第三節(jié)　食品化學(xué)的研究內(nèi)容

食品化學(xué)是從化學(xué)角度和分子水平上研究食品的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營養(yǎng)與功能性質(zhì)及它們?cè)诩庸ぁ①A藏和運(yùn)銷中的變化，以及這些變化對(duì)食品品質(zhì)和安全性產(chǎn)生影響的一門學(xué)科；是為改善食品品質(zhì)，開發(fā)食品新資源，革新食品加工工藝和儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，科學(xué)調(diào)整膳食結(jié)構(gòu)，改進(jìn)食品包裝，加強(qiáng)食品質(zhì)量控制及提高食品原材料深加工和綜合利用水平奠定理論基礎(chǔ)的發(fā)展性學(xué)科。因此，食品化學(xué)的研究內(nèi)容可歸納為兩個(gè)方面：一方面是食品成分化學(xué)和食品在加工；另一方面是貯藏中的變化及該變化對(duì)食品品質(zhì)的影響。

一、食品成分化學(xué)

根據(jù)食品化學(xué)研究內(nèi)容的主要范圍，食品成分化學(xué)主要包括食品營養(yǎng)成分化學(xué)、食品酶學(xué)、食品色香味化學(xué)、食品添加劑、食品有害成分化學(xué)及食品中的保健成分。主要涉及各成分的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、營養(yǎng)和安全性質(zhì)研究，食品原料、配方改進(jìn)研究以及食品化學(xué)理論和方法研究。根據(jù)研究對(duì)象的物質(zhì)分類，食品成分化學(xué)的研究內(nèi)容主要包括：

（1）食品中的水

水是食品六大營養(yǎng)素之一，廣泛存在于各類食品中，占食品質(zhì)量的4%～95%。作為食品中某些反應(yīng)的反應(yīng)物或反應(yīng)介質(zhì)，水決定著食品的特性、質(zhì)地、外觀、可接受性及貯藏期，是食品質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

（2）食品中的碳水化合物

碳水化合物是食品的主要成分之一，主要存在于谷物、蔬菜、水果及其他可食用植物中，是人類生存所必需的基礎(chǔ)物質(zhì)之一，是人類食品中熱量的主要來源，還為食品提供了期望的質(zhì)地、良好的口感及愉快的甜味。

（3）食品中的脂肪

脂肪是食品中重要的營養(yǎng)成分，不僅能提供熱量和人體必需脂肪酸，還能作為載體輸送脂溶性維生素。此外，脂肪是重要的熱媒介質(zhì)，賦予食品良好的口感和風(fēng)味。

（4）食品中的蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物體的重要組成部分，在生物體系中發(fā)揮核心作用，是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在食品中，蛋白質(zhì)和氨基酸對(duì)食品的色、香、味，以及組織狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征起著非常重要的作用，是食品化學(xué)的主要研究對(duì)象。

（5）食品中的酶

酶是生物活細(xì)胞產(chǎn)生的、具有高效催化活性和高度專一性的蛋白質(zhì)或RNA。食品中的酶可分為添加到食品中有助于食品發(fā)生某些反應(yīng)的外源酶和原本就存在于食品原料中的內(nèi)源酶，兩種酶對(duì)食品的加工和貯藏都有很大的影響。

（6）食品中的維生素

維生素是由多種不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物構(gòu)成的、人類生命活動(dòng)所必需的微量營養(yǎng)素，是動(dòng)植物食品的組成成分。不同種類的維生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能各不相同。維生素的含量是評(píng)價(jià)食品營養(yǎng)和功能價(jià)值的重要指標(biāo)之一。

（7）食品中的礦物質(zhì)

礦物質(zhì)是構(gòu)成人體組織和維持正常生理功能所必需的各種無機(jī)物的總稱，是人體必需營養(yǎng)素之一。食品中礦物質(zhì)的種類和含量非常豐富，并對(duì)食品其他成分的功能和食品的形狀具有復(fù)雜的影響，是食品營養(yǎng)價(jià)值的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

（8）食品中的色素

食品色素是存在于動(dòng)植物細(xì)胞和生物組織中的天然顯色物質(zhì)，以及一部分人工合成的著色劑。食品的色澤是構(gòu)成食品感官質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)還影響人們對(duì)食品風(fēng)味的感知。因此，了解食品色素和著色劑的種類、特征及其在加工和貯藏過程中如何保持或賦予食品良好的色澤，防止顏色變化，是食品化學(xué)中值得被重視的問題。

（9）食品中的風(fēng)味物質(zhì)

食品風(fēng)味是食物在攝入前后刺激人體的所有感官而產(chǎn)生的各種感覺的綜合，包括味覺、嗅覺、觸覺、視覺等感官反應(yīng)而引起的化學(xué)、物理和心理感覺的綜合效應(yīng)，也就是食品使攝入者產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。而食品風(fēng)味物質(zhì)則是能體現(xiàn)食品風(fēng)味的化合物的統(tǒng)稱。風(fēng)味物質(zhì)大多為非營養(yǎng)物質(zhì)，雖不參加體內(nèi)代謝，但能促進(jìn)食欲。因此，研究風(fēng)味物質(zhì)對(duì)控制食品的加工貯藏條件，使食品保持優(yōu)良的風(fēng)味，產(chǎn)生需宜的風(fēng)味，防止非需宜風(fēng)味的形成是非常必要的。風(fēng)味也因此成為評(píng)價(jià)食品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

（10）食品添加劑

食品添加劑是為了達(dá)到改善食品的色、香、味，保持或提高食品的品質(zhì)，增強(qiáng)食品的營養(yǎng)，延長食品的保質(zhì)期，改善生產(chǎn)工藝和設(shè)備，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等目的，有意識(shí)地加入食品中的一些物質(zhì)。隨著食品高新技術(shù)和新產(chǎn)品的發(fā)展，食品添加劑的使用范圍越來越廣。然而，無論哪種添加劑，其使用均需符合《GB 2760—2014食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》。

（11）食品中的有害物質(zhì)

食品中的有害物質(zhì)是食品或食品原料中含有的各種分子結(jié)構(gòu)不同、對(duì)人體有毒或具有潛在危險(xiǎn)性的物質(zhì)，如農(nóng)藥、獸藥殘留，重金屬污染，真菌毒素、亞硝胺或不良加工產(chǎn)生的多種微量有害物質(zhì)。因此，預(yù)防、分析和減除食品中的有害物質(zhì)是食品科學(xué)面臨的重要任務(wù)之一。

（12）食品中的保健成分

食品中的保健成分是保健食品中含有的、較為豐富的具有調(diào)節(jié)人體某種生理功能的成分（營養(yǎng)因子），長期攝入這類食品，可改善亞健康人群的健康狀態(tài)，對(duì)健康人群也無毒副作用。現(xiàn)代食品化學(xué)發(fā)展要求明確功能因子的功能、安全性、含量、量效關(guān)系及在食品加工貯藏中的穩(wěn)定性。

二、食品在加工貯藏中的變化及其對(duì)食品質(zhì)量的影響

食品從原料生產(chǎn)、加工、貯藏、運(yùn)輸?shù)疆a(chǎn)品銷售，每個(gè)過程無不涉及一系列化學(xué)和生物化學(xué)變化，這些變化不僅影響食品的營養(yǎng)價(jià)值、功能性質(zhì)及風(fēng)味，還會(huì)帶來食品安全性問題。因此，對(duì)食品加工、貯藏中的變化及控制研究成為食品化學(xué)研究的核心內(nèi)容，包括研究食品加工、貯藏過程中發(fā)生的化學(xué)、生物化學(xué)變化，該變化的機(jī)理及影響因素，變化對(duì)食品品質(zhì)和安全性產(chǎn)生的影響。

表1-1～表1-4扼要給出了食品加工、貯藏中可能經(jīng)歷的品質(zhì)變化、改變品質(zhì)變化的反應(yīng)類型、因果關(guān)系及決定食品品質(zhì)的重要因素。將導(dǎo)致食品品質(zhì)和安全性變化的原因和結(jié)果相聯(lián)系，便于提高人們分析問題的能力，結(jié)合決定食品品質(zhì)的重要因素，控制食品加工和貯藏條件，改進(jìn)食品加工工藝和設(shè)備，解決導(dǎo)致食品質(zhì)量變化的根本問題，以便更好地保護(hù)食品有益成分，減少有害成分，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的品質(zhì)和安全性。

表1-1　在食品加工或貯藏中發(fā)生的典型品質(zhì)變化

續(xù)表

表1-2　改變食品品質(zhì)的一些化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)

表1-3　食品加工、貯藏中變化的因果關(guān)系

表1-4　決定食品在加工、貯藏中穩(wěn)定性的重要因素

食品在加工和貯藏過程中發(fā)生的變化，一船包括生理成熟、后熟和衰老過程中的酶促變化和化學(xué)變化，主要有氧化反應(yīng)、水解反應(yīng)、熱降解反應(yīng)、交聯(lián)反應(yīng)等，例如，食品的酶促和非酶褐變、脂類水解、脂類氧化、脂類聚合、蛋白變性、多糖水解等（表1-2）。這些化學(xué)變化將會(huì)不同程度地影響食品的品質(zhì)和安全性（表1-3）。然而，不同因素對(duì)加工貯藏中食品的質(zhì)量變化影響程度不同（表1-4），可通過控制影響因素保證食品質(zhì)量。

水分活度改變引起的變化多種多樣。例如一定程度的脫水加工引起了非酶褐變，脂肪和脂溶性維生素的氧化及蛋白質(zhì)的加速變性，但當(dāng)水分活度降低至單分子層時(shí)，食品中常見的不利變化幾乎全部變阻，使食品得以長期保質(zhì)。

加工過程（如加熱、攪拌、冷卻等）中，原料被混合，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭破壞，酶與底物的接觸機(jī)會(huì)增加，發(fā)生水解、氧化、聚合等變化的可能性增加，從而引起食品營養(yǎng)物消耗、質(zhì)構(gòu)變軟、風(fēng)味和色澤發(fā)生改變。

自動(dòng)氧化、光敏氧化和酶促氧化是食品加工和貯藏中引起食品變質(zhì)的重要原因。許多維生素（C、D、E、A和B2）、脂類、色素及蛋白質(zhì)中的含硫氨基酸及芳香氨基酸殘基等都極易被氧化，造成營養(yǎng)損失，不良風(fēng)味和有害成分形成。

光照和電離輻射在食品加工和貯藏中也經(jīng)常引起品質(zhì)變化。例如，牛奶長期日照會(huì)產(chǎn)生異味，腌肉制品和脫水蔬菜長期日照會(huì)變色或褪色，高劑量的電離輻射會(huì)引起脂類和蛋白質(zhì)的分解變質(zhì)，肉品輻射保藏過程中會(huì)出現(xiàn)異味。

酸、堿、金屬離子和其他污染食品的成分也會(huì)引起某些變化。例如酸是多糖和苷類水解的催化劑，還是造成葉綠素脫鎂的效應(yīng)物。

酶活控制是食品加工和貯藏中保證食品質(zhì)量的重要方法。主要通過加熱、調(diào)節(jié)pH、加入酶激活劑或抑制劑、改變底物濃度或輔基濃度的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)酶活力的控制。

食品加工和貯藏中可能會(huì)產(chǎn)生毒物。例如馬鈴薯貯藏過程中茄苷的生成、食品在煙熏中苯并芘的產(chǎn)生、肉類腌制中亞硝胺的生成等，這些毒物產(chǎn)生的途徑各不相同，疏于防范會(huì)造成嚴(yán)重后果。

包裝也會(huì)影響食品的變化，選用真空、充惰氣等包裝方法或合適的包裝材料，大多數(shù)反應(yīng)速度會(huì)很低，反之，反應(yīng)速度會(huì)很高。例如殘存在包裝內(nèi)的氧氣造成的氧化反應(yīng)會(huì)繼續(xù)使食品營養(yǎng)成分損失；光照會(huì)導(dǎo)致天然色素變色或褪色；金屬罐中金屬轉(zhuǎn)為離子會(huì)與植物多酚類或肉蛋白分解產(chǎn)生的硫化氫結(jié)合產(chǎn)生黑色物質(zhì)。

在食品的加工、貯藏和運(yùn)銷中，微生物會(huì)引起多種化學(xué)變化。此時(shí)不同于微生物的工業(yè)利用，由于沒有專門的調(diào)控措施，微生物在食品中引起的變化主要是不利變化。因此，食品化學(xué)注重研究由不同殺菌、消毒、防腐劑應(yīng)用、酸度、水分活度、氧化還原電勢(shì)、低溫等防止微生物生長的條件引起的食品自身成分的變化，并試圖尋找既能防止微生物生長，又能減輕食品品質(zhì)受損的最佳方法。

食品的品質(zhì)主要涉及質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、顏色和營養(yǎng)（表1-1）。食品發(fā)生的變化會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生有利和不利兩方面的影響，要掌握該變化對(duì)食品到底產(chǎn)生何種影響，首先，要研究反應(yīng)本身，掌握反應(yīng)物、反應(yīng)步驟和產(chǎn)物，明確反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)方向、速度和程度的影響。同時(shí)，搞清楚該反應(yīng)和其他反應(yīng)之間的關(guān)系。其次，要明確這些變化對(duì)食品品質(zhì)的影響，特別要弄清該變化會(huì)影響食品品質(zhì)的何種屬性，還要知曉該變化產(chǎn)生的間接影響。最后，要掌握某類反應(yīng)發(fā)生的條件或某種食品常發(fā)生的反應(yīng)，便于在加工和貯藏中控制食品品質(zhì)。

圖1-2簡要示意了食品中主要成分的變化及相互關(guān)系。從圖1-2可知，脂類、碳水化合物、蛋白質(zhì)等變化產(chǎn)生的過氧化物和活潑的羰基化合物是非常重要的反應(yīng)中間產(chǎn)物，會(huì)引起色素、維生素和風(fēng)味物質(zhì)變化，最終導(dǎo)致食品品質(zhì)發(fā)生變化。