食品化学
食品における化学プロセスの研究

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。炭水化物、脂質、タンパク質などの主要な成分は生化学に似ていますが、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。この分野には、特定の食品加工技術下で製品がどのように変化するか、そしてそれらの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使用して、切りたてのリンゴの表面の褐色化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・ヴァレリウス、ハンフリー・デービーらの著作における農業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『農業化学の要素』（Elements of Agricultural Chemistry, in a Course of Lectures for the Board of Agriculture）を出版しました。これは世界中の農業化学の基礎となり、第5版まで出版されました。それ以前の著作には、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・シェーレの著作があります。

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、分析手法を公衆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、中でも1907年から1911年にかけて行われた単一穀物実験は特に顕著でした。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・化学熱力学、化学結合、相互作用力、量子力学、反応速度論、 生体高分子科学、コロイド相互作用、核形成、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、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、細菌の増殖や食品の腐敗の原因にもなります。食品中の水分活性を測定する方法の1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。ほとんどの場合、食品保存の鍵の1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。このような方法には、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

スクロース：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です

生物界の75%、そして人間の食物摂取量の80%を占める、最も一般的な人間の炭水化物はショ糖です[要出典]。炭水化物の最も単純な形は単糖で、炭素、水素、酸素が1:2:1の比率で含まれ、C n H 2n O nという一般式で表されます（nは3以上）。グルコースとフルクトースは単糖の例です。右の図に示すように結合すると、植物に含まれるより一般的な糖製品の1つであるショ糖が形成されます

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が、食物繊維は大腸に送られ、そこでこれらの多糖類の一部は胃腸内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、ある程度は、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、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包括するものです。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て、ある程度の極性を持っています。一般的に、脂質の構造の大部分は非極性または疎水性（「水と親和性」）であり、水のような極性溶媒とうまく相互作用しません。構造の別の部分は極性または親水性（「水を好む」）であり、水のような極性溶媒と結合する傾向があります。これにより、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）になります。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、大豆などの穀物の油、動物性脂肪が含まれ、牛乳、チーズ、肉などの多くの食品の一部です。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[要出典] [要説明]、非常に複雑な高分子です。また、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] 。主に炭素、窒素、水素、酸素、そして少量の硫黄で構成され、鉄、銅、リン、亜鉛を含むこともあります。

食品中のタンパク質は成長と生存に不可欠であり、必要量は年齢や生理機能（妊娠など）によって異なります。タンパク質は一般的に、卵、牛乳、肉などの動物性タンパク質から摂取されます。ナッツ、穀物、豆類は植物性タンパク質源であり、植物性タンパク質の組み合わせは、野菜からタンパク質の栄養摂取量を完全に達成するために用いられます。

食物アレルギーとしてのタンパク質過敏症は、 ELISA検査で検出されます。

酵素

酵素は、ある物質から別の物質への変換プロセスに使用される生化学的触媒です。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の量を削減することにも関与しています。食品産業の多くの側面で、パン作り、醸造、乳製品、果汁など、チーズ、ビール、パンを作るために触媒が使用されています。

ビタミン

リボフラビン（ビタミンB2 ）、水溶性

ビタミンは、体内で必須の代謝反応に少量必要とされる栄養素です。これらは、水溶性（ビタミンC）または脂溶性（ビタミンE ）のいずれかとして栄養的に分解されます。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、ビタミンの過剰摂取は吐き気や嘔吐、さらには死に至ることもあります。

ミネラル

食品に含まれる食物ミネラルは量が多く多様で、多くは機能に必要ですが、他の微量元素は過剰に摂取すると危険な場合があります。1日あたりの摂取基準量（RDI、以前は推奨1日摂取量（RDA））が200mg/日を超える主要なミネラルはカルシウム、マグネシウム、カリウムであり、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、栄養補助食品として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。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）を加えるなど、顧客が認識する製品の自然な色を模倣したり、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ために使用できます。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。

香料

食品の香料は、特に官能分析において、消費者にとって食品の香りや味に重要です。これらの製品の中には、塩や砂糖のように天然に存在するものもありますが、香料化学者（「フレーバリスト」と呼ばれる）は、食品用にこれらの香料の多くを開発しています。このような人工香料には、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、風味を保存したり、味、見た目、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。そのプロセスは、漬物に酢を加えたり、マヨネーズのような乳化混合物に乳化剤として使用し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、欧州連合では「 E番号」、米国食品医薬品局ではGRAS（一般的に安全と認められる）でリストされています。

関連項目

参考文献

  1. ^ ジョン・M・デ・マン、1999年。食品化学の原理（食品科学テキストシリーズ）、シュプリンガー・サイエンス、第3版
  2. ^ ジョン・M・デ・マン、2009年。食品プロセス工学と技術、アカデミック・プレス、エルゼビア：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年）リービッヒの食品化学と動物体内のジュースの運動に関する研究、マサチューセッツ州ローウェル
  4. ^ Proc. Soc. Analyt. Chem p. 234
  5. ^ Pieter Walstra. 2003.食品の物理化学. Marcel Dekker, Inc.: 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. van Nostrand-Reinhold 第1巻. 第1版
  7. ^ Pieter Walstra. 2003.食品の物理化学. Marcel Dekker, Inc.: 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. van Nostrand-Reinhold 第1巻. 第1版
  9. ^ Henry G. Schwartzberg, Richard W. Hartel. 1992.食品の物理化学. IFT Basic Symposium Series, Marcel Dekker, Inc.: ニューヨーク, 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年。ヴァン・ノストランド＝ラインホールド著、第1-2巻、第1版、998ページ。第3版。ミニッツマン・プレス、2010年。第2-3巻、第5版（印刷中）
  11. ^ Pieter Walstra. 2003.食品の物理化学. Marcel Dekker, Inc.: 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)タンパク質とアミノ酸の食事摂取基準、685ページ、全米アカデミー出版

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.
  • Francis, FJ (2000). 「Harvey W. Wiley: 食品科学と品質のパイオニア」『A Century of Food Science』、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). 『米国の食品に添加されるものすべて』、フロリダ州ボカラトン：CK Smoley (c/o CRC press, Inc.).
  • アメリカ化学会 農業食品化学部
  • 食品技術者協会 食品化学部
  • ペンシルベニア州立大学 食品化学部、米国
  • ワーゲニンゲン大学 食品化学研究所、オランダ
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=食品化学&oldid=1303061173」より取得