时需更高（AW）；C糖，V糊化（控水、增塑）；另有温度、盐、pH（低时水解）、酶（淀粉酶）影响等。影响老化条件：内因：直、支比例

24、（直易老化，支不易。直：易链间干扰和相互结合）； 聚合度：中等聚合度易老化。另有温度（ 易）、pH（中等易）等。另外：a膨化食品、滚筒干燥淀粉食品无老化现象（因其无结晶区）；b油脂和乳化剂可阻止淀粉糊化及阻止已糊化的淀粉老化（直 螺旋内部疏水腔可被油脂包合）。（2）改性淀粉 磷酸化淀粉： 50 60 ,1h O淀粉-OH+NaH2PO4 淀粉-O-P-ONa+H2O pH=5 5.6 OH(Na)性质特点： 糊化温度低（取代度0.07时，在冷水中可溶胀）； 糊状物粘度和透明度增大，老化现象减弱； 具有极好的冷冻-解冻稳定性。应用： 用于速溶甜食粉和糖霜（在冷水中易分散）； 作冷冻肉汁、奶油馅饼

25、增稠剂。另有预糊化、酸改性、醚化、磷酸化、羟烷基化及交联化淀粉等等。2、纤维素（改性）纤维素（稀酸长时）微晶纤维素（仅有结晶区）应用：食品填充剂、稳定剂羧甲基纤维素钠（CMC-Na）3、果胶物质（1）结构与分类基本结构： - 1，4-D-吡喃半乳糖醛酸聚合物。-COOH -CH3、Na+、K+ 、NH4+酯化度（DE）=酯化的半乳糖醛酸基/总的半乳糖醛酸基100原果胶（原果胶酶/果胶甲酯酶） 果胶（果胶甲酯酶）果胶酸（ DE=0 ） 原果胶：未成熟果蔬（细胞壁），高度甲酯化，不溶于水硬挺质构 果胶（果胶酯酸）：成熟果蔬（细胞液），胶体或水溶性【低甲（氧）基果胶(LMP) /DE 50 /甲（氧

26、）基 7%】。果胶酸：在细胞汁中与Ca2+、Mg2+、K+、Na+等矿物质形成不溶于水或稍溶于水的果胶酸盐。软疡质构（2）凝胶的形成 pH2.03.5（低pH阻止羧基离解，减少静电相斥）；pH3.1，凝胶作用最好，硬度最大；pH3.4，凝胶作用稍差，较柔软。 蔗糖浓度：50，6065最好（使果胶分子失水而形成分子间氢键而凝胶）； 果胶含量：0.31.0； 聚合度：正相关。（每68个半乳糖醛酸单位形成一个凝胶结晶中心）； 酯化度：果胶凝胶的强度随酯化程度增大而增高，因为凝胶网络结构形成时的结晶中心位于酯基团之间（见表）。表 果胶酯化度对形成凝胶的影响酯化度(DE)形成凝胶条件凝胶形成快慢pH糖（

27、）二价离子702.8-3.465无快a50-702.8-3.465无慢502.5-6.5无bCa2c快da：因疏水作用使凝胶形成快，原因又有二：其一，果胶在提取（酸提取）中被水解少；其二，其疏水性比低甲酯果胶高；b：如加入1020蔗糖，可改善凝胶弹性（否则易脆裂）；c：加钙盐称为“浸钙”，使果胶分子交联；d：因亲水作用而使凝胶快速形成。4、壳多糖壳多糖+CaCO3甲壳类动物外壳壳多糖基本结构：壳二糖：2-乙酰胺-2-脱氧葡萄糖-1,4-糖苷键壳多糖+H2O 壳聚糖+乙酰氨1壳多糖作工业用粘结剂、上光剂、填充剂、乳化剂；2微晶壳多糖（壳多糖局部水解后研成末）作冷冻食品增稠剂和稳定剂；3N-乙酰氨

28、基葡萄糖（壳多糖水解产物）是保健添加剂，可： a.促进肠道双歧乳酸杆菌生长； b.促进抗菌素（如四环素）吸收；4壳聚糖作食品保鲜剂。微胶囊技术简介：概念：用特殊手段把固、液、气体物质包埋在封闭体系中。被包埋者称心（芯）材，包埋者，即壳称为囊材（衣）。特性：（1） 改变物态（液、气 固，即粉末化）；（2） 保护敏感成分（易氧化，分解等）；（3） 降低挥发性，除去异味；（4） 可隔离某些活性成分。注意问题：心材的可润湿性（能润湿的固态心材比液态的要好）；心材的溶解性；囊材的渗透性、弹性、可溶性。稻米制品：胚芽米（留胚米），蒸谷米，强化米，增香米，脱水米饭（-化米），罐头米饭。其它多糖（一） 阿拉伯树胶阿拉伯树胶是金合欢属植物阿拉伯树(Acacia senegal)树皮的渗出液，由D-半乳糖、D-葡萄糖醛酸、L-鼠李糖和L-阿拉伯糖组成的多糖大分子，树胶主链由-D-吡喃半乳糖残基以13键连接构成，部分残基的C6位置连有侧链，阿拉伯树胶以中性或弱酸性盐形式存在，组成盐类的阳离子是Ca2+，Mg2+和K+，树胶易溶于水，浓度可达到50。阿拉伯树胶溶液只有在高浓度时粘度才开始急剧增大，这与其它许多多糖的性质不相同。