食品化学第一章绪论PPT课件下载

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食品化学FOODCHEMISTRY—打开食品科学之门的钥匙第一章绪论一、计划课时：40二、授课内容：食品化学（FoodChemistry）是食品科学与工程各专业重要的专业基础课程，对于食品科学研究和食品工业的发展具有非常重要的指导意义，因此历来受食品科学与工程领域的研究工作者和教育工作者的重视。课程内容及课时安排本门课程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，拟补充一些化学特别是有机化学知识。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、学习要求：1.按时上课2.记好笔记3.及时了解食品科学研究方面的新进展课程内容及课时安排主要参考书目：世界上第一本有关食品化学的专著出现于1847年，由JeanBaptisteDumas所著，书名为《食品化学的研究》。目前具有世界影响力的食品化学教材有OwenR.Fennema（美国）主编的“FoodChemistry”H.D.Belitz（德国）主编的“FoodChemistry”林淳三（日本）主编的《最新食品化学》。我国食品科学与工程的教育工作者也先后编写出版了不同版本的食品化学教材，其中有王璋主编的《食品化学》，谢笔钧主编的《食品化学》，刘邻渭等人编写的《食品化学》，阚建全主编的《食品化学》等；还有黄晓钰主编的《食品化学综合实验》等实验教材。FoodchemistryBelitz٠GroschSpringerSecondEdition1999FoodchemistryOwenFennema3rded.,MarcelDekker,NewYorkPrinciplesofFoodChemistryJohndeMan,3rdedition,AspenPublishersInc.,Gaithersburg,Md.Foodchemistry第一章绪论本章讨论的主要内容：1.1食品化学的概念及研究内容1.2食品的物质及物质体系1.3食品或食品原料化学成分理化性质及化学变化概述1.4食品化学的研究历史及主要研究方法1.5食品化学与食品科学发展的关系Itisdesirabletoestablishananalyticalapproachtothechemistryoffoodformulation,processingandstoragestability,sothatfactsderivedfromthestudyofonefoodormodelsystemcanenhanceourunderstandingofotherproducts.OwenFennema,1996CourseObjectivesGoalofthisclass1.Understandfoodsasmechanistic,chemicalsystems.2.Allthephenomenaobservedinpreparingfoodcan,inprinciple,beunderstoodinclassicallychemicalterms.Understandinghowchemicalsystemsbehaveenablesustobettercontrolthemtomeetourmanyneeds.3.Studentswillentertheclasswithabasicknowledgeofchemistryandleaveunderstandinghowitappliestofood.4.Understandingtheimportantchemicalbasisoffoodquality.5.Successfulstudentswilldevelopaconceptualframeworktounderstandunfamiliarphenomenaintermsoffoodchemistry.6.Achievementofthesegoalsrequiresbothanaccumulationoffactsandthedevelopmentofananalyticalapproachtofoodquality.Goalofthisclass食品化学的研究内容Foods:Foods:arematerialswhich,intheirnaturallyarematerialswhich,intheirnaturallyoccurring,processedorcookedforms,areconsumedoccurring,processedorcookedforms,areconsumedbyhumansasnourishmentandforenjoyment.byhumansasnourishmentandforenjoyment.Nourishment:Nourishment:thenutritionalvaluethenutritionalvalueEnjoyment:Enjoyment:thevisualappealthevisualappeal、、smellsmell、、tasteandtasteandtexture,whichinteractwiththesenses.texture,whichinteractwiththesenses.IntroductionConveniencefoods:accordingtopropertieswhichdeterminehandlingAdditionalrequirement:freefromtoxicmaterialsfoodinthefirstofnecessitytothepeopleFoodchemistry:isinvolvednotnolyinelucidatingthecompositionoftherawmaterialsandend-products,butalsowiththechangeswhichoccurinfoodduringitsproduction,processing,storageandcooking.Desiredandundesiredreactions:compositionalanalyses(detection,isolationandstructuralcharacterizationoffoodconstituents)ThereactionsofasingleconstituentorofasimplemixtureAfoodinwhichanindividualreactiondominatescanbemade.化学分子水平CompositionStructurePhysicochemicalpropertiesNutritionSafetyChangesinfluenceStorageProcessingTransportationsaleFoodqualitySafetyItellyou!1.1.1基本概念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、营养价值及在加工、贮藏、运销中的变化及变化的本质，为食品科学发展提供理论和思维基础的一门综合性学科。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：促进食品科学全面深入发展。1.1食品化学的概念及研究内容(1)研究食品的化学组成食品中的化学成分WaterMineralVitaminsLipidsProteinsCarbohydratesHormoneFlavorCompositionsToxicSubstancesNaturalCompositionsUnnaturalCompositionsInorganicCompositionsOrganicCompositionsFoodAdditivesContaminantNaturalAdditivesSyntheticAdditivesProcessingEnvironmentalPollution食品中的基本营养素（3）研究食品贮藏、加工新技术，开发新产品和新的食物资源（4）研究化学反应的动力学行为和环境因素的影响（2）揭示食品在加工贮藏中发生的化学变化1.1.2食品化学的研究内容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；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；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；研究食品成分的构效关系；食品化学与相关学科的关系FoodScienceFoodChemistryFoodEngineeringFoodMicoorganism化学生物化学食品化学植物学动物学分子生物学等食品化学的准备课程无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、生物化学。1.1.3本学科的特点以化学为基础，融人体生理学、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；是一门综合学科；从分子水平认识食品及食品技术，其认识和说明问题最为深刻；研究过程需要最先进的科学理论和技术，研究起点高；是食品专业的一门基础性学科。1.2食品中的物质及物质体系1.2.1食品中的物质（1）食品的物质构成主体构成物质：食品原料中所含的物质，包括六大营养要素（水、糖、脂、蛋白质、维生素和矿物质）、纤维类及其它微量成分等；添加成分类：色素、调味剂、香料、赋形剂、加工助剂及功能性添加剂等；次生物质类；化学或微生物污染物。1.2.2食品的物质体系（1）食品的物质体系是食品成分的特定组织形式ʳƷ³É·Ö£¨µ¥¸ö·Ö×Ó£©·Ö×ÓÌåϵʳƷ³¬·Ö×Ó·Ö×Ó¼¯ÍÅ图1.1食品成分物质体系形成示意图什么是超分子几十个原子、分子或成千个原子、分子\"组合\"在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种\"组合\"被称为\"超分子\"或\"人工分子\"。\"超分子\"的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当\"超分子\"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。（2）食品物质体系的特点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；b.单个分子组成多分子体系具有分子识别的特点；c.单个分子组成多分子体系主要通过弱键相互连接；d.多分子体系的结构形式远比单个分子复杂；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大的差别。1.3食品或食品原料化学成分理化性质及化学变化概述1.3.1食品成分的理化性质与功能概述水：良好的流动性、与食品成分的亲合性及溶解性；溶剂；糖类：低糖或单糖：吸湿、保湿、增粘、增塑、结晶和易溶；多糖：增稠、胶凝、乳化、成膜等；结构、营养等；脂类：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、起稣、抗老化等；蛋白质：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：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；1.3食品或食品原料化学成分理化性质及化学变化概述1.3.2食品成分主要化学变化概述（1）主要化学变化见图1.2及图1.3ÔÁÏÖ²ÎïÐÔÉúÀí³ÉÊìºóÊìË¥À϶¯ÎïÐÔºôÎüϸ°û±ÚÈí»¯·çζÎï²úÉú½©Ö±¡¢ÄÛ»¯×ÔÈÜ¡¢¸¯°ÜÖü²Ø¼Ó¹¤ÔÁÏ»ìºÏϸ°ûÆÆ»µÃ¸´ÙË®½âø´ÙÑõ»¯£«¼ÓÈȷֽ⡢¾ÛºÏÒì¹¹»¯¡¢±äÐÔ£«ÍÑË®·ÇøºÖ±äÑõ»¯µ°°×ÖʱäÐÔ£«¿ÕÆø¹âÕÕ·øÉäÑõ»¯¹âÖ±äÉ«·øÉä·Ö½â£«Ëá¡¢¼î½ðÊôÀë×ÓË®½â¡¢Ôí»¯×Ô¶¯Ñõ»¯±äɫʳƷ°ü×°¡¢ÔËÊ䣫ÌØÊâ¼Ó¹¤Ìõ¼þÑÌѬ£º±½²¢ÜÅëçÖÆ£ºÑÇÏõ°·ÄÚÔÚ·´Ó¦ÈÔÔÚ¼ÌÐø£«ÍâÀ´Î¢ÉúÎïµ¼Ö·´Ó¦图1.2原料、食品贮藏、加工中的化学变化类型和影响因素Ö¬ÀàÑõ¡¢¼ÓÈÈ´ß»¯¼Á¹ýÑõ»¯Îïµ°°×ÖÊÑõ»¯µÄµ°°×ÖÊ̼ˮ»¯ºÏÎï¼ÓÈÈÇ¿ËáÇ¿¼î»îÆõÄôÊ»ù»¯ºÏÎïÉ«ËØάÉúËØ·çζÎïÒìζÒì³£ÑÕɫɥʧӪÑø¼ÛÖµÖʵرäÁÓÖеÈË®·Ý»î¶È½Ï¸ßµÄζȵ°°×ÖÊ图1.3几种主要食品成分的化学变化及相互关系食品化学起源于何时难以从历史记载中找到答案食品化学作为科学加以研究应追溯到十八世纪食品化学在十九世纪初逐步成为一门独立的学科J.FoodAgric，J.FoodSci，J.Agric.FoodChem，FoodChem标志着食品化学学科的正式建立。第二节食品化学的发展简史食品化学的发展起源：起源是不清楚的。食品化学的起源可以追溯起源：起源是不清楚的。食品化学的起源可以追溯至中世纪前，但是最重要的发现起自于至中世纪前，但是最重要的发现起自于1818世纪后期。世纪后期。它的历史深深地与农业化学卷在一起。它的历史深深地与农业化学卷在一起。1780—18501780—1850期间许多化学家的重要的发现直接或间期间许多化学家的重要的发现直接或间接地关系到食品化学。接地关系到食品化学。☆CarlWilhelmScheei（1742-1786）瑞典药物学家（（17801780年）分离和研究乳酸的性质，发明一种用加年）分离和研究乳酸的性质，发明一种用加热保藏醋的方法热保藏醋的方法（（17841784年）从柠檬汁中分离出了柠檬酸（年）从柠檬汁中分离出了柠檬酸（17841784年）从苹果中分离出了苹果酸（年）从苹果中分离出了苹果酸（17851785年）在年）在2020种种普通水果中检测柠檬酸、苹果酸和酒石酸他从植物普通水果中检测柠檬酸、苹果酸和酒石酸他从植物和动物物质分离各种新化学物质的工作被认为是农和动物物质分离各种新化学物质的工作被认为是农业和食品化学中精确分析研究的开端。业和食品化学中精确分析研究的开端。☆AntoineLaurentLavoisier法国化学家首先用一个平衡反应式表示发酵过程，首先测定了乙酸的元首先用一个平衡反应式表示发酵过程，首先测定了乙酸的元素成分（素成分（17841784）。）。☆☆(Nicolas)TheodoredeSaussure(Nicolas)TheodoredeSaussure法国化学家法国化学家通过灰化方法研究植物的矿物质含量和完成了首次精确的乙通过灰化方法研究植物的矿物质含量和完成了首次精确的乙醇的元素分析（醇的元素分析（18071807）。）。☆☆JosephLouisGay-LussacJosephLouisGay-Lussac和和Louis-JacquesThenardLouis-JacquesThenard18111811年发明了定量测定干蔬菜物质中碳、氢和氮的百分数的年发明了定量测定干蔬菜物质中碳、氢和氮的百分数的第一个方法。第一个方法。☆☆HumpheyDavyHumpheyDavy英国化学家英国化学家编写了第一部（编写了第一部（18131813））《《农业化学原理农业化学原理》》。在第五版中指。在第五版中指出，植物通常仅由出，植物通常仅由77或或88种元素组成，最基本的植物物质由种元素组成，最基本的植物物质由氢、碳和氧按不同比例组成，一般单独存在，在某些情况下氢、碳和氧按不同比例组成，一般单独存在，在某些情况下与氮相结合。与氮相结合。☆MichelFugeneChevreul法国化学家他在动物脂肪上所做的经典的研究导致了硬脂他在动物脂肪上所做的经典的研究导致了硬脂酸和油酸的发现和命名。酸和油酸的发现和命名。☆☆JustusvonLiebigJustusvonLiebig在在18421842年将食品分类为含氮的（植物纤维蛋白、清年将食品分类为含氮的（植物纤维蛋白、清蛋白、酪蛋白以及动物肉和血）和不含氮的（脂肪、蛋白、酪蛋白以及动物肉和血）和不含氮的（脂肪、碳水化合物和含酒精饮料）。碳水化合物和含酒精饮料）。18471847年出版了年出版了《《食品化学研究食品化学研究》》。第一本食品化学。第一本食品化学方面的著作。方面的著作。食品的掺假事件1919世纪早期掺假的出现并日益严重，导致化世纪早期掺假的出现并日益严重，导致化学家们化了很大努力来了解食品的天然性质，学家们化了很大努力来了解食品的天然性质，被经常用作掺假物的化学物质和检测它们的被经常用作掺假物的化学物质和检测它们的手段。手段。在在1820—18501820—1850期间，很多大学建立分析研究期间，很多大学建立分析研究和化学研究实验室。从此，食品化学连续地和化学研究实验室。从此，食品化学连续地并以加速的方式发展。并以加速的方式发展。在19世纪早期常见的食品的有意掺假胭脂树籽红：掺假物包括姜黄、燕麦、黑麦，小麦面粉、硫胭脂树籽红：掺假物包括姜黄、燕麦、黑麦，小麦面粉、硫酸钙和碳酸钙、盐和铁红（氧化铁）。酸钙和碳酸钙、盐和铁红（氧化铁）。黑胡椒：常被砂砾、叶子、果梗、茎、胡椒末、亚麻子肉黑胡椒：常被砂砾、叶子、果梗、茎、胡椒末、亚麻子肉和胡椒以外的其它植物粉末掺假。和胡椒以外的其它植物粉末掺假。尖辣椒：常加入银硃（尖辣椒：常加入银硃（α-α-硫化汞）、赭石和姜黄以克服硫化汞）、赭石和姜黄以克服因暴露在阳光下而产生的褪色现象。因暴露在阳光下而产生的褪色现象。精油：用松节油、其他油和醇掺假。精油：用松节油、其他油和醇掺假。醋：用硫酸掺假。醋：用硫酸掺假。柠檬汁：用硫酸和其他酸掺假。柠檬汁：用硫酸和其他酸掺假。咖啡：用焙烤谷物、焙烤胡萝卜或烤焦刀豆和豌豆掺假；咖啡：用焙烤谷物、焙烤胡萝卜或烤焦刀豆和豌豆掺假；茶叶：用下脚料、干燥茶叶和其他植物叶子掺假；茶叶：用下脚料、干燥茶叶和其他植物叶子掺假；牛乳：主要掺水，也常加入白垩、淀粉、姜黄（颜色）、胶和牛乳：主要掺水，也常加入白垩、淀粉、姜黄（颜色）、胶和苏打。偶尔也用明胶、糊精、葡萄糖、防腐剂（硼砂、硼酸、苏打。偶尔也用明胶、糊精、葡萄糖、防腐剂（硼砂、硼酸、水杨酸、水杨酸钠、硝酸钾、氟化钠和苯甲酸盐）以及着色水杨酸、水杨酸钠、硝酸钾、氟化钠和苯甲酸盐）以及着色剂如胭脂树籽红、藏红花、焦糖色素等掺假。剂如胭脂树籽红、藏红花、焦糖色素等掺假。啤酒：加入浆果啤酒：加入浆果CocculusindicusCocculusindicus的“黑色提取物”能影响的“黑色提取物”能影响啤酒的风味、麻醉性质、额外的令人陶醉的质量和毒性。啤酒的风味、麻醉性质、额外的令人陶醉的质量和毒性。糖：采用砂、粉剂、石灰果肉和着色物质掺假。糖：采用砂、粉剂、石灰果肉和着色物质掺假。葡萄酒：采用着色剂、风味剂、熟化剂、防腐剂、葡萄酒：采用着色剂、风味剂、熟化剂、防腐剂、抗酸剂等。抗酸剂等。巧克力：采用淀粉、硬饼干粉、动物油脂、砖粉、巧克力：采用淀粉、硬饼干粉、动物油脂、砖粉、铁红（氧化铁）和马铃薯粉掺假。铁红（氧化铁）和马铃薯粉掺假。面包：采用明矾和小麦以外的产品制得的粉掺假。面包：采用明矾和小麦以外的产品制得的粉掺假。糖果产品：采用含铅和砷的着色剂掺假。糖果产品：采用含铅和砷的着色剂掺假。食品检测的发展18601860年在德国年在德国WeedeWeede建立了第一个由政府资助的农建立了第一个由政府资助的农业实验站，业实验站，W.HannebergW.Hanneberg被任命为主任。发展了被任命为主任。发展了一种常规测定食品中主要组分的步骤。水分含量、一种常规测定食品中主要组分的步骤。水分含量、粗脂肪、灰分、氮、粗纤维，无氮提取物。粗脂肪、灰分、氮、粗纤维，无氮提取物。18711871年，年，JeanBaptisteDumanJeanBaptisteDuman认为仅含有蛋白认为仅含有蛋白质、碳水化合物和脂肪的膳食不足以支持生命。质、碳水化合物和脂肪的膳食不足以支持生命。2020世纪前半期发现并鉴定的大多数必需的食用物世纪前半期发现并鉴定的大多数必需的食用物质，它们是维生素、矿物质、脂肪酸和一些氨基酸。质，它们是维生素、矿物质、脂肪酸和一些氨基酸。与食品化学发展相关的科学家C.W.Scheele(Sweden)(1742-1786）A.L.avoisier(France)(1743-1794）Nicolas(France)(1767-1845)J.V.Liebig(Germany)（1803-1873）M.E.Chevreul(France)(1786-1889)A.L.avoisier一、研究方法采用模拟体系或简单体系进行研究将动态多因子科学地分解成静态单因子对于不同的研究对象用不同的研究手段将生物技术用于食品化学研究中第三节食品化学的研究方法及研究内容二、研究内容食品的主要质量特性是食品的主要质量特性是颜色、风味、质构和营养价值。颜色、风味、质构和营养价值。（（11）测定与安全、高质量食品的重要特征相关的）测定与安全、高质量食品的重要特征相关的性质；性质；（（22）测定那些对食品质量和）测定那些对食品质量和//或卫生具有重要影或卫生具有重要影响的化学和生物化学反应；响的化学和生物化学反应；（（33）综合前两点，了解关键的化学和生物化学反应）综合前两点，了解关键的化学和生物化学反应如何影响食品的质量和安全；如何影响食品的质量和安全；（（44）将这方面的知识应用在解决食品配制、加工和）将这方面的知识应用在解决食品配制、加工和贮藏中出现的各种问题。贮藏中出现的各种问题。保健食品的研究方兴未艾全天然食品受到青睐开发新的食物资源食品品种更趋多样化未来食品-合成食品第四节食品化学研究现状及展望本章思考题：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，你可以了解到食品科学的发展趋势是什么？9.生物工程技术在食品中有哪些方面的应用？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丙酮酸酒石酸小苏打谷氨酸果糖蔗糖乳酸葡萄糖CH2OH(CHOH)4CHO硬脂酸分子式：CH3(CH2)16COOH苹果酸又名：2－羟基丁二酸C4H6O5柠檬酸2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸酒石酸2,3-二羟基丁二酸分子式:HOOCCHOHCHOHCOOH谷氨酸分子式：C5H9NO4蔗糖人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。