第1章 食品与化学.ppt

1、食,品,与,食,与,化,化,重庆邮电学院-刘毅,与,化,2002.9月制,学,学,学,品,食,品,食品与化学,第一章,生活中的能量及其来源,常用食物的化学特征,合成食品的发展动向,食物的储存和保鲜,思考与练习题,1.1日常活动的能量消耗 一、日常活动的能量消耗 1基础代谢率（BMR） 人体空腹静卧于1825环境中，维持体温和器官最基本生命活动所需的能量称为基础代谢能量。每公斤体重每小时所耗能量即为基础代谢率。相当于人绝对休息时的能耗，正常成年人的相应功率为6787焦/秒。,1.1日常活动的能量消耗 一、日常活动的能量消耗 2一些主要活动的能量消耗 成年人的一般活动，每天约消耗1万千焦能量。一个

2、60公斤体重的男生，平均每天能量消耗大约为12600千焦；一个55公斤体重的女生，平均每日能量消耗大约为8820千焦。 国际卫生组织规定人均日摄取热量达到10000千焦（合约2400千卡），就算达到了温饱线。美、俄、法、加、澳为1.41.5万千焦，日本为1.2千焦。我国于1982年第二次营养调查结果显示，全国男女老少平均日摄入热量为1.04万千焦，表明我国人民温饱问题早已基本解决。,1.1日常活动的能量消耗 二、能量的来源 人体能量来源于食物。食物通常包括食物主体、维生素和无机物质（特别是微量元素）三种成份。其中食物主体指糖、蛋白质和脂肪，是它们提供人体正常能量需求。 1主食 2微量成分,1.

3、1日常活动的能量消耗 三、能量的转换和利用 食物主体和微量成分虽可提供能量，但它们本身还不是能量，需要经过转换而加以利用。 1消化和吸收 2能量的转换 3. 人的饥饿和口渴,消化和吸收 从化学观点看，消化作用是指被摄入的食物通过水解得到断裂产物，进而通过肠壁吸收到体液中并参与新陈代谢的过程。糖、蛋白质和脂肪的水解分别产生单糖、氨基酸和脂肪酸，进而在酶的催化下氧化（或称燃烧）释放出热量。,（1）糖 糖是快速能源。 在酶催化下，被吸收后转化产生的单糖(如葡萄糖)才被“氧化”(燃烧)，提供人体所需要的能量。葡萄糖氧化的反应式为： C6H12O66O2=6CO26H2O2889千焦,消化和吸收 从化学

4、观点看，消化作用是指被摄入的食物通过水解得到断裂产物，进而通过肠壁吸收到体液中并参与新陈代谢的过程。糖、蛋白质和脂肪的水解分别产生单糖、氨基酸和脂肪酸，进而在酶的催化下氧化（或称燃烧）释放出热量。,（2）蛋白质 食物蛋白质在胃酸的协助下，由胃蛋白酶分解为朊及胨。 经胃加工后出来的蛋白质，经多种蛋白酶的作用最后分解为氨基酸，通过肠壁吸收。,消化和吸收 从化学观点看，消化作用是指被摄入的食物通过水解得到断裂产物，进而通过肠壁吸收到体液中并参与新陈代谢的过程。糖、蛋白质和脂肪的水解分别产生单糖、氨基酸和脂肪酸，进而在酶的催化下氧化（或称燃烧）释放出热量。,（3）脂肪 与糖和蛋白质不同，脂肪的消化主要

5、在肠道中进行。 唾液中不含脂肪分解酶，所以此时脂肪不被水解；进入胃后，在胃液中脂肪分解酶的作用下，一部分脂肪分解为甘油与脂肪酸。,能量的转换 在能量的转换中，酶起专一的催化作用，参与一切生化过程。,(1)酶的作用 酶的基体是蛋白质，但光有基体，还不具备活性。须有活动辅助剂存在或分子结构中有相当于此辅助剂的活性基团才可产生效力。前者称为酶朊，后者称为辅酶。要使酶活化（即发生作用），酶朊必须先和辅酶结合。正像要打开银行保险箱需要两把钥匙一样。,能量的转换 在能量的转换中，酶起专一的催化作用，参与一切生化过程。,（2）最重要的辅酶三磷酸腺甙（ATP） 所有的细胞都有115毫摩尔的ATP。它的特点是随

6、时可发生反应，释出193千焦/摩尔的反应热： ATPH2O=ADPH3PO4193千焦 这个热量就是我们赖以生存的能量。,食物产生能量的反应可以归结为： 食物O2ATP（CO2H2O）H（ADPH3PO4） 式中，H生化合成肌肉运动热（体温）其它能耗 所以ATP被戏称为生物体内的能量通货，相当于将难以花费的大钞（食物），兑换成常用的硬币（ATP）。 人体消化液中的这种酶，虽能将食物中的主成分淀粉水解成为人体能吸收的葡萄糖,但不能催化纤维素水解。牛、羊等吃草动物的消化系统中寄生了某些衍生物，可以分泌出使纤维素水解的酶，这种酶可使纤维素迅速水解转化为葡萄糖。,能量的转换 在能量的转换中，酶起专一的

7、催化作用，参与一切生化过程。,主食 糖、蛋白质和脂肪都属于碳水化合物。这些碳水化合物被氧气 氧化成二氧化碳和水，同时放出大量的热。按上述温饱水平的日摄取能量要求，一个成年每天需要摄取： 糖，300-400克 1克糖约提供17千焦能量， 300400克糖理论上可提供5100-6800千焦能量，即可满足人体需要。其中1/3为食糖，2/3为淀粉，占总能量的3545。 蛋白质，80-120克 1克蛋白质也大约可提供17千焦能量，每天应摄入4656克，相当于310克瘦肉或3个鸡蛋。 脂肪，100-150克 每克脂肪可提供37千焦能量，每天摄取100150克脂肪，可放出3700-5550千焦，占总能量的3

8、550。,微量成分 维生素和微量元素被称为生物催化剂，起促进化学反应、转换能量及维持各种代谢的重要作用。 维生素 维生素在机体内的作用与酶有密切关系，缺乏某种维生素会引起特定的疾病。例如，缺维生素A会导致夜盲症；缺维生素D会生佝偻病；缺维生素E会不孕；缺维生素B、C会贫血等。 微量元素 通常指铁、锌、铜、锰、铬、钴、钼、钒、硒、氟、硼、碘等元素，是动植物生命体系的营养元素或必需元素，它们都有重要的生理功能。 例如早就知道缺铁会导致耳聋；缺碘会导致甲状腺肿。近来报道长期饮用含镉量较高的水，“只生女，不生男”，即影响到染色体的活动能力。,人的饥饿和口渴,（1）饥饿 饥饿是指一段禁食期之后对食物的生

9、理欲求，而食欲则是对现存食物的认识反应或习惯反应。摄入食物是为了向体内补充能源，由食欲来自行调节。当胃中有食物时，它会不停地蠕动，而一旦空腹，胃就强烈收缩，伴有不适即饥饿感。 血糖值低是饥饿的自然信号，人在清晨空腹时血糖量约为80毫克%，感到饿；进食后，血糖值可达140毫克%，几小时内都感到饱，并且精力充沛。,人的饥饿和口渴,（2）口渴 所谓口渴是指有意识地想喝水。这种心理感受在控制体内水分和钠离子浓度上极为重要，它影响体内的水平衡，调节水的摄入。饮水中枢位于下丘脑的视上核前面的视前区两侧。用埋藏电极刺激此中枢，动物在几秘钟内就开始喝水；注入高渗盐水（由于使水分子从神经细胞中渗出，从而造成脱水

10、），可使它们狂饮。 当体液中钠离子浓度比正常值高2毫摩尔/升时，就会刺激饮水中枢，表示口渴。,1.2常见食物的化学特征,根据我国的实际情况，将食物分为主食和副食两类。,一、主食 即通常的粮食，包括谷物和豆类，其共同特点是均为干品。湿存水含量一般在2%以下。 1谷物 谷物包括米、面、玉米、高梁、小米、荞麦等，它们的的主成分为糖质，以淀粉为多。淀粉是由葡萄糖为单元连接而成的大分子，结构上有直链与支链之分（直链遇碘呈蓝色，支链则呈红褐色）。通常大米、小麦、玉米等主要为直链淀粉。粳米与糯米淀粉结构略异，前者支链占20，后者则几乎全为支链。由于支链物加热后易缠结，所以糯米饭粘性比粳米饭好。 谷物的主要化

11、学成分如表1-1。,表11常见谷物的化学成分（）,谷物名称,糖,蛋白质,脂 肪,灰 分,米 糙（粳）米 糙（糯）米 白米 麦 小麦 大麦 荞麦 杂粮 玉米 高梁 小米,73.4 72.1 76.8 72.2 74.7 61.5 85 60 73,8.8 8.5 7.2 13 8.8 17.3 10 10 10,2.2 3.2 0.77 1.9 0.9 5.1 4.3 3.3 3,1.30 0.90 0.70 1.5 0.9 1.8 0.1 0.7 1,1.2常见食物的化学特征,一、主食,2.豆类 豆类包括大豆、花生、芝麻、葵子及杂豆等，其化学成分较为复杂（详见表12）。下面仅择大豆和花生略作分

12、析。 （1）大豆 大豆所含的氨基酸中除胱胺酸及甲硫胺酸较少外，其它与动物性蛋白相似，故有植物蛋白之称。 （2）花生 营养价值很高，其所含蛋白质中含有人体必需的8种氨基酸，脂肪含量也很高，还有约占1的钾、磷和较丰富的维B及菸碱酸。唯缺维C。,表12常见豆类的化学成分（）,1.2常见食物的化学特征,根据我国的实际情况，将食物分为主食和副食两类。,二、副食 副食可分肉、蔬菜及水果三类。按其来源可分为陆产与水产两类；按宗教习惯分为荤、素两类；有的西方国家则分为动物与植物性两大类。,1.肉 2.蔬菜 3.果品,肉,常指鸡、鸭、鱼及其它禽兽（家养及野生）的可食用部分，包括肌肉、结缔组织、脂肪及脏器（脑、舌

13、、心、肺、肝、脾、肾、肠、胃等）以及血、骨、筋、胶原等，以肌肉为主。,（1）肌肉 即瘦肉，其主成分为蛋白质（20），干物中约占80，氨基酸甚多，且组成匹配好，因而肉成为营养之必备品。,（2）鱼及水产品 不论是淡水或海水产品，除含高蛋白外，均以维生素多及无机微量元素高为特点。例如乌贼的肝脏含铜占其灰分的4，还含相当多的锌、钴、镍。另一特点是水产品的蛋白质中的硫等非氮化合物约占30，赋予其味道鲜美。,肉,（3）蛋 各类禽蛋主成分均为蛋白质（约18），其中鹌鹑蛋和鹅蛋的含量较高。一般蛋之成分如表13。蛋的食用部分为蛋清和蛋黄，二者成分不同。蛋清除水分外（占86）几乎全为蛋白质；蛋黄则含多种成分：脂肪

14、18.0，卵磷脂及其它磷脂11.0，蛋黄磷蛋白质14.5，蛋黄素、胆固醇、血蛋白元共5.7，灰分1.0，其余为水分49.5（pH约为6.3）。蛋含的氨基酸品种最全（18种），消化率95以上，胃内停留时间最短。蛋的维生素甚多，维A、维B、菸碱酸、泛酸丰富（后者达3.1毫克），微量元素也多，如铁7毫克，主存于蛋黄中。营养价值很高。,表13几种蛋的一般成分,11.4 12.0 14.2 13.8 10.0 9.4,鸡蛋 鸭蛋 鹅蛋 火鸡蛋 鸽蛋 鹌鹑蛋,73.7 71.0 69.5 73.7 76.8 67.5,12.6 12.8 14.0 13.4 13.5 16.6,12.0 15.0 14.4

15、 11.2 8.2 14.6,0.67 0.30 1.30 0.80 0.10 0.10,1.07 1.08 0.90 0.90 1.10 1.23,701 810 832 688 571 982,有人把胆固醇同心血管病联系起来，只吃蛋白不吃蛋黄，完全是 一种误解。,蔬菜,指含水分90以上，可作维生素、无机质和纤维之源的植物。按外观可分叶（白菜、菠菜）、茎（芹、笋）、根（萝卜、薯）、果（茄、瓜）四类，其中也包括各种海菜以及蕈类等，特点如表14。 蔬菜的价值还在于其特殊成分及其特殊作用。纤维素和果胶质使肠蠕动，促进消化；蔬菜中酶含量较多，有助于消化及各种生理功能；多种维生素，特别是维C；有鲜味及

16、各种刺激性成分如蕈类之鲜味、葱类之辛辣味等。,（1）豆制品。豆浆、豆腐脑、豆腐、豆腐干等都是豆制品。豆制品的特点是蛋白质含量高、胆固醇低（1以下），宜于老年人及心脏病患者食用，因而近年风靡西方及东南亚市场。,蔬菜,（2）豆芽菜。有黄、绿豆芽两种。维C丰富，达2530毫克。蛋白质、糖含量亦高；每日见光半小时，维C及磷含量将有所提高。,（3）萝卜叶。是一种高营养蔬菜，其营养价值优于其根。干品含蛋白质达30，且易消化，尤富含苏氨酸等氨基酸，可补谷物蛋白质之不足；富含维生素，维C达90毫克；并富含微量元素铁。,蔬菜,（4）甜椒。或称柿子椒、灯笼椒，以其肥大肉厚似灯笼状而得名，通常呈翠绿色，过熟者亦有呈

17、鲜红色的。除主含蛋白质及糖外，维生素含量也丰富，特别是维C高达200毫克，是蔬菜及果品中最多的，有高营养价值。,（5）洋葱。除含蛋白质、糖等外，其特点是有特殊的刺激性及辣味，与蒜、韮类似，有特殊香味。呈味物的主成分为丙烯硫化物，有催泪、抗菌作用，兼有维B之功效，助消化。,（6）芦笋。干品含蛋白质3035，主含天冬素。分绿、白两种，含多种维生素，尤绿色者更多，其中维C达31毫克。磷含量亦丰富，尖端为100毫克，茎部较少亦有30毫克。罐装芦笋有特殊香味，因含二巯基异丁酸，有抗癌效果，备受推崇。,（7）木耳。有黑、白两种。白木耳富含蛋白质和维生素，有特殊芳香风味，增进食欲。白木耳可入药，有强精补肾、

18、止咳润肺、提神健脑、娇嫩皮肤和防癌之功效。,蔬菜,果品,分浆果（葡萄、草莓、凤梨）、仁果（苹果、柿、枇杷、柑桔）、核果（桃、梅、杏、李）、坚果（栗、核桃、白果、榛子）四类，除后者为干果外，前三者约含90水分，故称水果。主要成分为糖（10），发热量约200焦/克，多数缺脂肪及蛋白质，但含某些特殊营养成分。各种果品特点如表15。,表15各种常见果品的特点,苹果、梨 草莓 柿 桃 葡萄 香蕉 栗 柑桔 (橙子、柠檬、文旦、柚子) 核桃 西红柿,糖（10） 酸（1） 糖（15） 糖（9） 糖（15） 糖（17）蛋白质（1.3） 糖（40）蛋白质（3.1） 糖（10）柠檬酸（2-9） 蛋白质(23.1)

19、 脂肪(60.3) 糖(50) 果胶质（30）,表14各类蔬菜的特点,1.3合成食品的发展动向,为了解决粮食生产的工业化问题，人们想到了合成食品。目前一般有生物制备和化学合成两种。,一、生物制备 二、化学合成食品,生物制备,1食用酵母 食用酵母是一类微生物，除含蛋白质外还含有糖类（干体的1060%，似动物体之肝糖）、油脂（23%）、灰分（2.514%），富含多种微量元素。,2石油蛋白 以烃类化合物代替糖为培养细菌或酵母之碳源，蛋白质含量可达6070%。由于原料来源广阔，意义重大。,3藻类 以绿藻类为主，与菌类同属单细胞植物，可进行光合作用。在简单的无机物组成的培养液中，在阳光或人工荧光下，通过

20、含二氧化碳25%的空气进行光合作用，反应期为1周。,化学合成食品,1965年，我国化学家合成了具有生物活性的牛胰岛素，突破了一般有机分子和生物大分子的界限。1983年，重复了人工合成牛胰岛素的试验，其分子量接近6000，是典型的蛋白质。同年还完成了猪胰岛素结构测定。人们知道，地球上生命的物质基础是蛋白质和核酸。在细胞中蛋白质合成需要核酸来编码；核酸的合成和复制，需要蛋白质（酶）来催化。因此蛋白质的人工合成意义重大。 我们的食物不论来自植物、动物还是微生物，在化学家的眼里不过是一些蛋白质、脂肪、糖、维生素、无机盐和水，而这些营养物质大部分是碳、氢、氧和氮四种化学元素构成的化合物，再配合少量的硫、

21、磷、铁、氯、钠、碘、镁、钴等，常见的不超过20种元素。,化学合成食品,“植物蛋白肉”是由豆类蛋白质加工而来的。配上味精等调料，可赋予肉味。利用植物蛋白或者石油微生物蛋白做原料，加工成鸡、鸭、鱼、肉的形状，淋洒点化学香精如鸡味素、鱼鲜精，再涂抹上食用色素，就成为以假乱真的“人造佳肴”了。 当然，人造食物要做到完全和天然食物一模一样是不太容易的。食品化学家用灵敏的化学分析仪器检验过，每种食品里含有几十种到上百种化合物，它们的品种和数量又是那么千差万别，稍有一点变化，风味就大不相同。但人们可以预料，将来，从化工厂里可以源源不断地生产出“人造牛排”或“全素烤鸭”。化学将使“人造食物”摆满餐桌。,1.4

22、食物的贮存和保鲜,食物的贮存和保鲜既是家庭生活中的重要事项，也是农业以及其它相关行业的一大问题。,一、食物贮存中的化学作用 二、贮存的一般方法,食物贮存中的化学作用,由于食物不能及时消耗，必需贮存和加工，主要涉及食物的防腐。食物腐败主要原因是氧化作用和微生物作用，引起变质和分泌毒素。,1氧化作用。包括大气氧化和呼吸作用 2微生物作用。微生物可分酶和细菌两类。,氧化作用,（1）大气氧的作用。大气氧是破坏脂肪、糖、蛋白质、维生素的主要因素。,脂肪。氧与脂肪作用生成过氧化物。温度、光线及微量金属均会影响脂肪的氧化速度。除生成二聚体有致癌作用外，上述氧化作用还使油脂降解成脂肪酸、醛及烃类化合物(如丙烯

23、醛、甲基戊酮、正丙烷等)而呈各种异味（变“哈”）。 糖。加热氧化时拌随有脱水分解成羟甲基糠醛，进而与氨基酸作用生成褐色物，常用于酱油等着色。,蛋白质。加热后部分变性，生化功能并未显著改变，主要是溶解度减小甚至凝固。加热会破坏鸡蛋白中的卵粘蛋白及抗生物素蛋白和大豆中的抗胰蛋白酶及凝结红血球蛋白，从而消除了生蛋白毒性。但过度加热，氨基酸损失，与糖共存则损失更多。 维生素。在空气中加热会使各类维生素不同程度地破坏。如维A对热相当稳定，但易氧化成环氧维A，进而分解。维B，虽油炸几天无损失但文火燉煮，可破坏50。维C本身对热稳定，但因蔬菜中常含维C氧化酶，初热时易破坏，该酶分解后，维C分解减少。,氧化作

24、用,（2）呼吸作用。植物类食物如谷物、蔬菜、水果等在存放期间继续其呼吸作用（吸收氧气呼出二氧化碳）而熟化。 调节作用。 催熟作用。,微生物作用,（1）酵解。指食物在酶作用下的分解现象。生物体中本来含有多种酶（蔬菜中尤多），如氧化酶、过氧化酶、酚酶等，特别是维C氧化酶分布甚广，易使维C氧化失效，导致物质腐败。 动物酶。屠宰或收藏甚至加工后，即使无任何外来微生物感染，肉类也会因本身的动物酶作用而变质，其适宜温度为40。但脂解酶在3015仍有活性，故肉、油脂即使冷藏还可变质。大米中亦含此酶，久存后其脂肪酸分解，出现陈米特有之味。 植物酶。在5060下，糖酵解通常生成酸，称为酸败。蛋白质酵解时氨基酸分

25、解成胺类、酮酸、硫化氢等，气味难闻且有毒。这些作用都是配合空气氧、紫外线、水共同作用的。,（2）细菌作用。在合适的湿度（1070）和温度（2540或1060）以及不同的pH值条件下，细菌迅速繁殖。除产生异味、生蛆、发馊变质，使衣物虫蛀粉糌外，还进一步分泌病毒如黄曲霉素、赫曲霉素以及病毒螨，导致各种病变。故对发馊的食物或发霉的衣料宜彻底处理。,贮存的一般方法,1保鲜的主要原则,（1）物理方法 低温冷藏。 高温杀菌。 脱水或干燥。 辐射杀菌。 提高渗透压。 密封罐装。,（2）化学方法 用加入化学药品或通过化学加工来达到保鲜或贮存的方法，主要有： 防腐剂。亦称保存剂、抗微生物剂、抗菌剂。常用的有苯甲酸及其钠盐，pH3.5时0.05溶液可阻止酵母繁殖。 抗氧化剂。 配合剂。如柠檬酸、磷酸、酒石酸、EDTA等可抑制微量金属对氧化作用的催化性能。 漂白剂。,贮存的一般方法,2某些容易腐坏的物品的贮存办法,（1）谷类。谷类在贮存中因氧化、呼吸、酶作用而发生各种变质。 （2）肉、乳、蛋类。即荤食类，其特点是蛋白质及脂肪含量高，贮存时易发生细菌作用和酵解。 肉。贮藏的主要问题是控制腐败细菌的活动。通用的方法是酸化（因酸性环境不利细菌生长。如醋泡猪蹄、香肠等）、排除空气（或充二氧化碳、氮气包装，以防氧化）、干燥（烘干、风干、速冻以