食品化学

食品化学（英语：food chemistry），是在食品领域之中，研究食品里所有天然与非天然食材的合成或分解的化学过程和相互作用。研究内容的主要范围，包括食品营养成分分析、食品色香味化学、食品加工化学、食品物理化学和食品有害成分化学。食品化学的历史可追溯到18世纪末期时，许多著名的化学家进行相关研究，例如：卡尔·威廉·舍勒于1785年从苹果萃取出苹果酸，汉弗里·戴维于1813年出版一本书《Elements of Agricultural Chemistry》（农业化学元素）。食品的主要成分是水，例如在生鲜肉类里占了50％到95％，蔬菜或水果里也富含水分。水分的多寡常与细菌的生长和食品腐败变质相关。 食品保鲜的关键之一，是减少食品中水的含量，或是经由冷却或冷冻来降低细菌在水中的活性，以提高食品的保存时间。碳水化合物，又称糖类，主要分成四大类：单糖、双糖、低聚糖和多糖。 除了少数例外（如脱氧核糖或氨基糖），单糖的化学式是：(CH2O)n。 A链的单糖可构成多糖形式，例如果胶、右旋糖酐、洋菜胶、黄原胶……等。 像多糖可作为储存养分的物质，如淀粉和糖原；或作为动物外骨骼和植物细胞的细胞壁，如：甲壳素和纤维素；另如五碳醛糖的核糖是构成各种辅因子的不可或缺失之物质，如ATP、FAD和NAD）也是一些遗传物质分子的骨干（如RNA）。 而人类血液之中，主要提供热量的来源是葡萄糖。人体所需脂类 ，大致可以分为胆固醇、中性脂肪（三酸甘油酯）、磷脂质、游离脂肪酸等4种。 它的主要生理功能包括储存能量、做为脂溶性维生素（如维生素A、D、E和K）载体、构成细胞膜以及膜的讯息传导等。脂质可以广义定义为疏水性或双亲性小分子；某些脂质因为其双亲性的特质（兼具亲水性与疏水性），能在水溶液环境中形成囊泡、脂质体或膜等构造。生物体内的脂质完全或部分源自两种截然不同的生物次单元：酮酸基与异戊二烯脂质可以概分为八类：脂肪酸、甘油脂、甘油磷脂、鞘脂（神经脂质）、糖脂质（英语：Saccharolipid）、聚酮类（由酮乙基次单元聚合而成）、固醇脂类，以及孕烯醇酮脂类（由异戊二烯次单元缩合聚合而成）。食物中的脂肪酸，主要来自谷物如玉米、大豆等，或动物性油脂，如牛奶、奶酪、肉类的脂肪等。蛋白质是一种复杂的有机化合物，是由氨基酸分子呈线性排列所形成，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种“标准”氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被翻译后修饰而发生化学结构的变化，从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以一起，往往是通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物，发挥某一特定功能。 蛋白质是地球上生物体中的必要组成成分，参与了细胞生命活动的每一个进程。 蛋白质普遍存在于人类食物之中，例如肉类、海鲜或大豆等。此外，经由有机合成技术，一些蛋白质也可以透过化学方式来合成。酶，或称酵素，指具有生物催化功能的高分子物质。 在酶的催化反应体系中，反应物分子被称为底物，底物通过酶的催化转化为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与，以提高效率。在食品工业里，具有多种用途，发酵、酿造等。维生素，又称维他命是一系列有机化合物的统称。它们是生物体所需要的微量营养成分，而一般又无法由生物体自己生产，需要通过饮食等手段获得。 维生素不能像糖类、蛋白质及脂肪那样可以产生能量或组成细胞，但是它们对生物体的新陈代谢起调节作用。 维生素分成水溶性与脂溶性，水溶性维生素不易积蓄于人体内，会随者排尿一起排出，且容易在烹调中遇热破坏；而脂溶性维生素，易溶于非极性有机溶剂，而不易溶于水，可随脂肪为人体吸收并在体内储积，排泄率不高。 缺乏维生素会导致一些病症；适量摄取可以保持身体健康；过量摄取易导致中毒。 人体一共需要13种维生素，其中包括4种脂溶性维生素（维生素A，D，E，K）和9种水溶性维生素（8种维生素B，维生素C）。矿物质，又称为无机盐或膳食矿物质，除了碳、氢、氮和氧之外，也是生物必需的化学元素之一，也是构成人体组织、维持正常的生理功能和生化代谢等生命活动的主要元素，约占人体体重的4.4%。以人体的需求量区分为宏量元素与微量元素。他们可以自然地存在于食物中，或是元素或矿物形式地被加入，例如碳酸钙或氯化钠。有部分这些添加物来自自然来源，例如经过加工磨成粉末的牡蛎壳。 适当的摄取各种矿物质，是有助于维持身体健康。然而摄取过量却可能会直接或间接导致一些病症，这归咎于身体里矿物质之间的竞争特性。例如，摄取大量的锌虽不会有害于自己，但却会导致铜摄取不足。食用色素，是食品添加剂的一种，用于改善物品外观的可食用染料。 基于感官分析，色彩鲜艳的食品比较容易引发消费者的购买欲与食欲。 常用于食物或饮料的加工品。例如在欧盟列管的E编码里，食用色素为E100到E199，例如：有些食用色素可能来自动物或昆虫的原料所制造，而被认为不适合素食者食用。调味料或香料是影响人类对于食物的味觉或嗅觉的关键因素。在常温下能挥发出香味的物质称为香精，可分为天然香精和合成香精两大类。天然香精通常指从动植物中萃取出的香精。合成香精通常是利用化工原料，通过化学加工而生产的香料。风味化学家（英语：Flavorist）们发明了许多合成香精，被广泛应用在许多大量生产的食品之中，使得这些食物具有其气味却不含其应有的营养成分，例如使得大量贩售的果汁或汽水里头不含任何水果的成分。食品添加物被加入在食品生产或制造过程中，在食品中加入一些化学制品，用来改变食品的色泽、气味、或调整食物口感及延长保存时间（防腐剂、抗氧化剂）。在20世纪50年代以前，食品添加物采用负面表列的方式，凡是不在明令禁止的名单上，就可以添加到食品中。现在大多数国家都规定，只有获得许可的添加剂才能在食品中使用。国际食品法典委员会制定食品添加物的国际编码系统（英语：List of food additives, Codex Alimentarius），作为各国政府自订食品添加物标准时的参考。欧盟亦自订E编码。