食品化学与分析

食品化学与分析 第一章 绪论 1 食品化学的定义 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 贮藏和运销过程中发生的变化和这些变化对食品品质和安全性 影响的科学 2 食品化学的分类 根据研究内容分为 食品营养化学 食品 色素化学 食品风味化学 食品工艺化学 食品物理化学和食 品有害成分化学 根据研究对象分为 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 食品矿质元素化学 调味品化学 食品香味化学 食品色素化学 食品毒物化学 食品保健成分化学 3 食品化学的研究内容 1 确定食品的组成 营养价值 安全 性和品质等重要特性 2 食品贮藏加工过程中各类化学和生物 化学反应的步骤和机制 3 确定影响食品品质和安全性的主要 因素 4 研究化学反应的热力学参数和动力学行为及其环境因 素的影响 4 食品分析的定义 对食品中的化学组成以及可能存在的不安全 因素的研究和探讨食品品质和食品卫生及其变化的一门学科 5 食品分析检验的内容 食品营养成分的检验 食品添加剂的 检验 食品中有毒有害物质的检验 食品新鲜度的检验 掺假 食品的检验 6 食品分析所采用的分析方法 感官分析法 所使用的感觉器 官不同 感官检验分为视觉检验 嗅觉检验 味觉检验 触觉 检验 听觉检验 常用的检验方法 差别检验法 类别检验法 分析或描述性检验法 理化分析法 根据原理和操作方法不 同可以分为物理分析法 化学分析法 仪器分析法 光学分析 法 电化学分析法 色谱分析法 微生物分析法 酶分析法 第二章 食品成分及其结构和性质 1 生物体系的基本成分包括蛋白质 碳水化合物 脂质 核酸 维生素 矿物质和水 2 自由水 食品中与非水成分有较弱的作用或基本没有作用的水 这部分水主要靠毛细管力维系 称为游离水或体相水 3 结合水 存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水 是食 品中与非水成分结合的最牢固的水 水通过氢键与大分子结合 的那部分水又称为束缚水 通过氢键与离子结合的那部分水又 称为离子化水 4 单分子层水 与食品中非水成分的强极性基团如羧基 氨基 羟基等直接以氢键结合的第一个水分子层 在 40 下不结冰 也不能为被微生物利用 一般来说 食品干燥后安全贮藏的水 分含量要求即为该食品的单分子层水 5 多分子层水 单分子层水之外的几个水分子层包含的水 这部 分水占据单分子覆盖层旁边未覆盖的非水物表面位置以及单分 子覆盖层外位置 6 结合水与自由水的主要区别 结合水在食品中不能作为溶剂 而自由水可以作为溶剂 结合水不能被微生物所利用 而自由 水可以被微生物所利用 结合水在 0 下不结冰 冰点可达 40 沸点可达 105 而自由水 0 下会结冰 7 结合水不易结冰这一点有很重要的生物学意义 由于这种性质 使植物的种子和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命 力 而新鲜的蔬菜 水果和肉等主要含自由水 容易冻结 冻 结后细胞结构被冰晶破坏 解冻后组织立即崩溃 8 水分活度 食品中水分的有效浓度 在物理化学上水分活度是指 食品的水分蒸汽压 P 与相同温度下纯水的蒸汽压 P0 的比值 p9 p12 即水分活度之值介于 0 1 之间 9 水分活度与温度的关系 1 w 随着温度的变化而变化 含水量相等时 温度越高 w 越大 2 高于冰点时 w 与食品组成及 T 有关 其中食品组成 是主要因素 当组成水分相同 T 上升 则 w 上升 3 低于冰点时 w 与食品组成无关 仅与温度有关 冰点以上或以下 w 对食品稳定性影响是不同的 10 等温吸湿曲线 指在恒定温度下 使食品吸湿或干燥 解吸 所得到的水分活度与含水量关系的曲线 一 为了说明吸湿等温曲线内在含义 并与水的存在状态紧密 联系 可以将其分为 I II III 区 I 区 w 0 0 25 约 0 0 07g g 干物质 是食品中与非水物质 结合最紧密的水 属于单分子层水 含水合离子内层水 不能 作溶剂 40 以上不结冰与腐败无关 II 区 w 0 25 0 80 属多分子层水 加上 I 区约占高分食品 的 5 不作溶剂 40 以上不结冰 起到膨润和部分溶解的 作用 会加速化学反应的速度 但接近 0 8 w 的食品 可能有变质现象 III 区 w 0 80 0 99 主要自由水 起到溶解和稀释作用 可结冰 可作溶剂 11 从微生物活动与食品水分活度的关系来看 随着水分活度增加 微生物生长速度快速增加 达到生长速度的最大值后略有下降 一般来说 细菌为 w 0 9 酵母为 w 0 87 霉菌为 w 0 8 w 0 8 0 6 耐盐 干 渗透压细菌 酵母 霉菌 w 0 5 任何微生物均不生长繁殖 12 从酶促反应与食品水分活度的关系来看 水可作为介质 活化 底物和酶 w 0 8 大多数酶活力受到抑制 w0 25 0 3 淀粉 酶 多酚氧化酶抑制或丧失活力 而脂肪酶在 w 0 1 0 仍 保持其活性 如肉脂类 因为活性基团未被水覆盖 易于氧作 用 13 w 与非酶褐变 w0 7 V 降低 因为水稀释了反应物浓度 14 w 与脂质氧化 w0 4 w 上升 V 上升 H2O 溶解 O2 溶胀后催化部位暴露 氧化 V 上升 w 0 8 w 上升 V 上升 稀释浓度 Maillard 反应和 VB1 分解速度都在 w 达到中等至较高时呈现 最高 15 糖 是一类含多羟基醛和多羟基酮的化合物 分子通式 Cn H2O m 统称碳水化合物 糖类化合物的定义与来源 一 糖类化合物广泛存在于各种生物有机体内 是食品的主要组 成成分之一 也是绿色植物经过光合作用形成的产物 糖的分类 二 单糖 指不能被水解为更小单位的糖类物质 是结构最简单 的糖 如葡萄糖 果糖等 寡糖 由 2 20 个单糖分子缩合而成 水解产单糖 如蔗糖 乳糖 多糖 由多个单糖分子缩合而成 如淀粉 纤维素等 根据 组成成分分为均多糖和杂多糖 三 食品中的糖类化合物 玉米粒含 0 2 0 5 的 D 葡萄糖 0 1 0 4 的 D 果糖和 1 2 的蔗糖 16 单糖和低聚糖 17 一 单糖结构 最小的碳水化合物 是不能水解的多羟基醛 酮及其衍生物 分子含有手性碳原子 单糖分子量较小 一般 含有 5 6 个碳原子 单糖是 D 甘油醛的衍生物 可以形成缩醛和缩酮 糖分子的 羟基可以与糖分子本身的一个羟基反应 形成分子内的半缩醛 和半缩酮 形成五元呋喃糖或更稳定的六元吡喃糖环 天然葡 萄糖属于 D 异构系列 含有一个镜像分子 L 异构系列 二 低聚糖的结构与存在 1 低聚糖的结构 由 2 20 个糖单位通过糖苷链接起来 形成直链 的或者具有分支结构的一类糖的总称 食品中天然低聚糖有 双 糖 蔗糖 乳糖 麦芽糖 糖基组成可以是同种的 均低聚糖 也可以是不同种的 杂低 聚糖 分子量较大的低聚糖有 饴糖 玉米糖浆中的麦芽低聚糖 环状 糊精 其中环状糊精在食品工业中广泛应用 可作为微胶囊的壁材 环状糊精 又称沙丁格糊精 由 6 8 单位 D 呋喃葡萄糖基通 过 1 4 糖苷键 首尾相连形成的环状低聚物 主要有 和 环状糊精 3 种 在 淀粉酶的作用下降解的主要产物为 环糊精 其利用价值主要在于其具有包裹疏水性小分子有机物的作 用 如维生素 风味物质等 2 食品中重要的低聚糖 近年来开发的各种新型功能性低聚糖被引 入食品 例如 低聚果糖 低聚木糖 甲壳低聚糖等 由两个单糖缩合而成的双糖 如纤维二糖 麦芽糖 异麦芽糖 龙 胆二糖和海藻糖 在食品中广泛应用 其中糖的还原性和非还原性 在食品中具有重要的作用 如乳糖 三糖也存在于食品中 如麦芽 三糖 甘露三糖 蜜三糖等 三 糖在食品中应用的物理性质 1 甜度 使人感觉到甜味的最低糖浓度 用相对甜度表示 设蔗糖的甜度为 1 则果糖为 1 5 葡萄糖 0 7 半乳糖 0 6 麦芽糖 0 5 乳糖 0 4 多价醇具有甜味 其产生甜味的基团为 CHOH CHOH 同一种糖 其 型和 型的甜味也不相同 如葡萄糖 果糖 蔗糖溶液没有 型和 型的变化 其甜味也不随时间变化 2 溶解度 几种糖的溶解度 果糖 78 94 蔗糖 66 6 葡萄糖 46 71 果糖溶解度最高 葡萄糖溶解度最低 3 结晶性 蔗糖易结晶 晶体生成很大 葡萄糖易结晶 晶体生成细小 果糖和转化糖较难结晶 4 吸湿性和保湿性 结合水的能力常被称为吸湿性和保湿性 吸湿性是指糖 在空气湿度较高的情况下吸收水分的性质 保湿性指糖 在较低空气湿度下保持水分的性质 5 渗透压 相同浓度下 质量百分浓度 溶质分子的分子质量越小 溶液的摩尔浓度就越大 溶液的渗透压就越大 食品的 保存性越高 6 粘度 糖溶液有一定的粘度 相同浓度下 溶液的粘度有以下 顺序 葡萄糖 果糖 蔗糖蔗糖 淀 粉糖浆 8 抗氧化性 是由糖溶液中氧气的溶解度降低而引起的 果脯 罐头 等生产中使用糖液 有利于保持水果的风味 颜色和维 生素 C 四 单糖 低聚糖在食品应用方面的化学性质 1 水解反应 转化糖的形成 蔗糖在酶或酸的水解作用下形成的产物叫做转化糖 所谓的 转化是指水解前后溶液的旋光度从左旋转化到右旋 生产用于转化 糖的酸一般用柠檬酸或是盐酸 酶是 葡萄糖苷酶和 果糖苷酶 2 与碱作用 糖在碱性环境中不稳定 易发生变旋现象 异构化 和分解 反应 这个反应于溶液温度 糖种类以及浓度 碱的种类及浓度 以及作用的时间等因素 碱处理淀粉糖浆 使葡萄糖部分异构化生成果糖 从而形成 果葡糖浆 人造蜂蜜 此产物与蜂蜜的风味极为相似 但维生素的