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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,食品化学多媒体课件,*,目 录,第一章,绪 论,第二章,水 分,第三章,碳水化合物,第四章,蛋 白 质,第五章,脂 质,第六章 食品添加剂,11/24/2025,1,食品化学多媒体课件,第一章 绪 论,1.1,食品化学的概念与发展简史,1.1.1,食品化学的概念,1.1.2,食品化学的发展简史,1.2,食品化学研究的内容和范畴,1.3,食品中主要的化学变化概述,1.4,食品化学的研究方法,1.5,食品化学在食品工业技术发展中的作,用,11/24/2025,2,食品化学多媒体课件,1.1.1 食品化学的概念,一与食品化学相关的几个概念,营养素,(nutrient),：,指那些维持人体正常生长发育,和新陈代谢所必需的物质。目前已知的有4045种人,体必需的营养素，从化学性质可分为6大类，分别为,蛋,白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水,，目,前也有人提出将膳食纤维列为第七类营养素。,食物,(foodstuff，food material),：指含有营养素的物料。,食品,(food),：经过加工的食物称之为食品。但通,常也泛指一切食物为食品。,食品化学,(food chemistry),：食品化学是食品科学,11/24/2025,3,食品化学多媒体课件,的研究内容，然而食品化学有它自己研究和解决的特,殊问题，而这些问题对于食品的加工和保存过程（或,人类的生活）具有很重要的实际意义,。,11/24/2025,6,食品化学多媒体课件,1.1.2 食品化学的发展简史,一、食品化学的历史,食品化学直到,20,世纪才成为一门独立的学科。它,历史一直与农业化学的历史紧密联系在一起。由于缺,少详尽的文献记载，所以完整地介绍其历史是有困难,的，,最主要的是始于,18,世纪末期,一些著名化学家的重,要发现。,二、食品化学大事记,瑞典人,Carl Wilhelmscheeie分离和研究了乳酸的性,质（,1780,年），从柠檬汁（,1784,年）和醋栗,(1785年),中分离出柠檬酸，从苹果中分离出苹果酸（,1784,年），,11/24/2025,7,食品化学多媒体课件,并检测了,20,种普通水果中的柠檬酸和酒石酸等等。,法国化学家Antoine Laurent Lavoisier,(17431794),年首先测定了乙醇的元素成分。,法国化学家,(Nicolas)Theodore de Saussure,(,1767,1845,）用灰化的方法测定了植物中矿物质的含量，并,首先完成了乙醇的精确化学分析。,英国化学家,Humphey davy,在,1813,年出版了第一本,农业化学原理。,法国化学家,Michel Fugene Chevreul,（,17861889,年）在动物脂肪成分上的研究导致了硬脂酸和油酸的,发现和命名。,德国的,W.Hanneberg和F.Stohman,（,1860,年）发明,了一种用来常规测定食品中主要成分的方法。,Jean Baptiste Dumas,（,1871,年）提出仅由蛋白质、,11/24/2025,8,食品化学多媒体课件,碳水化合物和脂肪组成的膳食不足以维持人类生命。,Justus Von Liebig,（,1872,年）将食品分类为含氮的,（植物纤维蛋白、酪蛋白等）和不含氮的（脂肪、碳水,化合物等），并于,1847,年出版了食品化学的研究，这是第一本有关食品化学方面的书，但此时仍未建立食品化学学科。,到,20,世纪初，食品工业已成为发达国家和一些发,展中国家的重要工业，大部分的食品物质组成已成为,化学家、生物学家和,营,养医学家的研究所探明，食品,化学学科建立的时机才成熟。近年来，,食品化学的研,究领域更加拓宽，研究手段日趋现代化，研究成果的,应用周期越来越短。,20,世纪30-50年代,食品化学学科正式建立.(,P3,)相继派生了相关的分支领域.,三、食品化学的发展趋势,现在食品化学的研究,正向反应机理、风味物的结,11/24/2025,9,食品化学多媒体课件,构和性质研究、特殊营养成分的结构和性质研究、食,品材料的改性研究、食品现代和快速分析方法的研究、,高新分离技术的研究、未来食品包装技术的化学研究、,现代化贮藏保鲜技术和生理生化研究，新食源、新工,艺和新添加剂的研究等方向发展。,我国食品化学的研究和教育较多集中在高等院校，都把它作为高等院校研究和教学的重点之一。食品化学已成为食品科学与工程专业的专业基础课，并对我国食品工业的发展产生了重要影响。,11/24/2025,10,食品化学多媒体课件,1.2 食品化学研究的内容和范畴,一、食品化学研究的内容,正如前面所述，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,的变,化及其对食品品质和食品安全性的影响的科学。,食品化学的主要研究内容：,研究食品中营养成分、呈色、香、味成分和有害成,分的化学,组成、性质、结构和功能,；,阐明食品成分之间在生产、加工、贮存、运销中的,变化，即,化学反应历程,、中间产物和最终产物的结构,11/24/2025,11,食品化学多媒体课件,及其对食品的品质和卫生安全性的影响；,研究食品贮藏加工的新技术，开发新的产品和新的,食品资源以及新的食品添加剂等。,二、食品化学研究的范畴,根据研究内容的主要范围，,食品化学主要包括食,品营养成分化学、食品色香味化学、食品工艺化学、,食品物理化学和食品有害成分化学。根据研究的具体,物质,分类，食品化学主要包括：食品碳水化合物化学、食品油脂化学、食品蛋白质化学、食品酶学、食品添加剂化学、维生素化学、食品矿物质元素化学、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。,另外，在生活饮用水处理、食品生产环境保护、活性成分的分离提取、农产品资源的深加工和综合利用、生物技术的应用、绿色食品和,11/24/2025,12,食品化学多媒体课件,有机食品以及保健食品的开发，食品加工、包装、贮藏和运销等领域中还包含着丰富的其他食品化学内容。,11/24/2025,13,食品化学多媒体课件,1.3 食品中主要的化学变化概述,一、在食品加工或贮藏中可能发生的变化分类,表1-1,二、改变食品品质的一些化学反应和生物化学反应,表1-2,三、食品贮藏或加工中发生变化的因果关系,表1-3,四、决定食品在贮藏加工中稳定性的重要因素,表1-4,11/24/2025,14,食品化学多媒体课件,食品加工或贮藏中可能发生的变化（直观）分类,属 性,变 化,质 地,失去溶解性、失去持水力、质地变坚韧、质地软化,风 味,出现酸败、出现焦味、出现异昧、出现美味和芳香,颜 色,褐变(暗色)、漂白(退色)、出现异常颜色、出现诱人色彩,营养价值,蛋白质、脂类、维生素和矿物质的降解或损失及生物利用性改变,安 全 性,产生毒物，钝化毒物产生有调节生理机能作用的物质,11/24/2025,15,食品化学多媒体课件,改变食品品质的一些化学反应和生物化学反应,反应类型,例 子,非酶褐变,焙烤食品表皮成色,酶促,褐,变,切开的水果迅速变褐,氧 化,脂肪产生异昧、维生素降解、色素退色、蛋白质营养损失,水 解,脂类、蛋白质、维生素、碳水化台物。色素水解,金属反应,金属与花青素作用改变颜色、叶绿素脱镁、作为自动氧化,催化剂,脂类异构化,顺反异构化、非共轭脂共轭脂,脂类环化,产生单环脂肪酸,脂类,聚合,油炸中油起泡沫,蛋白质变性,卵,清凝固、酶失活,蛋白质交联,在碱性条件下加工蛋白质使营养价值降低,糖,酵 解,宰后动物组织和采后植物组织的无氧呼吸,11/24/2025,16,食品化学多媒体课件,食品贮藏或加工中发生变化的因果关系,初 期 变 化,二 次 变 化,影 响,脂 类 水 解,游离脂肪酸与蛋白质反应,质地、风味、营养价值,多 糖 水 解,糖与蛋白质反应,质地、风味、颜色、营养价值,脂 类 氧 化,氧化产物与许多其它成分反应,质地、风味、颜色、营养价值,水 果 破 碎,细胞打破、酶释放、氧气进入,质地、风味、颜色、营养价值,绿色蔬菜加热,细胞壁和膜的完整性破坏、酸释放、酶失活,质地、风味、颜色、营养价值,肌肉组织加热,蛋白质变性凝聚、酶失活,质地、风味、颜色、营养价值,脂类的顺反,异构化,在油炸中油的热聚合,油炸过度时起泡沫，降低油脂的营养,价值,11/24/2025,17,食品化学多媒体课件,决定食品在贮藏加工中稳定性的重要因素,产品自身的因素,各组成成分（包括催化剂）的化学性质、氧气含量、,pH,值、水分活度,（,a,w,）,、玻璃化温度（,T,g,）、玻璃化温度时的水含量（,W,g,）,环 境 因 素,温度（,T,）、处理时间（,t,）、大气成分、经受的化学和物理及生物处理、光照、污,染、极端的物理环境,11/24/2025,18,食品化学多媒体课件,1.4 食品化学的研究方法,一、食品主要质量特性和可能发生的不良变化,高质量的食品具有代表它的重要特征的性质,在食,品配制、加工和贮藏过程中的物理和化学变化与这些,性质有关；另外某些化学和生物学变化也对食品的质,量和卫生下降有着重要的影响。因此，,确定关键的化,学和生物化学反应是如何影响食品的质量和安全，并,将这种知识应用于在食品配制、加工和贮藏过程中可,能遇到的各种情况是食品化学的基本研究方法。,食品的主要质量特性包括:,颜色、风味、质构和营养价值以及安全性。,11/24/2025,19,食品化学多媒体课件,表1-5,列出了食品的主要质量特性和可能发生的不,良变化。,许多化学反应和生物学反应会导致食品变质或损,害食品的安全，,这些反应中较重要的是非酶促褐变、,酶促褐变、脂类水解、脂类氧化、蛋白质变性、蛋白质交联、蛋白质水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解和天然色素的降解。,上述各类反应的产物可能直接导致食品质量下降，也可能进一步引起其他反应损害食品质量和安全。,例:,脂类经水解产生的游离脂肪酸会形成不良风味，,而游离脂肪酸比甘油三酸酯更易发生氧化反应，从而,产生酸败味。此外，脂类氧化的中间产物会破坏一些,重要的营养成分，如氨基酸和维生素的结构。,11/24/2025,20,食品化学多媒体课件,方法的四个方面,1确定能代表安全、高质量食品重要特性的,相关性质,。,2确定对食品质量和卫生（安全）下降有重要影响的那些,化学和生物化学反应,。,3综合以上两点以了解关键化学和生物化学反应是,如何,影响质量和安全的(机理),4将这些知识,应用,于食品的配方设计、加工和储藏及各种情况中。,11/24/2025,21,食品化学多媒体课件,表1-5 食品中可能发生的不良变化,特 征,不 良 变 化,特 征,不 良 变 化,颜 色,变黑,质 构,溶解性丧失,退色,分散性丧失,产生其他不正常颜色,持水能力消失,硬化,软化,风 味,产生恶臭,营养价值,维生素损失或降解,产生酸败味,矿物质损失或降解,产生烧煮的或焦糖的风味,蛋白质损失或降解,产生其他异味,脂类损失或降解,其他具有生理功能的物质的损失或降解,11/24/2025,22,食品化学多媒体课件,二、食品变质的一系列基本变化,应注意到某种质量特性的改变可以是几种不同基,本变化的结果(表,1-5,).反过来,一种变化又能引起多种质量特性的改变(,表1-6,)。,具体研究路线有两种：,从左到右：首先研究某种特定的基本变化及其产生,的结果，并能由此预测可能的宏观变化。,基础,现实,从右到左：根据质量变化,找出可能的原因。首先,根据质量变化的特性考虑所有可能涉及的基本变化，然,后通过适当的化学试验将导致质量变化的关键的基本变,化确定下来，实现有效的控制。,现实原因关键因素,分析及试验的确定解决,11/24/2025,23,食品化学多媒体课件,表1-6 食品变质的原因,和结果,一些基本变化,结 果,质量变化,一些基本变化,结 果,质量变化,脂类的水解,游离脂 肪酸与蛋白质的反应,质 构,绿色蔬菜的加热,细胞壁和膜的完整性受损，释放酸和酶,质 构,风 味,风 味,营养价值,色 泽,营养价值,多糖的水解,糖与蛋白质的反应,质 构,肌肉组织的加热,蛋白质变性和聚集、酶失活,质 构,风 味,风 味,色 泽,色 泽,营养价值,营养价值,水果的破损,细胞破裂、酶被释放与氧接触,质 构,风 味,色 泽,营养价值,11/24/2025,24,食品化学多媒体课件,图1-7 食品重要成分所能产生的反应及相互作用,L脂类库（三酰基甘油、脂肪酸和磷）,C碳水化合物库（多糖、糖和有机酸）P蛋白质库（蛋白质、肽、氨基酸和其他含氮化合物）,11/24/2025,25,食品化学多媒体课件,三、食品加工和保藏过程中主要成分之间的相,互作用,在食品加工和保藏过程中主要成分之间的相互作,用对于食品质量有着重要的影响，请参见,图,1-7,。,四、导致食品在加工和保藏过程中变质的因素,前面介绍了优质、安全食品的特性，导致食品变,质的重要化学反应及它们两者之间的关系，如何应,用这些知识解决食品加工过程中所遇到的实际问题?,食品在加工和保藏过程中重要的可变因素有温度,（,T）,、时间（,t,）、温度变化的速度（,dT/dt,),、,pH,、产,品成分、气相组成和水分活度（,a,w,),。,温度,温度也许是这些因素中最重要的,，这是,因为它对食品加工和保藏过程中可能发生的所有类型物,理、化学和生物化学都有广泛的影响。温度对单个反应,的影响可用,Arrhenius,关系式或,k=Ae,-E/RT,表示。当绘制,11/24/2025,26,食品化学多媒体课件,logk,-,1/T,图时,符合,Arrhenius,关系式的数据产生一条,直线。在某个中间温度范围内,食品中的反应一般符合,Arrhenius,关系式,但是在温度过高或过低时,会偏离这,些关系。因此，只有在一定的经过实验测验的温度范,围内,才能将,Arrhenius,关系式应用于食品体系。下列,一些变化可以导致食品体系偏离,Arrhenius,关系式,其,中的大多数是由温度过高或过低引起的,:,酶失去活性；,存在的竞争反应使反应路线改变或受影响；,体系的物理状态可能发生变化；,一个或几个反应可能短缺。,时间,必须将它和温度随时间变化的,速度,一起,考虑。在食品贮藏期间常常需要考虑在某一质量水平,上食品能保存多久。因此，人们关注的是,在一个指定,11/24/2025,27,食品化学多媒体课件,的贮藏期内各个化学或微生物变化发生的时间，以及,这些变化按何种方式结合起来决定了产品的具体贮藏,寿命。时间因素对同时进行的反应的相对重要性也有重要的影响。例如,脂类氧化,和,非酶促褐变,都能引起某,一种食品的变质,而褐变反应的产物恰恰是抗氧化剂；,如果褐变反应在氧化反应之前或同时发生,那么这两个,反应的相互作用对于食品的质量会产生重要的影响。,pH,pH,也是一个可变因素,pH,会影响许多化学,反应和酶催化反应的速度。,有时,pH,的微小变化能导致,食品质量的极度变化。,例如，豆腐的凝结和果胶凝结,的形成，肌肉的品质（罐头的,pH,是,4.6,）。,产品的成分,含糖量会影响脱水或油炸时的,褐变程度。,PPO，PO,活性会影响变色的程度。牲畜屠宰时的状态会影响到蛋白质的分解。糖酵解和,11/24/2025,28,食品化学多媒体课件,ATP,的降解的程度和速度会影响到肉的存放时间、持,水性、坚韧性、风味和色泽等。原料的掺合可能引,起意外的相互作用。,例如，酸化剂、螯合剂、氧化剂,的加入，,抑制,了某些变化或,加速,某种变化,达到高品 质藕制品或面粉；或者除去不需要的反应物来控制食品加工的成分（例如，从脱水蛋清蛋白中除去葡萄糖，防止变色）从原料藕中除去底物（稀盐水浸渍）。,气相成分,主要是氧，氧分压高低对贮藏影响,非常明显。,在食品贮藏过程中少量氧气的残存引起的,损害有时是很明显的。例如，形成少量的脱氢抗坏血,酸会导致在贮藏过程中的褐变。,水分活度,水分活度,a,W,也是一个控制食品反应,速度的重要可变因素。,水分活度在酶反应、脂类氧化、非酶褐变、蔗糖水解、叶绿素降解和许多其他反应中,11/24/2025,29,食品化学多媒体课件,是一个重要的因素。在水分活度低于或相当于中等水,分食品的水分活度,a,W,（,0.750.85,）时，多数反应倾,向于减慢速度，这主要是由于水相减少后溶剂的容量,降低。但脂类的氧化以及相关的次级作用，如类胡萝卜素脱色，不符合此规则；也就是说，在水分活度低限，这些反应加速了速度。,总之,，食品化学是食品科学中发展很快的一个领,域。近年来，在食品加工和贮藏过程中引入了大量的,高新技术，如微胶囊技术、膜分离技术、超临界提取,技术、新灭菌技术、复合包装材料，微波技术、超微,粉碎技术、可食用膜技术等。这些技术推动了食品,化学的发展，也对食品化学的研究方法提出了更高的,要求。,例如,，在微胶囊技术中，壁材(,Wall materials,)中,11/24/2025,30,食品化学多媒体课件,各个组分的结构和性质，各组分之间的相互作用以及,它们对微胶囊产品超微结构的影响，都是食品化学研,究的课题；这就需要应用更先进的分析和测试手段，,从宏观、分子水平和超微结构3个方面着手将这项高新,技术正确地应用于食品工业。,11/24/2025,31,食品化学多媒体课件,1.5 食品化学在食品工业技术发展中的作用,一、食品化学的基础地位,食品科学,的基础是基础科学知识或基础知识，这,些基础科学知识是由各个学科的学者搜集和组织的。,纯理论基础,基础 共享、相互依赖,应用类学科基础,二、食品科学可以分为几个专门的方向,食品化学,：食品组分的化学和物理化学性质；这些,组分在食品加工和保藏中的变化；对它的化学分析。,物理食品学,：食品体系的流变特性和物理性质。,11/24/2025,32,食品化学多媒体课件,结构食品学,：食品体系的微观和宏观结构。,环境食品学,：微生物的侵入和食品体系的腐败（食,品微生物学），食品保护，包括卫生和包装。,食品加工学,：通过物理、化学和微生物方法实现食,品转化、制作和保存的原理。工程学为主,三、结论,食品化学食品科学学科中涉及范围最宽的一门次,级学科，它的内容还包括,食品毒理学、营养学以及营,养和毒物的生物检测技术、味觉和嗅觉的原理，,是食,品科技者不可缺少的条件之一。,11/24/2025,33,食品化学多媒体课件,四、食品化学在食品工业技术发展中的作用,举例,11/24/2025,34,食品化学多媒体课件,表,1-8,食品化学指导下现代食品工业的发展,方 面,过 去,发 展,食品配方,依靠经验确定,依据原料组成、性质分析和理性设计,工 艺,依据传统，经验和粗放小试,依据原料及同类产品组成、特性的分析，根据优化理论设计,开发食品,依据传统和感觉盲目开发,依据科学研究资料，目的明确地开发，并大大增加了功能性食品的开发,控制加工和贮藏变化,依据经验，尝试性简单控制,依据变化机理，科学地控制,开发食品资源,盲目甚至破坏性的开发,科学地、综合地开发现有和新资源,深 加 工,规模小、浪费大、效益低,规模增大、范围加宽、浪费少、效益高,11/24/2025,35,食品化学多媒体课件,表,1-9,食品化学对各食品行业技术进步的影响,食品工业,影 响 方 面,果蔬加工贮藏,化学去皮，,护色，质构控制，维生素保留，脱涩脱苦，打蜡涂膜，化学保鲜，气调储藏，活性包装，酶促榨汁，过滤和澄清及化学防腐等,肉品加工储藏,宰后处理，保汁和嫩化，护色和发色，提高肉糜乳化力、凝胶性和粘弹性，超市鲜肉包装，烟熏剂的生产和应用，人造肉的生产，内脏的综合利用（制药）等,饮料工业,速溶，,克服上浮下沉，稳定蛋白饮料，水质处理，稳定带肉果汁，果汁护色，控制澄清度，提高风味，白酒降度，啤酒澄清，啤酒泡沫和苦味改善，防止啤酒馊味，果汁脱涩，大豆饮料脱腥等。,乳品工业,稳定酸乳和果汁乳,，开发凝乳酶代用品及再制乳酪，乳清的利用，乳品的营养强化等,11/24/2025,36,食品化学多媒体课件,续,表,1-9,焙烤工业,生产高效膨松剂，增加酥脆性，改善面包皮色和质构，防止产品老化和霉变等,食用油脂工业,精炼，冬化，调温，脂肪改性，DHA、EPA及MCT的开发利用，食用乳化剂生产，抗氧化剂，减少油炸食品吸油量等,调味品工业,生产肉味汤料、核苷酸鲜味剂、碘盐和有机硒盐等,发酵食品工业,发酵产品的后处理，后发酵期间的风味变化，菌体和残渣的综合利用等,基础食品工业,面粉改良，精谷制品营养强化，水解纤维素和半纤维素，生产高果糖浆，改性淀粉，氢化植物油，生产新型甜味料，生产新型低聚糖，改性油脂，分离植物蛋白质，生产功能性肽，开发微生物多糖和单细胞蛋白质，食品添加剂生产和应用，野生、海洋和药食两用可食资源的开发利用等,食品检验,检验标准的制定，快速分析，生物传感器的研制等,11/24/2025,37,食品化学多媒体课件,其实生物工程在食品中应用的成功与否紧紧依赖着食品化学：,首先,，必须通过食品化学的研究来指明原有生物原料的物性有哪些需要改造和改造的关键在哪里，指明何种食品添加剂和酶制剂是急需的以及它们的结构和性质如何；,其次,，生物工程产品的结构和性质有时并不和食品中的应用要求完全相同，需要进一步分离、纯化、复配、化学改性和修饰，在这些工作中，食品化学具有最直接的指导意义；,最后,，生物工程可能生产出传统食品中没有用过的材料，需由食品化学研究其在食品中利用的可能性、安全性和有效性。,11/24/2025,38,食品化学多媒体课件,近,20,年来，食品科学与工程领域发展了许多高新技术，并正在逐步把它们推向食品工业的应用。例如可解降食品包装材料、生物技术、微波食品加工技术、辐照保鲜技术、超临界萃取和分子蒸馏技术、膜分离技术、活性包装技术、微胶囊技术等，这些新技术实际应用的成功关键依然是对物质结构、物性和变化的把握，,因此它们的发展速度也紧紧依赖于食品化学在这一新领域内的发展速度。（相互影响的,）,11/24/2025,39,食品化学多媒体课件,思,考,题,什么是食品化学？它的研究内容和范畴是什么？,试述食品中主要的化学变化及对食品品质和安全性的影响。,导致食品在加工和保藏过程中变质的主要因素？,食品化学的研究方法有何特色,？,你认为食品化学有哪些“生长点”？,食品科学包括的内容有哪几个方面,?,11/24/2025,40,食品化学多媒体课件,第二章 水 分,2.12.3,2.42.7,2.82.9,11/24/2025,41,食品化学多媒体课件,2.1 2.3,2.1,概述,2.1.1,水在食品中的作用,2.1.2,水和冰的物理特征,2.2,水和冰的结构和性质,2.2.1,水分子的结构,2.2.2,水分子的缔合作用,2.2.3,冰的结构和性质,2.3,食品中水的存在状态,2.3.1,水与溶质的相互作用,2.3.2,水的存在状态,11/24/2025,42,食品化学多媒体课件,2.4 2.7,2.4,水分活度,2.4.1,水分活度的定义与测定方法,2.4.2,水分活度与温度的关系,2.5,吸湿等温线,2.5.1,定义和区域,2.5.2,滞后现象,2.6,水分活度与食品的稳定性,2.6.1,水分活度与微生物生命活动的关系,2.6.2,水分活度与食品化学变化的关系,2.7,冰在食品稳定性中的作用,11/24/2025,43,食品化学多媒体课件,2.8 2.9,2.8,含水食品的水分转移,2.8.1,水分的位转移,2.8.2,水分的相转移,2.9,分子流动性对食品稳定性的影响,2.9.1,几个专门的术语概念,2.9.2,状态图,2.9.3,M,m,与食品稳定性关系研究中的,几个重要认识,11/24/2025,44,食品化学多媒体课件,2.1概述 2.1.1 水在食品中的作用,一、水在食品中的作用,水,(water),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。,食品中的水分是引起食品,化学性及微生物性变质的重要原因之一，因而直接关,系到食品的贮藏特性。水还是食品生产中的重要原料,之一,，食品加工用水的水质直接影响到食品的品质和,加工工艺。因此，全面了解食品中水的特性及其对食,品品质和保藏性的影响，则对食品加工具有重要意义。,二、某些代表性食品的典型水分含量,（,表,2-1,）,11/24/2025,45,食品化学多媒体课件,某些代表性食品的典型水分含量,产 品,水分/%,产 品,水分/%,产 品,水分/%,番 茄,95,牛 奶,87,果 酱,28,莴 苣,95,马铃薯,78,蜂 蜜,20,卷心菜,92,香 蕉,75,奶 油,16,啤 酒,90,鸡,70,稻米、面粉,12,柑 橘,87,肉,65,奶 粉,4,苹果汁,87,面 包,35,酥 油,0,11/24/2025,46,食品化学多媒体课件,2.1.2 水和冰物理性质,鉴于水和冰的结构和性质，大家在普通化学这,门课程中已经学过，因此这里不作详细的介绍。具体内,容请参阅,中国农业大学出版社出版的、由阚建全主编,的食品化学。,2.2 水和冰的结构和性质,2.2.1,水分子的结构,2.2.2,水分子的缔合作用,2.2.3,冰的结构和性质,11/24/2025,47,食品化学多媒体课件,2.3食品中水的存在状态2.3.1 水与溶质的相互作用,一、水与离子和离子基团的相互作用,与离子或离于基团相互作用的水是食品中结合得,最紧密的一部分水。由于水中添加可解离的溶质，使,纯水靠氢键键合形成的四面体排列的正常结构遭到破,坏。对于既不具有氢键受体又没有给体的简单无机离,子，它们与水相互作用时仅仅是极性结合。,在稀盐溶液中，离子对水结构的影响是不同的。,某些离子，例如,K,+,、Rb,+,、Cs,+,、NH,4,+,、Cl,、Br,、I,NO,3,、BrO,3,、IO,3,和ClO,4,等，能阻碍水形成网状结构，这类盐的溶液比纯水的流动性更大。另一类是,11/24/2025,48,食品化学多媒体课件,电场强度较强、离子半径小的离子，或多价离子，它,们有助于水形成网状结构，因此这类离子的水溶液比,纯水的流动性小，例如,Li,+,、Na,+,、H,3,O,+,、Ca,2+,、Ba,2+,、,Mg,2+,、A1,3+,、F,和OH,等属于这一类。实际上，,从水,的正常结构来看，所有的离子对水的结构都起破坏作,用，因为它们能阻止水在0,下结冰。,二、水与具有氢键键合能力的中性基团的相互,作用,在生物材料和食品中，水可以与食品中蛋白质，,淀粉、果胶物质、纤维素等成分通过氢键而结合。水,与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用,弱,。,各种有机分子的,不同极性基团与水形成氢键的牢固程,度有所不同,。蛋白质多肽链中赖氨酸和精氨酸侧链上,的氨基，天冬氨酸和谷氨酸侧链上的羧基，肽链两端,11/24/2025,49,食品化学多媒体课件,的羧基和氨基，以及果胶物质中的未酯化的羧基，无,论是在晶体还是在溶液时，都是,呈电离或离子状态的,基团，这两种基团与水形成的氢键，键能大，结合得,牢固。,蛋白质中的酰胺基、淀粉、果胶质、纤维索等,分子中的,羟基,与水也能形成键，但键能小，不牢固。,由氢键结合的水，它们的,流动性极小,。凡能够产生氢,键键合的溶质可以强化纯水的结构，至少不会破坏纯,水的结构。然而在某些情况下，溶质氢键键合的部位,和取向在几何构型上与正常水不同，因此，从这一角度理解其实这些溶质通常对水的正常结构也会产生一定的破坏。像,尿素,这种小的氢键键合溶质，由于几何构型原因，对水的正常结构有明显的破坏作用。同样，大多数氢键键合溶质都会阻碍水结冰。但是当体系中添加具有氢键键合能力的溶质时，每摩尔溶液中的氢键总数不会明显地改变。,11/24/2025,50,食品化学多媒体课件,这可能是因为已断裂的水水氢键被水溶质氢键所,代替，因此，这类溶质对水的网状结构几乎没有影响。,氢键结合水和其邻近的水虽数量有限，但其作用和性,质常常非常重要。例如：它们可形成“水桥”，维持大,分子的特定构象。P19,三、水与非极性物质的相互作用,向水中加入疏水性物质，例如烃，稀有气体及引,入脂肪酸，氨基酸、蛋白质的非极性基团，,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。由于在这些不相容的非极性实体,邻近的水形成了特殊的结构，使得熵下降，此过程被,称为,疏水水合,(hydrophobichydration),。由于疏水水合,在热力学上是不利的，因此水倾向于尽可能地减少与,11/24/2025,51,食品化学多媒体课件,存在的非极性实体的缔合。,如果存在两个分离的非极,性基团，那么不相容的水环境将促进它们之间的缔合，从而减少水非极性实体界面面积，此过程是疏水水合的部分逆转，被称为,“,疏水相互作用,（hydrophobicinteraction）,”。,11/24/2025,52,食品化学多媒体课件,2.3.2 水的存在状态,一、自由水和结合水,根据食品中水分的存在状态，可将,食品中的水分,为自由水和结合水。,二、结合水的定义和种类,结合水,（或称为束缚水、固定水），通常是指存,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。根据结合水被结合的,牢固程度的不同，结合水也有几种不同的形式：,化合水,是结合得最牢固的、构成非水物质组,成的那些水，例如，作为化学水合物中的水。,11/24/2025,53,食品化学多媒体课件,邻近水,它是处在非水组分亲水性最强的基团,周围的第一层位置，与离子或离子基团缔合的水是结,合最紧密的邻近水。主要的结合力是水离子和水,偶极缔合作用，其次是一些具有呈电离或离子状态的,基团的中性分子与水形成的水溶质氢键力。如蛋白质的水化膜.,多层水,是指位于以上所说的第一层的剩余位,置的水和在邻近水的外层形成的几个水层，主要是靠,水水和水溶质间氢键而形成。尽管多层水不像邻,近水那样牢固地结合，但仍然与非水组分结合得紧密，且性质与纯水的性质也不相同。,因此，这里所指的,结合水,包括,化合水和邻近水,以,及几乎全部,多层水。,食品中大部分的结合水是和蛋白,质、碳水化合物等相结合的。,三、自由水的定义和分类,11/24/2025,54,食品化学多媒体课件,自由水,（体相水,自由水,游离水）就是指没有被非水物质化学结合的水。它又可分为三类：不移动水或,滞化水、毛细管水和自由流动水。,滞化水,是指被组织中的,显微和亚显微结构,与,膜所阻留住的水，由于这些水不能自自流动，所以称,为不移动水或滞化水。一块重,100g,的肉，总含水量为,7075g,，含蛋白质,20g,，除去近,10g,结合水外，还有,60 65g,水，这部分水极大部分是滞化水。,毛细管水,是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，在生物组织中又称为细胞间水，其物理和化学性,质与滞化水相同。,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，因为都可以自由流动，所以叫自由流动水.同时包括一些湿润水.,11/24/2025,55,食品化学多媒体课件,四、结合水和自由水的区分(别),结合水和自由水之间的界限是很难定量地作截然,的区分。只能根据物理、化学的性质来作定性的区分,（,表2-2,）：,结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的数量,有比较固定的比例关系。如每,100g,蛋白质可结合水分,平均高达,50g,，每,100g,淀粉的持水能力在,3040g,之间。,结合水对食品的风味起着重大作用，当结合水被强行,与食品分离时，食品风味、质量就会改变。,结合水的蒸汽压比自由水低得多，所以在一定温度,（,100,）下结合水不能从食品中分离出来。多层水例外,结合水不易结冰（冰点约,40,）。由于这种性 质，,11/24/2025,56,食品化学多媒体课件,使得植物的种子和微生物的孢子（几乎没有自由水）,得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织,（新鲜水果、蔬菜、肉等）在冰冻后细胞结构往往被,自由水的冰晶所破坏，解冻后组织不同程度地崩溃。,结合水不能作为溶质的溶剂。,自由水能为微生物所利用，结合水则不能。,11/24/2025,57,食品化学多媒体课件,食品中水的性质,结 合 水,自 由 水,一 般 描 述,存在于溶质或其他非水组分附近的那部分水。包括化合水和邻近水以及几乎全部多层水,位置上远离非水组分，以水水氢键存在,冰点（与纯水比较）,冰点大为降低，甚至,40,o,C,不结冰,能结冰，冰点略微降低,溶 剂 能 力,无,大,平均分子水平运动,大大降低甚至无,变化很小,蒸发焓（与纯水比较）,增大,基本无变化,在高水分食品中占总水分含量/（%）,0.033,约96%,11/24/2025,58,食品化学多媒体课件,2.4 水分活度 (,a,w,),2.4.1 水分活度的定义和测定方法,一、水分活度的定义,水分活度,：是指食品中水的蒸汽压和该温度下纯,水的饱和蒸汽压的比值。水分活度可用式表示。,a,w,=p/p,o,=ERH/100=N=n,1,/(n,1,+n,2,),式中：,a,w,是水分活度；,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；,p,o,是相同温度下的,纯水的蒸汽压；,ERH,是样品周围的空气平衡相对湿度；,N,是溶剂摩尔分数；,n,1,为溶剂摩尔数；,n,2,为溶质摩尔数。,n,2,可通过测定样品的冰点，然后按式计算求得。,n,2,=G T,t,/1000K,t,11/24/2025,59,食品化学多媒体课件,式中：,G,是样品中溶剂的克数；,T,t,是冰点降低,（,）；,K,t,是水的摩尔冰点降低常数,（,1.86,）。,由于物质溶于水后该溶液的蒸汽压总要低于纯水,的蒸汽压，,所以,水分活度值便介于01之间,。,二、水分活度的测定方法,测量水分活度的方法有以下几种：,冰点测定法,先测定样品的冰点降低和含水量(,G),然后按式,和,计算水分活度,a,w,，其误差,（包括冰点测定和,a,w,的计算）很小（0.001,a,w,/）。,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,电子或湿度测量仪测定样品和环境空气的平衡相对湿,度，按式即可得到,a,w,。,恒定相对湿度平衡室法,置样品于恒温密闭的,11/24/2025,60,食品化学多媒体课件,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。通常情况下，温度是恒定在25，扩散时间为,20min，样品量为1g，并且是在一种水分活度较高和另,一种水分活度较低的饱和盐溶液下分别测定样品的吸,收或散失水分的重量，然后按式计算,a,w,。,a,w,=（Ax+By）/（x+y）,式中：,A,为水分活度较低的饱和盐溶液的标准水分活度；,B,为水分活度较高的饱和盐溶液的标准水分活度，,x,为,使用B液时样品重量的净增值；,y,为使用A液时样品重量,的净减值。,11/24/2025,61,食品化学多媒体课件,2.4.2 水分活度与温度的关系,一、克劳修斯克拉伯龙方程,克劳修斯克拉伯龙精确地表示了,a,w,与绝对温度,T,之间的关系。,d ln,a,w,/d(1/T)=-,H/R,式中：,R,是气体常数，,H,是样品中水分的等量净吸,附热。,将上式进行整理得：,ln,a,w,=k H/R（1/T）,11/24/2025,62,食品化学多媒体课件,式中,a,w,和R、T的意义与前式相同，,H,则为纯水的汽,化潜热（,40537.2,J/mol）。,k,的意义可有下式表示：,K=(样品的绝对温度-纯水的蒸气压为P时的绝对温度),/,纯水的蒸气压为P时的绝对温度 K:温度系数（常数）,因此，根据上述方程，,ln,a,w,与,1,/T,作图为直线。其意义是：,一定样品的水分活度的对数在不太宽的温度范 围内随绝对温度升高而正比例升高。P.25,二、,a,w,在冰点以上与冰点以下的区