第一章食品科学概述

,历史与发展趋势,食品科学的学科特点,什么是食品科学,吃是一切动物的本能，人亦具有这一本能。自从人类在地球上出现，就同食品联系在一起“民以食为天”说明食品对人类来说如同阳光雨露一样重要。从茹毛饮血、钻木取火到美味佳肴、食品营养，充分说明人类进化与食品息息相关。人从食品中获取营养和能量，以食品维持人体机能平衡，没有食品，就没有人类。,1.1什么是食品科学？,食品科学不仅是一个科学研究的概念，也是一个科学的概念。从学科概念角度，国内外对于食品科学学科的定义：食品科学是一门交叉学科，是整合和应用生物学、化学、物理学、医学以及工程学等基础学科理论去研究食品的性质、导致食品变质的因素、加工过程原理以及改造食品以满足公共需求的学科。,1.1.1定义与内涵,国内食品学术界认同的观点,食品科学是一门涵盖面广、涉及领域广的学科，是以食品工业包括食品加工业、食品制造业、饮料制造业、烟草加工业等所依托的科学理论问题的研究、工程技术及装备的实现和相关科研、工程队伍的组织与培养为其基本内涵的学科。,食品科学家是围绕食品这一主题开展活动的，其主要研究方向有食品原料、食品营养、食品卫生、食品机械、食品加工、食品保藏、食品感官、食品运输、食品销售、食品消费、食品文化、食品心理、生产监控和质量标准等。食品科学研究内容涉及食品领域内技术和科学的各个方面。,1.1.2.1食品科学对于社会的意义,食品工业是个巨大工业产业，无论世界各地，食品工业都是最大的工业产业之一，由于其产值巨大，从业人员数量庞大，涉及领域广泛，因此，食品工业是当之无愧的国家支柱产业。,1.1.2.2工业界对于食品科学的需求,提供各种各样产品满足消费者的需求;保证食品安全生产;判断消费者嗜好，从而改进产品，并满足可能不能清晰表达的需求，使消费者热情接受;控制产品价格，使之能够被消费者接受;,对食品产品进行合理包装以满足运输需求;处理食品生产产生的各种废弃物;提高产品营养价值和功能特征以满足不同;消费者的需求;提高工厂的利润水平等;,1.1.2.2工业界对于食品科学的需求,食品科学的任务,提高人民的健康水平为开创新食品奠定理论基础保证食品的安全与卫生推动食品法规与标准化建设,提高人民的健康水平,近几十年，随着人们生活水平的提高，我国居民的食物与营养结构发生了很大的变化，特别是北京、上海、广州等地物质丰富、平均收入较高的城市居民，出现了肥胖、高血脂等营养过剩的富贵病，而在贫穷的农村地区，营养不良、缺铁性贫血症等疾病仍然十分严重。研究和解决贫穷和富裕带来的疾病，是食品科学家们的主要的任务。食品对人体健康的重要性表现在三个方面，营养功能、感官风味功能和生理功能。生理功能是指食品中某些成分具有保护机体、调节生理节律、增强免疫能力和预防疾病、促进健康的能力。,为开创新食品奠定理论基础,食品科学来源于食品工业，食品科学的研究成果又推进了食品工业的迅猛发展。二十世纪七十年代以来，我国食品工业获得了迅猛发展。1999年全国食品工业完成工业总产值7828亿元，实现利税总额1278亿元，实现海关出口总额125亿元。食品工业总产值的增长速度连续几年比全国工业总产值的增长速率高处2个百分点。目前我国粮食总产量5000亿千克，人均占有量400千克，食用植物油超过1000万吨，肉类总产量达5900万吨，居世界第一位，酒类2700万吨，其中啤酒1860万吨，居世界第二，软饮料106万吨，乳制品52万吨，味精52万吨，世界第一。,许多食品科学家活跃在工厂的新食品开发部门，超市柜台上成千上万种食品真可谓琳琅满目，它们在工艺、配方、包装等方面都在不断改进完善。消费者总是喜新厌旧，食品科学工作者有责任生产出各种新产品以满足广大人民不断增长的物质文化需要。成功的产品是科学知识和创新精神的完美结合。,保证食品的安全与卫生,保证食品的安全卫生是食品科学工作者的又一重要任务。食物中毒现象是由摄入食物引起的疾病，必须采取谨慎的加工工艺和贮藏工艺，避免发生食物中毒。食源性疾病是因为食物遭受了致病性细菌、病毒、寄生虫或化学物质的污染而引起的。,世界各国食物中毒现象都较严重。据美国国家防疫中统计，美国自1983年至1987年短短的5年中发生了91678宗食物中毒案。美国因禽蛋受沙门氏菌的污染而造成中毒事件在19851990年期间相当严重，成为创记录的最大食源性疾病。因牛奶污染大约有16000人食用中毒，该事件创下了自1995年以来的历史最高纪录。1998年1月26日，山西省文水县发生了震惊全国的“126”假酒案，致死22人。,食品卫生与安全案例,1、疯牛病,疯牛病学名为“牛海绵状脑病”是一种发生在牛身上的进行性中枢神经系统病变，俗称“疯牛病”。病牛脑组织呈海绵状病变，并出现步态不稳、平衡失调、搔痒、烦躁不安等症状，通常在14至90天内死亡。,是禽流行性感冒的简称，这是一种由甲型流感病毒的一种亚型引起的传染性疾病综合征，被国际兽疫局定为A类传染病，又称真性鸡瘟或欧洲鸡瘟。人类感染者一般为发烧、头痛、发冷、浑身疼痛无力、喉咙痛、咳嗽等，12岁以下的儿童最容易受到感染。,2、禽流感,3、猪链球菌,人体与带有猪链球菌病猪接触后感染，视细菌侵入部位而有不同的临床表现，多数病例发病初期均出现高热、全身不适、眩晕。临床上主要分为两个类型，即败血症型和脑膜炎型。败血症型常发生链球菌中毒性休克综合症，表现为起病急，多为突发高热，肢体远端出现瘀点瘀斑，早期多伴有胃肠道症状，病情进展快，很快转入多器官，造成器官衰竭等，病死率极高。脑膜炎型主要临床表现为头痛、高热、脑膜刺激症阳性等，这一类型的临床表现较轻，病死率较低，但可发生感知性耳聋，以及运动功能失调，并发吸收性肺炎，继发性大脑缺氧等并发症。另外，猪链球菌还可侵入人体的关节、眼睛喝心脏等，引起化脓性关节炎、眼内炎和心内膜炎等。,4、瘦肉精,化学名为盐酸克伦特罗，它是一种人工合成的-肾上腺素兴奋剂，具有扩张支气管的作用，常用来防治哮喘、肺气肿等肺部疾病。当其应用剂量达到治疗量的510倍时，具有能量重分配作用，可使肌肉合成增加，脂肪沉积减少，因此俗称“瘦肉精”。该品为白色或类白色的结晶性粉末，无臭、味苦、易溶于水，化学结构稳定，在体内不会破坏分解，以原形排出体外。,5、假酒,主要由工业用酒精勾兑而成，因甲醇含量很高，阴后引起人体甲醇急性中毒，很快便出现呕吐、头晕，双目失明等等症状，甚至死亡。,6、劣质奶粉,从2003年开始，安徽阜阳有200多名婴儿陆续患上了一种怪病，从出生期间，就开始变成四肢短小，尤其是脑袋特别大，当地人称这种孩子为“大头娃娃”，随后皮肤溃烂，有10多名婴儿死亡，这引起了阜阳当地政府和各个部门的广泛关注和各个媒体的报道，为此对阜阳市场中存在的奶粉导致婴儿致病和死亡的事件进行了调查，发现阜阳市场劣质奶粉的数量达到了50多种，来自东北、内蒙、浙江沿海一些地区的假奶粉占到了70%80%，可以说是假奶粉的发源地。劣质奶粉扩散范围十分广泛，给我国许多地区居民造成危害。,7、非典型性肺炎,非典型性肺炎是一种传染性强的呼吸系统疾病，世界卫生组织将传染性非典型性肺炎成为严重畸形呼吸综合征，简称SARA。SARS是主要通过近距离空气飞沫和密切接触传播的呼吸道传染病，临床主要表现为肺炎，起病急，以发热为首发症状，体温一般高于38摄氏度，偶有畏寒，伴有头痛、关节酸痛、肌肉酸痛、乏力、腹泻，又咳嗽，多为干咳、少痰，偶有血丝痰，胸闷，严重者出现呼吸加速或明显呼吸窘迫。,8、口蹄疫,是一种由病毒感染引起偶蹄动物如牛、羊、猪、骆驼、鹿等共患的急性接触性传染病，马不感染口蹄疫，但会成为口蹄疫的被动载体。口蹄疫的潜伏期为水疱出现10天前开始传播。感染口蹄疫病毒后的动物，通常出现体温升高，跛行，口流泡沫，口腔、舌面、蹄叉、蹄冠和乳房上有水疱和烂斑等症状。口蹄疫通过空气传播时，病毒能随风散播到50100公里以外的地方。,9、三聚氰胺事件,三聚氰胺是一种以尿素为原料生产的氮杂环有机化合物，主要用于木材加工、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革、电气、医药等行业。实验证明，动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，导致膀胱、肾部结石等。由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷，三聚氰胺也常被不法商人用作食品添加剂，以提升食品检测中的蛋白质含量指标，因此三聚氰胺也被成为“蛋白精”。2008年，由于不法商人将其添加到婴幼儿奶粉中，致使大量婴幼儿患上了胆结石病，给社会及人民带来了极大的伤害，食品安全问题再一次敲响了警钟。,二噁英,二恶英(Dioxin)，又称二氧杂芑(q)，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。,1999年欧洲二噁英事件,1999年2月，比利时养鸡业者发现饲养母鸡产蛋率下降，蛋壳坚硬，肉鸡出现病态反应，因而怀疑饲料有问题。据初步调查，发现荷兰三家饲料原料供应厂商提供了含二恶英成分的脂肪给比利时的韦尔克斯特饲料厂，该饲料厂1999年1月15日以来，误把上述含二恶英的脂肪混搀在饲料中出售。已知其含二恶英成分超过允许限量200倍左右。据悉，被查出的该饲料厂生产的含高浓度二恶英成分的饲料已售给超过1,500家养殖厂，其中包括比利时的400多家养鸡厂和500余家养猪厂，并已输往德国、法国、荷兰等国。比利时其它畜禽类养殖业也不能排除使用该饲料的可能性。比利时的调查结果显示，有的鸡体内二恶英含量高于正常限值的1,000倍，危害极大。6月1日，比政府宣布停售和收回市场上所有比制造的蛋禽食品。6月3日，比政府再次宣布，由于不少养猪和养牛场也使用了受到污染的饲料，全国的屠宰场一律停止屠宰，等待对可疑饲养场进行甄别，并决定销毁1999年1月15日至1999年6月1日生产的蛋禽及其加工制成品。,比利时“二恶英污染鸡事件”在世界上掀起了轩然大波：欧盟：6月2日，欧盟委员会指责比利时“知情不报，拖延处理”，并决定在欧盟15国停止出售、并收回和销毁比利时生产的肉鸡、鸡蛋和蛋禽制品，以及比利时生产的猪肉和牛肉，并保留向欧洲法院上告比利时、追究其法律责任的权力。美国：决定全面封杀欧盟15国的肉品，美国农业部6月3日禁止从欧洲进口鸡肉和猪肉。并说直到欧洲的肉食品完全摆脱受染，它才会松解禁令。法国：决定全面禁止比利时肉类、乳制品和相关加工产品进口，其中包括使用动植物油制成的糕饼。66家农场的肉品，因为饲料来源有问题，也遭到当局管制。法国还为此专门成立了危机处理小组，封闭了70家有嫌疑饲料的养牛场。希腊：农业部宣布，希腊禁止进口及买卖比利时鸡肉及鸡蛋等产品的禁令，已自即日起扩及比利时的牛、猪肉及包括牛奶等相关产品。对已进口的比利时冷冻鸡肉及蛋黄酱等产品进行销毁。,1999年欧洲二噁英事件,韩国：6月5日紧急回收受污染的欧洲猪肉。新加坡：除了禁令外，官方建议国民扔弃所有相关的食品以保万无一失。瑞士和俄罗斯：停止了鸡肉类和鸡蛋产品的进口后，又禁止出售比利时的牛奶及奶制品、奶酪、猪肉和牛肉制品。中国大陆：6月9日，卫生部向各省、自治区、直辖市卫生厅（局）发出紧急通知，要求各地暂停进口比利时、荷兰、法国和德国四国自1999年1月15日生产的乳制品、畜禽类制品（包括原料、半成品）。已从上述四国进口的自1999年1月15日生产的有关产品一律进行封存，暂停销售。6月11日，外经贸部、卫生部、海关总署、国家环境保护总局、国家出入境检验检疫局、国家国内贸易局、国家工商行政管理局联合发出关于暂停进口和禁止经销比利时等国受二恶英污染食品的紧急通告。已从上述四国进口的上述动物和动物食品一律封存，暂停销售。经检验合格后方可使用。经检验查明属受二恶英污染的食品，有关部门应按环保标准和要求立即采取销毁措施。,1999年欧洲二噁英事件,中国香港：卫生署6月3日和6月8日分别宣布禁止销售并回收比利时等4国的家禽、猪肉、牛肉和乳制品。中国台湾省：6月8日全面暂停进口比利时、法国的乳制品和畜产品，并列出禁止进口77种比利时产品。此外，日本、加拿大等国亦纷纷采取暂停进口或禁售措施。迫于强大的国际和国内的压力，比利时卫生部和农业部部长相继被迫辞职，并最终导致内阁的集体辞职。据统计，该事件共造成直接损失3.55亿欧元，间接损失超过10亿欧元，对比利时出口的长远影响可能高达200,1999年欧洲二噁英事件,大肠杆菌,肠埃希氏菌(E.coli)通常称为大肠杆菌，是Escherich在1885年发现的，在相当长的一段时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分，认为是非致病菌。直到20世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性，尤其对婴儿和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败血症。,疯牛病,疯牛病，即牛脑海绵状病，简称BSE。1986年11月将该病定名为BSE，首次在英国报刊上报道。这种病波及世界很多国家，如法国、爱尔兰、加拿大、丹麦、葡萄牙、瑞士、阿曼和德国。据考察发现，这些国家有的是因为进口英国牛肉引起的。,病毒结构,人类感染通常是因为下面几个因素：1、食用感染了疯牛病的牛肉及其制品也会导致感染，特别是从脊椎剔下的肉（一般德国牛肉香肠都是用这种肉制成）；2、某些化妆品除了使用植物原料之外，也有使用动物原料的成分，所以化妆品也有可能含有疯牛病病毒（化妆品所使用的牛羊器官或组织成分有：胎盘素、羊水、胶原蛋白、脑糖）；,疯牛病,氯丙醇,氯丙醇是一种“有可能引发癌症”的物质。美国、日本等国已经明确指认“氯丙醇4种异构体对人体可产生不同程度的致癌效应”。1999年10月，欧盟对中国出口的部分酱油进行抽查，发现其中氯丙醇严重超标，随即全面禁止了中国酱油的进口。,2001年初，全国食品工业标准化技术委员会在一份文件中也提到，最近国家出入境检验检疫局抽查了6省（市）市场销售的93种品牌的酱油，经检测，氯丙醇含量按“欧盟标准”考核，不合格率达84；按我国行业标准（SB103382000）考核，不合格率达41。随后的检验证实，酿造酱油不存在氯丙醇问题，只有配制酱油中才可能含有氯丙醇。氯丙醇已成为中国酱油生产企业的心腹大患。,氯丙醇,炸薯条及洋芋片致癌之谜,洋芋片、炸薯条等油炸淀粉类的零食，居然隐藏着可能致癌的化学物质。如果以高温油炸或烘烤淀粉类食物，例如面包、蕃薯、芋头、马铃薯（尤其是炸薯条）等，会产生大量的【丙烯酰胺】（acrylamide）。,四、推动食品法规与标准化建设,食品质量控制、危害分析与关键点控制、产品认证和质量体系认证、食品法规和食品标准都建立在食品科学深入研究的基础之上。食品质量控制首先要落实食品生产卫生规范（GMP），即在食品生产全过程中，保证食品具有高度安全性的良好生产管理体系。危害分析与关键点控制系统（HACCP）是迄今为止最有效、最科学、最现代化的食品安全生产管理系统。企业运用该系统能简捷的贯彻落实食品卫生规范。,1.2历史与发展趋势,食品科学，其发展史可以分为以下几个阶段：起源何时很难追溯，但古人已经很早懂得了运用各种方式进行食物的加工，例如，用盐和火烤的方式进行食物的保存，以及制造干酪和酒的技术。十八世纪，食品保存和加工技术由手工技艺演变为现代的食品加工工业。,随着化学、微生物和药学的引入，人们对食品的腐败、酶、消毒以及灭菌有了最初的认识。随着生物化学，营养学和毒理学等学科的介入，食品科学逐渐发展为一个内涵丰富，具有强大吸引力的独立研究学科。,1.2历史与发展趋势,食品科学与技术的发展，使得食品由最基本的保证人类温饱的消费品变为影响人体健康的工业化制成品。推动了加工环节和领域的发展，满足消费者不断提高的需求，这样一个过程使得食品科学学科逐步完善与发展，多门学科的相互交融，新技术、新手段的发明和应用，新的技术造成新的问题产生，这一切使得这个学科划分越来越细，研究越来越深入。,1.2.1食品科学的发展历程,18世纪90年代的法国，用来进行食物保藏的资金，使尼可拉阿培尔1810年发明商业化灭菌技术。FrederickAccum开创了早期的食品分析化学技术，对食品掺假进行了研究。19世纪60年代，巴斯德发现微生物在酿酒中的作用，开创了微生物学，还发明了巴氏消毒法，巴斯德和其他人的研究，还使人们认识到了酶。,1.2.1.1早期的食品科学研究,食品科学,超声波灭菌技术超高压灭菌技术辐照灭菌技术过热蒸汽灭菌技术超高温瞬时灭菌巴氏灭菌微波杀菌基因杀菌等,灭菌技术,尼可拉阿培尔在1810年发明了食品的商业化灭菌技术,食品科学,FrederickAccum开创的食品分析化学技术,Accum在化学分析中发现做香料用的香子兰香精含有苯甲酸成分，西班牙产的橄榄油含有铅，而食醋含有硫酸。到了1820年，他累积了足够的资料，出版了“ATreatiseonAdulterationsofFoodandCulinaryPoisons”，系统揭露了当时伦敦的无法无天的食品加工业。他在书中描述了面包商在面包里掺入石膏、白垩、黏土来节省面粉，奶油中掺入米粉或者竹芋淀粉，咖啡豆中掺入豌豆，茶叶里掺入树叶草根，柠檬汁掺入酒石酸，绿茶是用泡过的茶叶用铜盐染色后凉干制成，酿酒商使用石膏、铅、锯糠、染料来制造陈酒，儿童的玩具使用含铅油漆，形形色色，不一而足。其中最为典型的例子是啤酒掺假。啤酒中掺入各种硫酸盐和毒性的印防己籽来增加刺激性，而酒精含量则从7.25%降到4.5%。当时的伦敦食品市场基本上没有安全检验制度，黑心商人可以为所欲为。Accum的书不仅揭露了这些骇人听闻的造假和投毒，而且提供了简单易行的检验方法，让广大消费者能够在自己的家里进行食品安全检验。,食品分析化学,食品科学,19世纪后半叶，美国利用冰盐冻结生产冷冻制品，1975年诞生了氨制冷的设备。1895年以后，食品科学以及营养理论，获得重要进展。必需氨基酸和维生素不断被认识。1920年以前，罐头中肉毒梭状芽孢杆菌经常爆发随着研究进行，热加工技术逐渐变得可控。,1.2.1.1早期的食品科学研究,20世纪二三十年代，美国国家罐头协会对热加工罐头食品进行研究，研究获得了包括热致死时间概念，罐头杀菌时间推算方法等，罐头业从中获利，并惠及其它工业。1920年以后，CharlesOlinBall建立了这样一个概念如何在热加工操作中将罐头加热或者冷却，以达到商业杀菌的目的。食品加工技术的发展是很多新产品成为可能。,1.2.1.1早期的食品科学研究,19世纪20年代，人们通过灭酶以及蛋白质变性等方法调高蔬菜水果的质构和风味，随着各种酶被鉴定并被测定蔬菜实现商业化加工。20世纪20到40年代，罐头食品的热穿透粘度对热加工食品热穿透的影响，冷冻食品中微生物数量的下降方法以及肉毒梭状芽胞杆菌在冷冻食品中的可能性等问题进行大量研究并获得进展。,1.2.1.1早期的食品科学研究,1.2.1.2食品科学逐渐成为一门交叉的学科,Bernardproctor开展了早期食品微生物方面的研究，同时他也是最早研究食品防辐射技术的人之一。Bernardoser在食品的毒理和营养研究领域成果显著。LosenSjostrom现在很多感官评定的建立者之一。,AmihudKramer为食品科学研究引入了数据统计方法。20世纪50年代以后其他学科的研究成果应用于食品工业，促进了其发展。在热加工领域，20世纪30年代诞生了无菌处理和包装技术，40年代出新了UHT（超高温瞬时加热技术）。,1.2.1.2食品科学逐渐成为一门交叉的学科,在冷冻冷藏加工领域，T-T-T（时间温度允许限度）以及冷链逐渐完善，冷冻食品进入高速发展。20世纪60年代，辐射技术在品加工中得到推广，80年代出现超高压技术，是无法加热的食物得到保存。Bernardproctor开展了早期食品微生物方面的研究，同时他也是最早研究食品防辐射技术的人之一。Bernardoser在食品的毒理和营养研究领域成果显著。,1.2.1.2食品科学逐渐成为一门交叉的学科,1.2.1.2食品科学逐渐成为一门交叉的学科,LosenSjostrom现在很多感官评定的建立者之一。AmihudKramer为食品科学研究引入了数据统计方法。20世纪50年代以后其他学科的研究成果应用于食品工业，促进了其发展。,1.2.1.3食品科学与技术的进展,20世纪中期后，冷冻干燥技术、计算机控制技术、方便的包装材料出现、重组技术的发展、就地清洗技术、酶在食品中的应用、新的食品配料和添加剂的出现。20世纪70年代开始，食品科学领域很多研究都与节能有关。20世纪70年代后，食品的健康性、安全性和方便性受到关注。,20世纪80年代开始消费者对食品要求继续提高，8090年代时疯牛病出现，食品安全问题也开始得到关注，90年代时“有机食品”概念开始流行。2000年左右，转基因食品的安全性和氢化油中反式脂肪的问题引起了重视。当今社会消费者对“天然”产品的要求已经迫使食品产业而开发向着“最小”加工程度变化，向着保持天然感官品的方向变化。,1.2.1.3食品科学与技术的进展,1.2.2世界食品学科的发展历史,1950年以前食品科学领域系的设置以食品产品分类19501960年部分以食品产品为特色的专业开始合并近30年更多学校设置了食品科学专业随着学科的进步，以农产品原料体系划分为主的专业设置逐渐减少，与健康、营养、安全相关的专业设置不断增加,1.2.2.1美国地区,1.2.2.2欧洲地区,在欧洲食品科学作为一门学科是比较晚的，因此专业设置比较新。,1.2.2.3国内地区,我国的食品科学技术学科是作为工科门类的一级学科。其中食品科学与工程为一级学科，下设食品科学、粮食、油脂、和植物蛋白工程、农产品加工与储藏工程4个二级学科。,1.3食品科学的学科特点,1.3.1从事食品科学领域教育、研究与服务的人群1.3.1.1国外的状况国外拥有食品专业的高校并不多。以美国为例，目前美国有食品专业的高校共有59所，其中有独立食品科学系的32所。但是，在美国IFT的影响力很大，其人员组成不仅限于美国，还包括了欧洲、亚洲等国的成员。事实上，每年全美国在食