食品化學(xué)-水分.ppt

1、食 品 化 學(xué),華東理工大學(xué)食品科學(xué)與工程系,課程目的,介紹食品材料中主要成分的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和它們?cè)诩庸ず捅２刂锌赡馨l(fā)生的物理、化學(xué)和生物化學(xué)變化 各種物化變化對(duì)食品色、香、味、質(zhì)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)和保藏穩(wěn)定性的影響 使學(xué)生掌握從事食品加工和食品科學(xué)研究所必須具備的理論基礎(chǔ)。,主要參考書(shū),Owen R. Fennema.食品化學(xué)（第三版）.王璋等譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003. 謝筆鈞.食品化學(xué)（第二版）.科學(xué)出社.2004. 趙新淮.食品化學(xué).化學(xué)工業(yè)出版社.2006.,內(nèi) 容,引言 水 碳水化合物 脂類 蛋白質(zhì) 維生素及礦物質(zhì) 酶 色素與著色劑 食品風(fēng)味化學(xué),食品化學(xué)引言,食品的化學(xué)本質(zhì)與化學(xué)組

2、成,從化學(xué)角度來(lái)看，食品本質(zhì)上是由各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物按一定比例組成的混合體。食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、安全性、感官質(zhì)量等確定食品質(zhì)量的指標(biāo)取決于這些有機(jī)、無(wú)機(jī)物是否存在以及存在的水平。 食品中的各種化學(xué)物質(zhì)（也稱成分），具有不同的功能或作用。其中有些是人體所必需的，有些是非必需的，有些是為保持食品品質(zhì)所必需的，也有一些可能對(duì)人體有害的。,食品的化學(xué)組成及分類,食品化學(xué)的定義和研究?jī)?nèi)容,定義：食品化學(xué)就是以化學(xué)的原理和方法研 究食品的組成及理化性質(zhì)的一科學(xué)。 它是化學(xué)的一個(gè)分支，是以食物為研 究 對(duì)象的一門應(yīng)用科學(xué)。 研究?jī)?nèi)容： 食品的組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì) 以及食品成分在貯藏加工過(guò)程中的化 學(xué)和生物化學(xué)變

3、化，乃至食品成分與 人體健康和疾病的相關(guān)性。,食品化學(xué)的歷史,1742年1786 瑞典藥物學(xué)家 Carl Wilhelm Scheele 發(fā)現(xiàn)氯、甘油和氧 分離和研究了乳糖的性質(zhì) 通過(guò)乳酸的氧化制備粘酸 發(fā)明一種用加熱保藏醋的方法 分離出檸檬酸 分離出蘋(píng)果酸 檢驗(yàn)了20種普通水果中的檸檬酸、蘋(píng)果酸和酒石酸,1743-1794年 法國(guó)化學(xué)家Antoine Laurent Lavoisier 建立了燃燒有機(jī)分析的基本原理 首先測(cè)定了乙酸的元素成分 1767-1845年 法國(guó)化學(xué)家Nicolas Theodore de Saussure 研究了植物呼吸過(guò)程中氣體成分的變化 灰化法測(cè)定植物的礦物質(zhì)含量

4、 首先完成了乙醇的精確化學(xué)分析,1811年 Joseph Louis Gay-Lussac和Louis-Jacques Thenard 發(fā)明了定量測(cè)定碳、氫和氮百分?jǐn)?shù)的第一個(gè)方法 1813年 英國(guó)化學(xué)家Humphey Davy 分離了元素K、Na、Ba、Ca、Mg等 出版了第一本農(nóng)業(yè)化學(xué)原理,1773-1852 瑞典化學(xué)家 Jons Jzcob和蘇格蘭化學(xué)Thmoas Thomson開(kāi)創(chuàng)了有機(jī)化學(xué)式的開(kāi)端 測(cè)定了2000種化合物的元素組成 證實(shí)了定比定律 發(fā)明了一種精確測(cè)定有機(jī)物水含量的方法,1786-1889年 法國(guó)化學(xué)家Michel Fugene Chevreul 硬脂酸和油酸的發(fā)現(xiàn)和命名

5、。 1842-1847年 Justus Von Liebig 將食品分類為含氮的和不含氮的物質(zhì)，優(yōu)化了定量分析有機(jī)物質(zhì)的方法 出版了食品化學(xué)的研究,18201850年 摻假的出現(xiàn)日益嚴(yán)重 化學(xué)和食品化學(xué)開(kāi)始在歐洲占據(jù)重要地位 建立了化學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室 創(chuàng)立了新的化學(xué)研究雜志,19世紀(jì)中期 英國(guó)Arthur Hill Hassall 繪制了顯示純凈食品材料和摻雜食品材料的微觀形象的示意圖 1860年 德國(guó)W. Hanneberg和F. Stohman 發(fā)展了一種用來(lái)常規(guī)測(cè)定食品中主要成分的重要方法 水分含量、粗脂肪、灰分、氮、粗纖維、無(wú)氮提取物（碳水化合物）,1862年 美國(guó)建立農(nóng)學(xué)院和成立美國(guó)農(nóng)業(yè)

6、部 1863年 Harvey Washington Wiley 反對(duì)冒牌和摻假食品 1871年 Jean Baptiste Duman 提出僅由蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪組成的膳食不足于維持人類的生命。,1906年 通過(guò)了美國(guó)第一個(gè)純食品和藥品法令 出現(xiàn)了全世界最大的國(guó)家農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)站系統(tǒng) 20世紀(jì)前半期 發(fā)現(xiàn)并鑒定了大部分的食用物質(zhì)-維生素、礦物質(zhì)、脂肪酸和氨基酸 20世紀(jì)中期 日益廣泛地使用化學(xué)物質(zhì)幫助制造和銷售食品成為一個(gè)廣泛爭(zhēng)議的話題。,20世紀(jì)后期至今 采用諸如膜技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)、微波技術(shù)、靜高壓殺菌技術(shù)、歐姆電加熱技術(shù)、輻照技術(shù)、微膠囊技術(shù)等高新加工技術(shù)時(shí)，食品產(chǎn)生的化學(xué)物理變化研究

7、 功能食品、植物化學(xué)成分的研究 食品成分在人體中的代謝及機(jī)能研究,食品化學(xué)的研究方法,測(cè)定與安全、高質(zhì)量食品的重要特征相關(guān)的性質(zhì) 測(cè)定對(duì)食品質(zhì)量或衛(wèi)生有關(guān)的重要化學(xué)和生化反應(yīng) 綜合上述兩點(diǎn)掌握關(guān)鍵的化學(xué)和生化反應(yīng)對(duì)食品品質(zhì)的影響 將這些知識(shí)用在解決食品原料配制 、加工和貯藏中的各種問(wèn)題,食品化學(xué)在食品科學(xué)中的地位,食品科學(xué)一般分為以下幾個(gè)研究領(lǐng)域 食品化學(xué) 物理食品學(xué) 結(jié)構(gòu)食品學(xué) 環(huán)境食品學(xué) 食品加工學(xué) 食品管理學(xué) 食品化學(xué)是食品科學(xué)中研究?jī)?nèi)容最廣泛, 最基礎(chǔ)的學(xué)科.除此之外也是現(xiàn)代食品技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科。,食品的成分化學(xué),人體主要依賴以下物質(zhì)維持生命和組成自身成分，這些物質(zhì)主要來(lái)源于食物，是構(gòu)成

8、食品的最主要成分。 水分 糖類 脂類 蛋白質(zhì) 維生素 礦物質(zhì),水 分,陸地生物機(jī)體化學(xué)物質(zhì)組成的大致比例,蛋白質(zhì) 15%,核酸 7%,糖類 3%,脂質(zhì) 2%,無(wú)機(jī)鹽 1%,水70%,生物體的含水量（%）,水與食品的關(guān)系及食品中水的狀態(tài),水與食品的關(guān)系 水可以使蛋白質(zhì)、淀粉等親水性分子分散于食品中，形成一定形態(tài)的膨脹體。 脂類可以通過(guò)表面活性劑形成微膠粒，分散在食品中的水中。 食品的質(zhì)構(gòu)、口感與食品的持水性密切相關(guān)。 水分直接影響微生物的活動(dòng)。 水分影響食品的穩(wěn)定性。,食品中水的狀態(tài) 食品中的水分為兩種，即自由水和結(jié)合水。 自由水：存在于細(xì)胞間隙或細(xì)胞液中以及食品組織結(jié)構(gòu)中，可自由流動(dòng)，具有溶劑

9、的作用，與自然界的普通水性質(zhì)相同。 結(jié)合水：與食品中的成分，如蛋白質(zhì)、糖類，鹽類等的基團(tuán)以化學(xué)鍵的形式結(jié)合，失去了自由水的功能，不能作為溶劑和被微生物利用。結(jié)合水通常在-40 不結(jié)冰，較難分離，一旦分離食品的風(fēng)味將發(fā)生改變。結(jié)合水在食品中的含量較少，對(duì)高水分含量食品通常只占總水分1%以下。,水與離子及離子基團(tuán)的相互作用,鍵的強(qiáng)度: 共價(jià)鍵 H2O-離子鍵 H2O- H2O,水與具有氫鍵形成能力的中性基團(tuán)（親水性溶質(zhì)）的相互作用,能與水形成氫鍵的基團(tuán)：羥基、氨基、羰基、酰基、亞氨基等,水與非極性基團(tuán)的相互作用,非極性物質(zhì)：烴、稀有氣體以及脂肪酸、氨基酸和蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán),疏水作用對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的

10、作用 為蛋白質(zhì)的折疊提供了主要推動(dòng)力 維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu) 疏水基團(tuán)處在蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部,水與雙親分子的相互作用,水可以作為雙親分子的分散介質(zhì)。 雙親分子：一個(gè)分子中同時(shí)存在親水和疏水基團(tuán)。例如：脂肪酸鹽、蛋白脂質(zhì)、糖脂、極性脂質(zhì)、核酸等。 膠團(tuán)：雙親分子在水中形成大分子聚集體，非極性部位朝內(nèi)。分子數(shù)一般從幾百到幾千。,非極性區(qū),雙親分子 一般結(jié)構(gòu),脂肪酸鹽,水 分 活 度,定義：水分活度Aw是指食品樣品中水蒸氣壓p與同一溫度下純水的飽和蒸汽壓p0之比： Aw= p/p0 Aw值的范圍為：01,Aw 測(cè)定方法,密閉容器達(dá)到表觀平衡后測(cè)定壓力或相對(duì)濕度 根據(jù)冰點(diǎn)下降測(cè)定RVP 根據(jù)干、濕球溫度計(jì)，查表讀RVP 測(cè)定精確性為0.02,水分活度與溫度的關(guān)系,水分含量相同，溫度不同，Aw不同 Clausius-Clapeyron公式,T -絕對(duì)溫度 R -氣體常數(shù) H -在樣品的水分含量下等量?jī)粑綗?lnAw-1/T的關(guān)系,直線關(guān)系 10溫度變化，Aw變化0.03-0.2,冰點(diǎn)以下食品的Aw,Pff-部分凍結(jié)食品中水的分壓 P0 (scw) -純的過(guò)冷水的蒸汽壓 P(ice) -純冰的蒸汽壓,在冰點(diǎn)以下也是線性 溫度對(duì)Aw的影響 冰點(diǎn)以下冰點(diǎn)以上 直線出現(xiàn)明顯的折斷,比較冰點(diǎn)以上和冰點(diǎn)以下Aw,在冰點(diǎn)以上，Aw是樣品組成與溫度的函數(shù)，前者是主要的因素。 在冰