食品化学-水分

食 品 化 学,华东理工大学食品科学与工程系,课程目的,介绍食品材料中主要成分的结构、性质和它们在加工和保藏中可能发生的物理、化学和生物化学变化各种物化变化对食品色、香、味、质构、营养和保藏稳定性的影响使学生掌握从事食品加工和食品科学研究所必须具备的理论基础。,主要参考书,Owen R. Fennema.食品化学（第三版）.王璋等译.北京：中国轻工业出版社，2003.谢笔钧.食品化学（第二版）.科学出社.2004.赵新淮.食品化学.化学工业出版社.2006.,内 容,引言 水 碳水化合物 脂类 蛋白质 维生素及矿物质 酶 色素与着色剂 食品风味化学,食品化学引言,食品的化学本质与化学组成,从化学角度来看，食品本质上是由各种有机物和无机物按一定比例组成的混合体。食品的营养价值、安全性、感官质量等确定食品质量的指标取决于这些有机、无机物是否存在以及存在的水平。食品中的各种化学物质（也称成分），具有不同的功能或作用。其中有些是人体所必需的，有些是非必需的，有些是为保持食品品质所必需的，也有一些可能对人体有害的。,食品的化学组成及分类,食品化学的定义和研究内容,定义：食品化学就是以化学的原理和方法研 究食品的组成及理化性质的一科学。 它是化学的一个分支，是以食物为研 究 对象的一门应用科学。研究内容： 食品的组成、结构、理化性质 以及食品成分在贮藏加工过程中的化 学和生物化学变化，乃至食品成分与 人体健康和疾病的相关性。,食品化学的历史,1742年1786 瑞典药物学家 Carl Wilhelm Scheele发现氯、甘油和氧 分离和研究了乳糖的性质 通过乳酸的氧化制备粘酸 发明一种用加热保藏醋的方法分离出柠檬酸分离出苹果酸检验了20种普通水果中的柠檬酸、苹果酸和酒石酸,1743-1794年 法国化学家Antoine Laurent Lavoisier建立了燃烧有机分析的基本原理 首先测定了乙酸的元素成分1767-1845年 法国化学家Nicolas Theodore de Saussure研究了植物呼吸过程中气体成分的变化灰化法测定植物的矿物质含量首先完成了乙醇的精确化学分析,1811年 Joseph Louis Gay-Lussac和Louis-Jacques Thenard发明了定量测定碳、氢和氮百分数的第一个方法1813年 英国化学家Humphey Davy分离了元素K、Na、Ba、Ca、Mg等出版了第一本农业化学原理,1773-1852 瑞典化学家 Jons Jzcob和苏格兰化学Thmoas Thomson开创了有机化学式的开端测定了2000种化合物的元素组成证实了定比定律发明了一种精确测定有机物水含量的方法,1786-1889年 法国化学家Michel Fugene Chevreul硬脂酸和油酸的发现和命名。1842-1847年 Justus Von Liebig将食品分类为含氮的和不含氮的物质，优化了定量分析有机物质的方法出版了食品化学的研究,18201850年掺假的出现日益严重化学和食品化学开始在欧洲占据重要地位建立了化学研究实验室创立了新的化学研究杂志,19世纪中期 英国Arthur Hill Hassall绘制了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年 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方法水分含量、粗脂肪、灰分、氮、粗纤维、无氮提取物（碳水化合物）,1862年美国建立农学院和成立美国农业部1863年 Harvey Washington Wiley反对冒牌和掺假食品1871年 Jean Baptiste Duman提出仅由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成的膳食不足于维持人类的生命。,1906年通过了美国第一个纯食品和药品法令出现了全世界最大的国家农业实验站系统20世纪前半期发现并鉴定了大部分的食用物质-维生素、矿物质、脂肪酸和氨基酸20世纪中期 日益广泛地使用化学物质帮助制造和销售食品成为一个广泛争议的话题。,20世纪后期至今采用诸如膜技术、超临界萃取技术、微波技术、静高压杀菌技术、欧姆电加热技术、辐照技术、微胶囊技术等高新加工技术时，食品产生的化学物理变化研究功能食品、植物化学成分的研究食品成分在人体中的代谢及机能研究,食品化学的研究方法,测定与安全、高质量食品的重要特征相关的性质测定对食品质量或卫生有关的重要化学和生化反应综合上述两点掌握关键的化学和生化反应对食品品质的影响将这些知识用在解决食品原料配制 、加工和贮藏中的各种问题,食品化学在食品科学中的地位,食品科学一般分为以下几个研究领域食品化学物理食品学结构食品学环境食品学食品加工学食品管理学 食品化学是食品科学中研究内容最广泛, 最基础的学科.除此之外也是现代食品技术的基础学科。,食品的成分化学,人体主要依赖以下物质维持生命和组成自身成分，这些物质主要来源于食物，是构成食品的最主要成分。水分糖类脂类蛋白质维生素矿物质,水 分,陆地生物机体化学物质组成的大致比例,蛋白质15%,核酸7%,糖类3%,脂质2%,无机盐1%,水70%,生物体的含水量（%）,水与食品的关系及食品中水的状态,水与食品的关系水可以使蛋白质、淀粉等亲水性分子分散于食品中，形成一定形态的膨胀体。脂类可以通过表面活性剂形成微胶粒，分散在食品中的水中。食品的质构、口感与食品的持水性密切相关。水分直接影响微生物的活动。水分影响食品的稳定性。,食品中水的状态 食品中的水分为两种，即自由水和结合水。自由水：存在于细胞间隙或细胞液中以及食品组织结构中，可自由流动，具有溶剂的作用，与自然界的普通水性质相同。结合水：与食品中的成分，如蛋白质、糖类，盐类等的基团以化学键的形式结合，失去了自由水的功能，不能作为溶剂和被微生物利用。结合水通常在-40 不结冰，较难分离，一旦分离食品的风味将发生改变。结合水在食品中的含量较少，对高水分含量食品通常只占总水分1%以下。,水与离子及离子基团的相互作用,键的强度:共价键 H2O-离子键 H2O- H2O,水与具有氢键形成能力的中性基团（亲水性溶质）的相互作用,能与水形成氢键的基团：羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等,水与非极性基团的相互作用,非极性物质：烃、稀有气体以及脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团,疏水作用对蛋白质结构的作用为蛋白质的折叠提供了主要推动力维持蛋白质四级结构疏水基团处在蛋白质分子的内部,水与双亲分子的相互作用,水可以作为双亲分子的分散介质。双亲分子：一个分子中同时存在亲水和疏水基团。例如：脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂质、核酸等。胶团：双亲分子在水中形成大分子聚集体，非极性部位朝内。分子数一般从几百到几千。,非极性区,双亲分子一般结构,脂肪酸盐,水 分 活 度,定义：水分活度Aw是指食品样品中水蒸气压p与同一温度下纯水的饱和蒸汽压p0之比： Aw= p/p0 Aw值的范围为：01,Aw 测定方法,密闭容器达到表观平衡后测定压力或相对湿度根据冰点下降测定RVP根据干、湿球温度计，查表读RVP测定精确性为±0.02,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公式,T -绝对温度 R -气体常数H -在样品的水分含量下等量净吸附热,lnAw-1/T的关系,直线关系10温度变化，Aw变化0.03-0.2,冰点以下食品的Aw,Pff-部分冻结食品中水的分压P0 (scw) -纯的过冷水的蒸汽压P(ice) -纯冰的蒸汽压,在冰点以下也是线性温度对Aw的影响 冰点以下冰点以上直线出现明显的折断,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与样品的组成无关，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。不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度的Aw。当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品稳定性而言，水分活度的意义也改变,一些常见食品的水分活度,食品水分活度与食品含水量的关系,水分活度与食品的稳定性,