食品化学
第一章 绪论、水和冰
一、食品化学的性质和范畴
概念：食品化学从化学角度和分子水平研究食品的组成、结构、理化性质、生理和生化性质、营养和功能性质以及它们在食品储藏、加工和运销中的变化。
研究内容：碳水化合物、油脂、蛋白质、维生素、矿质元素、水、酶、风味、色素、保健成分、毒物等在食品贮藏加工及运销中的变化。
二、食品化学的研究方法
1 质量和安全属性
质地：变硬、软等
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颜色：期望的或不良的色泽
营养价值：S大营养素等
产生有毒物质安全性 使有毒物质失活
产生或消失保健成分等
2 化学和生物化学反应
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反应类型
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例子
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酶促反应
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切开的水果、蘑菇
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非酶褐变
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烘烤食品
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氧化反应
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脂类、维生素讲解
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注：水解等另8种（共11种）
3 反应对食品质量和安全的影响
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主要引发事件
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次级事件
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被影响的属性
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水果擦伤
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细胞破裂、酶释放、O2进入
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质构、风味、色泽、营养
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多糖水解
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糖与蛋白质反应
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质构、风味、色泽、营养
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脂类氧化
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氧化产物与其它组分反应
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质构、风味、营养
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4 分析在食品贮藏加工中出现的情况
产物因素：组分、O2、pH、AW等
环境因素：T、t、大气成分、处理方法（加工工艺）等。
三、食品化学发展史
1780-1850：瑞典人 Carl Wilhelmscheeie 分离和研究了乳酸的性质。从柠檬汁和醋栗中分离出苹果酸。精密分析研究的开端。
1743-1794：法国化学家 Antoine Laurent Lavoisier 首先测定了乙酸的元素成分。
1767-1845：法国化学家 Theodore de Saussure 用灰化的方法测定植物中矿物质的含量，首先精确地完成了乙醇的化学分析。
1813：英国化学家 Humphey Davy 出版了第一本《农业化学原理》。
1786-1889：法国化学家 Michel Fugene Chevreul 是有机物质分析的先驱，发现和命名硬脂酸和油酸 。
1847： Justus Vonliebig 出版了第一本有关食品化学的书《食品化学的研究》。
19世纪中期：英国 Arthur Hill Hassall 和助手们绘制了一套比较详尽的显示纯净食品材料和掺杂食品材料的微观形象的示意图 。
1860：德国 W. Hanneberg 和 F. Stohman 发展了一种用来常规测定食品中主要成分的重要的方法。
1871：Jean Baptiste Dumas 提出仅由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成的膳食不足以维持人类的生命。
20世纪前半期已发现了大部分基本的食用物质，并对它们的性质作了鉴定，这些物质是维生素、矿物质、脂肪酸和一些氨基酸。
直到20世纪才成为一门独立的学科。
四、世界食品的发展趋势
1、系列化的方便食品
即食、罐头、冷冻
2、儿童食品（有利于生长、发育、开发智力）
强化食品/强化营养：VA、VD、Ca、Fe、Zn
强化高营养价值天然食品：大豆粉、蛋黄
婴儿食品：断奶食品等
3、健康食品/健康饮料（果蔬原汁 法：85％果汁；美：67％），绿色食品，保健食品（美：健康 日：功能）
4、老年食品
老年型社会：60岁以上人数占总人数10％以上； 65岁以上人数占总人数 7％以上。老年食品
（1）预防老年性多发病：高血脂、冠心病、糖尿病等
（2）防衰老：细胞裂开；细胞膜过氧化物氧化
5、新类型食品
新型大豆食品，菌藻类，卡片食品，集成块食品。
参考资料
刘邻渭主编《食品化学》，中国农业出版社
王璋，许时婴等编《食品化学》，中国轻工业出版社
【美】Owen R.Fennema著，王璋等译 《食品化学》，中国轻工业出版社
【美】Norman N.Potter Joseph H.Hotchkiss著，王璋等译 《食品科学》，中国轻工业出版社
天津轻工业学院、无锡轻工业学院合编《食品生物化学》，轻工业出版社
黄梅丽、江小梅编《食品化学》，中国人民大学出版社
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五、水和冰
各种食品都有其特定的水分含量，因此才能显示出它们各自的色、香、味、形特征。
物理化学：水在食品中起着分散蛋白质和淀粉等的作用，使它们形成溶胶。
食品化学：水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等方面都具有重要的影响。
水分也是微生物繁殖的重要因素。
在食品加工过程中，水起着膨润、浸透、呈味物质等方面的作用。
因此，研究水的结构和物理化学特性，水分分布及其状态，对食品化学和食品保藏技术有重要意义。
单分子水和液态水结构示意图：
冰有11种结构，但是在常压和温度0℃时，只有普通正六方晶系的冰晶体是稳定的，还有9种同质多晶(po1ymorphism)和一种非结晶或玻璃态的无定形结构。
在冷冻食品中存在4种主要的冰晶体结构，即六方形、不规则树枝状、粗糙的球形和易消失的球晶，以及各种中间状态的冰晶体。大多数冷冻食品中的冰晶体是高度有序的六方形结构，在含有大量明胶的水溶液中，冰晶体主要是立方体和玻璃状冰晶。
冰传导热能比非流动水（例如，在组织中的水）快得多。（导热率4倍）
食品冻结的速度远比解冻的速度来得快。
单分子水的结构：sp3杂化，104.5°
液态水的结构：氢键（理论上讲，每一个水分子可与相邻的4个水分子同时形成4个氢键 ），缔合水（H2O）n (约90个左右——水分子族) ，偶极作用，→高的热容、熔点、沸点、表面张力、相变热、介电常数
冰：六方晶体。晶轴a=b≠c；晶轴夹角α=β=90°，γ=120°
过冷状态，过冷温度
潜热: 只使水的相态发生变化，没有温度升高的热量，包括熔化潜热和汽化潜热 。
显热: 无相变时，使冰、水、水蒸汽等温度升高的热量 比热容 。
六、食品中水的存在形式
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构成水
构成水• 食 结合水
• 品 邻近水
• 中 多层水/半结合水
• 水 体相水/自由水
构成水+邻近水=结合水
AW<0.25，单分子层水（其含量称单层值） 在高H2O食品中约为总水量的0.5％
离子或离子基团(Na+，CI¯，－COO¯，－NH3+ 等)通过自身的电荷与水分子偶极子的静电相互作用及与蛋白质（氨基酸）中羧基及糖类羟基等形成氢键。
结合水无蒸发、冻结（-40℃）、转移、溶剂能力、不能被微生物利用。多层水 = 半结合水
0.25< AW<0.80，多分子层水，H2O↑，≤5％
与蛋白质肽键、－NH2、＝NH 等形成氢键
半结合水有部分蒸发（但蒸发时需吸收更多热量）、冻结、转移和溶剂能力，部分可被微生物利用。
干燥食品吸收多层水（半结合水）后，非水组分开始膨胀。
体相水 = 自由水
毛细管水（Φ＞0.1μm）和截留水（被生物膜或凝胶内大分子网络所截留的水）
AW>0.85，性质与纯水相近/通过网络微孔向外转移
七、水分活度
是指食品在密闭容器内测得的水蒸气压力（P）与同温度下测得的纯水蒸气压力(P0)之比.
Aw= P/ P0 = ERH /100
根据拉乌尔定律，在一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩尔分数，即 P= P0 n1/(n1 + n2 )
n1---溶剂（水）的摩尔数， n2 ---溶质的摩尔数；
将以上两个公式归纳为：
Aw = n1/(n1 + n2 )
水分活度计算：
在：1、稀溶液；2、非电解质溶液中，根据拉乌尔定律。
例如：25℃下，分别在1000克纯水中加入1 mol NaCl或1 mol的白糖时溶液的水分活度Aw 。
白糖溶液： Aw =55.5 /55.5+1=0.98
NaCl 溶液实验结果： Aw = 0.923
水分活度及其降低原因
水分活度测定：康维皿法（平衡相对湿度法）
平衡相对湿度 (Equilibrium Relation Humidity , ERH) ：物料既不吸湿也不散湿时的大气相对湿度。
表一：一些稳定相对湿度的溶液（饱和）（25℃）/部分
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盐类
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ERH（％）
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LiBr
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7
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LiCl、H2O
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11
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CH3COOH（无水）
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22(5℃为20)
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MgCl∙6H2O
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32
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K2CO3
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43
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NaBr∙2H2O
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58
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NaNO3
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65
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NaCl
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75
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KCl
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85
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K2SO4
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97
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