食物与化学教案 字.docx

1、食物与化学教案 字 食物与化学课程简介 食品化学起源于18世纪后期。研究食品的种类、组成、营养、变质、分析技术及食品成分在加工和贮藏过程中所发生的化学反应的一门学科。它与无机化学、有机化学、分析化学、生理学、动植物学、微生物学和分子生物学有密切关乳酸系。 具体内容包括:食品成分(水分、蛋白质、脂类、糖类、无机质、维生素等)的化学；食品的色、香、味;食品和酶的作用；食品保藏；食品物化性质和质地；植物性食品（谷类、薯类、豆科植物、蔬菜和水果）的化学；动物性食品（乳和乳制品、肉禽蛋、鱼贝类）的化学；发酵性食品（乳酪、酸乳、酒类、味精等）的化学；食品添加剂的化学；食品包装材料的化学及其与食品的关系等。

2、它的任务和作用可概括为：通过食品分析，研究天然食品、配方食品和加工食品的组成和特性以及是否掺杂和污染，以确定食品产品是否符合食品卫生要求和是否达到营养和感官标准。结合食品加工中食品成分的化学变化的研究，开发食品保藏方法，减少食物损失浪费,延长贮存期,保持其营养成分如维生素含量及色、香、味等感官品质，防止或延缓食品变质和哈败。为改进食品质量和开发新型食品提供依据，如建立合理营养配方食品,添加某些成分制取强化食品,开发植物蛋白以及高温瞬时杀菌技术，采用无菌包装和挤压膨化等可以保留较多营养成分和保证优良感官质量的新工艺。对食品质量进行监督和管理，提供质量信息，为消费者提供食品化学知识，指导消费。 现

3、代食品正向着加强营养、保健、安全和享受性方向发展，食品化学的基础理论和应用研究成果，正在并继续指导人们依靠科技进步，健康而持续地发展食品工业。 本课程在系统地介绍了组成食品的各个成分及其性质的同时，更注重这些成分在食品储藏加工中表现出来的性质和变化，以及食品化学理论在食品专业中的应用，以引领学生轻松进入食品科学的领域。 食物与化学教案 第一次课：食品化学 教学目标 使学生了解食品化学的发展历史及最新研究进展和动态以及该课程在食品科学中的地位和意义。掌握食品化学的概念、研究内容、研究方法、食品加工贮藏过程中主要的化学变化及其对食品品质和安全性的影响。 教学重难点 重点： 食品化学的概念、研究内容

4、、研究方法、食品加工贮藏过程中主要的化学变化。 难点： 食品中主要的化学变化及其对食品品质和安全性的影响。 教学方法和教学手段： 教师讲授 多媒体教学 教学内容 1 相关概念 食品：经特定方式加工后供人类食用的食物。 食物：可供人类食用的物质原料统称为食物。 营养素：指那些能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4050种人体必需的营养素，从化学性质分为6大类，即蛋白质、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。 化学：研究物质组成、性质及其功能和变化的科学，包括分析化学、有机化学、物理与胶体化学、分离化学、普通化学和生物化学等。 2 食

5、品化学 用化学的理论和方法研究食品本质的科学，它通过食品营养价值、安全性和风味特征的研究，阐明食品的组成、性质、结构和功能和食物在贮藏、加工和包装过程中可能发生的化学、物理变化和生物化学变化的科学。 食品化学、微生物学、生物学和工程学是是食品科学的四大支柱学科。 食品化学、食品微生物学和食品生物化学是食品科学与工程专业的三大专业基础课。 3 食品化学的分支 食品成分化学：研究食品中各种化学成分的含量和理化性质等。 食品分析化学：研究食品成分分析和食品分析方法的建立。 食品生物化学：研究食品的生理变化。与普通生物化学不同食品生物化学关注的对象是死的或将要死的生物材料。 食品工艺化学：研究食品在加

6、工贮藏过程中的化学变化。 食品功能化学：研究食物成分对人体的作用。 食品风味化学：研究食品风味的形成、消失及食品风味成分的化学。 4食品化学的历史 食品化学的起源还不太清楚，它完整的历史尚未有恰当的分析和记载，这是不足为奇的。因为食品化学直到20世纪才成为一门独立的学科，它的历史一直是 与没有详尽的文献记载的农业化学的历史紧密联系在一起的。尽管如此，从目前掌握的资料已足以正确地了解与食品相关的某些值得注意的事件所发生的时间、地点和原因以及l 9世纪早期以来在食品供应的质量方面所发生的变化。 尽管食品化学的起源从某种意义上讲可以追溯到远古时代，但是根据我们目前的判断，那些最主要的发现始于18世纪

7、末期。 第一阶段 早期食品化学（20世纪50年代以前）天然动植物特征成分分离和分析阶段 在17801850年期间，一些著名的化学家获得了重大发现，其中不少是与食品化学有着直接或间接的关系。在舍勒（scheele）、拉瓦锡（lavoisier）、德索绪尔（de saussure）、盖-吕萨克（gay-lussac）、泰纳尔（thenard）、戴维（davy）、琼斯雅可比贝采里乌斯（jons jakob berzelius）、汤姆逊（thomson）、李比希、博蒙特（beaumont）、（justus liebig）的著作中可以找到现代食品化学的起源。或许有人会问，这些科学家最著名的发现与食品化学

8、的联系很少，他们是否真的在很大程度上与现代食品化学的起源有关系。虽然普遍认为将早期的科学家们分为化学家、细菌学家或食品化学家是很困难的，但是确定某个科学家是否在某个科学领域内作出了重要的贡献却是比较容易的。下述的一些简单例子充分地证实了这些科学家中的大多数人实际上曾对食品进行了深入的研究，并确实在食品化学方面取得了一些根本性的重要发现，他们在食品化学的历史记载中的地位是不容怀疑的。 瑞典药剂师舍勒（carl wilhelm scheee，17421786）是有史以来最伟大的化学家之一。他曾发现了氯、丙三醇和氧(比普利斯特里priestly早3年，但是未发表)，这一点已广为人知，除此之外，他还分

9、离和研究了乳酸的性质(1780年)，利用乳酸的氧化作用制得了粘酸(1780年)，设计了一个利用加热保存醋的方法(1782年，这在艾佩尔appert的“发现”之前)，从柠檬汁(1784年)和酷粟(1785年)中分离出拧檬酸，从苹果中分离出苹果酸(1785年)。并且检验了20种普通水果中的柠檬酸，苹果酸和酒石酿。他从植物和动物材料中分离各种新的化合物助工作被认为是在农业和食品化学方面精密分析研究的开端。 法国化学家拉瓦锡（antoine larent lavoisier，17431794）第一个测定了乙醇的元素组成(1784年)，并发表了第以篇关于水果中含有机酸的论文。 英国化学家戴维（humph

10、ey davy，17781829）在1807与1808年分离出元素钾、钠、钡、铝、钙和镁。他对农业和食品化学方面的贡献大都是通过他在农业化学方面的著作提供的，其中的第一个版本（1813年）是农业化学原理，他曾作为农业部的一门课程。他的著作将当时已有的知识加以组织和阐述。他在第一版中指出：“植物的各个不同部分都能分解成一些元素，它们是被用作食品还是被用来制作艺术品就取决于这些元素的组合排列，这些元素可以从植物的机体部分或者从它们所含的汁液中产生，而研究这些物质的特性则是农业化学的一个基本部分。他在第五版中指出，植物通常仅由7或8种元素组成，最基本的植物物质是由氢、碳和氧按不同的比例所组成。在一般

11、悄况下，这些元素是单独存在的，而在少数情况它们还与氮相结合。 法国化学家谢福瑞（michel eugene cheveraul，17861889）在名为关于有机分析及其应用的一般论述一书中列举了当时已知的存在于有机物质中的元素(氧、氯、碘、氮、硫、磷、碳、硅、氢、铝、镁、钙、钠、钾、锰和铁)。并汇 集了当时可采用的有机分析方法。（1）用中性溶剂萃取，例如水、酒精或含水乙醚；（2）缓慢蒸馏或分馏；（3）蒸汽蒸馏；（4）将物质通过被加热到白炽状态的管子；(5)用氧来分析。 李比希（justus von liebig，1803-1873）提出将食品分为含氮的（植物纤维，酪蛋白等）和不含氮的（脂肪、碳

12、水化合物等），并与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，但此时认为建立食品化学的学科。 在18世纪，食品掺假事件在欧洲时有发生，迫切要求有关部门建立可靠的食品检验方法，这无疑对普通分折化学和食品检验方法的发展起了很大的促进作用。因此，在18201850年期间，化学和食品化学开始在欧洲占据重要地位。在许多大学中建立了化学研究实验室和创立了新的化学研究杂志，推动厂化学和食品化学的发展。从此，食品化学发展的步伐更快。 到二十世纪二十年代，世界各国相继颁布了关于禁止食品掺假的法规，并建立了相庇的检验机构和制定出严格的检验方法，从而使食品掺假逐渐得到控制。 到50年代末，食品工

13、业有了较快的发展，特别是在欧美等工业发达国家。为了改善食品的感官质员和品质，或有利于改进食品加工处理以及延长货架期，在食品贮藏加上过程中，逐渐使用天然的或人工合成的化学物质，作为食品添加剂，并得到政府法律的认可。另一方而，由于农业生产中广泛应用农药，给食物带来不同程度的污染。因此，食品安全性问题，自60年代以来已成为食品化学、临床医学、毒理学、预防医学等学科普边关心的重要问题。 色谱和色质联用等现代分析技术的出现，以及结构化学理论的发展，使食品化学在理论和应用研究方面部获得显著的进展。如研究食品在贮藏加工过程中各种化学或生物化学的反应历程和机理，食品各组分的性质、结构和功能，以及食品贮藏加工新

14、技术、新产品的开发，食品资源的利用。这些都为食品科学技术和食品工业的发展创造了有利条件。 为了适向人类宇航事业的需要，科学家们开始研究如何在太空飞船的有限空间实现食品元素和食品物质的小规模循环，做到主要食物的自给供应。随着仿生学和分子工程学的发展，人们将可以简化这些复杂物质分子，或模拟代谢中间产物的结构，通过人工合成食品的方法，开辟出一条新的途径。 5食品化学在食品工业技术发展中的作用 食品化学是根据现代食品工业发展的需耍，在多种相关学科理论与技术发展的基础上形成和发展起来的，它具有显著的多源性、综合性及应用性。在理论、方法和技术语方面通过广泛的吸收、消化和创造过程，食品化学成为了食品科学理论

15、和食品工业技术发展与进步的支柱学科之一。 现代食品正向着强调营养、卫生与感官品质，注重保健作用，包装精良和食用方便的方向发展。现代食品工业正朝着科学开发新型天然原辅料；利用现代化农业，发展农产品深加工；利用生物工程和化工技术提高原辅料品质和改造原料性能；发展添加剂，优化食品工艺，加强质量控制；革新设备与加强自动化水平等方向发展。这种发展主要依靠材料科学、生物科学和信息科学，当然也滋润和鞭策着食品化学，使它成长为保证食品工业健康而持续发展的指导性学科之一， 直接受食品化学指导的方面见表1-5。 由于食品化学的发展，有了对美拉德反应、焦糖化反应、自动氧化反应、酶促褐变、淀粉的糊化与老化、多糖水解反

16、应、蛋白质水解反应、蛋白质变性反应、色素变色与褪色反应、维生素降解反应、金属催化反应、菌的催化反应、脂肪水解、氧化与酯交换反应、脂肪热解、热聚、热氧化分解和热氧化聚合反应、风味物的产生途径和分解变化、生物性食品原料的产后生理生化反应、原料改性反应等等变化的越来越清楚的认识。也有了对食品成分迁移特性、结晶特性、水化特性、质构特性、风味特性、食品体系的稳定性和流变性、食品分散系的特性、食品原料的组织特性等物理、物理化学、生物化学和功能性质的越来越深刻的认识。这些认识极大地武装了食品战线上的工作者，因而对现代食品加工和储藏技术的发展产生了广泛而深刻的影响。 表1-5 食品化学指导下现代食品工业的发展

17、 方 面 食品配方 过 去 依靠经验 发 展 依据原料组成、性质分析和理性设 计 工 艺 依据传统，经验和粗放依据原料及同类产品组成、特性的 小试 分析，根据优化理论设计 依据传统和感觉盲目 的开发 依据科学研究资料，目的明确的开发，并增大了功能性食品的开发 依据变化机理，科学控制 开发食品 控制加工和储藏变化 依据经验，尝试性简单 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、效益规模增大、范围加宽、浪费少、效 低 益高 表1-6举例介绍了食品化学在食品工业各行业中正在发挥直接影响的方面。从中可看出食品化学是怎样向食品工业直接注入活力的。

18、 表1-6 食品化学对各食品行业技术进步的影响 食品工业 果蔬加工储 藏 影响方面 化学去皮，护色，质构控制，维生素保留，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 宰后处理，保汁和嫩化，提高肉糜乳化力、凝胶性和粘弹性，超市 鲜肉包装，熏肉剂的生产和应用，人造肉的生产，内脏的综合利用 （制药）等 肉品加工 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。 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

19、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 化和酶变等 精练，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 乳品工业 焙烤工业 食用油脂工业 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 面粉改良，精谷制品营养强化，水解纤维素与半纤维素，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

20、源的开发利用等 检验标准的制定，快速分析，生物传感器的研制等 基础食品工业 食品检验 农业和食品工业是生物工程最广阔的应用领域之一，生物工程的发展为食用农产品的品质改造、新食品的开发及食品添加剂和食用酶的开发拓宽了道路，但是生物技术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何种食用酶是急需的以及它们的化学结构和性质如何。例如，食品化学揭示了多聚半乳糖醛酸酶在植物组织软化中的作用，生物工程技术就创造出采后不表达该酶的番茄，从而使番茄在后熟中可以保持良好的硬度。又如，食品化学指示了果糖的营养特性

21、、风味、结晶性等不同于并且在许多方面优越于葡萄糖，生物工程就发展了固定化葡萄糖异构酶技术，从而生产出更多高果糖浆。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、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。例如，在食用酶中添加稳定剂和分散剂，将添加剂配成复合添加剂，对新产品进行品质分析以决定其优劣并找出其利用价值等等。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。 近20年来，食品科学与工程领域发展了许多新技术，并正在逐步把它们推向食品工业的应用。例如，利用光化学理论和技术发展

22、可降解食品包装材料，利用生物工程理论与技术发展会用生化反应器改造食品发酵技术和改良原料品种。利用电磁理论和技术发展微波加工食品技术，利用低温技术发展速冻食品技术和食 品冷冻干燥技术，利用放射化学理论与技术发展食品辐照保鲜技术，利用应用化学理论和技术发展食品的防伪包装、超临界提取和分子蒸馏技术，利用产后生理生化理论和技术发展食品气控、气调、“真空”储藏和活性包装(包装内气调)技术，利用传质理论和膜技术发展、可食膜包装和微胶囊技术，利用结构与韧性关系理论发展原料改性及食品挤压、膨化和超微粉末化技术。由于这些新技术实际应用是否成功的关键依然是对物质结构、韧性和变化的把握，所以它们发展的速度紧紧依赖于

23、食品化学在这一新领域内的发展速度。的确，各国的食品化学家已为此投入了巨大热情和精力，这些新技术在食品工业的发展中将起到越来越大的作用。 总之，食品化学理论和技术的发展强烈依赖其他学科理论和技术的发展，即使当独立的食品化学技术体系建立起来后也是如此。 思考题 1. 什么是食品化学？它的研究内容和范畴是什么？ 2. 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。 3. 食品化学的研究方法有何特色？ 第二次课 水与食物 教学目标 1、了解水在食品中的重要作用、水和冰的结构及其性质。 2、掌握水在食品中的存在状态及各种状态水的特性。 3、掌握水与溶质之间的相互作用及其机理。 教学重难点 重点：水

24、和冰的结构及其性质；水在食品中的存在状态；水与溶质之间的相互作用。 难点：水与溶质之间的相互作用及其机理。 教学方法和教学手段： 教师讲授 多媒体教学 教学内容 1概述 在人体内，水不仅是构成机体的主要成分，而且是维持生命活动、调节代谢过程不可缺少的重要物质。例如，水使人体体温保持稳定，因为水的热容量大，一旦人体内热量增多或减少也不致引起体温出现大的波动。水的蒸发潜热大，蒸发少量汗水即可散发大量热能，通过血液流动使全身体温平衡。水是一种溶剂，能够作为体内营养素运输、吸收和废弃物排泄的载体，可作为化学和生物化学反应物或反应介质，也可作为一种天然的润滑剂和增塑剂，同时又是生物大分子化合物构象的稳定

25、剂，以及包括酶催化在内的大分子动力学行为的促进剂。此外，水也是植物进行光合作用过程中合成碳水化合物所必需的物质。可以清楚地看到，生物体的生存是如此显著的依赖于水这个无机小分子。 水是食品中非常重要的一种成分，也是构成大多数食品的主要组分，各种食品都有能显示其品质特性的含水量(表2-1)。水的含量、分布和取向不仅对食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度和腐败变质的敏感性产生极大的影响，而且对生物组织的生命过程也起着至关重要的作用。水在食品贮藏加工过程中作为化学和生物化学反应的介质，又是水解过程的反应物。通过干燥或增加食盐、糖的浓度，可使食品中的水分除去或被结合，从而有效地抑制很多反应的发生和微生

26、物的生长，以延长食品的货架期。水与蛋白质、多糖和脂类通过物理相互作用影响食品的质构，在大多数新鲜食品中，水是最主要的成分，若希望长期贮藏这类食品，只要采取有效的贮藏方法 控制水分就能够延长保藏期，无论采用普通方法脱水或是低温冷冻干燥脱水，食品和生物材料的固有特性都会发生很大的变化，然而任何企图使脱水食品恢复到它原来的状态(复水和解冻)的尝试都未获得成功。 水是唯一的以三种物理状态广泛存在的物质。 战争之源：“下一场世界大战将是对水资源的争夺”。 2 食物中的水分 表2-1 食品中的水分含量 食 品 肉类 猪肉 牛肉（碎块） 鸡（无皮肉） 鱼（肌肉蛋白） 水果 香蕉 浆果、樱桃、梨、葡萄、猕猴桃、柿子、菠萝 苹果、桃、甜橙、李子、无花果 蔬菜 青豌豆、甜玉米 甜菜、硬花甘蓝、胡萝卜、马铃薯 芦笋、青大豆、大白菜、红辣椒、花菜、莴苣、西 红柿、西瓜 谷物 全粒谷物 面粉、粗燕麦粉、粗面粉 乳制品 奶油 山羊奶 奶酪（含水量与品种有关） 奶粉 冰淇淋 人造奶油 焙烤食品 面包 饼干 馅饼 糖及其制品 蜂蜜 果冻、果酱 蔗糖、硬糖、纯巧克力 含水量（%） 5360 5070 74 6581 75 8085 8590 7480 8090 9095 1012 1013 15 87 4075 4 65 15 3545 58 4359 20 <35 <1