食品化学

食品化学は、食品を構成するすべての生物学的および非生物学的成分の化学プロセスと相互作用を研究する学問です。 [ 1 ] [ 2 ]生物学的物質には、肉、鶏肉、レタス、ビール、牛乳などが挙げられます。食品化学は、炭水化物、脂質、タンパク質などの主要成分においては生化学と似ていますが、水、ビタミン、ミネラル、酵素、食品添加物、香料、着色料などの物質も含まれます。また、この分野には、特定の食品加工技術によって製品が変化する仕組みや、変化を促進または防止する方法も含まれます。プロセスを促進する例としては、乳糖を乳酸に変換する微生物を用いて乳製品の発酵を促進することが挙げられます。プロセスを防止する例としては、レモン汁などの酸性水を用いて、切りたてのリンゴの表面の変色を防ぐことが挙げられます。

食品化学の歴史

食品と栄養への科学的アプローチは、J・G・ワレリウス、ハンフリー・デービーらの著作における農芸化学への注目から生まれました。例えば、デービーは1813年にイギ​​リスで『農芸化学の要素』（Elements of Agricultural Chemistry, in a Course of Lectures for the Board of Agriculture）を出版しました。これは世界中の農芸化学の基礎となり、第5版まで発行されました。それ以前の研究には、1785年にリンゴから リンゴ酸を単離したカール・ヴィルヘルム・シェーレの研究があります。

リービッヒの食品化学に関する発見の一部は、1848年にマサチューセッツ州ローウェルのエベン・ホースフォードによって翻訳され出版されました。[ 3 ]

1874年に分析手法を公共の利益のために応用することを目的として、公衆分析家協会が設立されました。[ 4 ]初期の実験はパン、牛乳、ワインに基づいていました。

これは、食品供給の品質、特に食品の偽和や汚染問題への懸念からでもありました。これらの問題は、当初は意図的な汚染に端を発し、後に1950年代には化学食品添加物による汚染へと発展しました。世界各地、特にアメリカ合衆国における大学の発展は、食品化学のみならず、食物成分の研究を拡大することになり、特に1907年から1911年にかけて行われた単一穀物実験が顕著でした。19世紀後半、アメリカ合衆国農務省のハーヴェイ・W・ワイリーによる更なる研究は、1906年のアメリカ合衆国食品医薬品局設立に重要な役割を果たすこととなりました。アメリカ化学会は1908年に農業食品化学部門を設立し、食品技術者協会は1995年に食品化学部門を設立しました。

食品化学の概念は、レオロジー、輸送現象の理論、物理的および化学的熱力学、化学結合、相互作用力、量子力学および反応速度論、 生体高分子科学、コロイド相互作用、核生成、ガラス転移、凍結/無秩序または非結晶固体などから引き出されることが多く、そのため食品物理化学が基礎分野となっています。[ 5 ] [ 6 ]

食品システムにおける水

食品の主要成分は水であり、肉製品では50%、レタス、キャベツ、トマト製品では95%を占めます。また、適切に加工されていない場合、水は細菌の増殖や食品の腐敗に非常につながります。食品における水分活性の測定方法の一つは水分活性であり、これは加工中の多くの食品の保存期間に非常に重要です。多くの場合、食品保存の鍵の一つは、水の量を減らすか、水の特性を変えて保存期間を延ばすことです。こうした方法には、脱水、冷凍、冷蔵などがあります[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]この分野は、 「食品の製造、取り扱い、保管中に起こる反応と変換の物理化学的原理」を網羅しています[ 11 ]。

炭水化物

ショ糖：普通の砂糖であり、おそらく最もよく知られている炭水化物

生物界の75%、そして人間の食物摂取量の80%を占める、最も一般的なヒト炭水化物はスクロースです。炭水化物の最も単純な形は単糖類で、炭素、水素、酸素が1:2:1の比率で含まれ、一般式はC n H 2n O n（nは3以上）です。グルコースとフルクトースは単糖類の例です。右の図に示すように結合すると、植物に含まれる最も一般的な糖類の一つであるスクロースが形成されます。

単糖類が鎖状に結合して多糖類が形成されます。このような多糖類には、ペクチン、デキストラン、寒天、キサンタンなどがあります。[ 12 ]これらの炭水化物多糖類の一部はヒトの酵素によって消化され、主に小腸で吸収されます。一方、食物繊維は大腸に移行し、そこでこれらの多糖類の一部は消化管細菌叢によって発酵されます。[ 13 ]

糖度は通常、ブリックス度で測定されます。

脂質

脂質という用語は、多様な分子から構成されており、ある程度、ワックス、脂肪酸（必須脂肪酸を含む）、脂肪酸由来のリン脂質、スフィンゴ脂質、糖脂質、そしてレチノイドやステロイドなどのテルペノイドなど、生物由来の比較的水に溶けにくい、または非極性の化合物を総称する用語として用いられています。脂質には直鎖状の脂肪族分子もあれば、環状構造を持つものもあります。芳香族のものもあれば、そうでないものもあります。柔軟なものもあれば、硬いものもあります。

ほとんどの脂質は、大部分が非極性であることに加え、ある程度の極性も持っています。一般的に、脂質の構造の大部分は非極性または疎水性（「水を嫌う」）であり、水などの極性溶媒とはあまり反応しません。一方、構造の一部は極性または親水性（「水を好む」）であり、水などの極性溶媒とよく反応します。そのため、脂質は両親媒性分子（疎水性部分と親水性部分の両方を持つ分子）となります。コレステロールの場合、極性基は単なる-OH基（ヒドロキシル基またはアルコール基）です。

食品中の脂質には、トウモロコシや大豆などの穀物の油、動物性脂肪、牛乳、チーズ、肉など多くの食品に含まれています。また、ビタミンの運搬体としても機能します。

食品タンパク質

タンパク質は平均的な生細胞の乾燥重量の50%以上を占め、非常に複雑な高分子です。細胞の構造と機能において基本的な役割を果たしています。[ 14 ]タンパク質は主に炭素、窒素、水素、酸素、そして少量の硫黄で構成されており、鉄、銅、リン、亜鉛を含むこともあります。

食物中のタンパク質は成長と生存に不可欠であり、その必要量は年齢や生理学的状態（妊娠など）によって異なります。タンパク質は一般的に動物性タンパク質（卵、牛乳、肉など）から摂取されます。ナッツ類、穀物、豆類は植物性タンパク質源であり、植物性タンパク質を組み合わせることで、野菜から必要なタンパク質を完全摂取することができます。

食物アレルギーとしてのタンパク質感受性はELISA検査で検出されます。

酵素

酵素は、ある物質を別の物質に変換するプロセスで使用される生化学触媒です。また、化学プロセスを完了するために必要な時間とエネルギーを削減することにも関与しています。食品産業の多くの分野で触媒が使用されており、例えばパン作り、醸造、乳製品、果汁飲料、チーズ、ビール、パンの製造などです。

ビタミン

リボフラビン（ビタミンB 2）、水溶性

ビタミンは、体内の必須代謝反応に少量必要とされる栄養素です。ビタミンは水溶性（ビタミンC）または脂溶性（ビタミンE ）として栄養学的に分解されます。ビタミンを適切に摂取することで、脚気、貧血、壊血病などの病気を予防できますが、過剰摂取は吐き気や嘔吐を引き起こし、死に至ることもあります。

鉱物

食品に含まれる食物ミネラルは種類が豊富で、多くは機能に必要な一方、一部の微量元素は過剰摂取すると有害となる可能性があります。1日当たりの摂取基準量（RDI、旧称：推奨摂取量（RDA））が200mg/日を超える主要ミネラルはカルシウム、マグネシウム、カリウムです。一方、重要な微量ミネラル（RDIが200mg/日未満）は銅、鉄、亜鉛です。これらは多くの食品に含まれていますが、サプリメントで摂取することもできます。

色

食品着色料は、食品の色を変えるために添加されます。主に官能分析の目的で使用されます。消費者が知覚する製品の自然な色を模倣するために使用されることもあります。例えば、ケチャップに赤色染料（FD&C赤色40号アルーラレッドACなど）を使用したり、ケロッグのフルーツループのような製品に人工的な色を加えたりすることができます。カラメルは天然の食品着色料です。工業用のカラメル色素は最も広く使用されている食品着色料であり、ソフトドリンクから醤油、パン、漬物まで、さまざまな食品に含まれています。

フレーバー

食品の香料は、消費者にとっての食品の香りや味、特に官能分析において重要な役割を果たします。これらの物質の中には、塩や砂糖のように天然に存在するものもありますが、フレーバー化学者（「フレーバリスト」と呼ばれる）は、食品のために多くの香料を開発しています。人工香料には、ウィンターグリーンの香りを生み出すサリチル酸メチルや、牛乳に酸味を与える乳酸などがあります。

食品添加物

食品添加物は、風味を保持したり、味、外観、香り、鮮度を向上させるために食品に添加される物質です。その使用法は、漬物に酢を加えたり、マヨネーズなどの乳化混合物に乳化剤として加えたりするのと同じくらい古くから行われています。これらは通常、欧州連合（EU）では「 E番号」、米国食品医薬品局（FDA ）では「 GRAS」（一般的に安全と認められている）で分類されます。

参照

参考文献

  1. ^ John M. de Man.1999.食品化学の原理（食品科学テキストシリーズ）、Springer Science、第3版
  2. ^ John M. de Man. 2009. 食品プロセス工学と技術、Academic Press、Elsevier：ロンドンおよびニューヨーク、第1版。
  3. ^エベン・ホースフォード（編）（1848）『リービッヒの食品化学と動物体内の体液の運動に関する研究』マサチューセッツ州ローウェル
  4. ^手順。社会分析者。化学 p. 234
  5. ^ピーター・ヴァルストラ著. 2003.『食品の物理化学』 マルセル・デッカー社（ニューヨーク）、873ページ
  6. ^食品プロセスの物理化学：基礎的側面.1992.ヴァン・ノストランド・ラインホールド第1巻、第1版、
  7. ^ピーター・ヴァルストラ著. 2003.『食品の物理化学』 マルセル・デッカー社（ニューヨーク）、873ページ
  8. ^食品プロセスの物理化学：基礎的側面.1992.ヴァン・ノストランド・ラインホールド第1巻、第1版、
  9. ^ Henry G. Schwartzberg, Richard W. Hartel. 1992. Physical Chemistry of Foods . IFT Basic Symposium Series, Marcel Dekker, Inc.:New York, 793ページ
  10. ^食品プロセスの物理化学、高度な技術、構造および応用.1994. van Nostrand-Reinhold vols.1-2.、第1版、998ページ; 第3版。Minuteman Press、2010年; vols.2-3、第5版（印刷中）
  11. ^ピーター・ヴァルストラ著. 2003.『食品の物理化学』 マルセル・デッカー社（ニューヨーク）、873ページ
  12. ^ Ostrowski, Matthew P.; La Rosa, Sabina Leanti; Kunath, Benoit J.; Robertson, Andrew; Pereira, Gabriel; Hagen, Live H.; Varghese, Neha J.; Qiu, Ling; Yao, Tianming; Flint, Gabrielle; Li, James; McDonald, Sean P.; Buttner, Duna; Pudlo, Nicholas A.; Schnizlein, Matthew K.; Young, Vincent B.; Brumer, Harry; Schmidt, Thomas M.; Terrapon, Nicolas; Lombard, Vincent; Henrissat, Bernard; Hamaker, Bruce; Eloe-Fadrosh, Emiley A.; Tripathi, Ashootosh; Pope, Phillip B.; Martens, Eric C. (2022年4月). 「ヒト腸内細菌叢による食品添加物キサンタンガムの消費メカニズムに関する考察」 Nature Microbiology 7 ( 4 ): 556– 569. doi : 10.1038/s41564-022-01093-0 . hdl : 11250/3003739 . PMC  11537241. PMID  35365790. S2CID  247866305 .
  13. ^ Makki, Kassem; Deehan, Edward C.; Walter, Jens; Bäckhed, Fredrik (2018年6月). 「宿主の健康と疾患における腸内細菌叢への食物繊維の影響」 . Cell Host & Microbe . 23 (6): 705– 715. doi : 10.1016/j.chom.2018.05.012 . PMID 29902436. S2CID 49211123 .  
  14. ^米国医学研究所食品栄養委員会（2005年）タンパク質とアミノ酸の食事摂取基準、685ページ、全米科学アカデミー出版

参考文献

  • Fennema, OR, 編 (1985). 『食品化学 ― 第2版 改訂・増補版』ニューヨーク: Marcel Dekker, Inc.
  • フランシス、FJ (2000). 「ハーヴェイ・W・ワイリー：食品科学と品質のパイオニア」『食品科学の世紀』シカゴ：食品技術者協会、pp. 13–14.
  • Potter, NNおよびJH Hotchkiss. (1995).食品科学 第5版.ニューヨーク: Champman & Hall. pp. 24–68.
  • 米国食品医薬品局 (1993) 『アメリカ合衆国の食品に添加されるすべてのもの』フロリダ州ボカラトン：CK Smoley (c/o CRC press, Inc.)
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