食品化学研究与应用的现状及前景展望

食品化学研究与应用的现状及前景展望 专业:农产品加工及贮藏工程班级:8班姓名:赵梓瀛学号:20150348 摘要:本文从食品的化学组成出发,概要介绍了食品化学在食品加工、贮藏中的重要作用及食品化学与食品营养和食品安全的关系,食品添加剂的开发利用对食品色、香、味的改进与提高,说明了食品的风味与烹调过程中化学变化的密切关系,并对食品化学的未来发展进行了展望。 关键词:食品化学;研究;食品安全;添加剂;展望 食物是人类赖以生存的物质基础。古代的食物以自然界的动植物为主。随着人类的进步、科学技术的不断发展,导致了人类食物结构的变化。多少世纪以来,世界各国的食物都是凭着经验制作的。虽然人类利用食物的历史很早,但是将食品作为一门学科来研究,是从十九世纪才开始的。食品化学是食品科学的一个重要方面,它主要是一门研究食品的组成、特性及其在贮藏加工过程中产生的化学变化的科学[1]。“食品化学”是从化学的角度出发,将食品所涉及到的化学知识系统化而形成的一门新兴的学科分支,是研究食品的化学组成及其理化性质的科学。其包括食品的营养成分、有害成分、食品的色、香、味,食品的酶化学,食品中成分的理化性质及它们在生产、加工、贮藏、鉴定和利用过程中的变化机理及研究方法。食物中供人体正常功能所必须的成分和能量的物质称为营养物质。含有营养成分的物料统称为食物。经过加工的食物也称食品,故通常也泛指一切食物为食品。当今世界,人人都在从不同的角度关心食品。经济不发达地区(或者说尚未解决温饱的地区),人们所关心的问题是能得到足够数量和种类的营养素。在经济发达地区,已有丰富的食品供应,而且许多农副产品通过深度加工以及加入化学物质后,改变成丰富多彩的各式食品。此时,人们关心的是食品的成本、质量、品种和制作上的方便,加工过程以及化学添加剂对食品卫生和营养价值的影响。这正是食品化学这门涉及到食品的特性及其变质、保藏和改性原理的科学所要研究的问题。 一、食品化学与食品营养 根据我国的饮食习惯,食品基本上可分为两类,一类为主食(如米、面及其 加工制品),其主要营养成分是碳水化合物。另一类是副食,副食大致可分为三类;植物性食品、动物性食品、加工制造的食品。植物性食品主要是蔬菜,水果。其营养成分主要是碳水化合物,维生素,矿物质。动物性食品包括肉、禽、蛋、水产品、乳品等,营养成分以蛋白质、脂肪为主,还有脂溶性维生素。加工制造的食品种类繁多,如食糖、茶叶、糕点、糖果、豆制品、食用植物油、经加工的肉、蛋、水产、蔬菜、水果及各种调味品等等。除具有上述各营养成分外,还因为在食品的加工贮存和运输过程中不可避免地引入一些非天然的成分。如食品添加剂和污染物质等。这些成分在不同程度上也要参与或干预人体的代谢和生理机能活动[2]。 人体是由各种化学物质组成的。现代人类工程学认为,凡自然界能存在的化学元素,在人体中都能找到。这些元素不仅是组成人体的基本原料,而且在人体的生长、发育、疾病、死亡的生命过程中起着十分重要的作用[3]。 人们生活中所需的水分、蛋白质、矿物质及微量元素等绝大数来自日常饮食,人们通过摄取食物来满足人体新陈代谢的需要,从而使人体处于健康状态。食物是营养素的“载体”,人体所需要的营养素必须通过食物获得。合理营养是健康长寿和力量的保证[4]。 二、食品化学与食品安全 在人们讲究饮食营养的同时我们更要关注食品的安全。 1996年世界卫生组织将食品安全界定为“对食品按其原定用途进行制作、食用时不会使消费者健康受到损害的一种担保”将食品卫生界定为“为确保食品安全性和适用性在食物链的所有阶段必须采取的一切条件和措施”。食品质量则是指食品满足消费者明确的或者隐含的需要的特性[5]。 安全性是任何人选择食品都最关心的问题,也就是说,任何食品在消费时不能有任何有害的化学物质或细菌的污染。食品变质后或发生不良变化后,其质构、风味、颜色和营养价值都会发生变化,乃至产生毒素。前几项凭直觉容易察觉,而后两项则只能通过化学方法才能检测到。通过化学分析手段,对有毒成分的了解,促使人们采取许多控制措施,以便尽可能地减少因消费食品或在加工中加入的物质而可能引起对健康的危害[6]。 现在市场上的产品琳琅满目,包装也越来越吸引人。人们不断追求食物的口 感,越来越多的添加剂走入了我们的日常生活。因为食品安全问题的频发,人们开始讲究绿色生活,吃绿色食品,有机蔬菜水果。 绿色食品是指对人和环境无害、有营养、优质的食品,它的生产必须以生态环境较佳的地域为基地,采用绿色生产技术和工艺,努力做到生产流通使用及废弃物的后处理均对食品、人和环境无污染或尽可能的少污染,可见绿色食品工程是一项致力于环境保护,减少和消除食品污染的系统工程。发展绿色食品工程,可将对食品的化学污染的治理从治标转化为治本[7]。 我国是在1991年推行绿色食品标志的,目前市场上的绿色产品大多处于“配角”,公众的绿色消费意识比较淡薄。为保护生态环境和跨入WTO大门,培养公众的绿色消费意识刻不容缓,因为只有绿色消费这一源动力,才能保证绿色食品生产基地较佳的生态环境,才能刺激绿色食品的生产,推动绿色技术的开发应用,丰富绿色食品市场,实现人与自然、社会的和谐发展[8]。 三、食品化学与食品添加剂 在食品开发研究、制备、调配、包装、运输、贮藏等过程中,为了改善食品的品质,色、香、味、增强营养成分以及防腐或加工而需要加入食品中的物质统称为食品添加剂。食品添加剂可以是一种物质或多种物质的混合物,其大多数并不是基本食品原料本身所固有的物质,而是生产、贮存、包装、使用等过程在食品中为达到某一目的而添加的物质。由于目前采用的添加剂多数是人工合成的化学物质,为了保证人民的健康与安全,世界各国对食品添加剂使用卫生都做了明确和严格规定[9,10]。在我国食品添加剂使用卫生标准中所列出的添加剂基本上可以分为四类:维持和增加食品营养性能类(品质改良剂,食品强化剂);增加食品保存时间加强稳定性类(防腐剂、杀菌剂、抗氧化剂);发挥食品色、香、味或形体类(漂白剂、保色剂、着色剂、酸味剂、甜味剂、膨胀剂、增稠剂);辅助食品加工类(结着剂、抗结剂、凝固剂、乳化剂、溶剂)。食品添加剂一般不能单独作为食品食用,且使用量很少并且有严格的控制[11]。 对于我们日常的衣食住行,有很多的化学物质与生活有关。有时由于农药的使用不当,我们会摄入少量的重金属,那些都是有毒物质,危害我们的生命。最典型的重金属就是汞。汞进入人体后,能与组织中的蛋白质结合成汞蛋白盐。汞进入血液循环系统后,对神经系统有抑制作用。汞在体内达到一定浓度后,机体 出现中毒症状,如类似急性肠胃炎[12]。 在美国,由于消费者的强烈反应,35种有潜在致癌性的农药已列入禁用的行列。我国有机氯农药虽于1983年已停止生产和使用,但由于有机氯农药化学性质稳定,不易降解,在食物链、环境和人体中可长期残留,目前在许多食品中仍有较高的检出量[13]。 多施有机肥少施化肥,用生物类杀虫剂少用化学农药,慎用化学生长调节剂。还有食品业中广泛采用的塑料包装以及塑料大棚、地膜等废弃物造成的“白色污染”,不仅是继水质大气污染之后的又一大社会公害,而且会造成食品的“二次污染”。解决这一问题的真正出路在于运用绿色包装技术,即采用新型可降解(光解或生物降解)的绿色塑料代替传统的百年之久不分解的塑料[14]。 四、食品化学与酶 在食品工业中,酶的化学原理及酶制剂也日益得到广泛应用。因此酶化学在食品化学中也占有相当重要地位,由于酶具有较高的催化效率和催化专一性,所以在生物化学变化中它主要起催化剂的作用[15]。 (l)淀粉酶:广泛分布于生物界,它的功能是水解淀粉、糖元及其衍生物。按作用方式可分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、异淀粉酶。(2)果胶酶:果胶物质是所有高等植物细胞壁和细胞间层中的成分,也存在于植物细胞汁液中,它对于水果、蔬菜的食用质量有很大影响。果胶酶存在于高等植物和微生物中,它能降解果胶物质。采用果胶酶处理果肉可以提高果汁产量,促进果汁澄清。(3)蛋白酶:根据作用方式可分两类:内肽酶—从肽链内部水解肽键;外肽酶—从肽链两端开始水解肽键。蛋白质在它们的作用下水解成低分子量的肽链断片,然后再水解为氨基酸。在食品工业中应用较多的是木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和无花果蛋白酶,主要用于食品加工中肉类的嫩化、啤酒澄清、制造氨基酸混合物等的生产。(4)脂酶:存在于所有含脂肪的组织中,它对脂肪酸中脂肪酸残基及酯键的位置有专一的选择性。许多含脂食品如牛奶、奶油、干果类等的变质原因常常是由于其中所含脂酶的作用使游离脂肪酸增加所致。(5)葡萄糖氧化酶:间发生褐变反应,在食品加工中最重要的应用是除去淀粉中的葡萄糖防止其在贮存期从而降低气泡力和泡沫稳定性。此外在罐装食品中采用葡萄糖氧化酶可以除去食品和容器中的氧从而有效地防止食品的变质。 五、烹调过程中的食品化学 蛋白质、碳水化合物、脂肪三种物质是人体能量的主要来源,在烹调食品时三者都发生相当复杂的化学变化[16,17]。蛋白质是氨基酸构成的肽链以氢键和双硫键交织而成的复杂物质。烹调时的变化有梅拉德反应、蛋白质的热变性、聚集、降解以及过度加热时的热诱导反应。如产生硫化氢,形成异肽,发生氨基酸的外消旋作用,酶的活性变化或产生褐色素,同时风味与色泽变劣,营养价值降低。 淀粉也是一种结构复杂的大分子碳水化合物。淀粉分子按一定程度的有序化排列,具有一定结晶度。它和过量的水一起加热时,分子的排列会从有序态变为无序态,即淀粉的糊化。超过糊化温度后,部分淀粉溶于水形成淀粉糊。再冷却形成凝胶。若长期放置即变成不透明状态(老化)。溶于水的碳水化合物在一定温度下能发生水解。含脂类食物加热烹调后,其一部分油脂分离而损失。而脂肪的性质并无多大变化。但过度加热时,饱和脂肪酸化合物的非氧化性热解反应主要产生一些正烷烃、单烯烃、对称的酮类、含酸基的甘油等[18]。所以烹调含脂肪的食品时温度不宜过高。在食物中脂类与碳水化合物、蛋白质是混杂共存的,所以它们在烹调加热过程中的反应和产物往往相互影响。如非酶褐变的产物有抗氧化性,蛋白质的碱基可以催化脂类氧化后产生的羰基进行醇醛缩合反应,促使其形成褐色素。脂类的过氧化物能诱发含硫蛋白质的氧化[19],使营养特性受到损失。 六、食品化学与风味化学 每一种食物都有其特有的风味。良好的风味是衡量食品质量的重要标准之一。由于微量和超微量分析技术的进步,使得食品风味研究有了很大进展,初步揭示了味感物质的化学结构与味感的关系。引入不同的取代基或取代基位置不同,都可使味感发生极大变化。在食品及医药工业和日常生活中的糖醇甜味剂(如木糖醇等)可在糖尿病、心血管病人医疗食品中应用。非糖甜味剂(如甘草试等)可在乳制品、巧克力糖果、蛋制品及饮料类食品中应用。在食品风味中嗅感是和味感同样重要的一个方面。嗅感是挥发性物质对人鼻腔的刺激感,令人喜爱的称为香气,令人生厌的称为臭气[20]。食品的气味有些是食品本身具备的成分带来的,有些则是在制作加工中形成的,如焙烤和发酵过程都能产生香气。 七、发展前景 近20年来,科技界对亚洲和其它以素食为主地区人群的膳食特点及植物食 品具有的保健功能化学成分的研究兴趣持续高涨,特别是对长期摄入植物脂质、膳食纤维、抗氧化性维生素、植物多酚、生物碱、萜烯、甾醇、植物蛋白质、活性肽和其它生物活性化合物具有的降低冠心病和中风发病率,降低肠癌、乳腺癌、前列腺癌等发病率,降低Ⅱ型糖尿病、肥胖症发病率,延缓衰老和抑菌抗炎等功能进行了大量研究[21,22]。我国的食品工业在改革开放中一直快速向前发展,并初步走过了初级发展阶段。为了满足人民生活水平日益提高的需要,今后的食品工业必将会更快和更健康地发展。 从客观上要求食品工业更加依赖科技进步,把食品科研投资的重点转向高、深、新的理论和技术方向,这将为食品化学的发展创造极有利的机会。同时,由于新的现代分析手段、分析方法和食品技术的应用,以及生物学理论和应用化学理论的进展,使得我们对食品成分的微观结构和反应机理有了更进一步的了解。采用生物技术和现代化工业技术改变食品的成分、结构与营养性,从分子水平上对功能食品中的功能因子所具有的生理活性及保健作用进行深入研究等将使得今后食品化学的理论和应用产生新的突破和飞跃。食品化学学科今后的研究方向有以下几个方面[23]: (1)国幅员辽阔、食品资源丰富而复杂、加工技术多样。因此,继续研究不同原料和不同食品的组成、性质和在食品贮藏加工中的变化依然是今后食品化学的主要课题;(2)开发新食源。特别是新的食用蛋白质资源,发现并脱除新食源中有害成分同时保护有益成分的营养与功能性是今后食品化学学科的另一重要任务;(3)现有的食品工业生产中还存在形形色色的问题。如变色变味、质地粗糙、货架期短、风味不自然等等,这些问题有待食品化学家与工厂技术人员相结合从理论和实践上加以解决;(4)运用现代化科学与技术手段,对功能性食品中有效成分的含量、结构、生理活性、保健作用、提取方法及食品应用加以深入研究,强化功能食品开发的科学性;(5)现代贮藏保鲜技术中辅助性的化学处理剂或膜剂的研究和应用仍将是食品化学家义不容辞的责任;(6)风味化学和工艺学的研究将逐渐深入,并因为有现代分析与工艺技术的运用应达到新的深度;(7)食品添加剂的开发、生产和应用研究任务将加大。生物技术和化学改性技术将成为食品化学家担此重任的得力手段;(8)快速分析和检验食品的方法或技术研究规模将扩大;(9)资源深加工和综合利用虽然是整个食品科学与工程学科的重大任务, 但重中之重的经济价值成分的确立、资源转化中的化学变化及有价值成分或转化产物的分离提取任务将由食品化学家承担。可以肯定,尽管目前的食品化学学科基础还很薄弱,未来的前进道路也不平坦,但随着经济和社会的发展,食品化学的蓬勃发展之势必然到来。 参考文献: [1] 夏延斌.食品化学[M].北京:中国轻工出版社,2004,1-15. 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