第1章 绪论
　　第1章绪论
　　1.1食品化学研究的内容
　　食品化学是用化学的理论和方法研究食品本质的科学，是食品科学，也可以说是应用化学的一个重要分支。它通过对食品的营养价值、质量、稳定性、安全性和风味特征及可接受性的研究，阐明食品的组成、性质、特征、结构和功能，以及食品成分在处理、加工和储藏过程中的化学和生物化学变化，乃至食品成分与人体健康和疾病的相关性。以上内容构成了这门学科的主要内容。
　　食品的基本成分包括人体营养所需要的糖类、蛋白质、脂质、维生素、矿物质、膳食纤维与水等，它们提供人体正常代谢所必需的物质和能量。此外，食品除了应具有足够的营养素外，还必须具有刺激人食欲的风味特征和期望的质地，同时又是安全的。早期的化学虽然为食品化学的起源和发展奠定了基础，但还不能解决复杂的多组分食品体系的许多问题，特别是对食品中单一成分和微量化学物质的反应本质的理解和成分的分离鉴定。自20世纪60年代以来，随着现代分析和实验技术的发展，特别是分离技术、色谱技术和光谱分析技术及光学和电子显微技术等先进实验手段的不断发展和完善，以及分子生物学、信息学和计算化学在食品科学领域的应用，不仅食品中生物活性成分、微量和超微量物质的分离、鉴定、结构分析和微观作用本质的研究得以实现，而且现代食品化学迅速发展。
　　食品是一个高度复杂的体系。从原料生产，经过储藏、运输、加工到产品销售，每一过程涉及一系列的化学和生物化学变化，会产生许多需宜和不需宜的反应。例如，水果、蔬菜采后和动物宰后的生理变化，食品中各种物质成分的稳定性随环境条件的变化，储藏加工过程中食品成分将发生各种复杂的作用。
　　了解这些引起变化的原因和机制，是食品化学和食品储藏加工中人们关心的问题，同时也有助于解决具体的工艺优化和技术问题。
　　阐明食品成分之间的化学反应机理、中间产物和*终产物的化学结构及其对食品的营养价值、感官质量和安全性的影响，掌握食物中各种生物物质的组成、性质、结构、功能和作用机理，研究食品储藏加工的新技术，开发新产品和新的食品资源等，构成了食品化学的重要研究内容。食品化学不同于其他分支化学，关注的是特定的化合物或特定的方法，涉及非常宽的领域。食品化学与化学、生物化学、生理化学、植物学、动物学、预防医学、临床医学、食品营养学、食品安全、高分子化学、环境化学、毒理学和分子生物学等学科有着密切和广泛的联系，其中很多学科是食品化学的基础。
　　食品在储藏加工过程中发生的化学变化一般包括：食品的非酶褐变和酶促褐变；水活度和分子淌度改变引起的食品质量变化；脂质的水解、自动氧化和光敏氧化、热降解和辐解；蛋白质水合过程中的分子簇效应和蛋白质变性、交联和水解、空间构象变化与降解；食品中多糖的合成和化学修饰反应，低聚糖和多糖的水解；食品中大分子的结构与功能特性之间的变化；水溶液中水和多糖的分子簇效应与自卷*；维生素的降解和损失；营养补充剂和食品添加剂的作用和影响；食品香气化合物的产生及其反应机理；酶在食品加工和储藏过程中引起的食品成分变化和催化降解反应；食品中致癌、致突变物的来源及其产生途径；包装材料特别是人工合成高分子化合物的降解产物、单体和增塑剂向食品中的迁移与毒性产生，以及环境污染给食品带来的安全性问题等。氧化是食品变质的*重要原因之一，它不仅造成营养损失和产生有害物质，而且使食品产生异味、变色、质地变坏或其他损害。当食品中存在的天然物质发生氧化时，产生大量自由基和有害化合物。
　　例如，胆固醇氧化产物中的胆固醇环氧化物和氢过氧化物，均可引起致癌和致突变。这说明食品成分氧化生成的有害物质不仅损害食品的品质，而且长期摄入还会损害人体健康或引起多种疾病。食品本身和人体内存在着多种抗氧化损伤的天然化合物和酶，如维生素E、原花青素、β胡萝卜素、抗坏血酸、半胱氨酸以及体内的许多抗氧化物酶等，它们都是很强的抗氧化剂。金属螯合剂抑制金属催化氧化过程，同样对抗氧化损伤起着十分重要的作用。超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶可分别阻止由超氧阴离子、过氧化氢和有机氢过氧化物等活泼物质对机体所造成的损伤。食品化学研究食品中各种活泼物质及其在不同条件下的反应机理，从而达到有效控制它们的目的。近来，对光敏氧化、直接光化学反应和自动氧化的主要反应机理与中间活性产物的分离、鉴定的研究已取得了显著进展，这无疑将有助于新的食品储藏加工技术的发展。
　　脂质氧化是食品中主要的一种氧化反应，食品的货架期与这种反应有着密切的联系。
　　不饱和脂肪酸含量越高的食品越容易氧化，脂质经自动氧化生成的自由基与其他化合物结合，生成过氧化物、交联过氧化物或环氧化物，并向食品体系中释放出氧，不仅破坏必需脂肪酸，而且破坏维生素和色素。脂质产生异味的主要原因是油脂中不饱和脂肪酸氧化生成的氢过氧化物进一步分解时产生了醛、醇、酮、酸等小分子化合物。此外，过氧化物与多糖、食品蛋白质或酶作用可产生不良的影响。近十几年临床医学的观察表明，油脂氧化后生成具有毒性、致癌、致突变等作用的化合物。油脂氧化并不限于富含动植物油脂的食品，而且还包括新鲜的或经过加工的豆类、谷物和某些蔬菜等低脂质食品。食品中天然产物的自由基化学，无论对研究天然产物的自动氧化，还是对研究食品储藏加工过程，都是十分重要的。电子自旋共振(ESR)分析表明，氧化产生的自由基有ROO (烷过氧自由基)、RO (烷氧自由基)、O-2 (超氧阴离子自由基)和 OH(羟基自由基)。通过脉冲辐解和激光光解途径研究模拟体系所得到的结果与实际体系非常接近。动植物中存在的低浓度自由基来源于正常的生理反应，如花生四烯酸合成固醇、硫醇化合物的氧化或通过直接的或酶催化途径引起的单电子还原。食品在光、辐射和热等的作用下可产生高浓度自由基，光使自由基通过中间激发态和单重态氧发生光敏氧化，一旦自由基大量进入人体内，将会导致DNA 损伤并危及生存。
　　近十几年来，辐射保藏食品已在我国一些地区采用，含水食品在允许剂量射线的辐照下，如以1000 krad1 rad=10-2Gy，下同。剂量照射时，每100 kg食品可生成3～6 mmol自由基。
　　在食品加工和储藏中，热是一种重要的影响因素，热可使食品产生非常需宜的风味，同时又能加快自动氧化的自由基反应。例如，在70 ℃自动氧化几小时，就能达到室温条件下几个月的氧化程度。食品在200～300 ℃油炸时，食品成分发生热解并伴随产生自由基和反式脂肪酸。自动氧化是导致食品中产生自由基的主要原因，也是食品加工储藏过程中应重视的主要问题。
　　在研究食品自动氧化的过程中，对酚型和胺型化合物抗氧化剂研究较多，目前世界各国对安全性高的天然抗氧化剂研究十分重视。胡慰望、谢笔钧等报道了儿茶素和原花青素的抗氧化效果及其抗氧化机理，同时美国、日本、欧洲国家等也在这方面进行了大量研究。
　　食品在催化条件下产生的化学反应是一个非常值得注意的问题，催化包括金属离子催化和酶催化两大类。金属离子催化的化学反应又分为两类：一类是金属离子与具有路易斯（Lewis）碱性质的有机化合物官能团配位，导致这些官能团的极化和分子内邻近位点活化；另一类是金属离子从高氧化态向低氧化态，或从低氧化态向高氧化态转变的电子传递反应，从而可以使那些被金属离子所配位的有机化合物发生相应的氧化或还原反应。金属离子催化有机化合物出现初始变化之后，接着发生与化合物的结构有关的另一些反应，包括分子重排、消去电负性基团、与体系中其他分子进行反应，甚至碳碳键的裂解。例如，食品中脂质、肽和酰胺的水解，酮酸脱羧，抗坏血酸，维生素E和β胡萝卜素的氧化，儿茶酚的氧化，不饱和脂肪酸和氨基酸氧化等。食品中发生的另一大类催化反应是由酶引起的，这些酶包括氧化还原酶、转移酶、裂合酶、异构酶、水解酶和连接酶。在食品储藏加工中，与产品质量有密切关系的是氧化还原反应和水解反应。其中多酚氧化酶、脂氧合酶、过氧化物酶、黄嘌呤氧化酶、葡萄糖氧化酶、醇脱氢酶和醛脱氢酶是比较重要的酶。
　　食品的美拉德（Maillard）褐变反应是食品在热加工或长期储藏中发生的重要反应，它包括起始阶段醛(通常是还原糖)和胺(一般是氨基酸、肽和蛋白质)发生的羰胺反应，生成风味、香气化合物和对紫外吸收的物质，同时还产生深颜色聚合物，并使营养价值降低。对美拉德褐变反应，尽管进行了100余年之久的研究，但是对反应的全过程仍不完全了解。对于这种反应，一般是在单糖、氨基酸或其他有机胺类组成的模拟体系中进行研究。有关晚期糖基化终末产物（advanced glycation endproducts，AGE）的相关研究已引起人们的极大关注，特别是与相关疾病的关系取得了很大的进展。而食源性AGE的研究，如AGE产物的精准分析、在体内的代谢和危害等问题尚不清楚。
　　蛋白质是食品中的重要营养成分，并具有许多重要生理功能和加工特性。蛋白质分子体积较大并具有能产生多种反应的复杂结构，所以在生物物质中占有特殊的地位。食品中的蛋白质与其他食品成分主要通过氢键、疏水相互作用和离子键形成非共价键结合，蛋白质的空间构象将影响其活性和功能作用。蛋白质的许多不可逆反应可导致食品变质，或产生有害的化合物，使蛋白质的营养价值遭受损失。蛋白质组学分析技术在食品中的应用为许多复杂的食品蛋白质体系的研究提供了新的途径。此外，动、植物或微生物来源的活性多肽，特别是海洋和水生物中的环肽，以及人们关注的正电性抗菌肽（CAP）已成为食品化学研究中的一个重要方面。
　　糖类食品是人类食品中热量的主要来源，在食品加工中必须重视糖类的结构和加工特性。近30年来，在这方面的研究非常活跃，如淀粉糊化和淀粉的化学修饰，以及多糖的空间结构和三维立体形貌对其性能的影响等。低聚糖的生理功能和非淀粉多糖的重要生物活性越来越引起科学工作者的极大关注。膳食纤维与益生元已成为又一热点以及研究对象。多糖的溶液行为和在水溶液中的分子簇效应已成为现今研究的重要课题。
　　维生素是由多种不同结构的有机化合物构成的一类营养素。目前，对许多维生素的一般稳定性已经了解，但是对于复杂食品体系中维生素保存的影响因素尚不十分清楚。例如，食品储藏加工的时间和温度，维生素降解反应与其浓度和温度的关系，氧浓度、金属离子、氧化剂和还原剂等对稳定性的影响等。近年来有关维生素K2的研究和重要性不容忽视，特别是甲基萘醌MK7和MK8（H2）对人体健康的诸多益处与结构密切相关。
　　食品色素不仅赋予食品感官和消费者的可接受性，而且还具有多种功能，并显示有益的健康特性。存在于植物和动物细胞中的色素，种类繁多、结构复杂，有的存在量为痕量，容易受到环境因素的影响。因此，往往将它作为评价食品品质和安全性的一项重要指标，色素的分析也就自然成为该类物质的*要问题。此外，加工和储藏条件的影响，与其他成分的相互作用和新结构色素的发现也是色素研究的另一重要方面。
　　食品的风味，除新鲜水果、蔬菜外，一般是在加工过程中由糖类、蛋白质、脂质、维生素等分解或相互结合所产生的需宜或非需宜的特征。新鲜水果和蔬菜的风味来自脂质，通过被酶氧化，生成小分子化合物，如醇、醛、酮和酸类。与此同时，多酚类天然色素也可以使食品产生异味，色泽变坏；大分子交联会引起食品质地、营养发生变化。因此，控制食品的储藏加工条件，使之产生需宜的风味，防止非需宜风味的形成，进一步对风味化合物的分离、组成、结构及其反应机理进行研究，并在此基础上研究风味酶的作用机理和合成天然风味化合物，以上这些构成了食品化学中风味化学的内容。
　　食品中的有毒物质包括食品中存在的天然毒物、加工和储藏过程中产生的有毒物质，以及外源污染物，如蛋白酶抑制剂、红细胞凝集素、过敏原、植物抗毒素、生物碱、硫葡萄糖苷、氰化物、亚硝酸盐、真菌毒素和食物中毒毒素、有机农药和重金属污染以及加工和储藏中产生的有害物质、包装材料中的有害添加剂等。这些物质的快速灵敏分析、对食品安全性的影响和作用机理以及在各种食品中的分布和存在状况，

目录
第四版前言
第三版前言
第二版序言
第二版前言
第一版序言
第1章绪论1
1.1食品化学研究的内容1
1.2食品化学的发展历史4
1.3食品化学的研究方法6
1.3.1食品的品质和安全性6
1.3.2化学和生物化学反应6
1.3.3各类反应对食品品质和安全性的影响7
1.3.4反应的动力学7
第2章水9
2.1概述9
2.2水和冰的物理特性10
2.3水和冰的结构12
2.3.1水分子12
2.3.2冰的结构16
2.3.3液态水的结构19
2.4水与溶质间的相互作用21
2.4.1一般概念21
2.4.2水与离子和离子基团的相互作用25
2.4.3水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用25
2.4.4水与非极性物质的相互作用26
2.5水活度28
2.5.1水活度的定义28
2.5.2水活度对温度的相依性31
2.6水分的吸湿等温线33
2.6.1定义和区间33
2.6.2吸湿等温线与温度的关系35
2.6.3滞后现象35
2.7水活度与食品的稳定性36
2.8低于结冰温度时冰对食品稳定性的影响39
2.9分子淌度和食品稳定性40
2.9.1概述40
2.9.2状态图41
2.9.3分子淌度与食品性质的相关性42
2.9.4分子淌度与状态图的相关性43
2.9.5分子淌度与干燥45
2.9.6食品货架期的预测48
第3章糖类50
3.1概述50
3.1.1糖类的种类50
3.1.2食品中的糖类51
3.2糖类的结构55
3.2.1单糖55
3.2.2糖苷58
3.2.3低聚糖61
3.2.4多糖69
3.3糖类的性质82
3.3.1链状糖类反应82
3.3.2氧化反应83
3.3.3还原反应85
3.3.4酯化与醚化反应85
3.3.5糖类的脱水和热降解86
3.3.6非酶褐变反应88
3.3.7焦糖化反应93
3.3.8丙烯酰胺的形成94
3.3.9晚期糖基化终末产物95
3.4食品中单糖和低聚糖的功能102
3.4.1亲水功能102
3.4.2风味结合功能103
3.4.3糖类褐变产物和食品风味103
3.4.4甜味104
3.5食品中的多糖105
3.5.1淀粉105
3.5.2糖原118
3.5.3纤维素118
3.5.4半纤维素120
3.5.5果胶121
3.5.6瓜尔豆胶和角豆胶123
3.5.7阿拉伯树胶124
3.5.8黄芪胶125
3.5.9琼脂126
3.5.10鹿角藻胶126
3.5.11褐藻胶128
3.5.12微生物多糖129
3.5.13魔芋葡甘露聚糖131
3.5.14膳食纤维和益生元131
第4章脂质135
4.1概述135
4.2命名135
4.2.1脂肪酸135
4.2.2酰基甘油139
4.2.3磷脂140
4.2.4甾醇142
4.2.5蜡143
4.2.6其他脂质143
4.3分类143
4.4油脂的物理化学特性144
4.4.1天然脂肪中脂肪酸的位置分布145
4.4.2三酰甘油的物理性质147
4.4.3结晶和稠度150
4.4.4乳状液和乳化剂163
4.5脂质的化学性质171
4.5.1脂解171
4.5.2脂质氧化171
4.5.3热分解197
4.5.4油脂在油炸条件下的化学变化200
4.5.5电离辐射对脂肪的影响202
4.6油脂加工化学206
4.6.1油脂精炼206
4.6.2油脂氢化207
4.6.3酯交换210
4.7食品脂质在风味中的作用214
4.7.1物理效应214
4.7.2作为风味前体的脂质214
4.8脂质与健康215
4.8.1脂肪酸的生物活性215
4.8.2低热量脂质217
4.8.3短链脂肪218
第5章氨基酸、肽和蛋白质219
5.1概述219
5.2氨基酸和蛋白质的物理化学性质220
5.2.1氨基酸的一般性质220
5.2.2氨基酸的化学反应229
5.3蛋白质的结构233
5.3.1蛋白质的结构层次233
5.3.2维持和稳定蛋白质结构的作用力244
5.4蛋白质分子的变性252
5.4.1变性的热力学253
5.4.2变性因素256
5.5蛋白质的功能性质266
5.5.1水合性质268
5.5.2溶解性273
5.5.3蛋白质的界面性质278
5.5.4黏度294
5.5.5胶凝作用296
5.5.6面团的形成300
5.5.7风味结合302
5.5.8与其他化合物的结合305
5.6食品蛋白质在加工和储藏中的变化305
5.6.1营养价值的变化和毒性306
5.6.2蛋白质功能性质的变化320
第6章酶332
6.1概述332
6.1.1酶的化学本质332
6.1.2酶的特征333
6.1.3酶的命名与分类336
6.1.4生物体中的酶339
6.1.5酶的分离纯化与活力测定340
6.2酶的催化反应动力学340
6.2.1底物浓度的影响341
6.2.2pH对酶转化速率的影响344
6.2.3温度对酶转化速率的影响346
6.2.4酶浓度对酶转化速率的影响348
6.2.5水活度对酶活力的影响348
6.2.6激活剂对酶转化速率的影响350
6.2.7抑制剂对酶催化转化速率的影响351
6.3酶在食品中的作用356
6.3.1内源酶在食品质量中的作用356
6.3.2质地359
6.3.3风味362
6.3.4营养质量363
6.4食品加工中的固定化酶364
6.4.1酶的固定化方法364
6.4.2固定化酶的性质366
6.4.3固定化酶在食品中的应用367
6.5食品加工中的酶制剂368
6.5.1甜味剂生产使用的酶制剂369
6.5.2纤维素酶和果胶酶在食品加工中的应用369
6.5.3脂肪酶在食品加工中的作用370
6.5.4蛋白质食品加工中使用的酶制剂370
6.6酶在食品分析中的应用371
6.6.1被测化合物是酶的底物372
6.6.2被测化合物是酶的激活剂或抑制剂373
6.6.3食品烫漂和灭菌效果的酶指示剂374
第7章食品色素和着色剂376
7.1食品固有的色素376
7.1.1叶绿素376
7.1.2血红素385
7.1.3类胡萝卜素391
7.1.4花色素苷397
7.1.5类黄酮406
7.1.6原花色素412
7.1.7单宁413
7.1.8甜菜色素414
7.1.9醌和吨酮418
7.1.10其他天然色素419
7.2食品中添加的着色剂420
7.2.1天然色素420
7.2.2人工合成色素423
第8章维生素和矿物质427
8.1概述427
8.2维生素的稳定性428
8.2.1成熟度的影响429
8.2.2采后及储藏过程中的影响429
8.2.3谷类食物在研磨过程中维生素的损失430
8.2.4浸提和烫漂430
8.2.5化学药剂处理的影响431
8.2.6维生素的潜在毒性432
8.3维生素的每日参考摄入量432
8.4水溶性维生素439
8.4.1抗坏血酸439
8.4.2硫胺素445
8.4.3核黄素450
8.4.4烟酸452
8.4.5维生素B6454
8.4.6叶酸酯458
8.4.7维生素B12463
8.4.8泛酸464
8.4.9生物素466
8.5脂溶性维生素467
8.5.1维生素A467
8.5.2维生素K472
8.5.3维生素D473
8.5.4维生素E474
8.6矿物质477
8.6.1概述477
8.6.2物理和化学性质478
8.6.3功能特性及存在状态479
8.6.4加工过程中的损失与获取482
8.6.5食品中矿物质的利用率和安全性484
第9章风味化合物486
9.1概述486
9.2味觉和非特殊滋味感觉486
9.2.1味觉486
9.2.2风味增强剂492
9.2.3涩味493
9.2.4辣味494
9.2.5kokumi风味495
9.2.6清凉风味495
9.3蔬菜、水果和调味料风味496
9.3.1葱属类中的含硫挥发物496
9.3.2十字花科中的含硫挥发物496
9.3.3香菇类蘑菇中特有的硫化物497
9.3.4蔬菜中的甲氧基烷基吡嗪挥发物498
9.3.5脂肪酸的酶作用产生的挥发物498
9.3.6支链氨基酸产生的挥发物500
9.3.7挥发性萜类化合物的风味500
9.3.8莽草酸合成途径中产生的风味501
9.3.9柑橘类风味502
9.3.10草本香料和调味料风味503
9.4乳酸乙醇发酵中的风味505
9.5脂肪和油的风味挥发物506
9.5.1脂肪和油水解产生的风味507
9.5.2长链多不饱和脂肪酸的特征风味507
9.6肉品的风味挥发物508
9.6.1反刍动物肉及乳中的特征风味508
9.6.2非反刍动物肉的特征风味508
9.6.3鱼和海产食品风味的挥发物510
9.7加工过程中风味挥发物的产生511
9.7.1热加工引起的风味511
9.7.2类胡萝卜素氧化分解的挥发物514
9.8风味分析515
9.8.1风味成分的提取分离515
9.8.2分离520
9.8.3化学结构521
9.8.4与风味的相关性521
9.8.5风味的感官评价522
9.9风味化学及工艺学的发展前景523
第10章食品添加剂524
10.1概述524
10.2酸和发酵酸525
10.2.1酸和食品525
10.2.2化学发酵系统和发酵酸527
10.3碱在食品加工中的作用530
10.4缓冲体系和盐类531
10.4.1食品中的缓冲液和pH控制531
10.4.2盐类在乳制品和肉类加工中的应用532
10.5螯合剂533
10.5.1螯合物和螯合剂533
10.5.2螯合物在食品中的作用534
10.6抗氧化剂535
10.7抗菌剂536
10.7.1亚硫酸盐和二氧化硫536
10.7.2亚硝酸盐和硝酸盐538
10.7.3山梨酸538
10.7.4纳他霉素539
10.7.5甘油酯540
10.7.6丙酸540
10.7.7乙酸540
10.7.8苯甲酸540
10.7.9对羟基苯甲酸烷基酯541
10.7.10环氧化物541
10.7.11抗生素542
10.7.12焦