식품화학 개요

1장 서론 Food Chemistry(식품화학) 여러식품 성분의 종류, 화학구조, 반응성, 기능성과 함께 조리과정, 가공, 저장시 일어나는 식품의 화학적 성분변화까지를 분석연구하여 건강한 식생활을 영위할 수 있도록 기초를 제공하는 과학분야.

(Food chemistry) (Food Rheology) 식품과학 (Food Science) 식품 생화학 식품 미생물학 1. 식품과학의 영역 식품화학 식품물성론 (Food chemistry) (Food Rheology) 식품과학 (Food Science) 식품 생화학 식품 미생물학 (Biochemistry) (Food microbiology) 관능평가법 (Sensory evaluation) 식품가공학 (Food Technology) 영양학(Nutrition)

Food (식품) 한 종류이상의 영양소를 가지면서 유해성분을 품지 않는 천연물 or 가공품 Food material(식품재료) : 쌀, 배추, 밀가루, 생선 Food ( 음식,식료품) : 밥, 김치, 빵, Nutrient(영양소) : 생물이 생명을 유지하는 모든 과정( 체내대사, 체조직 구성, 에너지 발생)에 필요한 물질

2. 식품의 조건 Economy (경제성) Nutritive value (영양) Safety (안전성) Organoleptic quality (기호성) Economy (경제성)

3. 식품의 종류 및 성분 식물성식품 천연식품 동물성식품 농산물가공식품 식품 수산가공식품 축산가공식품 가공식품 유지가공식품 기호음료 수산가공식품 축산가공식품 유지가공식품

식품의 구성성분 1. 일반성분 2. 특수성분 Carbohydrate Fiber Moisture Protein Sugar Organic matters Lipids Food Vitamins Solid matters Minerals 2. 특수성분 taste, flavor, color, enzyme

식품화학의 연구방법 품질 및 안전성 요인규명 화학반응 생화학반응규명 품질및 안전성에 미치는 화학반응영향 저장가공중 현실적문제

5. 식품화학의 역사 1.태동기 2.발전기 3.완성기 1780~1850 식품성분 규명시작 1820~1920 부정식품 대두 1920~현재 미량성분 분석 3.완성기

식생활의 변천 ▷ 인구구성의 노령화, 비만, 암, 심장병, 고혈압등 성인병 증가 ▷ 기능성식품 유기농식품 식생활의 변천 ▷ 인구구성의 노령화, 비만, 암, 심장병, 고혈압등 성인병 증가 ▷ 기능성식품 유기농식품 1차기능 (영양성) 2차기능 (기호성) 3차기능 (기능성) 웰빙 (안전성)

? 색깔 향 아삭거림 고형분 모양 수분 기능/효능

1. 펙틴 셀룰로즈, 리그닌, 헤미셀룰로즈 등 유익섬유소 포함 펙틴…대장암예방, 배변 촉진, 혈당량조절, 콜레스테롤 감소 2 1.펙틴 셀룰로즈, 리그닌, 헤미셀룰로즈 등 유익섬유소 포함 펙틴…대장암예방, 배변 촉진, 혈당량조절, 콜레스테롤 감소 2.표피색소…안토시아닌계 폴리페놀 화합물. 3. 칼로리 44-57kcal /100g 사과 품종에 따라 차이 아오리 < 홍옥 < 국광 < 부사 < 후지 순서. 4. 가식율은 82% 수분 함량이 82-88% 탄수화물/ 당분은 13-16% 단백질 0.2-0.6%, 지방질 0.2-0.5% 비타민 A, 비타민 C와 칼륨, 칼슘, 나트륨 등 무기물의 함량은 다른 식품에 비하여 특히 높은 알칼리성 식품 5. 유기산 사과산과 구연산 6. 향기성분 300 종 이상 중 주요 성분은 30종 에스테르, 알콜 및 알데히드류가 주류

최근 문제가 되는 독성물질 Acrylamide(아크릴라마이드) Trans fatty acid(트렌스지방산) GMO(generally modified organs)

유기식품(Organic Food) 농약이나 화학비료, 호르몬,항생물질등을 사용하지 않고 재배한 농산물이나 축산물, 또 그들을 원료로 하여 식품첨가물을 사용 하지 않고 제조 가공한 식품류 유기합성농약,화학비료 전혀 사용안함 유기농산물 유기합성농약 사용않고 화학비료는 권장 시비량의 1/3이내 무농약농산물 화학비료는 권장시비량의 1/2사용 농약살포횟수 안전사용기준의 1/2사용 저농약농산물

건강기능식품(Health Funtional Food) 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용하여 정제,캅셀, 분말, 과립, 액상 , 환등의 형태로 제조 가공한 식품(2002.8 건강기능식품에 관한 법률제정) ★기능성…인체의 구조 및 기능에 대하여 영양소를 조절하거나 생리학적 작용등과 같은 보건용도에 유용한 효과를 얻는것.

2장 식품과 물

Moisture (1) Function 1. 체온조절-체열방출,흡수 2. 체액 pH, 삼투압유지 3. 용매-영양소 운반,가용성물질 용해 4. 노폐물 배설 5. 식품조직,물성 및 화학반응에 관여 6. 미생물의 생육-식품저장성에 관여

식품속의 물의 형태 자유수(free water) : 건조, 냉동시 동결, 증발 용매로 작용 미생물 이용가능한 물(available warer)로써 미생물 번식, 식품 변질과 관계 결합수(bound water) : 전분이나 단백질등 고분자화합물과 결합 건조,압착시 제거되지 않고, -30℃이하에서도 동결되지 않고 100 ℃ 이상에서 끓지 않음

등온 탈흡습곡선

수분활성도(Water Activity=Aw) 식품의 수증기압(P) Mw * Aw = = 순수한 물의 수증기압(P0) Mw+Ms * 식품저장,가공에서 중요한 지표 식품변질의 원인이 되는 미생물이 실제 이용할수 (Available water)있는 수분량 표시. * 대부분 식품의 Aw<1 순수한 물의 Aw=1이며 식품에서 P<P0 이므로. * Aw 클수록 미생물 번식 쉽고 저장성 나쁨 Aw : bacteria (0.9~)> yeast(0.88~)> mold(0.8~)

중간수분식품(Intermediates Moisture Food) 수분함량은10~40%정도로 높게 유지하면서 글리세롤, 솔비톨 등의 고삼투압성 용액을 가해 수분활성도를 낮춘식품. 미생물의 발육을 억제하고 가소성을 갖게 하여 조직감을 좋게 한 식품 Ex)훈제오징어,잼,젤리, 양갱,건조과실, 건조소시지, Aw 야채,과일= 0.98~0.99 육류,생선= 0.98 쌀,대두= 0.6~0.64

♣ 식품재료의 분류 *생산지별 분류 농산물 곡류 탄수화물식품 서류 두류 채소류 비타민, 무기질 수산물 해조류 어패류 축산물 육류 계란 단백질식품 임산물 버섯류

3장. Carbohydrate (1) Structure Cn(H2O)m Organic molecules in which carbon, hydrogen and oxygen bond together in the ratio Cn(H2O)m 6CO2 + 6H2O + energy (from sunlight) C6H12O6 + 6O2 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energy

(2)Nomenclature Carbohydrates are the main energy source for the human body. Chemically, carbohydrates are organic molecules in which carbon, hydrogen and oxygen bond together in the ratio: Cn(H2O)m   Aldose… bound with CHO(aldehyde) Ketose… bound with CO(ketone)

Triose의 구조 거울 이성체 (enantiomer) 1) D 형: 2) L 형:

Structures of Glyceraldehyde

(3) Classification

1)Monosaccharides(단당류)

(1) Pentose(5탄당) 1. Arabinose: - 천연에서 L-arabinofuranose형으로 존재 - 침엽수의 arabinogalactan, 식물의 hemicellulose, 아리비아 고무 등의 점질물, pectin의 구성성분 2. D-Ribose & D-deoxyribose: - 동식물 세포의 핵산의 구성성분 - Riboflavin의 보효소 성분으로 존재 (D-Ribose) 3. D-xylose: - Hemicellulose의 주성분인 xylan을 구성

오탄당(pentose)

(2) Hexose(6탄당) Glucose…과일,식물체에 유리상태로 존재 전분, cellulose의 구성분 동물체의 Glycogen의 구성분 혈액중 혈당으로 존재 0.1% Fructose…ketose, 유리상태로 꿀,과일에 함유 Galactose…galactan, lactose(유당)의 구성분 Mannose… 다당류인 mannan 형태로 곤약, 감자, 백합뿌리등에 많이 함유

Cyclic Fischer Projection of a-D-Glucose Haworth Projection of a-D-Glucose

육탄당(hexose)

More Monosaccharide Derivatives Sugar alcohols: mild reduction of sugars Deoxy sugars: constituents of DNA, etc. Sugar esters: phosphate esters like ATP are important Amino sugars contain an amino group in place of a hydroxyl group Acetals, ketals and glycosides: basis for oligo- and poly-saccharides

Amino Sugars Alcohols Sugar esters Deoxy sugar

단당류의 aldehyde기나 ketone기의 환원 - 오탄당 알코올: pentitol - 육탄당 알코올: hexitol 당알코올 (Sugar alcohol) 단당류의 aldehyde기나 ketone기의 환원 - 오탄당 알코올: pentitol - 육탄당 알코올: hexitol Ribitol & xylitol: 감미료로 이용 - Xylitol: uronic acid 대사경로의 중간산물 Sorbitol: glucose, fructose의 환원에 의해 생성 Mannitol: mannose의 환원에 의해 생성

2) Disaccharides(이당류) The linkage of two monosaccharides to form disaccharides involves a glycosidic bond. Several physiologically important disaccharides are sucrose, lactose and maltose.

Glycosidic bond

(1)Sucrose(설탕) prevalent in sugar cane and sugar beets, is composed of glucose and fructose through an a-(1,2)b-glycosidic bond.

(2)Lactose(유당) Lactose: is found exclusively in the milk of mammals and consists of galactose and glucose in a b-(1,4) glycosidic bond

(3)Maltose(맥아당) Maltose: the major degradation product of starch, is composed of 2 glucose monomers in an a-(1,4) glycosidic bond.

3) Oligosaccharides(소당류) (1)기능 저칼로리 감미료 식품의 점탄성, 유동성이 변하고 질감개선효과 비피더스균의 증식인자 저충치성 기능성 건강식품재료로 유용 (2)종류 (1) Raffinose(3탄당) Glucose+Fructose+Galactose (2) Stachyose(4탄당) Glucose+Fructose+Galactose+Galactose

4) Polysaccharides(다당류) Most of the carbohydrates found in nature occur in the form of high molecular weight polymers(200~300)called polysaccharides. Homopolysaccharides are composed of a single monosaccharide building block ex) Starch, Dextrin, Glycogen, Fiber, Pentosan, Inulin Heteropolysaccharides.are composed of more than one type of monosaccharide ex) Glucomannan,Pectin

(1)Starch the major form of stored carbohydrate in plant cells. lower degree of branching (about every 20-30 residues). Amylose + amylopectin. (2) Glycogen the major form of stored carbohydrate in animals. homopolymer of glucose in a-(1,4) linkage; it is also highly branched, with a-(1,6) branch linkages occurring every 8-10 residues. compact structure that results from the coiling of the polymer chains

amylose & amylopectin

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Representative partial structure of amylopectin

Representative partial structure of amylose

(3) Cellulose 식물세포벽의 주성분으로 천연에 가장 풍부하게 존재하는 섬유상의 구조다당류 Cellulose는 3,000개 이상의 D-glucose가 베타 결합(β- 1,4 linkage)으로 연결된 직쇄구조. 목화(면)에 94∼98%, 아마에 80%, 황마에 60∼70%, 목재에는 40∼50%함유 동물에는 멍게에 함유되어 있고 세균에서는 Acetobacter xylinum이 균체외로 cellulose분비. 달팽이, 흰개미, 곰팡이, 반추동물(염소,소의 위에 기생하는 세균-cellulase를 분비하지만 인간은 셀룰로우즈를 소화할 수 없다.

두가지 고분자의 유일한 차이를 살펴보자.                                                                                           

(4) Inulin fructose가 β-2, 1 결합으로 연결된 중합체 다알리아, 돼지감자, 엉겅퀴와 같은 국화과 식물이나 아스파라거스, 붓꽃 등의 근경에 존재하는 저장다당류이며 분자량은 약 5,000 Inulin은 이들 근경이 발아할 때 β-fructosidase에 의해 가수분해 에너지원으로 이용. 식물경우와 달리, 세균이 만드는 fructan의 대부분은 β-2, 6 결합으로 된 고점성의 levan이며 기질인 sucrose의 fructose기가 전이되어 생성 최근의 연구: 구강내 연쇄상구균 중에서 충치와 관련이 있는 Streptococcus mutans의 fructan은 식물형 inulin임이 밝혀졌다.

(5) Pectin 고등식물의 세포벽 중에 비결정상태로 충진되어 있는 물질로 과실이나 야채류에 많이 함유 cellulose와 결합하여 protopectin으로 존재. 과실 등이 성숙 protopectinase의 작용으로 pectin을 유리. 주성분은 D-galacturonic acid가 α-1, 4 결합으로 연결 된 직쇄구조인 pectic acid가 methyl ester화된 것 (xylose, arabinose,rhamnose 등도 함유) Pectin은 물에 용해되어 점성강한 colloid 용액 Ca2+에 의해 딱딱한 gel이 되며 식품이나 제과에 이용.

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(6) Alginic acid 갈조류의 세포간 점질물로 존재하는 다당류 D-mannuronic acid(M)와 D-glucuronic acid(G)로 구성 Azotobacter vinerandii 나 Pseudomonas 속의 세균이 초산 ester화된 alginic acid를 분비 Alginic acid의 염을 algin이라 하며 수용액을 산성으로 하면 실 모양의 gel로 침전 식품첨가물, 아이스크림이나 치즈의 안정제, 수술사나 의료용 가아제(알긴산 레이욘), 고정화효소나 고정화균체의 담체 등으로 이용.

Alginic acid

탄수화물의 변화 Caramelization Gelatinization Retrogradation

Caramelization(캬라멜화 반응) 당을 녹는점 이상의 온도로 가열 (190-200℃) → 산화, 탈수 당의 분해산물 중합(polymerization), 축합(condensation) 갈색(humin)물질 형성하는 browning reaction Ex) 캔디, 빵, 크래커, 간장, 된장 식품의 맛, 향, 색에 영향을 준다

Gelatinization(호화) 생전분(β-starch)을 수분상태에서 가열함 swelling(팽윤), hydration(수화) 점도(Vscosity) 있고 투명성, 교질성 의 비정형성 Colloid용액화 함으로 소화성높고 점조성의 (α-starch)생성 냉각시, or 전분농도 높으면 Semi- solid gel 형성하는 과정.

Retrogradation(노화) , 비정형성 colloid (α- starch) 냉각, 방치 침전, 불용성화, 재결합하여 Semi crystalline state (β-starch) 노화억제방법: 1)수분함량조절- 60%이상, 30%이하 2)냉동법- 빙점이하, 수분제거의미 3)설탕첨가- 수용액 or 교질화용액에서 수화되어 탈수제효과 4) 유화제사용- colloid 용액의 재결정방지

Dextrinization(호정화) 1)전분을 건열(160~170℃) 가열분해, 가수분해 Pyrodextrin 수용성증가, 점도 낮고 소화율증가 ex) 뻥튀기, 팽화미, 가용성전분

5. 탄수화물의 소화,흡수,체내기능 소화효소& 흡수경로 전분 소당류, 이당류 단당류 α-amylase sucrase 전분 소당류, 이당류 단당류 α-amylase sucrase lactase maltase amylase 입 위 소장 대장 문정맥 간

포도당의 체내기능 1) 두뇌,기타조직에 에너지공급 혈당유지(0.1%) 2) Glycogen으로 간에 저장 3) Energy 생성 4) 단백질 절약작용 5) 지방 단백질로 전환or 합성에 쓰임

섬유소(Fiber)의 기능 1. 장 연동작용 배변효과 2. 담즙의 콜레스테롤 배출효과 혈관속 cholesterol치 저하 1. 장 연동작용 배변효과 2. 담즙의 콜레스테롤 배출효과 혈관속 cholesterol치 저하 관상심장질환예방 3. 당 흡수속도 낮춤 당뇨식이