食品化学教案精选版.docx
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食品化学教案精选版
Companynumber【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
食品化学教案
第一章绪论
1主要内容
食品化学的概念及研究内容
食品的物质属性及物质系统
食品成分的理化性质及化学变化综述主要内容
食品化学的发展历史及主要研究方法
食品化学在食品科学中的地位及在食品工业技术发展中的作用
3本课程主要内容及教学要求
2重点及难点
重点
2.1.1食品化学的概念及研究内容
2.1.2食品的物质属性及物质系统
2.1.3食品成分的理化性质及化学变化综述
难点
2.2.1食品的物质属性及物质系统
2..食品成分的理化性质及化学变化综述
1食品化学的概念及研究内容
食品化学的概念
食品化学：
应用化学的原理和方法，研究食品及其原料的组成、结构、理化性质、生理功能、体内生化过程、营养价值、安全性质及在加工、贮藏、运销中的变化、变化本质及对食品品质和安全性影响的一门新兴、综合、交叉性学科。
简言之，食品化学即是研究食品的组成、结构、功能及其变化规律，从分子水平认识食品的一门科学。
目的和意义：
为改善食品品质、开发食品新资源、革新食品加工工艺和储运技术、科学调整膳食结构、改进食品包装、加强食品质量控制、提高食品原料加工和综合利用水平奠定理论基础，为食品科学发展提供理论和思维工具的一门综合性学科，促进食品科学全面深入发展。
食品化学研究的基本内容
1.2.1食品化学的主要学科分支
1）.按照研究范围：
食品营养成分化学、食品色香味化学、食品工艺化学、食品物理化学、食品有害成分化学
2）.按照食品物质类型：
食品碳水化合物化学、食品油脂化学、食品蛋白质化学、食品酶学、食品添加剂化学、维生素化学、食品矿物质元素化学、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
1.2.2食品化学研究的层次及主要任务
1）.认识各类食品成分：
营养成分（水、糖、脂、氨基酸蛋白质多肽及酶、维生素、矿物质等），微量及添加成分（调味品、香味、色素、加工辅料等），保健成分（多糖、食用纤维、蛋白质、黄酮类等）及以上各类成分在食品加工、贮藏过程中的次生物质；
2）.对各类成份进行提取、分离，表征、各类成分的化学结构和理化性质；
3）.研究各类食品成分在食品加工过程、贮藏、运销过程中的化学变化及变化规律；
4）.研究食品成分的工艺学特性；
1.2.3食品化学的学科特点
1）.以化学为基础，融生理学、动物学、植物学、营养学、生物化学、细胞学、医药学、毒理学、微生物学、食品加工工艺学、食品贮藏学等诸多学科为一体；是一门交叉性、综合性学科；
2）.从分子水平研究食品物质、食品物质的化学变化及加工特性、食品加工、储藏技术，其认识和说明问题最为深刻；
3）.研究过程需要最先进的科学理论和技术，研究起点高；
4）.既有强烈的理论和基础研究色彩，也有浓厚的应用和开发背景；
5）.是食品科学的一门基础性、支柱学科。
2食品的物质属性及物质系统
食品中的物质特点
1）.多样性：
食品是天然产物加工后的形式，任何一种天然产物所包含的化学物质，数量都是非常巨大的，有些已经认识或初步认识，有些
尚未认识（如食品中的风味物质、功能物质等）；即使同一类型的物质，也有多种多样的分子或不同的存在形式（如糖、蛋白质等）。
2）.可认识性：
从化学角度讲，不管一种系统有多复杂，其各种组成成分都是可认识的，不存在神秘的物质和神秘的力量；可认识性包括：
种类可认识性；结构可认识性：
性质可认识性；生物功能可认识性；构效关系可认识性等。
3）.个体属性：
任何食品成分（主要指单个化学物质）仅是食品的一个组成部分（很小），尽管它们有其自身结构、理化性质、生物功能，但其不能代表食品。
4）.相互作用性：
食品中的各类化学物质共处同一体系中，肯定存在着复杂的相互作用，这种相互作用决定食品物质的存在形式，食品的质构、品质、加工特性、安全性等多个方面。
从这种角度认识食品物质，是食品化学研究领域的新课题。
食品的物质体系
a.既可由多个同类物质分子组成，也可由多个不同类型物质分子组成；如有色物质、酶体系等均由多个同类型物质分子形成；而糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等均由不同类型的多个分子形成；
b.单个分子组成多分子体系具有分子识别的特点；分子识别是生物体系中分子定向组织的过程，这个过程涉及分子种类、数目是固定的，组织形式、结合方向也是固定的；
c.单个分子组成多分子体系主要通过弱键相互连接；弱键主要包括氢键、静电吸引力、范德华力、分子间堆积力等；相比共价键其结合力要弱得多；
d.多分子体系的结构形式远比单个分子复杂；多分子体系的结构是多层次的，其主要内容是空间的、立体的，特别是构象，是生物分子相互结合的基础及结果，是生物活性的主要基础。
生物分子或分子体系的构象是固定的，有特种形式的；
e.多分子体系的理化性质、体内代谢过程及生物学功能与单个分子有较大的差别。
多分子体系的形成，会影响人体的消化吸收过程；会赋予食品成分一些新的性质及功能。
3食品成分理化性质及化学变化概述
食品主体成分的理化性质与功能概述
食品中的化学成分多种多样，各种化学成分都有其特殊的物理和化学性质，这里只简述食品主体化学成分主要的食品学特性及主要的营养功能。
水：
溶剂；良好的流动性、与食品成分的亲合性及溶解性；
糖类：
低糖或单糖：
营养成分；吸湿、保湿、增粘、增塑、结晶和易溶；
多糖：
营养成分；增稠、胶凝、乳化、成膜等；结构等；
脂类：
营养成分；乳化（极性脂，如磷脂）；沸点高、同质多晶性（中性脂，如油脂）；溶剂、风味、起酥、抗老化等；
蛋白质：
营养成分；亲水/疏水、等电点、乳化、起泡、成膜、增稠等，营养、催化、保护风味等
矿物质：
营养成分；具有调节水份活度、PH、离子平衡、离子强度、改善或稳定荷电生物大分子等功能；
食品成分主要化学变化概述
1）、食品原料及食品在加工储藏中的变化及影响因素
食品原料采收及贮藏过程中会发生诸多的化学变化，这些过程既有内部因素的影响，也有外部因素的作用；
原料及加工过程中的酶促氧化和酶促水解是食品成分变化的两个主要途径，往往引起营养物消耗、质地变化、风味和色泽改变等，特别容易引起内在营养因子（如维生素等）的分解破坏。
2）食品水份含量与食品品质有较大的关系
一般脱水会导致一些不利反应的发生，但当含水量接近单层值时，会阻止不利反应的发生，延长食品贮存期。
3）食品成分往往对光、电离辐射、金属离子等比较敏感；如牛奶长期光照会产生异味，腌制肉品或脱水蔬菜长期日照会变色或褪色；高剂量电离辐射会引起脂类、蛋白分解变质等；金属离子是食品成分自动氧化的催化剂，还能与多酚化合物络合而产生颜色的变化。
4）食品包装材料的选择和包装形式等也会影响内部的化学反应类型和数量；
4食品化学的发展历史及主要研究方法
食品化学发展的几个主要阶段
早期研究：
18世纪中后期～19世纪早期，在食品化学研究方面主要做了三个方面的奠基工作。
首先，以CarlWilhelmScheeie（瑞典）、WilliamBeaumout（美国）为代表的药物学家、化学家、医学家对食品成分进行分离、性质、转化和人体消化研究；如CarlWilhelmScheeie从柠檬汁中分离得到了柠檬酸（1784年）、从苹果中分离得到了苹果酸（1784年）并检测了20中普通水果中柠檬酸和苹果酸的存在和含量。
其次，以AnotoineLaurentLavoisier（法国）、JonsJacobBerzelius（瑞典）等为代表得化学家建立了有机元素分析理论和方法，对2000多种天然化合物的元素组成进行了测定；再其次，以AnotoineLavoisier（法国）、ThomasThomson（苏格兰）为代表的化学家首次采用分子式表示有机化合物，并用配平的化学方程式表示发酵过程。
发展阶段：
19世纪中后期，以ArthurHillHassall（英国）为代表的化学家建立了精确的微观分析方法，推动了对食品成分认识的进程；德国的WHanneberg和FStohman（1860年）发明了一种用来常规测定食品中主要成分的方法，即先将某一样品分为几部分，以便测定其中的水分、粗脂肪、灰分和氮，将含氮量乘以即得蛋白质含量；然后相继用稀酸和稀碱消化样品，得到的残渣被称为粗纤维，除去蛋白质、脂肪、灰分和粗纤维后的剩余部分称为“无氮提取物”。
JeanBaptisteDumans（1871年）根据大量的研究，提出了仅由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成的膳食不足维持人类的生命。
以美国的WHanneberg、JustinSmithMorrill等为代表的科学家在反对食品掺假、制定食品标准方面做了大量的工作并通过了一系列法律。
成熟阶段：
20世纪初，食品工业已成为发达国家和一些发展中国家的重要工业，大部分的食品物质组成已为化学家、生物学家和营养医学家的研究所探明，为食品化学学科的建立积累了大量的素材；食品工业的不同行业纷纷创建自身的化学基础，粮油化学、果蔬化学、乳品化学、糖业化学、肉禽蛋化学、水产化学、添加剂化学、风味化学等分支学科的崛起，为系统的食品化学学科的建立奠定了坚实的基础；同时，在20世纪30~50年代，具有世界影响的J.FoodAgric.,J.FoodSci.,J.Agric.FoodChem.和FoodChem.等杂志的相继创立，标志着食品化学学科的正式建立。
现代阶段：
近年来，食品化学的研究领域更加拓宽，研究手段日趋现代化，研究成果的应用周期越来越短。
现代食品化学的研究正向反应机理、风味物的结构和性质、特殊营养成分的结构和功能、食品材料的改性、食品快速分析方法、高新分离技术、新型包装技术和材料、现代储藏保鲜技术，新食源、新工艺和新添加剂等研究方向发展。
食品化学已成为食品科学各专业的主要基础课程之一，对食品工业的发展产生着非常重要的影响。
食品化学研究的基本方法和途径
食品化学研究和一般化学研究的区别：
食品化学研究是把食品的化学组成、理化性质及变化的研究同食品的品质和安全性研究联系起来，因此从实验设计开始，食品化学的研究就带有揭示食品品质或安全性变化的目的，并且把实际的食品体系和主要食品加工工艺条件作为实验设计的重要依据。
由食品化学一般研究方法可以看出，食品化学的研究主要围绕提高食品质量，保证食品的安全、卫生而开展。
随着食品科学的发展，特别是功能食品和绿色食品的出现及现代食品理念的变化，食品化学工作者的研究范围不断扩展。
从目前情况看，食品化学研究的方法除了保证食品质量和安全性外，还包括以下方面：
1）.配合功能食品的开发，在功能因子的寻找和开发开展工作
2）.作研究的范围越来越宽，除了传统的食品原料和食品外，将目光已经投向更多的野生植物、动物和微生物，以求找到更多的食品资源或食用功能物质。
我国要用植物及其成分在食品中的应用就是一个很重要的方面。
3）.食品化学工作者已经不再局限于分析、分离食品成分，研究这些成分的理化性质，在食品成分生理活性、体内过程、毒副作用乃至利用生物工程进行食品成分生产方面也开始投入大量的精力。
5食品化学在食品科学中的地位及在食品工业技术发展中的作用
食品化学与食品科学研究和发展的关系
食品化学对食品科学研究及发展的意义：
1）.可以促使食品科学工作这从分子水平去认识食品原料、食品加工与贮藏、各类食品加工技术应用的本质，使各项研究更加深入；
2）可以促使食品工作者不断更新加工工艺，生产出更加安全、卫生、营养价值更高的食品；
3）.可以促使食品科学由定性逐渐走向定量，科学说明各种食品的物质组成，制定更加合理先进的食品标准；
4）.可以促使食品工业加速利用生物工程技术和各种先进的加工技术，促进食品工业更新换代；
5）.可以促使食品科学不断发展，促进新的、营养价值更高、功能更加独特的食品，以满足不同层次和不同人群的需要。
食品化学在食品工业技术发展中的作用
食品科学和工程领域的许多新技术，如可降解包装材料、生物技术、微波加工技术、辐射保鲜技术、超临界萃取和分子蒸馏技术、膜分离技术、微胶囊技术等的建立和应用依然有赖于对物质结构、物性和变化的把握。
由上边分析可以看出，食品化学研究的领域已经延伸到食品工业的各个方面，其影响的范围及程度也愈日剧增。
可以这样说，没有食品化学的理论指导就不可能有日益发展的现代食品工业。
3
本课程主要内容及教学要求
一、时间安排：
本学期20周，上课10周，计划周学时4，共36学时；其中“十一”假期耽误4学时，上课共36学时。
二、内容安排：
共安排讲授11章；
主要讨论食品化学的基本内容，其中包括：
各类食品成分的结构、名称、物理和化学性质、营养学价值及在食品加工、贮藏、运销过程中的变化，借此从分子水平理解食品的组成、功能、加工工艺、贮藏技术等的本质。
为了降低本门课程的学习难度。
结合食品科学的发展，拟介绍性的补充一些有关功能食品、食品资源开发等方面的内容。
三、教材《食品化学》，中国农业出版社，阚（kan\）建全
三、教学要求：
1.发挥学习的积极性和主动性，通过大量阅读课外资料，促进课程学习；
2.掌握教学特点
3.遵守学习纪律
本章思考及练习题：
*1.什么是食品化学食品化学研究的主要内容是什么
2.就你对化学、食品及生物体系的理解，简单说明化学物质的可认识性和生命物质体系的复杂性。
3.从发展历史看，食品化学研究是由什么起步的最重要的工作是哪些那类人在食品化学发展中发挥了决定性的作用
*4.人体六大营养要素是什么在这六大类物质中，哪些属于无机化合物，哪些属于有机化合物在自然界中，哪些类型的营养物质其分子种类最多，结构最复杂
5.试简述单糖、氨基酸的结构特点。
*6.教材中叙述食品成分的理化性质和功能，涉及到多少类型的食品成分所讨论的功能主要是什么这些功能是在何种体系中发挥的
7.就你了解，食品中的糖类化合物主要有哪些类型这些类型的糖类分子中包含哪些官能团这些官能团通常会发生哪些化学反应
*8.由教材中，你可以了解到食品化学的发展趋势是什么
*9.食品化学的研究方法有何特色
10.在近代食品工业中，哪些加工技术在食品科学研究和食品生产中获得了应用
11.用你的语言，简述食品化学和食品科学诸多学科之间的关系。
12.试写出下列食品成分的分子式：
乳酸葡萄糖硬脂酸苹果酸柠檬酸油酸丙酮酸酒石酸小苏打谷氨酸果糖蔗糖
第二章食品中的水和冰
（1）
主要内容：
1概述
2食品中水的存在状态
3水分活度与吸湿等温曲线
4与水相关的食品处理技术
本章重点内容：
1.与水的结构、状态、在食品中的存在形式、活度、吸湿等温曲线等内容相关的基本概念； 2.对于水缔合本质的理解；3.对于水与食品中非水物质之间作用及作用类型的理解； 4.水分活度的定义及其意义； 的形成及其分区；
本章难点：
水分活度及吸湿等温的意义及其在应用。
1概述
水在食品中的重要作用
在人体中，水的比重占70%,大脑组织中水的比重也达80%,而血液里的水则高达90%,就连骨骼里也有15%左右的水。
表某些代表性食品的含水量
食品名称 水分%
食品名称 水分%
食品名称 水分%
番茄 95
莴苣95
卷心菜 92
啤酒90
柑橘87
苹果汁 87
牛奶87
马铃薯78
香蕉75
鸡70
肉65
面包35
果酱 28
蜂蜜20
奶油16
稻米面粉12
奶粉4
酥油0
a.水是食品的重要组成成分，是形成食品加工工艺考虑的重要因素；
b.水分含量、分布和状态对于食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响；
c.是引起食品化学变化及微生物作用的重要原因，直接关系到食品的贮藏特性。
水、冰的结构和性质
一、水分子的结构（图略）
是衡量分子极性大小的。
在物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷（μ=）组成的体糸称之为，其电量与距离之积，就是（μ）
两个氢原子与氧原子之间形成共价键，我们把两个氧氢之间角度压缩使得间角变为度，分子间的偶极距是.
二、水分子的缔合与水的三态
由于水分子的极性及两种组成原子的电负性差别，导致水分子之间可以通过形成氢键而呈现缔合状态。
由于每个水分子上有四个形成氢键的位点，因此每个水分子的可以通过氢键结合4个水分子。
由于水分子之间可以以不同数目和不同形式结合，因此缔合态的水在空间有不同的存在形式。
由于水分子之间除了通过氢键结合外，还有极性的作用力，因此水分子之间的缔合数可能大于4。
在通常情况下，水有三种存在状态，即气态、液态和固态。
水分子之间的缔合程度与水的存在状态有关。
在气态下，水分子之间的缔合程度很小，可看作以自由的形式存在；在液态，水分子之间有一定程度的缔合，几乎没有游离的水分子，由此可理解为什么水具有高的沸点；而在固态也就是结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个水分子都固定在相应的晶格里，这也是水的熔点高的原因。
水的缔合程度及水分子之间的距离也与温度有密切的关系；在0℃时，水分子的配位数是4，相互缔合的水分子之间的距离是；当冰开始熔化时，水分子之间的刚性结构遭到破坏，此时水分子之间的距离增加，如℃时为，但由0℃~℃时，水分子的缔合数增大，如℃时缔合数是，因此冰熔化的开始阶段，密度有一个提高的过程；随着温度的继续提高，水分子之间的距离继续增大，缔合数逐步降低，因此密度逐渐降低。
水具有一定的黏度是因为水分子在大多数情况下是缔合的，而水具有流动性是因为水分子之间的缔合是动态的。
当水分子在ns或ps这样短的时间内改变它们与临近水分子之间的氢键键合关系时，会改变水的淌度和流动性。
水分子不仅相互之间可以通过氢键缔合，而且可以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键相互结合，所以糖类、氨基酸类、蛋白质类、黄酮类、多酚类化合物在水中均有一定的溶解度。
另外，水还可以作为两亲分子的分散介质，通过这种途径使得疏水物质也可在水中均匀分散。
水、冰的物理特性及与食品质量关系
水是一种特殊的溶剂，其物理性质和热行为有与其它溶剂显著不同的方面：
a.水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容和相变热均比质量和组成相近的分子高得多。
如甲烷的：
-162℃，：
-183℃，而水在下：
100℃，：
0℃；这些特性将对食品加工中的冷冻和干燥过程产生很大的影响；b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，表现出异常的膨胀行为，这会使得含水的食品在冻结的过程中其组织结构遭到破坏；c.水的热导率较大，然而冰的热导率却是水同温度下的4倍。
这说明冰的热传导速度比非流动水（如动、植物组织内的水）快得多；因此水的冻结速度比熔化速度要快得多；d.冰的热扩散速度是水的9倍，因此在一定的环境条件下，冰的温度变化速度比水大得多。
正是由于水的以上物理特性，导致含水食品在加工贮藏过程中的许多方法及工艺条件必须以水为重点进行考虑和设计；特别是在利用食品低温加工技术是要充分重视水的热传导和热扩散的特点。
冰的结构和性质
冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定刚性的六方形晶体结构。
在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相互缔合，O－O之间的最小距离为，O－O－O之间的夹角为109°。
当水溶液结冰时，其所含溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向。
一般有4种类型，即六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶；六方形是多见的、在大多数冷冻食品中重要的结晶形式。
这种晶形形成的条件是在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻，并且溶质的性质及浓度不严重干扰水分子的迁移。
纯水结晶时有下列行为：
即尽管冰点是0℃，但常并不在0℃结冻，而是出现过冷状态，只有当温度降低到零下某一温度时才可能出现结晶（加入固体颗粒或振动可促使此现象提前出现）；出现冰晶时温度迅速回升到0℃。
把开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度。
如果外加晶核，不必达到过冷温度就能结冰，但此时生产的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕有限数量的晶核成长。
一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成的溶液，因此其结冰温度均低于0℃。
把食品中水完全结晶的温度叫低共熔点，大多数食品的低共熔点在-55～-65℃之间。
但冷藏食品一般不需要如此低的温度，如我国冷藏食品的温度一般定为-18℃,这个温度离低共熔点相差甚多，但已使大部分水结冰，且最大程度的降低了其中的化学反应。
现代食品冷藏技术中提倡速冻，这是因为速冻形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活动受到更大限制，从而保证了食品品质。
2食品中水的存在状态
理解食品中水的存在状态是掌握水在食品中的作用及各种与水相关的加工技术的关键。
而水在食品中的存在状态说到底是水在食品中和各类食品物质之间的关系及水的存在量。
水与溶质的相互作用
2.1.1与离子或离子基团的相互作用
当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质时，这些物质由于在水中可以溶解而且解离出带电荷的离子，因而可以固定相当数量的水。
例如食品中的食盐和水之间的作用。
由于离子带有完整的电荷，因此它们和水分子之间的极性作用比水分子之间的氢键连接还要强，如Na+与水分子之间的结合能力大约是水分子间氢键连接力的4倍。
正是由于自由离子和水分子之间的强的相互作用，导致破坏原先水分子之间的缔合关系，使一部分水固定在了离子的表面。
随着离子种类的变化及所带电荷的不同，与水之间的相互作用也有所差别。
大致可以分作两类：
能阻碍水分子之间网状结构的形成，其溶液的流动性比水大，此类离子如：
K+、Rb+、Cs+、N+H4、Cl-、Br-、I-、NO-3、BrO-3等；
有助于水分子网状结构的形成，水溶液的流动性小于水，此类离子一般为离子半径小、电场强度大或多价离子，如：
Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Mg2+、Al3+、OH-等。
2.1.2与具有氢键键合能力的中性分子或基团的相互作用
许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等，其结构中含有大量的极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分子通过氢键相互结合。
因此通常在这些物质的表面总有一定数量的被结合、被相对固定的水。
不同的极性基团与水的结合能力有所差别。
一般情况下，氨基、羧基等在生理条件下可以呈解离状态的极性基团均与水有较强的结合，而羟基、酰胺基等非解离基团与水之间的结合较弱。
带有极性基团的有机物质由于和水能够通过氢键相互结合，因此对纯水的正常结构都有一定程度的破坏，而且也可降低冰点。
带极性基团的食品分子不但可以通过氢键结合并固定水分子在自己的表面，而且通过静电引力还可吸引一些水分子处于结合水的外围，这些水称为临近水。
尽管结合或附着在分子上的水分子数量并不多，但其作用和性质常常非常重要。
它们常是一些酶保持活性结构并能发挥作用的重要因素；也常是食品保持正常结构的重要因素。
2.1.3与非极性物质的相互作用
非极性的分子通常包括烃类、脂类、甾萜类等，通过化学的手段也可在一些含极性基团的分子（如蛋白质等）中引入非极性部分（基团）。
当水中存在非极性物质，即疏水性物质时，由于它们与水分子产生斥力，可以导致疏水分子附近的水分子之间的氢键键合增强。
由于在这些不相容的非极性实体邻近的水形成了特殊的结构，使得熵下降，此过程称为疏水水合作用。
由于疏水水合在热力学
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