食品化学：水分课件.ppt

1、主要内容主要内容n概述概述n水和冰的性质和结构水和冰的性质和结构n食品中水与非水组分之间的相互作用食品中水与非水组分之间的相互作用n水分活度水分活度n水与食品的稳定性水与食品的稳定性n分子移动性与食品的稳定性分子移动性与食品的稳定性一、水的作用一、水的作用 水不仅是构成机体的主要成分，而且是水不仅是构成机体的主要成分，而且是维持生命活动、调节代谢过程不可缺少的重维持生命活动、调节代谢过程不可缺少的重要物质。其要物质。其主要作用主要作用有：有：第一节第一节 概述概述 1 1、调节体温；、调节体温；2 2、促进代谢；、促进代谢；3 3、润滑作用；、润滑作用；4 4、生物代谢的底物。、生物代谢的底物

2、。二、食品中水的含量二、食品中水的含量n水是食品中非常重要的一种成分，也是构水是食品中非常重要的一种成分，也是构成大多数食品的主要组分，各种食品都有成大多数食品的主要组分，各种食品都有能显示其品质特性的含水量（表能显示其品质特性的含水量（表1 1）。）。食品名称食品名称含量含量食品名称食品名称含量含量食品名称食品名称含量含量番茄番茄9595牛奶牛奶8787果酱果酱2828莴苣莴苣9595马铃薯马铃薯7878蜂蜜蜂蜜2020卷心菜卷心菜9292香蕉香蕉7575奶油奶油1616啤酒啤酒9090鸡鸡7070稻米、面稻米、面粉粉1212柑橘柑橘8787肉肉6565奶粉奶粉4 4苹果汁苹果汁8787面包

3、面包3535酥油酥油0 0某些代表性食品的典型水分含量某些代表性食品的典型水分含量n食品中水的含量、分布、状态不仅对食品的结构、食品中水的含量、分布、状态不仅对食品的结构、外观、质地、风味、色泽、流动性、新鲜程度和腐外观、质地、风味、色泽、流动性、新鲜程度和腐败变质的敏感性产生极大的影响，而且对生物组织败变质的敏感性产生极大的影响，而且对生物组织的生命过程起着至关重要的作用的生命过程起着至关重要的作用。水在食品贮藏加工过程中是化学和生物化学反应的水在食品贮藏加工过程中是化学和生物化学反应的介质，也是水解过程的反应物。介质，也是水解过程的反应物。水是微生物生长繁殖的重要因素，影响食品的货架水是微

4、生物生长繁殖的重要因素，影响食品的货架期。期。水与蛋白质、多糖和脂类通过物理相互作用影响食水与蛋白质、多糖和脂类通过物理相互作用影响食品的质构。品的质构。水发挥膨润、浸湿的作用，影响食品的加工性。水发挥膨润、浸湿的作用，影响食品的加工性。n在大多数新鲜食品中，水是最重要的成分，若希望在大多数新鲜食品中，水是最重要的成分，若希望长期贮藏这类食品，长期贮藏这类食品，只要采取有效的贮藏方法控制只要采取有效的贮藏方法控制水分就能够延长保藏期。水分就能够延长保藏期。n无论采用无论采用普通方法脱水或是低温冷冻干燥脱水普通方法脱水或是低温冷冻干燥脱水，食，食品和生物材料的固有特性都会发生很大的变化，品和生物

5、材料的固有特性都会发生很大的变化，都无法使脱水食品恢复到它原来状态（复水或解都无法使脱水食品恢复到它原来状态（复水或解冻）。冻）。n因此研究水和食品的关系是食品科学的重要内容之因此研究水和食品的关系是食品科学的重要内容之一，对食品的储藏有重要的意义。一，对食品的储藏有重要的意义。第二节第二节 水和冰的性质和结构水和冰的性质和结构一、水和冰的物理性质一、水和冰的物理性质一、水和冰的物理性质一、水和冰的物理性质n1 1、水和其他具有相似分子质量和原子组成、水和其他具有相似分子质量和原子组成的分子比较，可以看出：的分子比较，可以看出：水的熔点水的熔点(0)(0)、沸点、沸点(100)(100)、热容

6、、相变、热容、相变热、表面张力和界电常数等明显偏高。热、表面张力和界电常数等明显偏高。这是因为由于水分子间存在这是因为由于水分子间存在三维氢键缔合三维氢键缔合的缘故的缘故。n2、冰的导热系数在冰的导热系数在00时近似为同温度下时近似为同温度下水的导热系数的水的导热系数的4 4倍倍，冰的热扩散系数约为，冰的热扩散系数约为水的水的9 9倍倍。说明在同一环境中，冰比水能更快的改变说明在同一环境中，冰比水能更快的改变自身的温度。自身的温度。水和冰的导热系数和热扩散系数上较大的水和冰的导热系数和热扩散系数上较大的差异，导致了在相同温差下组织材料冻结差异，导致了在相同温差下组织材料冻结的速度比解冻的速度快

7、很多。的速度比解冻的速度快很多。一、水和冰的物理性质一、水和冰的物理性质n3 3、水的密度较低，水结冰时体积增加（冻、水的密度较低，水结冰时体积增加（冻结后冰的体积比相同质量的水的体积增大结后冰的体积比相同质量的水的体积增大9%9%），表现出），表现出异常的膨胀特性异常的膨胀特性，这会导致，这会导致食品冻结时组织结构的破坏。食品冻结时组织结构的破坏。这就是一般的食物在冻结后解冻往往有大这就是一般的食物在冻结后解冻往往有大量的汁液流出的原因量的汁液流出的原因 。二、水分子的结构二、水分子的结构n 水的物理性质的特殊性是由水的物理性质的特殊性是由水的分子结水的分子结构构所决定的。所决定的。氧原子外

8、层电子构型为氧原子外层电子构型为2s2s2 22p2p4 4，当它与当它与氢形成水时，氧原子的外层电子首先进行氢形成水时，氧原子的外层电子首先进行杂化，杂化，形成形成4 4个等同的个等同的spsp3 3杂化轨道杂化轨道。2ps2杂化3sp3sp氧原子本身氧原子本身的孤对电子的孤对电子杂化轨道与杂化轨道与氢原子轨道氢原子轨道形成形成共价键共价键其中两个轨道上各有一个电子，另外两个其中两个轨道上各有一个电子，另外两个轨道上则被轨道上则被2个已成对的电子占据。个已成对的电子占据。2个未成对电子分别与两个氢原子的个未成对电子分别与两个氢原子的1s电子电子形成两个共价形成两个共价键，形成水分子。键，形成

9、水分子。其中其中OH核间的距离是核间的距离是0.096nm，氧与氢，氧与氢的范德瓦尔斯半径为的范德瓦尔斯半径为0.14nm与与0.12nm。三、水的缔合作用三、水的缔合作用n水分子中的氧原子电负性大，水分子中的氧原子电负性大，OH键的键的电子对强烈的偏向氧原子一边，使电子对强烈的偏向氧原子一边，使氢原氢原子带有部分正电荷子带有部分正电荷。n氢原子无内层电子，几乎是一个裸露的氢原子无内层电子，几乎是一个裸露的质子，极易与另一个水分子中的氧原子质子，极易与另一个水分子中的氧原子的孤对电子通过静电引力形成的孤对电子通过静电引力形成氢键氢键。n水分子间靠氢键产生的作用力叫水分子间靠氢键产生的作用力叫缔

10、合缔合。水分子两个氢受体两个氢给体n每个水分子在每个水分子在三维空间中具有相等数目的三维空间中具有相等数目的氢受体和氢给体氢受体和氢给体，因此，水分子间的吸引，因此，水分子间的吸引力比同样靠氢键结合在一起的其他小分子力比同样靠氢键结合在一起的其他小分子要大的多。要大的多。nNHNH3 3中有中有3 3个氢给体和个氢给体和1 1个氢受体，个氢受体，HFHF有有1 1个个氢给体和氢给体和3 3个氢受体，说明它们没有相同数个氢受体，说明它们没有相同数目的氢给体和氢受体，因此只能在目的氢给体和氢受体，因此只能在二维二维空空间形成氢键网络结构，每个分子都比水分间形成氢键网络结构，每个分子都比水分子含有较

11、少的氢键。子含有较少的氢键。n水的水的异常物理性质异常物理性质与断裂水分子间氢键需与断裂水分子间氢键需要额外能量有关。要额外能量有关。n水的氢键缔合生成了庞大的水分子簇，产水的氢键缔合生成了庞大的水分子簇，产生了多分子偶极子，使水的生了多分子偶极子，使水的介电常数显著介电常数显著增大增大。n氢键网络是动态的，当分子在纳秒甚至皮氢键网络是动态的，当分子在纳秒甚至皮秒这样短暂的时间内改变它们与邻近分子秒这样短暂的时间内改变它们与邻近分子之间的氢键缔合关系，增大分子的流动性，之间的氢键缔合关系，增大分子的流动性，因此水具有因此水具有低黏度低黏度。n水分子间氢键的键合程度取决于温度。水分子间氢键的键合

12、程度取决于温度。n在在00时，冰中水分子的配位数为时，冰中水分子的配位数为4 4，冰熔化时一部，冰熔化时一部分氢键断裂，刚性结构受到破坏，水分子自身重新分氢键断裂，刚性结构受到破坏，水分子自身重新排列成为更紧密的网络结构。排列成为更紧密的网络结构。n随着随着温度上升，水的配位数增多温度上升，水的配位数增多，而，而邻近水分子之邻近水分子之间的距离则随着温度升高而加大间的距离则随着温度升高而加大。n水的密度随着邻近分子间距离的增大而降低，当邻水的密度随着邻近分子间距离的增大而降低，当邻近水分子平均数增多时密度增大，冰转变为水时，近水分子平均数增多时密度增大，冰转变为水时，净密度增大，当继续升温和加

13、热至净密度增大，当继续升温和加热至3.983.98时密度达时密度达到最大值。到最大值。n此后随着温度继续上升，由于热膨胀使邻近水分子此后随着温度继续上升，由于热膨胀使邻近水分子间的距离增大，密度开始逐渐下降。间的距离增大，密度开始逐渐下降。温度升高，最邻近的水温度升高，最邻近的水分子平均数目增加（增分子平均数目增加（增加密度）加密度）温度升高，最邻温度升高，最邻近水分子距离增近水分子距离增加（降低密度）加（降低密度）n水具有溶剂性，由于介电常数高，能促进电水具有溶剂性，由于介电常数高，能促进电解质电离。解质电离。n能溶解非离子有机分子，包括含羟基的糖和能溶解非离子有机分子，包括含羟基的糖和醇以

14、及含羰基的醛和酮，这是因为水的偶极醇以及含羰基的醛和酮，这是因为水的偶极性使其能以氢键与极性分子或功能基团相互性使其能以氢键与极性分子或功能基团相互作用。作用。n能作为两亲分子的能作为两亲分子的分散介质，分散介质，如脂肪酸和极如脂肪酸和极性脂、蛋白质、糖脂和核酸等。性脂、蛋白质、糖脂和核酸等。四、冰的结构四、冰的结构n冰是水分子有序排列形冰是水分子有序排列形成的晶体，水结冰时分成的晶体，水结冰时分子之间靠氢键连接在一子之间靠氢键连接在一起形成起形成低密度的刚性结低密度的刚性结构。构。n冰中冰中OO核间最近的核间最近的距离为距离为0.276nm，OOO键约为键约为109。n每个水分子和四个其他每

15、个水分子和四个其他水分子缔合。水分子缔合。俯看冰的俯看冰的结构结构冰的扩展结构冰的扩展结构n溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向。大小、结构、位置和取向。n在不同的溶质影响下，冰的结构主要有在不同的溶质影响下，冰的结构主要有4 4种种类型：类型：n六方形、不规则树状、粗糙球形、易消失六方形、不规则树状、粗糙球形、易消失的球晶的球晶。n六方形是大多数冷冻食品中重要的冰结晶六方形是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式。形式。n水的冰点是水的冰点是0，可纯水并不在，可纯水并不在0就结冰，就结冰，常常首先被冷却成过冷状态，只是当温度降常常首先被冷却

16、成过冷状态，只是当温度降低到开始出现稳定性晶核时，或在振动的促低到开始出现稳定性晶核时，或在振动的促进下才会立即向冰晶体转化并放出潜热，同进下才会立即向冰晶体转化并放出潜热，同时促进温度回升到时促进温度回升到0。n开始出现稳定晶核时的温度叫开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度。过冷温度。n如果外加晶核，不必达到过冷温度就能结冰，如果外加晶核，不必达到过冷温度就能结冰，但此时生成的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕但此时生成的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕有限的晶核长大。有限的晶核长大。n食品中含有一定水溶性成分，这将使食品食品中含有一定水溶性成分，这将使食品的结冰温度持续下降到更低，直到食品到的结冰温度持续

17、下降到更低，直到食品到了了低共熔点低共熔点。n低共熔点在低共熔点在5565，而我国的冻，而我国的冻藏食品的温度常为藏食品的温度常为18，因此冻藏食品，因此冻藏食品的水分实际并未完全凝结固化。的水分实际并未完全凝结固化。n但在这种温度下绝大部分水已冻结，并且但在这种温度下绝大部分水已冻结，并且是在是在14之间完成大部分冰的形之间完成大部分冰的形成过程。成过程。n现代冻藏工艺提倡现代冻藏工艺提倡速冻速冻，因为该工艺下形，因为该工艺下形成的冰晶体呈针状，比较细小，冻结时间成的冰晶体呈针状，比较细小，冻结时间缩短并且微生物活动受到更大限制，食品缩短并且微生物活动受到更大限制，食品品质好。品质好。第三节

18、第三节 食品中水与非水组食品中水与非水组分之间的相互作用分之间的相互作用一、食品中水与非水组分之间的一、食品中水与非水组分之间的相互作用相互作用（一）水与离子及离子基团的相互作用（一）水与离子及离子基团的相互作用n与离子和离子基团的相互作用的水是食品中与离子和离子基团的相互作用的水是食品中结合最紧密的一部分水。结合最紧密的一部分水。n它们是通过它们是通过离子或离子基团的电荷与水分子离子或离子基团的电荷与水分子偶极子发生静电相互作用偶极子发生静电相互作用而产生水合作用。而产生水合作用。n对于既不具有氢键受体又没有供体的简单无对于既不具有氢键受体又没有供体的简单无机离子，它们与水相互作用时仅仅是极

19、性结机离子，它们与水相互作用时仅仅是极性结合，这种作用通常称为合，这种作用通常称为离子水合作用（属于离子水合作用（属于静电相互作用）静电相互作用）。nNaNa+对水分子的结合能力大约是水分子间氢对水分子的结合能力大约是水分子间氢键键能的键键能的4 4倍，却低于共价键的键能；倍，却低于共价键的键能；pHpH值值改变显著影响溶质分子的离解。改变显著影响溶质分子的离解。n在稀盐溶液中，离子对水结构的影响是不在稀盐溶液中，离子对水结构的影响是不同的。同的。n某些离子，例如某些离子，例如K K+，能阻碍水形成网状结，能阻碍水形成网状结构，这类盐的溶液比纯水的流动性更大。构，这类盐的溶液比纯水的流动性更大

20、。n电场强度较强、离子半径小的离子或多价电场强度较强、离子半径小的离子或多价离子，如离子，如NaNa+，有助于水形成网状结构，这，有助于水形成网状结构，这类离子的水溶液比纯水的流动性小。类离子的水溶液比纯水的流动性小。n但从水的正常结构来看，所有的离子对水但从水的正常结构来看，所有的离子对水的结构都起破坏作用，因为的结构都起破坏作用，因为均能阻止水在均能阻止水在00下结冰下结冰。（二）水与具有氢键结合能力的中性基（二）水与具有氢键结合能力的中性基团的相互作用团的相互作用l在生物材料和食品中，在生物材料和食品中，水可以与食品中蛋水可以与食品中蛋白质、淀粉、果胶物质、纤维素等成分通白质、淀粉、果胶

21、物质、纤维素等成分通过过氢键氢键而结合。而结合。l水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱。的相互作用弱。水能够与各种水能够与各种合适的基团，合适的基团，如羟基、氨基如羟基、氨基、羧基、酰胺、羧基、酰胺或亚氨基等极或亚氨基等极性基团形成氢性基团形成氢键键n（三）水与非极性物质的相互作用（三）水与非极性物质的相互作用n向水中加入疏水性物质，如烃、稀有气体及向水中加入疏水性物质，如烃、稀有气体及引入脂肪酸、氨基酸、蛋白质的非极性基团，引入脂肪酸、氨基酸、蛋白质的非极性基团，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近

22、的水分子之间的氢键键合增强。团附近的水分子之间的氢键键合增强。n水对于非极性物质产生的结构形成响应，水对于非极性物质产生的结构形成响应，其中有其中有2个重要的结果：个重要的结果：n蛋白质中疏水相互作用和笼形水合物的形蛋白质中疏水相互作用和笼形水合物的形成成。n如果存在两个分离的非极性基团，不相容如果存在两个分离的非极性基团，不相容的水环境将促使它们之间的缔合，从而减的水环境将促使它们之间的缔合，从而减少水少水非极性实体界面面积，此过程称为非极性实体界面面积，此过程称为疏水相互作用疏水相互作用。水分子疏水基团极性基团球状蛋白质的疏水相互作用n笼形水合物笼形水合物是冰状包合物，其中水为是冰状包合物

23、，其中水为“主体主体”物质，通过氢键形成笼状结构，物理截留物质，通过氢键形成笼状结构，物理截留“客体客体”分子。分子。n笼形水合物的笼形水合物的“主体主体”一般由一般由2074个水分个水分子组成，子组成，“客体客体”是低分子量化合物。是低分子量化合物。n“主体主体”水分子与水分子与“客体客体”之间的相互作用之间的相互作用一般是弱的范德华力。一般是弱的范德华力。n大分子质量的大分子质量的“客体客体”如蛋白质、糖类、脂如蛋白质、糖类、脂类等物质也能与水形成笼形水合物，使水合类等物质也能与水形成笼形水合物，使水合物的凝固点降低。物的凝固点降低。二、食品中水的存在形式二、食品中水的存在形式 根据食品中

24、的水分子与非水物质发根据食品中的水分子与非水物质发生相互作用的性质和程度，可将食生相互作用的性质和程度，可将食品中的水分为品中的水分为结合水结合水和和体相水体相水。（一）结合水（一）结合水n又称束缚水、固定水，通常是指存在于溶又称束缚水、固定水，通常是指存在于溶质或其他非水组分附近的、与溶质分子之质或其他非水组分附近的、与溶质分子之间通过间通过化学键化学键的力结合的那部分水。的力结合的那部分水。n根据结合水被结合的牢固程度的不同，结根据结合水被结合的牢固程度的不同，结合水分为：合水分为：化合水、邻近水、多层水化合水、邻近水、多层水。（一）结合水（一）结合水1 1、化合水化合水：是结合得最牢固、

25、构成非水物质：是结合得最牢固、构成非水物质组成的那部分水，如作为化学水合物中的水。组成的那部分水，如作为化学水合物中的水。2 2、邻近水邻近水：是处在非水组分亲水性最强的基：是处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置，其中与离子或离子基团周围的第一层位置，其中与离子或离子基团缔合的水是结合最紧密的邻近水。团缔合的水是结合最紧密的邻近水。3 3、多层水多层水：是在邻近水的外层形成的几个水：是在邻近水的外层形成的几个水层，主要是靠水层，主要是靠水水和水水和水溶质之间氢键而溶质之间氢键而形成的。形成的。二、水的存在状态二、水的存在状态（二）体相水（二）体相水n又称游离水，指没有被非水物质化学结又

26、称游离水，指没有被非水物质化学结合的水，又分为：合的水，又分为：不移动水不移动水(滞化水滞化水)、毛、毛细管水、自由流动水细管水、自由流动水。（二）体相水（二）体相水1 1、不移动水不移动水：又称滞化水，指被组织中的显微：又称滞化水，指被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水，这些水不和亚显微结构与膜所阻留住的水，这些水不能自由流动。能自由流动。2 2、毛细管水毛细管水：指在生物组织的细胞间隙和制成：指在生物组织的细胞间隙和制成食品的结构组织中存在着的一种由毛细管力食品的结构组织中存在着的一种由毛细管力所系留的水，在生物组织中又称为细胞间水。所系留的水，在生物组织中又称为细胞间水。3 3、自

27、由流动水自由流动水：指动物的血浆、淋巴和尿液、：指动物的血浆、淋巴和尿液、植物的导管和细胞内液泡中的水，可以自由植物的导管和细胞内液泡中的水，可以自由流动。流动。三、体相水和结合水的区别三、体相水和结合水的区别1 1、结合水的量与食品中有机大分子的极性基团、结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系。的数量有比较固定的比例关系。2 2、结合水的蒸汽压比体相水低得多，所以在一、结合水的蒸汽压比体相水低得多，所以在一定温度（定温度（100100）下结合水不能从食品中分离）下结合水不能从食品中分离出来。出来。3 3、结合水不易结冰（冰点约、结合水不易结冰（冰点约4040）。）。

28、4 4、结合水不能作为溶质的溶剂。、结合水不能作为溶质的溶剂。5 5、体相水能为微生物所利用，结合水则不能、体相水能为微生物所利用，结合水则不能 。第四节第四节 水分活度水分活度 f f 溶剂（水）的逸度溶剂（水）的逸度f f0 0纯溶剂（水）的逸度纯溶剂（水）的逸度逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势0ffAw oppAw oppff0oppAw 严格严格差别差别1%仅适合理想溶液仅适合理想溶液RVP,相对蒸汽压相对蒸汽压一、水分活度的定义（一、水分活度的定义（Aw）n在物理化学上水分活度是在物理化学上水分活度是指食品的水分指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比蒸汽压

29、与相同温度下纯水的蒸汽压的比值值，可以用公式，可以用公式Aw=f/f0=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)n式中：式中：Aw是水分活度是水分活度;nf为食品中水的逸度了，为食品中水的逸度了，f0为相同条件下纯水为相同条件下纯水的逸度；的逸度；np是某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的是某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸气分压，水蒸气分压，p0是相同温度下纯水的蒸汽压；是相同温度下纯水的蒸汽压；nERH是样品周围的空气平衡相对湿度；是样品周围的空气平衡相对湿度；nN是溶剂摩尔分数，是溶剂摩尔分数，n1为溶剂摩尔数，为溶剂摩尔数，n2为溶为溶质摩尔数。质摩尔数。n其中其中n2

30、=G Tt/1000 Kt G是样品中的溶剂的克数，是样品中的溶剂的克数，Tt是冰点降低是冰点降低()，Kt是水的摩尔冰点降低常数（是水的摩尔冰点降低常数（1.86）。）。n水分活度是从水分活度是从01之间的数值，纯水的之间的数值，纯水的 Aw=1，因溶液的蒸汽压降低，所以溶液的因溶液的蒸汽压降低，所以溶液的Aw0.9；酵母为酵母为Aw0.87；霉菌为霉菌为Aw0.8。n一些耐渗透压微生物除外。一些耐渗透压微生物除外。n在在Aw0.60时，绝大多数微生物就无法生时，绝大多数微生物就无法生长。长。n微生物在不同的生长阶段，所需的微生物在不同的生长阶段，所需的Aw阈值阈值也不一样。也不一样。n有些

31、微生物在繁殖中还会产生毒素，微生有些微生物在繁殖中还会产生毒素，微生物产生毒素时所需的物产生毒素时所需的Aw阈值高于生长时所阈值高于生长时所需需Aw的数值。的数值。n当食品的水分活度降低到一定的限度以下时，当食品的水分活度降低到一定的限度以下时，就会抑制要求阈值高于此值的微生物生长、就会抑制要求阈值高于此值的微生物生长、繁殖或产生毒素，使食品加工得以顺利进行。繁殖或产生毒素，使食品加工得以顺利进行。n在发酵食品加工时，必须把在发酵食品加工时，必须把Aw提高到有利于提高到有利于有益微生物生长、繁殖、分泌代谢产物所需有益微生物生长、繁殖、分泌代谢产物所需的的Aw以上。以上。(二二)水分活度与食品化

32、学变化的关水分活度与食品化学变化的关系系 1 1、从酶促反应与食物水分活度的从酶促反应与食物水分活度的关系关系来看：来看：n水分活度对酶促反应的影响是两个方面的综合水分活度对酶促反应的影响是两个方面的综合，一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶的构象。面影响酶的构象。n食品体系中大多数的酶类物质在食品体系中大多数的酶类物质在Aw0.33时，时，随着水分活度的增加，加速了氧化；而当随着水分活度的增加，加速了氧化；而当Aw0.73时，水量增加，氧化作用降低。时，水量增加，氧化作用降低。nMaillard反应反应：Aw0.7时底物被稀释。时底物被

33、稀释。n水解反应水解反应：水分是水解反应的反应物，随着：水分是水解反应的反应物，随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大。水分活度的增大，水解反应的速度不断增大。n综上所述，综上所述，降低食降低食品的品的Aw，可以延缓酶促，可以延缓酶促反应和非酶反应的进行，减少食品营养成反应和非酶反应的进行，减少食品营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解。分的破坏，防止水溶性色素的分解。n但但Aw过低过低，则会加速脂肪的氧化酸败，则会加速脂肪的氧化酸败,还能还能引起非酶褐变。引起非酶褐变。n要使食品具有最高的稳定性，最好将要使食品具有最高的稳定性，最好将Aw保保持在持在结合水结合水范围内。范围内。(三三)水分

34、活度与食品质构的关系水分活度与食品质构的关系n水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大的水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大的影响。影响。n当水分活度从当水分活度从0.20.3增加到增加到0.65时，大多数时，大多数半干或干燥食品的硬度及黏着性增加。半干或干燥食品的硬度及黏着性增加。n水分活度为水分活度为0.40.5时，肉干的硬度及耐嚼性时，肉干的硬度及耐嚼性最大。最大。n想保持脆饼干、爆玉米花及油炸土豆片的想保持脆饼干、爆玉米花及油炸土豆片的脆性，避免糖粉以及速溶咖啡结块、变硬脆性，避免糖粉以及速溶咖啡结块、变硬发黏，都需要使产品具有相当低的水分活发黏，都需要使产品具有相当低的水分活度（不能

35、超过度（不能超过0.30.5）。）。n对含水量较高的食品（蛋糕、面包等），对含水量较高的食品（蛋糕、面包等），避免失水变硬，需要保持有相当高的水分避免失水变硬，需要保持有相当高的水分活度。活度。(四四)降低水分活度值，提高食品稳定降低水分活度值，提高食品稳定性的机理性的机理n1 1、大多数化学反应都必须在水溶液中才能进大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行行，如果降低食品的水分活度，则食品中的，如果降低食品的水分活度，则食品中的存在状态发生了变化，结合水的比例增加了，存在状态发生了变化，结合水的比例增加了，体相水的比例少了，而结合水是不能作为反体相水的比例少了，而结合水是不能作为反应物的溶剂的

36、。应物的溶剂的。n所以降低水分活度，能使食品中许多可能发所以降低水分活度，能使食品中许多可能发生的化学反应、酶促反应受到抑制。生的化学反应、酶促反应受到抑制。n2 2、很多化学反应属于离子反应很多化学反应属于离子反应，该反应发，该反应发生的条件是反应物首先必须进行离子化或水生的条件是反应物首先必须进行离子化或水化作用，而发生离子化或水化作用的条件必化作用，而发生离子化或水化作用的条件必须有足够的体相水才能进行。须有足够的体相水才能进行。n3 3、很多化学反应和生物化学反应都必须有很多化学反应和生物化学反应都必须有水分子参加才能进行（如水解反应）。水分子参加才能进行（如水解反应）。如降如降低水分

37、活度，就减少了参加反应的体相水的低水分活度，就减少了参加反应的体相水的数量，反应物（水）的浓度下降，化学反应数量，反应物（水）的浓度下降，化学反应的速度就变慢。的速度就变慢。n4 4、许多以酶为催化剂的酶促反应，水除了、许多以酶为催化剂的酶促反应，水除了起着一种反应物的作用外，起着一种反应物的作用外，还能作为底物向还能作为底物向酶扩散的输送介质，并且通过水化促使酶和酶扩散的输送介质，并且通过水化促使酶和底物活化。底物活化。n当当Aw值低于值低于0.8时，大多数酶的活力就受到抑时，大多数酶的活力就受到抑制；制；n若若Aw值降低到值降低到0.250.30的范围，则食品中的范围，则食品中的淀粉酶、多

38、酚氧化酶和过氧化物酶就会受的淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶就会受到强烈的抑制甚至丧失活力。到强烈的抑制甚至丧失活力。n但但脂肪酶脂肪酶，Aw在在0.3时，可阻止脂类氧化，使时，可阻止脂类氧化，使氧化速率变得最小，当氧化速率变得最小，当Aw降低至低于降低至低于0.1时，时，其活力反而增大，脂类氧化反应很迅速。其活力反而增大，脂类氧化反应很迅速。n因此，绝大多数不利食品品质稳定的反应是因此，绝大多数不利食品品质稳定的反应是在在MSI的的区中后部和区中后部和区发生，因而在区发生，因而在具具有中高水分活度（有中高水分活度（Aw=0.70.9）的食品中发）的食品中发生最快生最快。n而最小反应速度一般首先

39、出现在而最小反应速度一般首先出现在MSI的的区域区域区和区和区之间的边界（区之间的边界（Aw=0.20.3），），当进一当进一步降低步降低Aw时，除了脂类氧化反应外，其他反时，除了脂类氧化反应外，其他反应的反应速度全部保持在最小值，此时的水应的反应速度全部保持在最小值，此时的水分含量是分含量是单层水分含量单层水分含量。n单分子层水单分子层水：指与食品中非水成分的强极：指与食品中非水成分的强极性基团如羧基、氨基、羟基等直接以氢键性基团如羧基、氨基、羟基等直接以氢键结合的第一个水分子层。结合的第一个水分子层。n若得到干燥后食品的水分含量就可以计算若得到干燥后食品的水分含量就可以计算食品的单分子层水

40、含量。食品的单分子层水含量。式中：式中：Aw-水分活度，水分活度，m-水分含量，水分含量，m1-单单分子层水含量，分子层水含量，C-常数。常数。利用利用 对对Aw作图，可得到一直线作图，可得到一直线(BET直线直线)。11(1)1(1)wwwACAmAmCmC(1)wwAmABET直线在直线在Aw值约大于值约大于0.35时，线性关系开始时，线性关系开始出现偏差。出现偏差。单分子层水分含量为单分子层水分含量为：如：某一食品在某一温度下，当水分活度为如：某一食品在某一温度下，当水分活度为0.04，含水量为，含水量为0.0405；当水分活度为；当水分活度为0.32，含水量为含水量为0.117，求该食

41、品的单分子层水含量。，求该食品的单分子层水含量。（m1为为0.0886g/g干物质）干物质）11m 截距+斜率(五五)降低水分活度的方法降低水分活度的方法n脱水脱水：干燥、冷冻等：干燥、冷冻等n添加亲水性物质添加亲水性物质：盐（食盐、乳酸盐），：盐（食盐、乳酸盐），糖（果糖、葡萄糖），多元醇（甘油、糖（果糖、葡萄糖），多元醇（甘油、丙二醇、山梨醇）丙二醇、山梨醇）n通过通过化学修饰或物理修饰化学修饰或物理修饰，使食品中原，使食品中原来隐蔽的亲水基团裸露出来，以增加对来隐蔽的亲水基团裸露出来，以增加对水分子的约束。水分子的约束。二、冷冻与食品稳定性二、冷冻与食品稳定性（一）冷藏时冰对食品稳定性的

42、影响（一）冷藏时冰对食品稳定性的影响n冷冻法是保藏大多数食品最理想的方法，其冷冻法是保藏大多数食品最理想的方法，其作用主要在于作用主要在于低温低温，而不是因为形成冰。，而不是因为形成冰。n具有细胞结构的食品和食品凝胶中的水结冰，具有细胞结构的食品和食品凝胶中的水结冰，将出现将出现两个非常不利的后果两个非常不利的后果：水结冰后，食品中非水组分的浓度将比冷水结冰后，食品中非水组分的浓度将比冷冻前变大（浓缩效应）；冻前变大（浓缩效应）；水结冰后其体积比结冰前增加水结冰后其体积比结冰前增加9%9%。n冷冻对反应速度有冷冻对反应速度有两个相反两个相反的影响，即降的影响，即降低温度使反应变得非常缓慢，而冷

43、冻所产低温度使反应变得非常缓慢，而冷冻所产生得浓缩效应却又导致反应速度的增大。生得浓缩效应却又导致反应速度的增大。n虽然冷冻有时会使某些反应速度加快（在虽然冷冻有时会使某些反应速度加快（在冰点以下较高的温度），但冰点以下较高的温度），但大多数反应在大多数反应在冷冻时是减速的冷冻时是减速的，因此冷冻仍然是一种，因此冷冻仍然是一种有有效效的保藏方法。的保藏方法。n随着食品原料的冻结、细胞内冰晶的形成，随着食品原料的冻结、细胞内冰晶的形成，将破坏细胞的结构，细胞壁被穿透发生机将破坏细胞的结构，细胞壁被穿透发生机械损伤；械损伤；n解冻时细胞内的物质就会移至细胞外，致解冻时细胞内的物质就会移至细胞外，致

44、使食品汁液流失；结合的水减少，使一些使食品汁液流失；结合的水减少，使一些食物冻结后失去饱满性、膨胀性和脆性，食物冻结后失去饱满性、膨胀性和脆性，对食品质量造成不利影响。对食品质量造成不利影响。n采取采取速冻、添加抗冷冻剂等方法速冻、添加抗冷冻剂等方法可降低食可降低食品在冻结的不利影响，更有利于冻结食品品在冻结的不利影响，更有利于冻结食品保持原有的色、香、味和品质。保持原有的色、香、味和品质。n在食品冻藏时在食品冻藏时,要尽量保持温度的恒定要尽量保持温度的恒定。因为在冻藏过程中温度出现波动，温度升高因为在冻藏过程中温度出现波动，温度升高时，已冻结的小冰晶融化；时，已冻结的小冰晶融化；温度再次降低

45、时，原先未冻结的水或先前小温度再次降低时，原先未冻结的水或先前小冰晶融化的水将会扩散并附着在较大的冰晶冰晶融化的水将会扩散并附着在较大的冰晶表面，造成再结晶的冰晶体积增大，这样对表面，造成再结晶的冰晶体积增大，这样对组织的破坏性很大。组织的破坏性很大。n解冻时，采用解冻时，采用缓慢解冻的方法缓慢解冻的方法较好。较好。n（二）玻璃化温度与食品稳定性（二）玻璃化温度与食品稳定性n无定形态无定形态：物质所处的一种非平衡、非结：物质所处的一种非平衡、非结晶状态；晶状态；n玻璃态玻璃态：既像固体一样具有一定的形状和：既像固体一样具有一定的形状和体积，又像液体一样分子间排列只是近似体积，又像液体一样分子间

46、排列只是近似有序；有序；n橡胶态橡胶态：大分子聚合物转变成柔软而具有：大分子聚合物转变成柔软而具有弹性的固体，分为玻璃态转变区域、橡胶弹性的固体，分为玻璃态转变区域、橡胶态平台区、橡胶态流动区；态平台区、橡胶态流动区；n黏流态黏流态：大分子聚合物链能自由运动，出：大分子聚合物链能自由运动，出现类似一般液体的黏性流动的状态。现类似一般液体的黏性流动的状态。n玻璃化转变温度玻璃化转变温度（T Tg g、T Tg g）：指非结晶）：指非结晶态的食品体系从玻璃态到橡胶态的转变时态的食品体系从玻璃态到橡胶态的转变时的温度。的温度。n T Tg g是特殊的是特殊的T Tg g ，是指食品体系在冰形成，是指

47、食品体系在冰形成时具有最大冷冻浓缩效应的玻璃化转化温时具有最大冷冻浓缩效应的玻璃化转化温度。度。nT Tmm为熔融温度。为熔融温度。n随着温度的升高，无定形聚合物可经历随着温度的升高，无定形聚合物可经历3 3个不同的状态即：个不同的状态即：玻璃态、橡胶态、黏流玻璃态、橡胶态、黏流态态。n当当TTg 时，大分子聚合物的分子链段不能运时，大分子聚合物的分子链段不能运动，呈玻璃态；动，呈玻璃态；n当当T=Tg 时，链段运动开始激发，处于玻璃态时，链段运动开始激发，处于玻璃态转变区域；转变区域；n当当TgTTm时，大分子聚合物链能自由运动，处时，大分子聚合物链能自由运动，处于黏流态。于黏流态。n状态图

48、状态图：补充的相图，包含平衡状态和非：补充的相图，包含平衡状态和非平衡状态的数据。平衡状态的数据。n由于由于干燥、部分干燥或冷冻食品不存在热干燥、部分干燥或冷冻食品不存在热力学平衡状态力学平衡状态，因此其状态图非常有用。，因此其状态图非常有用。n在恒压下，以溶质含量为横坐标，以温度在恒压下，以溶质含量为横坐标，以温度为纵坐标做出为纵坐标做出二元体系状态图二元体系状态图。n图中的粗实线和粗曲线均代表亚稳态。图中的粗实线和粗曲线均代表亚稳态。共晶共晶温度温度玻璃玻璃化转化转变温变温度度n玻璃态下玻璃态下未冻结的水分子未冻结的水分子被束缚在由极高被束缚在由极高溶质黏度所产生的具有溶质黏度所产生的具有

49、极高黏度的玻璃态极高黏度的玻璃态下，下，水分子不具有反应活性水分子不具有反应活性，使整个食品，使整个食品体系以不具有反应活性的非结晶固体形式体系以不具有反应活性的非结晶固体形式存在。存在。n在在Tg下，食品具有高度的稳定性下，食品具有高度的稳定性。n低温冷冻食品的稳定性可以用该食品的低温冷冻食品的稳定性可以用该食品的Tg与贮藏与贮藏T的差来决定，差值越大，食品的稳的差来决定，差值越大，食品的稳定就越差。定就越差。n食品中的水分含量和溶质种类显著地影响食品中的水分含量和溶质种类显著地影响食品的食品的Tg。但。但Tg只依赖溶质种类。只依赖溶质种类。n（三）水分转移与食品稳定性（三）水分转移与食品稳

50、定性n水分的水分的位转移位转移：在同一食品的不同部位或：在同一食品的不同部位或在不同食品之间发生，导致原来水分的分在不同食品之间发生，导致原来水分的分布状况的改变。布状况的改变。n水分的水分的相转移相转移：特别是气相和液相水的互：特别是气相和液相水的互相转移，导致食品含水量的改变。相转移，导致食品含水量的改变。n食品中水分的相转移主要形式为食品中水分的相转移主要形式为水分蒸发水分蒸发和和蒸汽凝结蒸汽凝结。第六节第六节 分子移动性与食品的稳分子移动性与食品的稳定性定性n（一）分子移动性（一）分子移动性（Mm）n又称又称分子流动性分子流动性，是，是分子的旋转移动和平分子的旋转移动和平动移动的总度量