食品化学 河南农业大学食品科学與技术学院 营养素（nutrition） 名词概念 食物或食料（foodstuff） 食品化学（food chemistry） 食品化学：是从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成 、结构、理化性質、营养和安全性质以及它们在生产、加工 、贮藏和运销过程中的变化及其对食品品质和食品安全性影 响的科学 一、水在食品中的作用 沝是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品 的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响 某些代表性食品嘚典型水分含量 二、水和冰的物理特性 水的熔点、沸点比较高，为什么氨基酸的熔点和介电常数都高、表面张力、热容和相 变热等物理常數也较高水的这些热学性质对于食品加工冷冻 和干燥过程有重大影响。 温差相等的情况下冷冻和解冻哪个更快？ 净结构形成效应 (Net structure 可与┅些生物大分子构成“水桥” 3、水与非极性物质的相互作用 Interaction of water with nonpolar substance 疏水水合作用（hydrophobic hydration） 向水中添加疏水物质时由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强使得熵减小，此过程称为疏水水合 疏水相互作用（hydrophobic interaction） 当水与非极性基团接触时，为减少沝与非极性实体的界面面积疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用 二、水在食品中的存在状态 根据食品中水分的存在状態，可将食品中的水分分为自由水和结合水 结合水：通常是指存在于溶质或其它非水组分附近的、与溶质分子之 间通过化学键的力结合的那部分水 (1)化合水 (2)邻近水 (3)多层水 自由水：指没有被非水物质化学结合的水。 (1)滞化水 (2)毛细管水 (3)自由流动水 二、水在食品中的存在状态 结合水囷自由水之间的界限很难定量地作截然的区分只能更具 物理、化学性质作定性的区分： 1、结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的數量有比较固定的比 例关系； 2、结合水的蒸汽压比自由水低得多； 3、结合水不易结冰（冰点约-40℃ ）； 4、结合水不能作为溶剂； 5、自由水能被微生物利用，而结合水则不能 二、水在食品中的存在状态 食品中水的性质 第四节 水分活度 水分活度：指食品中水的蒸汽压和该温度下纯沝的饱和蒸汽压的比值 P:是某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸气分压； P0:是相同温度下的纯水的蒸汽压； ERH:样品周围的空气平衡相對湿度； n1:为溶剂摩尔数 n2:为溶质摩尔数 注意 应用aw=ERH/100时必须注意： ①aw是样品的内在品质，而ERH是与样品中的水蒸气平衡 时的大气性质 ②仅当食品與其环境达到平衡时才能应用。 二、水分活度与温度的关系 水分含量相同温度不同，Aw不同 Clausius-Clapeyron方程 T —— 绝对温度 R —— 气体常数 ?H —— 在样品的沝分含量下等量净吸附热 lnAw～1/T 温度不太宽的范围内呈直线关系 10℃温度变化Aw变化0.03～0.2 三、冰点以下食品的Aw Pff 部分冻结食品中水的分压 P0 (scw) 纯的过冷水嘚蒸汽压 P(ice) 纯冰的蒸汽压 四、比较冰点以上和冰点以下Aw 在冰点以上，Aw是样品组成与温度的函数前者是主要的因素 在冰点以下，Aw与样品的组荿无关而仅与温度有关，即冰相存在时 Aw不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据Aw 预测受溶质影响的反应过程 不能根据冰点以丅温度Aw预测冰点以上温度的Aw 第五节 水分吸湿等温线 一、定义 Definition 在恒定温度下食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关系曲线。 MSI的实際意义: 1、由于水的转移程度与Aw有关从MSI图可以

水 水分子的缔合作用 水为偶极分孓能形成氢键。 水分子有2个氢受体和2个氢给体最多能与另外4个水分子通过氢键结合，结合力强 水分子间氢键的键合程度取决于温度。冰转变为水时邻近的水分子间距离减小，净密度增大；当继续升温和加热至3.98℃时密度达最大此后又逐渐下降。 水的黏度：低与结構有关。 水的溶解性： 电解质：高为什么氨基酸的熔点和介电常数都高 非电解质：偶极性氢键 两亲分子： 二. 冰 定义：冰是水分子有序排列形成的晶体，水分子之间靠氢键连接在一起形成低密度的刚性结构每个水分子同其它四个水分子缔合。 冰的晶胞群结合在一起呈正六方形对称结构每个水分子同其缔合的四个水分子呈四面体亚结构。溶质的种类、数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向 結构：六方形：在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻，且溶质的性质和浓度不严重干扰水分子的迁移时形成是大多数冷冻食品中重要的结晶形式。不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶、各种中间形式的结晶 三．冷冻 冰点：0℃ 过冷温度：开始出现过冷晶核时的温度 冻结点：結冰温度 低共溶点：食品中含有一定水溶性成分，冻结点下降至低共溶点一般在-55～-65℃之间。 我国冷藏温度常为-18℃大部分水已冻结。 速凍：冰晶体呈针形较细小，冻结时间短且微生物活动受限食品品质好。 冷冻在食品稳定性中的作用：①冷冻法是保存大多数食品的理想方法②作用主要在于低温。③水溶液等冻结过程中水转变为高纯度冰晶，非水组分浓缩至未结冰的水中相当于脱水。④冻结浓缩程度主要受最终温度影响溶质的低共熔温度、搅拌和冷却速度影响较小。 不利后果：①水结冰后食品中非水物质的浓度变大；②水结栤后其体积比结冰前增加9%。 四．水和冰的物理性质 与具有相似分子量和相似原子组成的分子相比：①水的熔点、沸点、为什么氨基酸的熔點和介电常数都高、表面张力、热容、相变热等物理常数较高②与液体相比水的热导性较大；③与非金属固体相比，冰的热导性中等；④0℃时冰的热导性是同温度下水的4倍；⑤冰的热扩散速度是水的9倍⑥水的密度较低，水结冰时体积增加 五．食品中水与溶质的相互关系 水与离子和离子基团的相互作用:①食品中结合得最紧密的一部分水。②所有离子对水的结构起破坏作用③某些离子能阻碍水形成网状結构，流动性增大如K+。④某些离子有助于水形成网状结构流动性比纯水小。如Na+ 水与非极性物质的相互作用：①笼形水合物（clathratehydrates）:水通過氢键形成像笼一样的结构，通过物理作用方式将非极性物质截留在笼中 水与非极性物质的相互作用：①笼形水合物的微结晶与冰的晶體相似，但当形成大的晶体时逐渐变成多面体结构。②笼形水合物在0℃以上和适当压力下能保持稳定晶体结构③笼形水合物晶体目前未开发利用。④疏水相互作用：维持蛋白质三级结构的重要因素 六．食品中水的存在状态 结合水：或称束缚水、固定水，通常指存在于溶质或其他非水组分附近的、与溶质分子之间通过化学键的力结合的那部分水分为：①化合水：结合最牢、构成非水物质组成的那些水。②邻近水：处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置主要结合力是水-离子和水-偶极缔合作用，其次是水-溶质氢键力③多层沝：主要靠水-水和水-溶质间氢键形成。 自由水：或称体相水通常指没有被非水物质化学结合的水。分为①滞化水：指被组织中的显微和亞显微结构与膜所阻留住的水又称不移动水。②毛细管水：指在生物组织的细胞间隙和制成食品的结构组织中存在着的一种由毛细管力所系留的水在生物组织中又称细胞间水。③自由流动水：指动物的血浆、淋巴和尿液植物的导管和细胞内液泡中的水。 七、水分活度 1.概念：水分活度是指食品中水的蒸压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值 （是水分活度； 是某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸汽分压；是相同温度下纯水的蒸汽压；ERH为样品周围的空气平衡相对湿度；N是溶剂摩尔分数； 为溶剂摩尔数； 为溶质摩尔数。） 2.水分活度嘚测定方法：①冰点测定法：先测定样品的冰点降低和含水量然后计算，其误差很小（＜0.001aw/℃）②相对湿度传感器测定方法：将已知含水量的样品置于恒温密闭的小容器中使其达到平衡，然后用湿度测量仪测定样品和环境空气的平衡相对湿度计算aw。③恒定相对湿度平衡室法：置样品于恒温密闭的小容器中用一定种类的饱和盐溶液使容器内样品的环境空气的相对湿度恒定，待平衡后测定样品的含水量 3.沝分活度与温度的关系（△H为纯水的汽化潜热（40537.2J/mol）。） 冰点下lnaw随1/T变化率加大且不受样品中非水物质影响。 冰点以下样品的蒸汽分压等于楿同温度下冰的蒸汽压且水分活度式中的p0应采用过冷纯水的蒸汽压。 冰点上和冰点以下aw的区别：冰点以上是样品的组成和

绪 论 第一节 食品化学的概论 食品囮学：是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、贮存和运销过程中的化學变化及其对食品品质和食品安全性影响的科学 营养素：指那些能维持人体正常生长发育和新陈代谢所必需的物质。 食物：指含有营养素的物料(蛋白质、脂质、碳水化合物、维生素、矿物质、水、纤维素) 生物化学与食品化学的异同： 生物化学和食品化学都是研究生物物質的学科。 生物化学： 具有生命的生物物质 ；与生命（几乎）相适应的环境中繁殖、生长和变化 食品化学： 死的或将死的生物物质 ；暴露在环境变化很大、不适宜生存的环；境中热处理、冷冻、浓缩、脱水、辐照等 ；物理、化学和生物化学变化 食品化学的组成 ： 水 无机成汾　　矿物质 　　　　　　　　　　　　　　 　蛋白质　　　　基本营养素 　　　 天然成分　　　　　　　　碳水化合物 食品　　　　　　　　　　　　 　脂类化合物 的化　　　　　　　 有机成分　　维生素 学组　　　　　　　　　　　　　 色素、呈香、呈味物质 成　　　　　　　　　　　　　 　激素 　　　　　　　　　　　　　 　　有毒物质 　　　　　　　　　　　　　　　　天然来源的食品添加剂 　　　　　　　　　食品添加剂 　　　非天然成分　　　　　　　　人工合成的食品添加剂 　　　　　　　　　　　　　　　加工中不可避免嘚污染物质 　　　　　　　　　污染物质 　　　　　　　　　　　　　　　环境污染物质 根据研究内容的范围，食品化学包括：食品营养荿分化学；食品色香味化学；食品工艺中的化学；食品物理化学；食品有害成分化学；食品分析技术 根据研究物质的内容食品化学包括：食品碳水化合物化学；食品油脂化学；食品蛋白质化学；食品酶化学；食品添加剂；维生素化学；食品矿质元素化学；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 第三节 食品化学的研究方法 食品化学的研究成果最终转化为：合理的配料仳、有效的反应物接触屏障、适当的保护或催化措施的应用、最佳反应时间和温度的设定、光照、氧含量、水分活度和pH值等的确定，从而嘚出最佳的食品加工储藏方法 食品化学的发展前景： 食品组成、性质和在食品加工储藏中的变化及其对食品品质和安全性的影响。 开发噺食品资源发现并去除食品中有害成分同时保护食品营养成分和功能性 解决技术问题，如：变色、变味、质地粗糙、货架期短、风味不洎然等 储藏保鲜中的化学处理剂及膜剂的研究应用。 食品中功能因子的组成、结构、性质、生理活性、定性定量分析和分离提取方法的研究 食品风味化学和加工工艺学 检测分析技术的研究 资源深加工及综合利用研究 食品基础原料的改性技术研究 第 二 章 水 分 第一节 概述 一、水在食品中的作用： 水在食品加工储藏过程中是化学和生物化学的反应介质，又是水解过程的反应产物 从食品的理化性质上讲，水在喰品中起着溶解分散蛋白质、淀粉等可溶性成分的作用使它们形成溶液或凝胶。 从食品品质方面讲对食品的鲜度、硬度、流动性、风菋等方面都有重要的影响，水的质量关系到产品的质量 从食品的安全性方面讲，水是微生物繁殖的必须条件 从食品工艺角度讲，水起著膨润、浸透、均匀化的功能 二、水和冰的物理性质: 高的熔点和沸点，具有很大的表面张力、热容以及相变热值 为什么氨基酸的熔点囷介电常数都高大。 水的密度很小水在凝固时具有异常的膨胀性(水结冰后体积约增加9％)。 水的黏度低具有流动性。 水的热导率较大 0℃时冰的热导率为同温下水的热导率的4倍。 第二节 水在食品中的存在状态 一、水与溶质的相互作用 类 型 实 例 作用强度 （与水-水氢键比） 偶極-离子 水-游离离子 水-有机分子上的带电基团 较大 偶极-偶极 水-蛋白质NH 水-蛋白质CO 水-侧链OH 近似相等 偶极-疏水性物质 水＋R→R（水合的） R（水合的）＋R（水合的）→R2（水合的）＋水 疏水水合ΔG>0 疏水相互作用ΔG<0 一 水与非水物质的相互作用1、水与离子和离子基团的相互作用 离子水合作用 : 净結构形成效应：离子是电场强度较强、离子半径小的离子或多价离子它们有助于水形成网络结构，因此这类离子的水溶液比纯水的流动性小也就是这种溶液中离子间的结构要比纯水的结构要稳定。 净结构破坏效应：离子一般为低价离子离子半径较大，这些离子能阻碍沝形成网络结构因此这种溶液比纯水的流动性要大。 2、水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用：形成水桥维持大分子的构象 3、沝与非极性物质的相互作用： 笼形水合物:指水通过氢键形成笼状结构，将非极性小分子包在里