1食品化学引言 ·5 规使渗假不合法：与此同时，化学家作出巨大的努力以了解度品的天然性质、被经常用作挎 假物的化学物质和检测它们的手段。于是，在1820-1850年化学和食品化学在欧洲的重要 性开始显现出来。这可能是出于已被引用的科学家的工作，同时在各个大学中为青年学生 建立的化学研究实验室和为化学研究创办的新杂志地大大地刺激了这些学科的发展) 自那时起，食品化学连续地并以加速的方式发展，在下面将提及其中的某些进展以及与此相 关联的因素。 1860年，在德国Wcede建立了第一个由政府资助的农业实验站.W.Hanneberg和F Stshmann被分别任命为主任和化学家。在较早期的化学家丁作的基础上，他们发展了一种 常规测定食品中主要组分的重要步骤。他们将一种试样分成几个部分，再测定水的含量，粗 脂肪、灰分和氨。将氨值乘以6.25就得到蛋白质含量。依次用稀酸和稀碱消化试样后产生 一个被称为粗纤维的残渣，在除去蛋白质，脂肪、灰分和粗纤维后剩余下来的部分被称为不 含氨的提取物，确信它代表可利用的碳水化合物。不幸，多年来化学家和生理学家错误地认 为用此步骤获得的相同的值代表相同的营养价值，而不必考虑食品的种类。 i871年，Jean Baptiste Duma(1S00-1884)认为仅含有蛋白质碳水化合物和脂肪的膳 食不足以支持生命。 1862年，美国国会通过由Justin Smith Morrill署的政府赠予士地法令。这个法令有 助于在美国建立农学院和在相当大程度上推动了对农业和食品化学家的训练。也就在 1862年美国农业部成立，ls3 a Newton被任命为第一任部长 1863年，Harvey Washington Wiley成为美国农业部的首席化学家，他在农业部的办公 室领导反对冒牌和掺假食品的战役，最终通过了美国第一个纯食品和药物法令(1906年)。 在Htch法令领布后美国建立了农业实验站，密苏里众议员Wii训amH.Hatch是众议 院农业委员会的主席，他起草了这个法令。于是，全世界最大的回家农业实验站系统出现 了，这对于美国的食品研究产生了巨大的影响。 在20世纪的上半部，发现并鉴定的大多数必需的食用物质是维生素、矿物质，脂肪酸和 一些氨基酸 在20世纪中期，日益广泛地使用化学物质帮助增长，制造和销售食品是-，个特别值得 注意和有争议的事件，在随后的章节中将对此议题作更多的讨论。 上述的历史回顾虽然简略，但是可以使我们看到，与19世纪相比，当前的食品供应几乎 是完美的。 1.3食品化学的研究方法 如能建立一种针对食品配方的化学、加工和贮藏质量的分析方法，那么是理想的，这样 从研究一种食品或模拟体系所得到的结果能帮助我们了解其他食品。这个方法包括四个部 分：①测定与安全，高质量食品的重要特征相关的性质：②测定那些对食品质量和/或卫生 具有重要影响的化半和生物化学反应：③综合前两点使我们能了解关键的化学和生物化学 反应如何影响食品的质量和安全；④将这方面的知识应用在解决食品配制加工和贮裁中 出现的各种问题
6 食品化学 1.3.1质量和安全属性 有必要重申安全是任何食品需要满足的第一个要求。，从广义上讲，这意味着食品在被 消费时必须不含任何有害的化学物质和微生物污染物。为了便于操作，此定义有一个更为 实的形式、在罐头工业中，低酸食品的“商业无销”是指不存在可以生长的肉毒芽孢杆带 了可以将议个表术并一北；峦为对干经持定句骑的一种棒定立品所确宗执加工条件 在确定了这些热加要求之后，人们可以选择时间一温度条件以优化质量属性的保留。类 似地，对花牛酱这样的产品，操作安全性可主要门结到不存在黄曲裤毒素一一由某些品种的 茵所产生的致癌物质。为防止这种霉诺生长所采取的步骤可能会（也可能不会）妨碍其他 质业属性的保留：不管怎样，必须采用能生产一种安全食品的条件。 表11列出了在加上和贮藏中食品的质量以及它们可能经受的变化。消费者容易觉察 到这些可能发生的变化，不过涉及背养价值和安全性的变化除外。 表1.1 在处理、加工和贮装中食品变化的分类 化 质构 头：溶解因 色泽 失去持水力 退向 变 产生不良风妹 状 产生朗单硕色〔如焙烤产品的树度 生酸（水解或化】 价 蛋1函.脂类，维牛素，物质的数大 牛烧煮或俯风味 降解或生物利用丰的化 产牛其他不良风味 安全 产生有毒物质 产生阴绿的风 产生能保护谜柴的物质 有毒物质的头活 1.3.2化学和生物化学反应 许多反应能改变食品的质量或安全性。这些反应中较重要的几类被列在表【.2中。取决 于特殊的食品和处理，加工或贮藏的特殊条件，每~类反应能包括不同的反应剂或底物。将反 应归类是因为对于所有食品、底物或反应剂的一般性质是类似的。于是，非酶褐变包括羰胺化 合物反应，这些化合物来白于还原糖或各种反应，如杭坏血酸的氧化淀粉的水解或脂的氧化 氧化作用可以涉及脂类、蛋白质、维生素或色素。更明确地，脂类氧化可能涉及一种食品的甘 油三酸酯或}一种食品的磷脂。在本书的随后章节中将详细地讨论这些反应。 表1.2 导致食品质量或安全性变化的一些化学和生物化学反应 反应种类 实 例 酷注化圈变 培烤食品 切开的水裹 氧化反 指类（不良风味）维牛素降解.色索变色盖白质（失去含养价值） 脂类蛋门医，维生素碳水化合伤色系
1食品化学引言 7 续表 反应种类 例 金陶相互作州 络合反（花色心）.叶绿系头上催化氧化反成 脂类异构化 顺式反式非共免·共烧 胎类乐北 单环脂酸 脂类聚今反两 白.深度浦林巾起泡 质变性 在碱法加上过程中失大考养价简 发生在采收后的精物巾 翰分解反应 发4在宰杀后的动物湖织采收后的桔物跗织中 1.3.3反应对食品质量和安全的影响 列举在表1,3中的反应导致列举在表1,1中的郡些变化，综合两表中的信息能使人们 了解食品变质的原囚。食品变质通常包括一系列基本事件以及随后的次级享作，随之发生 改燮的质量属性显露出来（表【.1）。表1.3列举了此类变化顺序的实例。特别应该注意 到，一种给定的质量属性能因儿种不同的基本事什而发生收变。 能从两个方面应用表1.3中的顺序。如果从左至右，可将顺序看作为-个特定的基本 事件，相联系的次级事件和对-一种质量属性的影响：如果自右至左，通过分析所有可能涉及 的基本事件和通过采用合适的化学试验分离出关键性的主要事件，可确定导致一个观紫到 的质量变化（表1.3第3列）的可能原因。构筑此类顺序的实际价值是鼓励人们用一种分 析的方法处理食品质址变化问题。 表1.3 在处理、贮藏和加工中使食品变化的原因和效果之间的关系 次级事件 被影明的阔性（表1） 脂炎的水解 静喝脂防板与蛋白质反应 质构，风味，营养价他 多钠的水钢 触与蛋白盾反 爱构风珠色年，营养价份 类的氧化 氧化产物其他细分的反 质构凤妹色祚，营养价值：能产生有每物质 水果擦伤 细胞破裂，骑释放出来，领气进入 质构.风味，色泽，言养价伯 新弊疏来的加热 细胞壁利膜失去完整件，酸释，酶失活 质构风味色洋，宫疹价价 肌肉组织加热 蛋白所变性和聚集，削失活 亚构风账色净，营养价值 脂类中顺一反转变 在深度油炸巾把高聚合反应染击 在深度清炸中过分韵包泡作用，降低脂类的 物利用 图【.1是食品的主要成分的反应和相互反应的总结。图的左边是碳水化合物，脂类，蛋 白质和他们的中间代谢物的主要细胞库。这些库的确切性质取决于在加工或贮藏期间组红 的生理状态和存在于或加入非组织食品的组分。每组化合物经受者它所特有的变质，羰 基化合物在许多变质过程中所起的作用是值得注意的。它们主要来自于脂类氧化和碳水化 合物降解，能导致背养价值的破坏，不良色泽和不良风味。当然，这些反应在许多食品的烧 煮过程中产生期望的风昧和色泽
.8 食品化学 过氧化物 化剂 活性服基 拉特 图【】主婴食品组分之间相五作用的总结 L一脂类库（三酸基山油，脂助酸和裤蹈）C 1.3.4分析在食品贮意和加工过程中出现的情况 已对高质量，安全食品的属性，与食品变质有关的重要化学反应以及两者之间的关系作 了描述，目前我们能开始考虑如何将此信息应用于任食品贮藏和加工期间出现的情况。 表1.4列出了在食品贮藏和加工中重要的变数。由于温度对所有类型的化学反应有者 广泛的影响，它或许是这些参数中最重要的一个。可以从Arrhenius方程式k=AeaT估 计温度对一个反应的影响。作logk一1/T图，如果数据符合Arrhenius方程则产生一条直 线。阁l.2中的Arrhenius图代表食品变质的重要反应。食品反应在 一个有限的温度范围 般符合Arthenius关系，但是，在较高或较低温度时与此关系产生偏差2。于是，Arrhe- i心关系对于食品体系仅在经实验证实的温度范闹内是可靠的，记着这一点是重要的。出 现与Arrhenius关系的偏差是由于下述事件，其中大多数是因高温或低温引起的：①酶活性 可能丧失；②反应路线可能改变或受一个竞争性反应的影响：③体系的物理状态可能改变 (例如因冷冻)：④一个或几个反应剂耗尽。 表1.4 决定食品在处理、加工和贮藏期间稳定性的重要因肃 产物因素 各个组分（包括化剂）的化学性质，氧含址H,水分活度，,和W。 环墙因表 湿度(T),时间()大气组成，化学，物理或生物化学处理、光照，污染物理损伤 生：水分活度=p如，式中p是食品上方的水紫气分压和是纯水的策片压：T。一技璃化转变温度：W,一产物在 T时的水分含址。 表1.4中另一个重要因素是时间。在一个食品的贮藏期间人们往往想知道食品能在多 长的时间内保留一个特定水平的质量。因而，人们对时间变数的兴趣涉及在一个规定的贮 藏期内发生的化学和或微生物变化的总体，按此方式这些变化结合起来决定了产品能达到 规定的保质期。在加工期问，人们往往关心使一个特定数量的微生物失活所需要的时间，以 及一个反应进行多久才能达到规定的程度。例如，在油炸过程中多长时间能使土豆片产生 期望的褐色可能是人们所关心的。为了达到此目的，必须将注意力放在湛度随时间的变化
1食品化学引言 .9 即温度变化的速度(Tld:)。此关系是重要的，这是因为它决定着微生物破坏的速度和竞 争性化学反应的相对速度，后者对那些因一种以上反应如脂类氧化和非聽褐变而变质的食 品是有意义的。如果褐变反应产物是抗氧化剂，那么，重要的是了解是否这些反应的相对速 变使得它们之间发生一个重要的相互作用。 丰化 度火 mis关系的一致性 另一个变数pH影响着许多化学和酶催化反应的速度。充分地抑制微生物生长和酶催 化过程通常需要极端H,这些条件能加速酸或碱催化的反应。与此相对照，甚至一个较小 的pH改变能造成某些食品（如肌肉类食品）质量的显著变化。 由于产品的组成决定着参与化学反应的反应剂，因此，这是重要的。从质量观点考虑 原料组成和最终产品组成之间的关系尤其重要。例如，①水果和蔬菜采收后的处理方式能 影响糖的含量，转而会影响脱水和深度油炸中所产生的褐变的程度；②动物组织在宰后处 理的方式会影响糖酵解和ATP降解的程度和速度，转而会影响保藏期，持水力、硬度，风味 和色泽：③原料的混合会造成没有预料到的相互作用，例如，加速或抑制氧化速度，这取决 于含盐量。 食品中另一个重受的决定反应速度的因素是水分活度(A)。许多研究者证实A,能 强烈地影响酶催化反应2)，脂类氧化16,2、非酶催化揭变0.6)、蔗糖水解23)、叶绿素降