第二节 食品化学研究的内容
食品化学的研究内容是食品的化学组成、结构、理化性质、功能特性和安全性，食品的色、香、味变化，以及食品在生产、加工、运输、贮藏和销售过程中所涉及的化学变化。食品化学是食品科学的一个非常重要的组成部分，其核心是探讨在食品的生产、贮藏和加工过程中如何提高和保证食品的质量。对一类食品或一种食品成分的基本介绍，一般都着眼于三个层面的问题。
（1）明确食品的品质特性。
（2）分析影响食品质量的化学成分和化学反应。
（3）找出影响食品质量的主要反应的控制条件。
一、食品的品质特性
食品的品质特性通俗地说就是食品的质量问题，食品的质量包括：色、香、味、质构、营养、安全六个方面，不同的食品对其品质特性有不同的要求。食品在加工或贮藏中可能发生的品质的变化如表1-2所示。
表1-2 在食品加工或贮藏中可能发生的变化
（一）食品的安全性
食品的安全性是食品质量最重要的问题。民以食为天，食以安为先。不管什么食品，安全性是首要的。食品的安全性是指食品被食用后，在一定时间内对人体不产生可观察到的毒害。如对低酸性的肉类罐头，除有基本的食品安全要求外，如对致病菌、重金属和食品添加剂的要求，还要重点检查肉毒梭状芽孢杆菌是否存在；对花生类制品则要强调有无霉变；对添加天门冬酰苯丙氨酸甲酯的食品，则应标明 “对苯丙酸酮尿症者不宜”。
不安全食品及食品成分主要在以下几种情况下出现：第一，天然存在于食物中的有害物质，如大豆中的有害物，牛奶中的有害物，蘑菇中的毒素；第二，食品生产与加工时有意或无意添加到食品中的有害物，如过量的添加剂、兽药与农药残留等；第三，食品在贮藏和运输过程中产生的微生物毒素及不良化学反应形成的有害物质。
因此，现代食品工业要求每一种食品必须有明确的安全性指标，而且上市之前要经过充分的安全性评价。与食品安全性相关的内容包括食品质量安全市场准入制度、HACCP质量安全控制体系以及其他质量管理体系。
（二）感官质量特性
食品的感官质量特性也称为食品的直观性品质特性，是可以被消费者了解的，这些特性包括色泽、风味、质构，用俗语来讲是色、香、味、形，它们是衡量食品质量的重要指标。
（1）质构 包含了食品的质地（软、脆、硬、绵）、形状（大、小、粗、细）、形态（新鲜、衰竭、枯萎）。不同的食品，其质构方面的要求差异很大，如口香糖需要有韧性，饼干需要有脆性，肉制品需要软嫩等。质构的化学本质一般是食品中的大分子自身的作用，以及它们与金属离子、水之间的相互作用。最常见的导致食品质构劣变的原因是食物成分失去溶解性、失去持水力及各种引起硬化与软化的反应。
（2）色 是指食品中各类有色物质赋予食品的外在特征，是消费者评价食品新鲜与否，正常与否的重要的感官指标。一种食品应具有人们习惯接受的色泽，天然未加工食品应呈现其新鲜状态的色泽，加工食品应呈现加工反应中正常生成的色素，如新鲜瘦猪肉应为红色，酱油应为黑色。引起食品色泽变化的主要反应为褐变、褪色或产生其他不正常颜色。
（3）香 多指食品中宜人的挥发性成分刺激人的嗅觉器官产生的效果，加工的食品一般具有特征香气。
（4）味 俗称味道，是指食品中非挥发性成分作用于人的味觉器官所产生的效果。香气和味道有时统称 “风味”，其内涵就是上述两方面的内容。只有品质特性符合消费者心理的食品，才是好的食品。
（三）营养特性
食品的营养特性又称食品的非直观性品质特征，消费者很难从食品的外观特征进行判断，即便是专家也不能直接看出产品该项指标的优劣。食品的营养价值是所有消费者都关注的问题，也是食品重要的质量指标之一。在食品加工和贮藏中常遇到食品营养成分的损失，主要是维生素、蛋白质、矿物质的损失，如何避免损失，这是食品生产者要考虑的问题。
二、影响食品品质特性的化学反应
这类反应是食品的贮藏与加工过程中常见的化学反应。尽管各类物质之间的反应繁多，但是已知的明显影响食品质量的反应还是不多，仅十余种反应类型，它们是：非酶褐变、酶促褐变、脂类水解、脂类氧化、蛋白质变性、蛋白质交联、蛋白质水解、低聚糖和多糖的水解、多糖的合成、糖酵解和天然色素的降解。以上反应可分为食品主要成分的反应和食品活性成分的反应，具体内容在本章第三节中介绍。
三、食品化学反应的控制条件
任何一种化学反应都有反应发生的条件，掌握了这些条件就能调控反应速度。食品加工和贮藏过程中主要关注以下几个关键条件：温度（T）、时间（t）、温变率（dT/dt）、pH、产品的成分、气相的成分和水分活度（Aw）。决定食品在加工和贮藏中稳定性的重要因素如表1-3所示。
表1-3 决定食品在加工和贮藏中稳定性的重要因素
（1）温度 对食品加工和贮藏过程中可能发生的所有类型的反应都有影响。在一个指定的食品体系中，各种化学反应发生的时间与程度决定了产品的具体贮藏寿命；温变率的控制，广泛应用于多种食品反应体系中，特别是在食品的杀菌工艺与速冻工艺中，可以说是决定产品质量的第一因素。
（2） pH影响食品中许多化学反应和酶催化反应的速度。如酸性条件可抑制碳水化合物与蛋白质的褐变反应；蛋白质对pH的变化很敏感，通过调节pH到蛋白质的等电点可使蛋白质沉淀，有利于分离与纯化蛋白质；用缓冲液调节反应体系的pH到酶最适宜的pH范围，有利于发挥酶的作用。调节pH来加速和控制反应速度，提高加工食品的质量，几乎成为一种常规手段。从化学原理来讲，调节反应体系的pH很容易，但对食品来说，有时也很难，当加入的酸和碱要影响最终产品的pH时，pH太高和太低都不行，因为人的味觉对食品的pH也有一个最适范围。
（3）水分活度（Aw）通俗地讲是指食品中化学反应和微生物生长能够利用的水的多少。水分活度在酶反应、脂类氧化、非酶褐变、蔗糖水解、叶绿素降解、花色苷降解和许多其他反应中是决定反应速度的重要可变因素。
（4）气相的组成 主要是指食品包装中气体的组成。水果、蔬菜的保鲜可通过适当的包装材料和充气处理，降低气相中的氧含量，提高二氧化碳气体的含量，来降低呼吸强度，延长货架期。对一些特别不好贮藏的食品，如高级茶叶，可在包装中充入惰性气体，以维持其特有的色泽和香气。罐头和瓶装食品如果排除罐顶和瓶口的氧气，有利于延长产品的保质期。