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1、1,食品科学与工程导论,授课教师：曾艺琼,食品科学与工程教研室,Conspectus of Food Sciences,2,食品科学概论的教学目的,(1)了解食品科学的发展概况；(2)掌握食品科学的基本概念、基本原理和基本研发方法；(3)了解基本的保健养生方法。,3,教学参考书,(1)食品科学导论,帕克(R.Parker)(美)著,影印本,中国轻工业出版社，2005(2)食品科学(第五版),N.N.Potter 和J.H.Hotchkiss(美),王璋等译,中国轻工业出版社，2001(3)食品科学概论,张有林著,科学出版社,2006(4)食品化学,O.R.菲尼马(美)编著,王璋等译,中国轻工业
2、出版社，1991(5)食品生物技术导论,罗云波等主编,化学工业出版社，2006(6)食品工程导论,葛可山等主编,化学工业出版社，2006(7)发酵食品微生物学,Brian J.B.Wood(英)主编,徐岩译,中国轻工业出版社，2001(8)肉制品与水产品的风味,F.Shahidi(加)著,李洁等译,中国轻工业出版社，2001,4,第一章 绪论第一节 食品的概念,通常人们把加工了的食物称之为食品。,一、食品的定义,食物是人体生长发育、更新细胞、修补组织、调节机能必不可少的营养物质，也是产生热量、保持体温、进行各种活动的能量来源。,5,食品是指各种供人体食用或饮用的成品和原料，以及按照传统即是食品
3、又药品的物品，但不包括以治疗为目的的物品。,6,二、食品应具备的条件,1、安全卫生2、应含有一定的营养成分3、感官性状好4、其他：包装合理、耐藏。,7,三、食品与药品的区别,1、原料不同：食品：经过人么长期食用检验并证明对人体无毒无害的大宗原料。药品：往往对人体有一定的毒副作用。2、功能不同：食品：充饥饱腹、满足食欲、营养保健、联络感情、享受审美、社会安定。药品：防病治病,8,四、食品的分类,保健食品：又称功能性食品，是指具有特定的保健功能的食品，即适宜于特定的人群食用，可调节机体的功能，但不以治疗为目的。绿色食品：遵循可持续发展，按照特定生产方式生产，经专门机构认证，许可使用绿色食品标志的无
4、污染的安全、优质、营养类食品。A级和AA级。有机食品：真正无污染、纯天然、高品质、高质量的健康食品。转基因食品：利用基因工程技术改变基因组构成，将某些生物的基因转移到其他物种中去，改造其生物的遗传物性，并使其性状、市场价值、物种品质向人们所需要的目标改变。,9,第二节 食品的质量标准,一、食品质量的概念 食品产品适合一定用途，能满足社会需要极其满足程度的属性，包括功能性、卫生性、营养性、稳定性和经济性。,10,二、食品质量的评定方法,感官指标：外观、色泽、风味、质地。理化指标：正常营养成分、有害成分、有效成分、食品添加剂成分、其他。卫生指标：,11,三、食品质量的控制,目前我国开展的认证体系主
5、要有ISO9000系列认证和QS认证。ISO9000：国际标准化组织制定、颁发的质量管理体系标准。QS：我国食品质量安全市场准入制度。,12,第三节 食品科学的研究领域食品科学可以定义为将基础学科和工程学的理论用于研究食品基本的物理、化学和生物化学性质以及食品加工原理的一门学问。食品工艺学则是运用食品科学原理来从事食品的选择、保藏、加工、包装及销售，它影响消费安全、营养和食品卫生。,由此可见，食品科学是一门涉及范围很广的学科，包括食品生物学、食品工程和食品化学。由于食品与人直接相关，有的食品科学家也对食品选择的心理学发生兴趣，他们研究食品的感官性质。,13,食品科学家是围绕食品这一主题开展活动
6、的，其主要研究内容有食品原料、食品营养、食品卫生、食品安全、食品机械、食品加工、食品保藏、食品感官、食品运输、食品销售、食品消费、食品文化、食品心理、生产监控和质量标准等，涉及食品技术和科学领域内的各个方面。,14,内涵更广泛的食品学科包括：食品化学 涵盖食品基本的成分、结构和性质以及在加工和使用过程中发生的化学变化。食品分析 涉及对食品产品及成分作定量的物理、化学分析的原理、方法与技术。分析应该按照为食品加工设定的标准和法规来进行。食品微生物学 研究食品的微生物生态学，如环境对食品腐败和食品生产的影响，食品中微生物的物理、化学变化和生物降解，食品原料及产品的微生物学检验以及公共健康和卫生微生
7、物学。食品加工 研究食品原料的一般特性，有关食品保藏，影响品质的加工因素，包装、水和废物处理，良好的生产实践和卫生程序等基本原理。,15,食品工程 食品工程的内容包括流体流动、传热与传质、混合与乳化、结晶、制冷、吸附与离子交换、冷冻浓缩、冷冻干燥、分子蒸馏、超临界萃取、食品挤压、膜分离、微滤和超滤和超微粉碎等新技术。食品过程工程的内容包括物料输送、冷加工与冷藏、新型食品杀菌与灭菌、超高压杀菌、辐射杀菌、磁力杀菌、酶技术、发酵工程、化学变性、焙烤、腌渍和熏制、蒸煮挤压、成型、食品包装、食品原料特性与储运、原料预处理、食品原料综合利用以及在线检查与自动控制等。,16,食品工业工程的内容包括：食品工
8、厂设计、食品工厂管理、食品营销、食品研究与开发；以及法规及通用标准、食品产品标识、食品安全与卫生、良好生产操作规程(GMP)、危害分析关键控制点(HACCP)，以及ISO9000质量认证体系。,17,食品生物学 涉及对酶的特性、催化机理、酶催化动力学、酶反应辅助因素等；氨基酸、多肽、蛋白质的结构、性质、生物合成与降解、加工与营养功能；糖类生物化学特性、生物合成与降解、加工营养功能、褐变与食品色香味；脂类生物化学特性、生物合成与降解、生理活性脂类、食用油脂的生产与加工；核酸的结构与功能、核苷酸及其衍生物类的制备和生理活性、核酸代谢分子生物学、遗传工程等；细胞及细胞器、生物膜的结构与功能；以及食物
9、毒素如食用植物、蕈类、贝类、鱼类和微生物毒素的种类、结构和毒理学以及脱毒方法等。,18,食品法规和条例，感官分析、毒理学、生物工程，食品物理化学，质量控制、废物处理、航天育种技术等都是食品科学的重要组成部分。,19,第二章 食品工业导论,食品科学的主要任务在于提高人们的健康水平，为开发新食品奠定理论基础，保证食品的安全与卫生，推动食品法规与标准化的建设。据估计，现在世界上大约还有20亿人仍然食不果腹，每天约有4万人因得不到足够的食物而丧失生命。儿童营养不良导致恶性营养障碍症，蛋白质-热能缺乏导致消瘦症，在发展中国家司空见惯。从20世纪80年代开始，中国居民的食物与营养结构发生了很大的变化，居民
10、的膳食结构已经从温饱型向小康型转变(见表1-1表1-8及图1-1)。据统计，2006年我国食品工业总产值为24430亿元，比上年增长23%。,20,表1-1 我国主要农产品产量 单位：万t）,注：2003年水果总产量含瓜果类产量。,21,表1-2 我国按人口平均的主要农产品产量（单位：kg/人）,注：按年平均人口计算。,22,表1-3 我国居民食物与营养结构的变化（单位：kg/人）,23,表1-4 我国城乡居民家庭人均食品消费量比较（单位：kg/人）,注：城镇居民家庭人均食品消费量指全年购买的主要商品数量。,24,表1-5 我国农业主要产品产量居世界位次,资料来源：联合国粮农组织数据库。,25
11、,表1-6 2003年我国主要食物资源占世界的份额,26,表1-7 我国食品工业总产值平均每年增长速度（单位：%）,资料来源：根据历年食品工业年鉴统计。,27,表1-8 食品生产消费的基本模式表,28,图1-1 我国食品工业总产值,万亿元,29,第二节 食品科学的研究任务,食品科学家最大的一项活动是对现有产品的改善和对新产品的开发，工业界的食品科学家应该有创新的思路来满足消费者对新颖、不同类型产品的需求。成功的产品开发需要科学与创新的结合。,30,食品科学家经常需要去改变食品中营养素的含量，尤其是降低食品的热量或是添加维生素或矿物质。降低热量可从几个方面来进行，如用低营养或非营养性的成分替代热
12、值高的食品成分。用阿斯巴甜(天氡氨酰苯丙氨酸甲酯，又名甜味素)取代营养性甜味剂(如蔗糖)可降低软饮料的热值。,31,阿斯巴甜的商品名为Nutrasweet，具有与蔗糖相同的热值，但其甜度是蔗糖的200倍。因此达到相同的甜度，阿斯巴甜的用量要比蔗糖的用量少得多，从而降低了食品的热值。在其它方面，食品科学家利用与脂肪具有类似性质但代谢方式不同的物质来替代食品中的脂肪，以达到降低热值的目的。如低脂冰淇淋可以通过去除牛奶中的脂肪和添加一种变性淀粉或者经过特别处理的蛋白质来制得，这些蛋白质被处理成非常微细的颗粒，它给冰淇淋带来一种与脂肪相似的滑腻的口感。每克蛋白质的热值仅为16.7kJ，而脂肪的热值则为
13、37.6kJ，这样，冰淇淋的热值就降低了。,32,表1-9 糖的相对甜度(W/W，%),*以蔗糖的甜度为100作为比较标准。,33,表1-10 糖醇的相对甜度（25，自来水中）（%）,*以蔗糖甜度为100,34,食品科学家也千方百计地把食品中的维生素和矿物质提高到人体生理上所需水平，早餐所食用的麦片就是这些食品中最好的例子。大多数麦片都含有一些添加的营养素，有的麦片还含有人体一整天所需的营养量。这些维生素和矿物质必须均匀地分散于产品中，而且性能必须稳定，它们不得影响食品的风味或外观，这一点必须引起高度的重视。,35,表1-11 不同国家推荐的成年人对几种营养素摄入量比较,(a)：膳食中10-2
14、5%的能量来自动物食品或大豆；(b)：食品中总叶酸是由L-Carei测定的；(c)：以游离叶酸盐表示。,36,食品加工工艺学也左右着海洋捕鱼船只的设计和操作。船只上的食品加工设施包括大小鱼自动分离机，机械化鱼油冷却器，自动油脂提取器，制冰设备，完善的罐头车间，制造鱼片、鱼糜和鱼饼的设备，鱼的脱水及鱼制品干燥设备等。这样的工厂式制作法可以防止腐败，降低蛋白质和脂肪的损失，从而可以延长船只在海上的作业时间。现在此类船只可以在远洋捕鱼作业超过两个月时间。日本和俄罗斯在这方面的开发极为活跃。,37,食品科学与工程的一个重要应用方面是对水果和蔬菜的气调储存(CA)。水果(如苹果)采摘后仍从空气中获得氧气
15、进行呼吸，并继续成熟，最后软化腐败。如果降低氧气而增加二氧化碳的浓度，呼吸作用就会减缓。对于某些水果，其最佳的气调储存条件为氧占3%，二氧化碳占2%5%，其余的则为氮气。,38,已有报道通过降低和控制冷库中水果释放出乙烯气体含量进行猕猴桃商业保鲜的消息。商业上通过连续地检验气体组成并作出相应的调整等自动控制方法来创造此类气调储存的条件。在冷库中使用气调储存可以保证四季均有苹果销售，而这在以前由于贮存条件差而不可能。低氧气调储存目前也用来保证冷冻货车运输途中莴苣的质量及在空运时减少草莓的腐烂。在后一种运输中，贮存室中的二氧化碳来自于干冰的升华。,39,食品科学包括利用液氮、液态或固态的二氧化碳，
16、或其它的低温液体对精制食品进行速冻。当水果、蔬菜被冻结时，在构成果肉质的细胞内部和细胞之间形成冰晶。如果是缓慢的冰结，形成的冰晶较大而刺破胞壁。这样在解冻时，果肉组织变成松散、糜烂的糊状物，汁液从组织中流出，这方面番茄所受的影响最为明显。,40,表1-12 部分食品的含水量,41,如果是快速的冻结，如采用液氮致冷可达196，水只冻结成微晶，并且微晶在细胞组织被刺破之前即已形成，当解冻时产品保持原状，其质构也比缓慢冷冻时好得多。然而，即便是速冻，也只有经过挑选的番茄品种才能耐受这样的处理，并得到满意的解冻效果（见表1-12）。现在有越来越多的高质量的冷冻动植物食品面世，其良好的商业价值应归功于低
17、温冷冻技术及现代农业的品种选育技术。,42,食品科学家最重要的任务之一是保证食品尽可能安全。谨慎地进行食品加工、储存和保鲜可以防止食物中毒的爆发。食物中毒是指由于消费食品而感染疾病。引发食源性疾病的要么是致病菌、病毒、寄生虫及食物中含有有毒物质，要么是化学污染物。近年来接踵而来曝光的不安全食品危害事件以及由致病性微生物等引发的食源性疾病，触目惊心。,43,在美国，这类食物中毒的发病率之高出乎人们的预料。根据传染病防治中心的报告。在19831987年之间，共有91678例食物中毒事件，这个数据可能只是实际情况的一小部分，因为认定食物中毒的标准极为严格，并且仅一两个人受感染的病例也不上报。虽然大约
18、有92%的食物中毒是由致病菌引起的，然而由加工过的食品造成的食物中毒只占所有食物中毒的一小部分。,河豚鱼,44,不适当的食品加工、处理和储存，经常出现在家庭、学校或餐厅，这是导致食品中毒爆发的最主要原因。如1993年，在一家快餐店出售的汉堡包中含有被细菌污染而未烧透的牛肉而致数人死亡，致病菌是一种与牛肉及其肉制品有关的称为157:H7的大肠肝菌(Escherichia coli)。,45,由沙门氏菌引起病例的数量也在上升，造成这种上升的主要原因是食用了被肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis)污染的鸡蛋和家禽。沙门氏菌曾导致有记录以来的最大一次食源性疾病的爆发，大约有160
19、00人因食用被沙门氏菌污染的牛奶而致病。这次食物中毒使得报道的病例大为增加(见图1-2)。,由于服用被污染的消毒牛奶而引发的病例,沙门氏菌（不包括伤寒）美国，19551993年,图1-2 美国向疾病控制中心提供的年度沙门氏菌病例数(摘自：Morbidity and Mortality Weekly Report,42:50,1994),46,肉毒杆菌也使食物中毒的病例大幅度增加(见图1-3)。,肉毒杆菌（食源性）美国，19751993年,由Jalapeno胡椒引起的爆发，缅因州,由土豆色拉引起的爆发，新墨西哥州,由酸洋葱引起的爆发，伊利诺伊洲,由发酵鱼/海产品引起的爆发，亚特兰大,图1-3 美
20、国向疾病控制中心(CDC)报告的肉毒杆菌病例(摘自：Morbidity and Mortality Weekly Report,42:24,1994),47,正如前面指出的那样，大多数食物中毒都是由于对食物的处置不当而非加工方法的不当造成的。食品加工业具有防止食物中毒的良好记录，这可从每年消费数以千亿计的罐装、袋装等食品上得到证实。但有时这样良好的记录被为数不多的有毒食物造成的死亡事件所打破。当罐头食品未受到足够的加热以杀死厌氧微生物肉毒（梭状芽孢）杆菌的孢子或易受污染的食品储存不当时，即会产生这样的后果。如美国在1989年，有三例肉毒杆菌中毒是由于食用“油浸大蒜”造成的。同样，1989年在英
21、国，由于食用含有榛子馅的酸干酪，招致27人肉毒杆菌中毒，其中1人死亡。在榛子馅加入酸干酪之前，肉毒杆菌毒素即已形成。,48,也曾发现鱼与一系列肉毒杆菌中毒的事例有关，其中绝大多数是由于操作工对海洋食品的危险性缺乏了解所致。Kapchunka肉毒杆菌中毒爆发是由于无知引发致命的一个佐证。Kapchunka是一种白鱼，用盐水浸泡后，不经过除内脏而直接风干，然后将鱼包装后置室温下保存，因此鱼体内的肉毒梭状芽孢杆菌得以生长而分泌毒素。若干人摄入这种肉毒杆菌后，其中一人致死。食品科学家认真研究和总结每一次食物中毒的原因，希望能防止类似事件的发生。,Clostridium Botulinum(Botulism),49,当通过加热以破坏食品中的病原体和腐败微生物时，食品成分因加热发生的变化将影响食品的色泽、质构、风味及其营养价值。因此，食品科学家必须对热处理过程进行优化，以达到有效的杀菌或者灭菌而又不会使食品过度受热的目的。有时病原体通过容器的破损处进入食物中，这也是鲑鱼罐头受肉毒梭状芽孢杆菌感染的主要原因。,50,滥用农兽药、激素和化学添加剂造成的农产品农残留超标、重金属和致癌物污染也是频频引发食品安全问题的主要原因。,
