绪论 一、 食品化学的性质和内容 民以食为天，人类为了维持正常的生命活动必须从外界摄入含有营养素的物 料，这些经口摄入的物料，统称为食物。绝大多数食物是经过加工以后才食用的， 经过加工以后的食物称为食品，但食物与食品的概念很多情况下是相通的，人们 常泛指一切食物为食品。我国的食品卫生法对食品作了如下的定义：食品是指各 种供人食用或饮用的成品和原料以及按照传统既是食品又是药品的物品，但不包 括以治疗为目的的物品。 作为食品，首先必须是安全卫生的；同时，人类摄入食品，最基本的作用仍 然是维持生命、供给生命活动所需要的能量和营养素，因此食品必须含有一定的 营养成分；食品最终是为人类所消费的，食品的色、香、味、形及质感直接作用 于人的感觉器官并能被人所接受也是食品必须具备的基本条件之一。 食品是人类赖以生存和发展的物质基础。从远古到现代，食品的作用已经从 最初单一的果腹发展成营养保健、美食享受以及交流载体等多个方面。工程学的 渗入，使食品加工逐渐形成了自身的单元操作，从而开始确立有别于传统作坊式 的食品加工体系——食品工业，食品化学就是在 20 世纪初随着化学、生物化学 的发展以及食品工业的兴起而形成的一门独立学科，它与人类生活和食品的生产 实践密切相关。 18～19 世纪，食品的化学本质成为化学家研究的一个方面。当时，食品组成 的研究使人们认识到糖类、蛋白质和脂肪是人体必需的三大营养物质，这为食品 化学的发展奠定了基础。这期间，著名的瑞典化学家舍勒（Karl Wilhelm Scheele,1742～1786）从食物原料中分离出多种有机酸，他所首创的乳酸、草酸 等有机酸分离方法至今仍在应用，他对动植物中新发现的一些成分作了定量分 析，被认为是食品化学定量研究的先驱。法国化学家拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier,1743～1794），推翻“燃素说”的同时证明动物的呼吸属于空气中氧参 与的氧化作用，确定了燃烧有机分析的原理，首先提出用化学方程式表达发酵过 程，发表了第一篇有关水果中有机酸的研究论文。后来，法国化学家尼科拉斯 （Nicolas）进一步将干灰化方法用于植物中矿物质含量的测定，用燃烧分析法定 量测定了乙醇的元素组成。法国化学家盖-吕萨克（Gay-Lussac）和赛纳德 (Thenarde)提出了植物原料中碳、氢、氧、氮 4 种元素的定量分析方法。后来， 食品掺假事件在欧洲时有发生，这对食品检验和食品安全性提出了迫切要求，也 促进了这方面的发展。直到 1920 年，世界各国相继颁布了有关禁止食品掺假的 法规，建立了相应的检验机构和检验方法。20 世纪 50 年代，食品工业的快速发 展，对食品感官质量、品质、贮藏性能等方面要求的提高，促使食品添加剂在食 品工业中得以普遍应用；随着农业生产中农药的广泛使用，给食物带来不同程度 的污染，食品安全性问题也成了食品化学和其他相关学科关注的内容。 科学技术发展到今天，现代分析检测技术的出现，结构化学理论的发展，使 食品化学在理论和应用研究方面都有了显著的进展。它所包含的食品中各组分的 性质、结构和功能，食品中化学变化的历程和反应机理，食品贮藏加工新技术、 新产品的开发，食品资源的利用等内容，为食品科学技术和食品工业的发展创造 了有利的条件。 从食品化学这门学科的形成与发展，我们不难看出，食品化学是用化学的理
绪论 一、 食品化学的性质和内容 民以食为天，人类为了维持正常的生命活动必须从外界摄入含有营养素的物 料，这些经口摄入的物料，统称为食物。绝大多数食物是经过加工以后才食用的， 经过加工以后的食物称为食品，但食物与食品的概念很多情况下是相通的，人们 常泛指一切食物为食品。我国的食品卫生法对食品作了如下的定义：食品是指各 种供人食用或饮用的成品和原料以及按照传统既是食品又是药品的物品，但不包 括以治疗为目的的物品。 作为食品，首先必须是安全卫生的；同时，人类摄入食品，最基本的作用仍 然是维持生命、供给生命活动所需要的能量和营养素，因此食品必须含有一定的 营养成分；食品最终是为人类所消费的，食品的色、香、味、形及质感直接作用 于人的感觉器官并能被人所接受也是食品必须具备的基本条件之一。 食品是人类赖以生存和发展的物质基础。从远古到现代，食品的作用已经从 最初单一的果腹发展成营养保健、美食享受以及交流载体等多个方面。工程学的 渗入，使食品加工逐渐形成了自身的单元操作，从而开始确立有别于传统作坊式 的食品加工体系——食品工业，食品化学就是在 20 世纪初随着化学、生物化学 的发展以及食品工业的兴起而形成的一门独立学科，它与人类生活和食品的生产 实践密切相关。 18～19 世纪，食品的化学本质成为化学家研究的一个方面。当时，食品组成 的研究使人们认识到糖类、蛋白质和脂肪是人体必需的三大营养物质，这为食品 化学的发展奠定了基础。这期间，著名的瑞典化学家舍勒（Karl Wilhelm Scheele,1742～1786）从食物原料中分离出多种有机酸，他所首创的乳酸、草酸 等有机酸分离方法至今仍在应用，他对动植物中新发现的一些成分作了定量分 析，被认为是食品化学定量研究的先驱。法国化学家拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier,1743～1794），推翻“燃素说”的同时证明动物的呼吸属于空气中氧参 与的氧化作用，确定了燃烧有机分析的原理，首先提出用化学方程式表达发酵过 程，发表了第一篇有关水果中有机酸的研究论文。后来，法国化学家尼科拉斯 （Nicolas）进一步将干灰化方法用于植物中矿物质含量的测定，用燃烧分析法定 量测定了乙醇的元素组成。法国化学家盖-吕萨克（Gay-Lussac）和赛纳德 (Thenarde)提出了植物原料中碳、氢、氧、氮 4 种元素的定量分析方法。后来， 食品掺假事件在欧洲时有发生，这对食品检验和食品安全性提出了迫切要求，也 促进了这方面的发展。直到 1920 年，世界各国相继颁布了有关禁止食品掺假的 法规，建立了相应的检验机构和检验方法。20 世纪 50 年代，食品工业的快速发 展，对食品感官质量、品质、贮藏性能等方面要求的提高，促使食品添加剂在食 品工业中得以普遍应用；随着农业生产中农药的广泛使用，给食物带来不同程度 的污染，食品安全性问题也成了食品化学和其他相关学科关注的内容。 科学技术发展到今天，现代分析检测技术的出现，结构化学理论的发展，使 食品化学在理论和应用研究方面都有了显著的进展。它所包含的食品中各组分的 性质、结构和功能，食品中化学变化的历程和反应机理，食品贮藏加工新技术、 新产品的开发，食品资源的利用等内容，为食品科学技术和食品工业的发展创造 了有利的条件。 从食品化学这门学科的形成与发展，我们不难看出，食品化学是用化学的理
论和方法研究食品本质而形成的一门学科。它通过对食品营养价值、安全性和风 味特征的研究，阐明食品的组成、结构、性质和功能，以及食品成分在贮藏加工 中发生的变化，从而构成了这门学科的主要内容。 食品化学起源于食品生产实践，又应用于食品生产过程，为改善食品品质、 开发食品资源、革新食品工艺与技术、控制食品质量奠定理论基础，成为食品科 学中的一大支柱学科。食品化学综合应用并发展了化学、生物化学、工程学等多 门学科的内容，涉及面广、内涵丰富，形成了自身不断发展的学科体系。但其基 本内容仍然是食品的基本组成及其在食品加工中的变化，所以本书将从基本内容 出发，引领读者开始接触食品科学，为进一步领略它的浩瀚和广阔提供可能。 二、食品的基本成分 食品是一个多组分的复杂体系，它主要来源于自然生物，所以它的组成包含 了天然成分，但它又经历了生产、加工、贮藏的过程，也会不可避免地引入一些 非天然的成分，它们也构成对人体代谢的影响。所以食品成分分为天然成分和非 天然成分两大类。食品的天然成分从化学角度可分为无机成分和有机成分。无机 成分包括水和矿物质；有机成分包括糖类、油脂、蛋白质、维生素以及激素、酶、 色素、芳香物质、某些天然有毒物质等。非天然成分主要来自食品添加剂、加工 中带入的污染物和来自环境的污染物。 水分 无机成分 矿物质 天然成分 糖类 脂质（油脂及其他脂类） 有机成分 蛋白质 食品成分 维生素 激素与酶 风味物质：色素、芳香物质等 天然毒素 食品添加剂 非天然成分 污染物质 食品成分中，水分、矿物质、糖类、油脂、蛋白质和维生素是维持人体正常 生理机能的六大基本营养成分，其中糖类、油脂、蛋白质在体内氧化供给生命活 动所需的能量；在食品加工中它们也具有各自的加工特性，为食品的多样化提供 了物质基础。 三、食品在贮藏加工中的主要变化 食品在贮藏加工中，以食品成分为基础，发生许多化学反应。单纯从化学角 度观察，食品中发生的氧化、水解、分解、聚合反应是比较重要的，它们可以发 生在油脂、维生素、蛋白质等成分的变化中，对食品的营养、外观等品质影响很 大；由微生物和酶引发的化学反应很可能造成食品变质以及褐变的形成。 食品加工手段对食品中发生的化学反应也是相当重要的。热处理会导致许多 食品成分发生变性、分解、聚合等化学反应，阻碍微生物的活动，这一过程可能 有助于食品风味的形成，同时也对食品的营养成分和色泽带来诸多不利的方面；
论和方法研究食品本质而形成的一门学科。它通过对食品营养价值、安全性和风 味特征的研究，阐明食品的组成、结构、性质和功能，以及食品成分在贮藏加工 中发生的变化，从而构成了这门学科的主要内容。 食品化学起源于食品生产实践，又应用于食品生产过程，为改善食品品质、 开发食品资源、革新食品工艺与技术、控制食品质量奠定理论基础，成为食品科 学中的一大支柱学科。食品化学综合应用并发展了化学、生物化学、工程学等多 门学科的内容，涉及面广、内涵丰富，形成了自身不断发展的学科体系。但其基 本内容仍然是食品的基本组成及其在食品加工中的变化，所以本书将从基本内容 出发，引领读者开始接触食品科学，为进一步领略它的浩瀚和广阔提供可能。 二、食品的基本成分 食品是一个多组分的复杂体系，它主要来源于自然生物，所以它的组成包含 了天然成分，但它又经历了生产、加工、贮藏的过程，也会不可避免地引入一些 非天然的成分，它们也构成对人体代谢的影响。所以食品成分分为天然成分和非 天然成分两大类。食品的天然成分从化学角度可分为无机成分和有机成分。无机 成分包括水和矿物质；有机成分包括糖类、油脂、蛋白质、维生素以及激素、酶、 色素、芳香物质、某些天然有毒物质等。非天然成分主要来自食品添加剂、加工 中带入的污染物和来自环境的污染物。 水分 无机成分 矿物质 天然成分 糖类 脂质（油脂及其他脂类） 有机成分 蛋白质 食品成分 维生素 激素与酶 风味物质：色素、芳香物质等 天然毒素 食品添加剂 非天然成分 污染物质 食品成分中，水分、矿物质、糖类、油脂、蛋白质和维生素是维持人体正常 生理机能的六大基本营养成分，其中糖类、油脂、蛋白质在体内氧化供给生命活 动所需的能量；在食品加工中它们也具有各自的加工特性，为食品的多样化提供 了物质基础。 三、食品在贮藏加工中的主要变化 食品在贮藏加工中，以食品成分为基础，发生许多化学反应。单纯从化学角 度观察，食品中发生的氧化、水解、分解、聚合反应是比较重要的，它们可以发 生在油脂、维生素、蛋白质等成分的变化中，对食品的营养、外观等品质影响很 大；由微生物和酶引发的化学反应很可能造成食品变质以及褐变的形成。 食品加工手段对食品中发生的化学反应也是相当重要的。热处理会导致许多 食品成分发生变性、分解、聚合等化学反应，阻碍微生物的活动，这一过程可能 有助于食品风味的形成，同时也对食品的营养成分和色泽带来诸多不利的方面；
脱水操作会引起食品水分活度的改变，对食品的贮藏有积极的意义；光照与辐照 常会引起食品品质的变化；酸、碱、盐等化学物质的处理也会引起蛋白质、油脂 等成分的水解变化及色泽的改变。 食品品质的变化可体现在食品质地、风味、颜色、营养价值、安全性等多方 面。 发生在食品中的变化都存在有利和不利的两个侧面，了解反应过程，明确反 应条件，弄清反应之间的联系，就有可能在一定程度上控制反应的进行，应用于 食品生产。 食品中重要的反应类别、条件及造成的品质变化可用表 0-1、表 0-2、表 0-3、表 0-4 作一概括。 表 0-1 在食品加工或储藏中可发生的变化分类 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、出现异味、出现美味和芳香 颜色 褐变（暗色）、漂白（褪色）、出现异常颜色、出现诱人颜色 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 四、食品化学的作用 食品化学的形成来自于现代食品工业发展的需要，由于其理论体系的形成与 发展依赖于其他学科，因此也形成了食品化学多源性、综合性和应用性的特点。 食品化学理论的发展促进了食品保鲜、贮藏、加工技术的进步，对食品工业产生 了极大的影响。 纵观食品工业的发展，如果说化工生产单元操作的引入树立了食品工业的基 石，那么食品化学学科的形成标志着食品工业发展的又一里程碑，食品化学理论 的应用使食品工业发生了质的飞跃。人类的需求始终是发展的动力，科学文化的 发展促进了经济的发展，经济的发展改善了人类的生活。当今社会，人们对食品 的需求多种多样，从健康、营养和环保的角度出发，各类功能性食品、绿色食品 和有机食品将是食品工作者瞩目的焦点，功能性成分的分离、开发、利用，绿色 食品和有机食品生产过程的监测和检验，都离不开食品化学的指导，生物工程技 术的应用更是高科技发展渗透到食品工业中的表现，新型农产品和转基因食品的 出现也有待食品化学为其铺垫理论基础。表 0-5、表 0-6 对食品化学的作用作了 概括。 表 0-2 改变食品品质的一些化学反应和生物化学反应 反应类型 实例 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
脱水操作会引起食品水分活度的改变，对食品的贮藏有积极的意义；光照与辐照 常会引起食品品质的变化；酸、碱、盐等化学物质的处理也会引起蛋白质、油脂 等成分的水解变化及色泽的改变。 食品品质的变化可体现在食品质地、风味、颜色、营养价值、安全性等多方 面。 发生在食品中的变化都存在有利和不利的两个侧面，了解反应过程，明确反 应条件，弄清反应之间的联系，就有可能在一定程度上控制反应的进行，应用于 食品生产。 食品中重要的反应类别、条件及造成的品质变化可用表 0-1、表 0-2、表 0-3、表 0-4 作一概括。 表 0-1 在食品加工或储藏中可发生的变化分类 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、出现异味、出现美味和芳香 颜色 褐变（暗色）、漂白（褪色）、出现异常颜色、出现诱人颜色 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 四、食品化学的作用 食品化学的形成来自于现代食品工业发展的需要，由于其理论体系的形成与 发展依赖于其他学科，因此也形成了食品化学多源性、综合性和应用性的特点。 食品化学理论的发展促进了食品保鲜、贮藏、加工技术的进步，对食品工业产生 了极大的影响。 纵观食品工业的发展，如果说化工生产单元操作的引入树立了食品工业的基 石，那么食品化学学科的形成标志着食品工业发展的又一里程碑，食品化学理论 的应用使食品工业发生了质的飞跃。人类的需求始终是发展的动力，科学文化的 发展促进了经济的发展，经济的发展改善了人类的生活。当今社会，人们对食品 的需求多种多样，从健康、营养和环保的角度出发，各类功能性食品、绿色食品 和有机食品将是食品工作者瞩目的焦点，功能性成分的分离、开发、利用，绿色 食品和有机食品生产过程的监测和检验，都离不开食品化学的指导，生物工程技 术的应用更是高科技发展渗透到食品工业中的表现，新型农产品和转基因食品的 出现也有待食品化学为其铺垫理论基础。表 0-5、表 0-6 对食品化学的作用作了 概括。 表 0-2 改变食品品质的一些化学反应和生物化学反应 反应类型 实例 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 脂肪产生异味、维生素降解、色素褪色、蛋白质营养损失 水解 脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、色素水解 金属反应 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、不共轭脂变成共轭脂 脂类环化 产生单环脂肪酸 脂类聚合 深锅油炸中油起沫 蛋白质变性 卵清凝固、酶失活 蛋白质交换 在碱性条件下加工蛋白质使营养性降低 糖酶解 宰后动物组织和采后植物组织的无氧呼吸 表 0-3 食品储藏或加工中变化的因果关系 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 氧化产物与许多其他成分反应 质地、风味、颜色、营养价值、 毒物产生 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 在深锅油炸中热聚合 油炸过度时起泡沫，降低油脂 的营养价值 表 0-4 决定食品在储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、水分活度等 等 环境因素 温度、处理时间、大气成分、经受的化学、物理和生物处理、见光
氧化 脂肪产生异味、维生素降解、色素褪色、蛋白质营养损失 水解 脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、色素水解 金属反应 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、不共轭脂变成共轭脂 脂类环化 产生单环脂肪酸 脂类聚合 深锅油炸中油起沫 蛋白质变性 卵清凝固、酶失活 蛋白质交换 在碱性条件下加工蛋白质使营养性降低 糖酶解 宰后动物组织和采后植物组织的无氧呼吸 表 0-3 食品储藏或加工中变化的因果关系 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 氧化产物与许多其他成分反应 质地、风味、颜色、营养价值、 毒物产生 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 在深锅油炸中热聚合 油炸过度时起泡沫，降低油脂 的营养价值 表 0-4 决定食品在储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、水分活度等 等 环境因素 温度、处理时间、大气成分、经受的化学、物理和生物处理、见光
污染、极端的物理环境 表 0-5 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、经验和粗放的小试 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的开发 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 控制加工和储藏变 化 依据经验、尝试性的简单控制 依据变化机理、科学性控制 开发食品资源 盲目甚至破坏性的开发 科学地、综合地开发现有的和新的资 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 表 0-6 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、气调贮藏、活性包装、酶促榨汁、过滤、澄清及化学防腐等 肉品加工贮藏 宰后处理、保汁和嫩化、护色和发色、提高肉糜乳化力、凝胶性和黏弹 性、超市鲜肉包装、熏烟剂的生产和应用、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、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 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、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
污染、极端的物理环境 表 0-5 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、经验和粗放的小试 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的开发 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 控制加工和储藏变 化 依据经验、尝试性的简单控制 依据变化机理、科学性控制 开发食品资源 盲目甚至破坏性的开发 科学地、综合地开发现有的和新的资 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 表 0-6 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、气调贮藏、活性包装、酶促榨汁、过滤、澄清及化学防腐等 肉品加工贮藏 宰后处理、保汁和嫩化、护色和发色、提高肉糜乳化力、凝胶性和黏弹 性、超市鲜肉包装、熏烟剂的生产和应用、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、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 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、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