最新《食品化学》教案

《食品化学》教案

轻工与农业学院

食品科学与工程系

山东理工大学

教案编写说明

教案是任课教师的教学实施方案。任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好本门课程每次课的全部教学活动。教案编写说明如下：

1、教学课型表示所授课程的类型，请在理论课、实验课、习题课、实践课、技能课及其它栏内选择打“√”。

2、教学内容：是授课的核心。将授课的内容按章、节或主题，有序的进行设计编排，并标以“*”和“#”符号以表示重点和难点。

3、教学方法和教学手段：教学方法指讲授、讨论、示教、指导等。教学手段指板书、多媒体、网络、模型、标本、挂图、音像等教学工具。

4、讨论、思考题和作业：提出若干问题以供讨论，或作为课后复习时思考，亦可要求学生作为作业来完成，以供考核之用。

5、参考资料：列出参考书籍、有关资料。

6、首次开课的青年教师的教案应由导师审核。

7、鼓励教师在教学内容、教学方法和教学手段等方面进行创新与改革。

8、所有开课课程必须按此标准编写教案。

山东理工大学教案

第一章绪论

本章提要

主要内容：

食品化学的概念、研究内容、研究方法、食品化学的发展历史及最新研究进展和动态、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以及该课程在食品科学中的地位和意义。

重点：

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。

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。

1.1 食品化学相关概念

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40～50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。

1.2 食品化学的性质和范畴

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、营养与功能性质以及它们在食品储藏、加工和运销中的变化，是为改善食品品质、开发食品新资源、革新食品加工工艺和储运技术、科学调整膳食结构、改进食品包装、加强食品质量控制及提高食品原材料深加工和综合利用水平奠定理论基础的发展性学科。

根据研究内容的主要范围，食品化学主要包括食品营养化学、食品色家化学、食品风味

化学、食品工艺化学、食品物理化学和食品有害成分化学。根据研究对象的物质分类，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、维生素化学、食品矿质元素化学、调味品化学、食品香味化学、食品色素化学、食品毒物化学、食品保健成分化学。另外，在食用水质处理、食品生产环境保护、食用天然产物的提取分离、农产品资源的深加工和综合利用、生物技术在食品原料生产和食品工业中的应用、绿色食品和功能食品的开发、食品加工、包装和储藏、食品工程等领域中还包含着丰富的其他化学内容。

作为一种横跨诸多种学科的发展性新兴学科，食品化学依托、吸收、融汇、应用和发展着化学、生物化学和食品储藏加工学等学科，从特有的角度、深度和广度研究食品物质的化学组成；探索食品物质的组织结构、显微结构和分子结构；研究食品化学成分的物理性质、化学性质、功能性质和食用安全性质，认识从原料经过储藏加工直到食品的过程中物质发生的种种物理和化学变化(如形态变化、组织变化、分子结构变化、组成变化、生理生化变化、色香味变化、质地变化及营养成分变化等)；揭示食品质量受原料类别、原料固有特性、产前产后处理、原料储藏技术、食品配方、加工工艺和设备、产品包装和种种环境因素影响的本质，从而形成了食品科学的三大支柱学科之一。

由于绝大多数食品的物质体系十分复杂，食品化学家首先注重食品中且大而广的代表性物质和它们的物性，注重对物性影响重大和代表性强的物质结构，注重普遍发生、影响重大和代表性强的变化。针对这一系列代表，在考虑食品储藏和加工的实际条件的前提下，经过化简、模拟、分析、综合等实验研究和理论探讨，找出结构和物性的关系、变化的途径或反应的机理和影响物性发挥及变化速度的主要因素或条件。然后依据这类研究中形成的思路、学说、理论和方法，结合食品中更实际的情况，更全面、更综合和更具体地研究真实食品的化学。经过多年的努力，食品中大多数物质、它们的结构、它们的功能性质、它们的物理和化学变化、它们的相互作用及储藏加工和环境条件对它们的影响业已初步探明。食品化学正朝着深化认识、加强理论、探索调控机制、提高预测食品质量变化能力、利用生物工程和化学工程新技术改造和创造食品物质的更广阔的领域进军。

1.3 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1780～1850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，1742~1786）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，1743~1794）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（Humphey Davy，1778～1829）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，1786～1889）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 V on 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1820~1850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。

1.4 食品中主要的化学变化概述

食品从原料生产，经过储藏、运转、加工到产品销售，每一过程无不涉及到学变化。对这些变化的研究及控制构成了食品化学研究的核心内容。

植物组织或器官在储藏过程中发生的化学变化，一船包括生理成熟、后熟和衰老过程中的酶促变化和化学变化。例如呼吸、细胞壁软化和风味物产生。动物组织或器官在储藏过程中发生的化学变化，—般包括产后生理变化和化学变化，例如肉的僵直、嫩化、自溶和腐败。这些变化既受生理生化调控，又受储藏环境影响。若环境条件恶劣，又会出现种种生理病害。

原料进入加工过程，变化的机会增加。在加工时，原料被混合，组织成细胞结构被破坏，这就增加了酶与底物接触的机会。酶促水解利酶促氧化是食品酶催化变化的两个主要方面，它们引起营养物消耗、质地变软、风味和色泽改变。有些变化幅度颇大，例如维生素B1、B6和C的降解、水果的酶促褐变、葱属植物强烈地风味产生等。

热加工是食品加工的主要方法之一，在这种激烈的加工条件下，许多食品成分发生分解、聚合、异构化和变性。一些热变化可能有利，例如熟肉风味的产生、抗营养因子的失活和面包表面颜色的形成。另一些热变化可能不利，例如油脂的热解变质、蛋白质的不可调变性及异肽键的生成、维生素热分解和许多果蔬色泽和风味的加热劣化。

水分活度变化引起的变化多种多样。例如一定程度的脱水加工引起了非酶褐变、脂肪和脂溶性维生素氧化及蛋白质变性反应的加速，但在水含量减至接近单层值时几乎食品中常见的各种主要不利变化都受阻而极慢进行，因而食品得以长期保质。

氧气氧化、试剂氧化、光敏氧化和酶促氧化是食品加工和储藏中引起食品变质的重要原因之一。许多维生素(C、D、E、A和B2)、脂类、一些色素及蛋白质中的含硫氨基酸及芳香氨基酸残基等都是极易受氧化的食品成分。这些物质被氧化，不但损失了营养，还可能形成不良风味和有害成分等。例如油脂自动氧化和热氧化就是这样。

光照和电离辐射在食品加工和储藏中也常常引起品质变化。例如牛奶长期日照会产生异味，腌制肉品和脱水蔬菜长期日照会变色或褪色，高剂量的电离辐射会引起脂类和蛋白质的分解变质，肉品辐射保藏中会出现异味。

酸、碱、金属离子和其他污染到食品中的成分也会引起某些变化发生。例如酸是多糖和苷类水解的催化剂，还是造成叶绿素脱镁的效应物。碱可引起脂肪皂化，也是引起蛋白质残基变化的重要效应物。金属离子是脂肪自动氧化的重要催化剂，它们还能与多酚化合物络合而引起水果汁颜色转为深暗。