食品化学第1章水分

食品化学第食品化学第1 1章章 水分水分WATER Water FunctionsImportant component of food.1.Universal solvent(salt,vitamins,sugar,gases,pigment)核桃热水去皮除苦、鲜黄花菜2.Capable of ionizing(H3O+,OH-)3.Affects the texture4.Chemical reactions(hydrolysis of protein=n amino acids)5.Stabilizing the colloids by hydration，生物大分子构像的稳定剂生物大分子构像的稳定剂 6.Necessary for micro-organisms growth氢原子失去ls电子就成为H+，H+实际上是氢原子的核,即质子。由于质子的半径为氢原子半径的几万分之一，因此质子具有很强的电场，能使邻近的原子或分子强烈地变形。H+在水溶液中与H2O结合，以水合氢离子(H3O+)存在。stabilizing 英 steiblaizi colloid 英 klid 美 kld 胶体(的)hydration 英 haidrein水合,水合作用 构像构像(conformation)指一个分子中，不改变共价键结构,仅单键周围的原子放置所产生的空间排布.一种构像改变为另一种构像时,不要求共价键的断裂和重新形成.补充Questions v types of water为防止水的活跃造成食品腐败，可以采取：干燥、浓缩脱水冷冻复水、解冻 食品很难回复到以前的状态，且易腐败 对水、冰的研究很有必要第二章第二章 水分水分（Water或或Moisture）目的要求目的要求 1、了解食品中水的类型；了解食品中水的类型；2、掌握、掌握Aw及其与食品稳定性的关系；及其与食品稳定性的关系；3、了解、了解MSI分区及与食品中水分类型的对应关系；分区及与食品中水分类型的对应关系；4、掌握水结冰的过程并解释速冻和缓冻对食品质量、掌握水结冰的过程并解释速冻和缓冻对食品质量 属性的影响属性的影响。重点难点重点难点 重点：食品的冻结保藏；重点：食品的冻结保藏；难点：吸湿等温线。难点：吸湿等温线。基本内容基本内容 1、食品中水的类型；、食品中水的类型；2、水分活度及其与食品稳定性的关系；、水分活度及其与食品稳定性的关系；3、吸湿等温线；、吸湿等温线；4、食品的冻结保藏。、食品的冻结保藏。从从物化方面物化方面来看，水可分散蛋白质和淀来看，水可分散蛋白质和淀粉，使它们形成溶胶或溶液；从粉，使它们形成溶胶或溶液；从化学方面化学方面来来看，水对食品的新鲜程度、外观、质地、风看，水对食品的新鲜程度、外观、质地、风味、保藏性和腐败变质的敏感性产生极大的味、保藏性和腐败变质的敏感性产生极大的影响；在影响；在食品加工食品加工过程中，水可发挥膨润和过程中，水可发挥膨润和浸透作用等。浸透作用等。第一节第一节 水与冰的结构（水与冰的结构（Struture）（一）水分子的结构（一）水分子的结构单个水分子的结构:水分子中，H原子与O原子形成2个共价键。1.1.分子的极性分子的极性 分子中正、负电荷中心不重合，正电荷集中的点为“+”极，负电荷集中的点为“”极，这样分子产生了偶极，称为极极性性分分子子（由于两个原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏向吸引电子能力较强的原子一方，因而吸引电子能力较弱的原子一方相对的显正电性）；有的分子正、负电荷中心重合，不产生偶极，称为非极性分子非极性分子。2.2.范德华半径范德华半径 在分子晶体中，分子之间以范德华力相互接近，这时非键的两个同种原子核间距离的一半，称为范德华半径范德华半径。3.3.偶极矩偶极矩 衡量分子极性的大小，德拜（DebyeDebye）在1912年提出：分子中电荷中心上的电荷量与正、负电荷中心间距离的乘积。偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向，其方向是从正极到负极。补充（二）水分子的缔合（二）水分子的缔合 （P10图图1-2）配位数 每个水分子都有每个水分子都有2个个H键供体和受体部位，键供体和受体部位，众多的水分子便通过众多的水分子便通过H键缔合成三维取向的键缔合成三维取向的立体结构立体结构 每个水分子最多能与其他每个水分子最多能与其他4个水分子个水分子H键，键，形成四面体结构形成四面体结构 Hydrogen Bond The bond is formed due to the affinity of electro-positive hydrogen atoms for electro-negative atoms such as O.Binding energy of hydrogen bond is about 10%of covalent bond.H-bond strength=10 Kcal/mol.H+dO-d H+dH+dH+dH+dO-dO-dH+dH+dH+dO-dWater is a good dissolving solvent-Why?1.Physical action of dispersion of solute molecule due to the high-activity of water molecules at the surface of the solute.2.The high dielectric constant of water(80 x that of vacuum)diminishes the effectiveness of attractive forces that tend to hold the solute molecules together.3.Hydration of the solute by a chemical complex such as the“hydrogen bond”affinity 英 fnti:美 fnti 吸引；亲和性covalent 英 kuveilnt共有原子价的,共价的MW:Molecular Weight MP(C):Melting Point BP(C):Boiling Pointsolute 英 slju:t溶解物,溶质dielectric constant:【介电常数permittivity】又称为“电容率”或“相对电容率”在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。D=The Capacity of Condenser of a Material/The Capacity of Condenser of Vacuum Condition 电介质经常是绝缘体,蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。di-、mono-、poly-vacuum 英 vkjum 补充THE EFFECTS OF HYDROGEN BONDS OF WATERH2S34-86-16H2O180100CompoundsMWMP(C)BP(C)CH416-184 -164 氨分子有三个氨分子有三个H给体一个给体一个H受体；受体；氟化氢有一个氟化氢有一个H给体三个给体三个H受体（受体（F原子上有三对孤对电子，原子上有三对孤对电子，H原子核与另一个原子核与另一个HF分子中分子中F原子的原子的某一某一孤对电子之间形成氢键）孤对电子之间形成氢键）所以所以NH3、HF分子在固、液甚至气态时都以锯齿形链相聚合。分子在固、液甚至气态时都以锯齿形链相聚合。水的主要物理特性：水的主要物理特性：a.、力张面表、数常电介、点沸、点熔的水子分的近相成组和量质比均热变相和容热（NH3、HF、CH4、H2S、H2Se）高得多。b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，表现出异常的膨胀行为，这会使得含水食品在冻结过程中组织结构遭到破坏。（三）冰的结构（三）冰的结构（P11图图1-3）冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定刚性的立方形晶体结构。在冰的晶体结构中，每个水和另外4 4个水分子相互缔合。水利用其自身的每个分子都能通过水利用其自身的每个分子都能通过H键与相键与相邻邻4个分子缔合的能力。在个分子缔合的能力。在00C以下时，生成以下时，生成结构相当开阔的冰的晶体。结构相当开阔的冰的晶体。冰晶的最小单位是冰晶胞。每个晶胞中含冰晶的最小单位是冰晶胞。每个晶胞中含4个水分子。个水分子。冰有冰有11种结构，在常压和种结构，在常压和00C时，只有普通时，只有普通正六方晶系是稳定的。大多数冷冻食品中的正六方晶系是稳定的。大多数冷冻食品中的冰晶体是高度有序的六方形结构。冰晶体是高度有序的六方形结构。过冷现象：纯水在冷冻时，尽管冰点是0，但常不在0结冰，出现过冷状态，只有当温度降低到零下某一温度时才可能出现结晶（其他方法？加入晶核，如固体颗粒，或振动）。现代食品冷藏技术中提倡 ，因为形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活动受到更大限制，从而保证了食品品质。速冻（四）液态水的结构（四）液态水的结构 液态水中的水分子通过氢键缔合形成水分液态水中的水分子通过氢键缔合形成水分子簇。此水分子簇具有与冰晶类似的结构，但子簇。此水分子簇具有与冰晶类似的结构，但有些氢键已断裂或被扭曲。随着温度的升高，有些氢键已断裂或被扭曲。随着温度的升高，液态水中出现了越来越多单个的水分子，它们液态水中出现了越来越多单个的水分子，它们可以进入水分子簇内似冰结构的空隙中。可以进入水分子簇内似冰结构的空隙中。因此，因此，液态水的密度比冰大。液态水的密度比冰大。食品中水的类型食品中水的类型 第二节第二节（Types）划分依据：划分依据：水在食品中所处状态的不同以及与非水在食品中所处状态的不同以及与非水组分结合强弱的不同（水组分结合强弱的不同（degree of water bindness）。）。结合水食食品品中中水水的的存存在在形形式式游离水化合水单层水 多层水滞化水毛细管水自由流动水定义:与非水物质呈紧密结合状态的水；特点:非必要的组分，-40不结冰，无溶剂能力，不能被微生物利用；单分单分子层子层水水定义:处非外围，与非呈缔合状态的水；特点:-40不结冰，无溶剂能力，不能被微 生物利用；定义:处单层水外围，与单以氢键或偶极力结合；特点:有一定厚度（多层），-40基本不结冰，无溶 剂能力，可被蒸发；定义:被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留；特点:不能自由流动，与非没关系；定义:由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水；特点:理化性质同滞化水相同；定义:以游离态存在的水；特点:可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用。一、游离水（一、游离水（Free water）或体相水（）或体相水（Bulk water）食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留的水。食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留的水。主要存在于富水的细胞中或凝胶块中，属自由水。主要存在于富水的细胞中或凝胶块中，属自由水。1 1、可作为溶剂，、可作为溶剂，-40-400 0C C下可结冰；下可结冰；2 2、与食品的风味、硬度和韧性有关。、与食品的风味、硬度和韧性有关。Free or Mobile Water-consisted with ideal solution(理想溶液).二、结合水（束缚水）二、结合水（束缚水）(Bound water,Immobilized water)食品中与各非水组分以氢键结合的水，与非水组分食品中与各非水组分以氢键结合的水，与非水组分结合最为牢固。结合最为牢固。不能作为溶剂，不能作为溶剂，-40-400 0C C下不能结冰。下不能结冰。单分子层水（单分子层水（Monolayer water）与非水组分中强极性基团（与非水组分中强极性基团（-COOH、-NH2等）等）直接以氢键结合的第一个水分子层中的水。直接以氢键结合的第一个水分子层中的水。1、与非水组分结合最牢固，蒸发能力很弱；、与非水组分结合最牢固，蒸发能力很弱；2、不能被微生物利用，不能作为介质。、不能被微生物利用，不能作为介质。Monolayer Water is bound in food-restricted in its movement due to charges,hydrogen bond,physical entrapment.Hard to remove from food.Never be able to remove water completely。单层值（单层值（BET）的意义）的意义 单分子层水，其量为单层值（单分子层水，其量为单层值（Brunauer,Emmett and Teller BET）:一般食品（尤为干燥食品），其水一般食品（尤为干燥食品），其水%接近单层值时，有最大的稳定性。确定某种食品的接近单层值时，有最大的稳定性。确定某种食品的单层值对其保藏非常重要。单层值对其保藏非常重要。BET Monolayer Determination（BET单层值的计算）单层值的计算）(Aw)多分子层水（多分子层水（Multilayer water）强极性基团单分子层外的水分子层中的水以及强极性基团单分子层外的水分子层中的水以及与非水组分中弱极性基团以氢键相结合的水。与非水组分中弱极性基团以氢键相结合的水。1、被束缚的程度弱于单分子层水，但与非水组、被束缚的程度弱于单分子层水，但与非水组分间的结合仍牢固；分间的结合仍牢固；2、蒸发的能力也较弱。、蒸发的能力也较弱。但干燥食品吸收了这部但干燥食品吸收了这部分水后，非水组分开始膨胀分水后，非水组分开始膨胀。Multilayer Water-additional layer of water around food particle.Not as hard to remove as the monolayer.（P16图图1-8,ab）1.L状2.P折叠Relationship between water and perishabilityVarious foods with the same water content differ significantly in perishability Water content alone is not reliableImportance of water associations with non-aqueous constituents to support deteriorative activitiesRates of deteriorative changes and microbial growth at normal food storage conditions often depend on water content and aw.第三节第三节 Aw与食品稳定性（与食品稳定性（Stability）不同种类的食品即使水分含量相同，但其腐败变质的难易程度也有明显的差异。一、水分活度一、水分活度（Water activity，Aw）Water activity is defined as the ratio of the vapor pressure of water in a material(p)to the vapor pressure of pure water(po o)at the same temperature.一定温度下样品水分蒸汽压与纯水蒸汽压的比值一定温度下样品水分蒸汽压与纯水蒸汽压的比值。公式公式：Aw=f/fAw=f/f0 0p/pp/p0 0（相对蒸汽压RVP）=ERH=ERHAw-水分活度;f-溶剂水的逸度；f0-纯水的逸度；p-样品中水的蒸汽分压;p0-同温下纯水的蒸汽压;ERH-样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度。Aw的值（0-1）在室温和大气压条什下，样品的平衡相对湿度和相对逸度之间的差别低于1%，因此，将食品样品的相对湿度定义为它的活度不会引入显著的误差 Aw是食品的内在的性质，与食品组成、是食品的内在的性质，与食品组成、结构有关；而结构有关；而ERH与食品湿度平衡时大与食品湿度平衡时大气的性质有关。气的性质有关。二、二、Aw的测定的测定 1、相对湿度传感器测定法（、相对湿度传感器测定法（Aw测定仪测定仪见视频介绍）2、相对湿度平衡室法（康威皿法）、相对湿度平衡室法（康威皿法）3、冰点测定法、冰点测定法Relationship between Aw and TemperatureThe degree of Tdependance is a functionof moisture contentWater activity increaseswith increasing temperature食品在冻结点上下水分活度的比较：不能用食物冰点以下的水分活度来预测食物在冰点以上的水分活度，同样，也不能用食物冰点以上的水分活度来预测食物冰点以下的水分活度。冰点以上，食物的水分活度是食物组成和食品温度的函数，并且主要与食品的组成有关；而在冰点以下，水分活度与食物的组成没有关系，而仅与食物的温度有关。冰点上下食物的水分活度的大小与食物的理化特性的关系不同。如在-15时，水分活度为0.80，微生物不会生长，化学反应缓慢，在20时，水分活度为0.80 时，化学反应快速进行，且微生物能较快的生长。水分活度的测定水分活度的测定-相对湿度平衡室法扩散法相对湿度平衡室法扩散法 原理原理 食品中的水分都随环境条件的变动而变化。当环境空气的相对湿度低于食品的水分活度时，食品中的水分向空气中蒸发，食品的质量减轻；相反，当环境空气的相对湿度高于食品的水分活度时，食品就会从空气中吸收水分，使质量增加。不管是蒸发水分还是吸收水分，最终是食品和环境的水分达平衡时为止。据此原理，采用标准水分活度的试剂，形成相应湿度的空气环境，在康威微量扩散皿的密封和恒温条件下，观察食品试样在此空气环境中因水分变化而引起的质量变化。通常使试样分别在Aw较高、中等和较低的标准饱和盐溶液中扩散平衡后，根据试样质量的增加（即在较高Aw标准饱和盐溶液达平衡）和减少（即在较低Aw标准饱和盐溶液达平衡）的量，计算试样的Aw值。试剂水活度100 mL水中的溶解度,g试剂水活度100 mL水中的溶解度,g氯化锂LiClH2O0.110102.5硝酸钠NaNO30.73796.0醋酸镁C4H6MgO44H2O0.22444.8氯化钠NaCl0.75236.3氯化镁MgCl26H2O0.330230.8溴化钾KBr0.80770.6碳酸钾K2CO31/2H2O0.427122.7氯化钾KCl0.84237.0硝酸锂LiNO31/2H2O0.470154.1氯化钡BaCl22H2O0.90174.2硝酸镁Mg(NO3)26H2O0.528182.8硝酸钾KNO30.92445.8溴化钠NaBr2H2O0.577133.6硫酸钾K2SO40.96913.0氯化锶SrCl26H2O0.708166.7重铬酸钾K2Cr2O70.98018.2表1-1 饱和溶液的Aw（25）食品WAw食品食品AW蔬菜90以上0.99-0.98蜂蜜160.75水果89-870.99-0.98面包350.93鱼贝类85-700.99-0.98火腿、香肠65-560.90肉类70以上0.98-0.97小麦粉140.61蛋750.97干燥谷类-0.61果汁88860.97苏打饼干50.53果酱-0.94-0.82饼干40.33果干21-150.82-0.72西式糕点250.74果冻180.69-0.60香辛料-0.50糖果-0.65-0.57虾干230.64速溶咖啡-0.30绿茶40.26巧克力10.32脱脂奶粉40.27葡萄糖9-100.48奶酪400.96表1-2 食品的Aw及水分含量（25）3 3 操作步骤操作步骤（1）从表1-1中至少选取4种标准饱和盐溶液，分别在4康威皿的外室预先放入上述标准饱和盐溶液5.0 mL(2种标准试剂水活度高于试样，2种标准试剂水活度低于试样)。（2）在预先准确称量过的小玻璃皿中，准确称取约1.00 g的均匀切碎样品，迅速放入康威皿的内室中，记下小玻璃皿和样品的总重量。（3）然后在扩散皿磨口边缘均匀地涂上一层凡士林，在25士0.5的恒温箱中静置23 h。取出其中的小玻璃皿及样品，用电子天平迅速准确称量，并求出样品的重量。以后每隔30 min称重一次，至恒重为止。（4）以各种标准盐的饱和溶液在25时Aw值为横坐标，被测样品的增减重量为纵坐标作图，并将各点连结成一条直线。此线与横轴的交点即为所测样品的Aw值(见图1-2)。微生物微生物Aw 食品稳定性食品稳定性黄曲霉黄曲霉 镰刀菌镰刀菌 酵母菌酵母菌细细菌菌葡萄球菌葡萄球菌 李斯特菌李斯特菌葡萄球菌食物中毒是葡萄球菌肠毒素所引起的疾病，其特征为起病急骤，呕吐剧烈及虚脱。李斯特菌具有较强的抵抗力，秋冬时期在土壤中能存活个月以上，在冰块内也可存活个月，许多冷冻肉类都是它的“温床”。这种细菌对高温的抵抗力也比较强，能在下挺分钟，在下可存活分钟以上。正是由于这种超强的适应能力，很多食品都成了它繁衍的家园。引起的急性传染病，以败血病(细菌进入血循环,并在其中生长繁殖,产生毒素而引起的全身性严重感染.临床表现为发热,严重毒血症状,皮疹瘀点,肝脾肿大和白细胞数增高等)为主要症状，伴有内脏器官和中枢神经系统病变。一些人在食用受李斯特菌严重污染的食品后，会出现发烧、头痛等症状，严重的会出现休克和死亡。三、三、Aw与与Food的稳定性的稳定性（一）（一）Aw and Growth of Microorganisms Aw与微生物的增殖（与微生物的增殖（P24表表1-7）在各类微生物中，细菌在在各类微生物中，细菌在Aw0.9时才能增殖；时才能增殖；酵母菌在酵母菌在Aw0.87；大多数霉菌在；大多数霉菌在Aw=0.8时就开时就开始增殖；始增殖；Aw=0.5以下时，任何微生物不能生长。以下时，任何微生物不能生长。（二）（二）Aw与酶促反应与酶促反应（P23图图1-14）酶促反应需在酶的作用下进行。酶的催酶促反应需在酶的作用下进行。酶的催化活性取决于酶分子的构象，而酶分子的构象化活性取决于酶分子的构象，而酶分子的构象与其存在的环境有密切的关系。与其存在的环境有密切的关系。为何会影响？为何会影响？Enzymatic Changes Aw 1、在以水为介质的环境中，用来维持分子活、在以水为介质的环境中，用来维持分子活性构象的各种作用力性构象的各种作用力（特别是非极性侧链间的疏水作用）才能充分的发挥作用。才能充分的发挥作用。2、水的存在有利于、水的存在有利于E和和S（substrate）分子在）分子在food内的移动，使之充分靠拢。内的移动，使之充分靠拢。（三）（三）Aw与非酶促反应与非酶促反应（P23图图1-14）1、Maillard反应反应 当当Aw在在0.6-0.7时，反应达最大值。当时，反应达最大值。当Aw0.7时，时，Maillard反应速度降低。其原因为水的加入反应速度降低。其原因为水的加入稀释了反应物浓度。稀释了反应物浓度。2、脂肪非酶氧化反应（、脂肪非酶氧化反应（Lipid oxidation）反应在反应在Aw很低时开始。随很低时开始。随Aw增大，反应速增大，反应速度降低至度降低至Aw=0.4左右；此后，随左右；此后，随Aw增大，反应增大，反应速度加快。当速度加快。当Aw=0.7-0.8（Max）后又降低。）后又降低。Non-Enzymatic Browning Aw 从右图可知：从右图可知：除非酶氧化在除非酶氧化在Aw0.3Aw0.3时有较时有较高反应外，其它反应均是高反应外，其它反应均是AwAw愈小反应速度愈小。愈小反应速度愈小。也就是说，对多数食品而言也就是说，对多数食品而言,低低AwAw有利于食品的稳定性。有利于食品的稳定性。首次出现最低反应速度时水首次出现最低反应速度时水分含量相当于分含量相当于“BET”“BET”水分含水分含量量 （四）（四）Aw与与food的质构的质构 除化学反应和微生物外，除化学反应和微生物外，Aw也影响干也影响干燥食品和半干食品的质构。例如：燥食品和半干食品的质构。例如：1、饼干、爆米花和马铃薯片必须在较低的、饼干、爆米花和马铃薯片必须在较低的Aw下才能保持松脆。下才能保持松脆。2、颗粒状蔗糖、乳粉和速溶咖啡，为防止结、颗粒状蔗糖、乳粉和速溶咖啡，为防止结块也需要较低的块也需要较低的Aw。水分活度影响食品稳定性的原因可以概括如下：水分活度影响食品稳定性的原因可以概括如下：水分活度水分活度降低降低食品中自由水食品中自由水含量降低含量降低以水为介质的反应难以发生以水为介质的反应难以发生离子型反应的速度降低离子型反应的速度降低水参加的反应速度降低水参加的反应速度降低水影响酶活性及酶促反应底物的输送水影响酶活性及酶促反应底物的输送三、三、Controlling aw in foods（控制控制Aw的方法）的方法）equilibration with atmosphere of known relative humidity water removal(e.g.,dehydration)addition of solutes(humectants)（why?）sugars NaCl polyhydric alcohols(glycerol,sorbitol)propylene glycolloss or gain of moisture in packaged foods（思考或讨论）（思考或讨论）降低食品降低食品Aw为何可以提高食品的稳定性？为何可以提高食品的稳定性？（使自由水转变为束缚水，从而降低（使自由水转变为束缚水，从而降低Aw）equilibration平衡i:kwilaibreinhumectants保湿剂hju:mektntpolyhydric多羟(基)的 plihaidrikglycerol甘油,丙三醇glsr:l sorbitol山梨(糖)醇 s:bitl Propylene 丙烯 prupili:n glycol乙二醇 laikl propylene glycol丙二醇丙二醇 Definition:plots interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature.第四节第四节 吸湿等温线吸湿等温线（Moisture Sorption Isotherm,MSI）（一）概念（一）概念 在温度不变的条件下，以食品中的水分含量（主要在温度不变的条件下，以食品中的水分含量（主要是自由水）为纵坐标，以是自由水）为纵坐标，以AwAw为横坐标所描绘的曲线。在为横坐标所描绘的曲线。在制作时，恒温下将水逐步渗透到干制的食品中，测定不制作时，恒温下将水逐步渗透到干制的食品中，测定不同吸湿阶段的同吸湿阶段的AwAw。高水分食品的高水分食品的MSIr从正常至干燥的整个从正常至干燥的整个水分含量范围水分含量范围低水分食品的低水分食品的MSIv加水回吸时，试样的组加水回吸时，试样的组成从区成从区（干）移至区（干）移至区（高水分）（高水分）v各区相关的水的性质存各区相关的水的性质存在着显著的差别（实际在着显著的差别（实际是连续变化的）是连续变化的）吸湿等温线（吸湿等温线（P21图图1-12）（二）解吸等温线（二）解吸等温线 将高水分食品逐步脱水干燥，在测定了不同脱水阶段的将高水分食品逐步脱水干燥，在测定了不同脱水阶段的AwAw后绘制的等温线。后绘制的等温线。（三）滞后现象（三）滞后现象（Hysteresis）histri:sis 二者间不重合处称为滞后环或滞后回线（二者间不重合处称为滞后环或滞后回线（Hysteresis loop）。）。Water sorption isotherms for desorption and adsorption different.In desorption,water content at the same ERH is higher than in adsorption.The magnitude of hysteresis depends on:nature of food,physical changes during water removal,temperature,rate of desorption,degree of water removed during desorption.Valuable significance？（解吸时将使食品组织发生改变，当再吸水时就无法紧密结合水分，由此可导致较高的水分活度）At any given aw,the water content will be greater during desorption Rates of lipid oxidation or loss of Vit.C during desorption compared to adsorption To stop microbial growth,a products aw must be significantly lower if prepared by desorption than by adsorptionValuable significance？二、二、Zones of Moisture（MSI分区，分区，P19图图1-10）Water zonesvisinl邻近的邻近的 区区的水的性质：的水的性质：u化合化合水和水和单层单层水水（构成水和邻近水）（构成水和邻近水）u最强烈地吸附最强烈地吸附 u最少流动最少流动 u水水离离子子或或水水偶偶极极相相互互作作用用 u在在-40-40不结冰不结冰 u不能作为溶剂不能作为溶剂 u看作固体的一部分看作固体的一部分 u占总水量极小部分占总水量极小部分BETBET单层：单层：区区和和接界接界 0.07g H0.07g H2 2O/gO/g干物质干物质 Aw=0.2 Aw=0.2 相当于一个干制品能呈相当于一个干制品能呈现最高的稳定性时含有现最高的稳定性时含有的最大水分含量的最大水分含量区区的水的性质：的水的性质：多层水多层水通过氢键与相邻的水分通过氢键与相邻的水分子和溶质分子缔合子和溶质分子缔合 流动性比体相水稍差流动性比体相水稍差 大部分在大部分在-40-40不结冰不结冰 导致固体基质的初步肿导致固体基质的初步肿胀胀 区区和区和区的水占总水的水占总水分的分的5%5%以下以下 区区的水的性质：的水的性质：体相水体相水 被物理截留或自由的被物理截留或自由的 宏观运动受阻宏观运动受阻 性质与稀盐溶液中的水性质与稀盐溶液中的水类似类似 占总水分的占总水分的95%95%以上以上 注意：注意：在在Aw为为0.85时，新增加的水时，新增加的水对食品中非水组分开始发生了溶解对食品中非水组分开始发生了溶解作用，并引发了固态组分的膨胀。作用，并引发了固态组分的膨胀。常温下可能会发生霉烂变质现象。常温下可能会发生霉烂变质现象。区区和和接界接界 0.38g H0.38g H2 2O/gO/g干物质干物质 Aw=0.85 Aw=0.85 完全水合所需的水分含完全水合所需的水分含量，即占据所有的第一量，即占据所有的第一层部位所需的水分含量。层部位所需的水分含量。真实单层：真实单层：三、三、MSI的意义（补充）的意义（补充）浓缩和干燥过程中除去水的难易程度与浓缩和干燥过程中除去水的难易程度与Aw有关有关测定怎样的水分含量可抑制微生物的生长测定怎样的水分含量可抑制微生物的生长预测化学和物理稳定性与水分含量的关系预测化学和物理稳定性与水分含量的关系配制食品混合物时避免水分在配料间的转移配制食品混合物时避免水分在配料间的转移 （应当如何组合食品才能预防水分在组合食品的各配料之间的转移）合理选择包装材料合理选择包装材料可以看出不同食品中非水分组分与水结合能力的强弱。可以看出不同食品中非水分组分与水结合能力的强弱。第四节第四节 食品的冻结保藏食品的冻结保藏 （Freezing preservation of foods）一、水结冰的过程一、水结冰的过程（一）晶核形成过程（一）晶核形成过程 一部分水分子结合成小的冰的晶核。一部分水分子结合成小的冰的晶核。（二）冰晶生长过程（二）冰晶生长过程 众多的水分子按冰的晶体结构的要求，顺序众多的水分子按冰的晶体结构的要求，顺序地结合到晶核上，使之成长为大的晶体。地结合到晶核上，使之成长为大的晶体。特别注意特别注意1、由于无晶核的存在，液体水温度降到冰点、由于无晶核的存在，液体水温度降到冰点以下时仍不析出固体以下时仍不析出固体过冷过冷（Supercooling）；）；2、在过冷水中加入晶核，则会在晶核的周围、在过冷水中加入晶核，则会在晶核的周围逐渐形成大的结晶逐渐形成大的结晶异相成核异相成核（Heterogeneous nucleation）。）。（三）晶核形成与晶体生长速度曲线（三）晶核形成与晶体生长速度曲线（P12图图1-5）E1、速冻：、速冻：水温下降到水温下降到A后，迅速生后，迅速生成大量的晶核且晶核形成时释成大量的晶核且晶核形成时释放出的大量融化潜热放出的大量融化潜热可及时排可及时排出出，体系的温度稳定在体系的温度稳定在A点附近点附近而不会回升。当稳定在而不会回升。当稳定在E点后，点后，晶核形成的速度大于晶体生长晶核形成的速度大于晶体生长的速度，继续冷冻大量晶核生的速度，继续冷冻大量晶核生成。成。E结果：结果：生成大量细小的冰晶，均匀地分生成大量细小的冰晶，均匀地分布在细胞内外，布在细胞内外，对组织结构基本无破对组织结构基本无破坏作用。食品解冻后可恢复到冻前的坏作用。食品解冻后可恢复到冻前的生鲜状态生鲜状态。2、缓冻：、缓冻：温度下降到温度下降到A后，后，也生成大量晶核，但晶核也生成大量晶核，但晶核形成时释放出的大量形成时释放出的大量融化融化潜热不能及时排出潜热不能及时排出。结果。结果体系的温度会徘徊在体系的温度会徘徊在FP和和A点之间。在此区间内，点之间。在此区间内，晶核形成停止，继续冷冻晶核形成停止，继续冷冻晶核缓慢生长。晶核缓慢生长。E结果：结果：生成体积大的冰晶体，分布在细胞生成体积大的冰晶体，分布在细胞间隙。间隙。由于水结冰后体积膨胀，对食品由于水结冰后体积膨胀，对食品材料的组织结构造成机械损伤。解冻后材料的组织结构造成机械损伤。解冻后食品不能恢复到冻前的状态，组织软化、食品不能恢复到冻前的状态，组织软化、汁液流出、风味减弱。汁液流出、风味减弱。注意：注意：温度的波动会改变冰体的结构。温度温度的波动会改变冰体的结构。温度上升时，首先融化的是细小的冰晶；再次上升时，首先融化的是细小的冰晶；再次冷却时则是大的冰晶的生长。冷却时则是大的冰晶的生长。故温度波动故温度波动的后果是：形成较大的冰晶。的后果是：形成较大的冰晶。二、冻结保藏食品的机理二、冻结保藏食品的机理 （一）冻结对微生物活动的影响（一）冻结对微生物活动的影响 1、低温对微生物的影响、低温对微生物的影响 食品冻结后（食品冻结后（-180C以下）微生物被以下）微生物被抑制，甚至死亡。抑制，甚至死亡。低温抑菌（冻结保藏低温抑菌（冻结保藏食品特征）食品特征）；酵母和霉菌较耐低温；酵母和霉菌较耐低温。2、渗透压改变对微生物的影响、渗透压改变对微生物的影响 食品冻结后，可被微生物利用的水食品冻结后，可被微生物利用的水大量减少，使未结冰的溶液浓度急剧增大量减少，使未结冰的溶液浓度急剧增大，渗透压随之增大，对微生物的活动大，渗透压随之增大，对微生物的活动产生抑制作用。产生抑制作用。（二）冻结对生化反应的影响（二）冻结对生化反应的影响1、有益方面：、有益方面：降低了大多数化学反应的速度；酶活降低了大多数化学反应的速度；酶活性降低，反应速度减慢。性降低，反应速度减慢。2、不利方面：、不利方面：（1）加速某些反应发生）加速某些反应发生（eg.VC、VA、胡萝卜素、蛋白质等的氧化、磷脂的水解）。（2）冻结后体积膨胀，导致）冻结后体积膨胀，导致E、S及激活剂在细胞及激活剂在细胞内位置改变（错位），引发某些酶促反应的发生。内位置改变（错位），引发某些酶促反应的发生。低温提高食品化学反应速度的原因:1.1.在在冻冻结结情情况况下下，由由于于结结冰冰导导致致自自由由水水的的含含量量减减少少及及产产生生的的浓浓缩缩效效应应，使使得得溶溶质质的的浓浓度度大大大大提提高高，促促进进了了非非水水物物质质之之间间的的接接触触机机会会，为为一一些些反反应应创创造造了了合合适适的的反反应条件；应条件；2.2.浓浓缩缩效效应应同同时时使使酶酶的的浓浓度度提提高高，酶酶与与激激活活剂剂、底底物物之之间的接触机会大大提高。间的接触机会大大提高。思考题思考题1、名词解释：、名词解释：Aw、ERH、过冷、异相成、过冷、异相成核、吸湿等温线、解吸等温线、滞后核、吸湿等温线、解吸等温线、滞后环、滞后现象环、滞后现象2、食品中水划分的依据、类型及特点、食品中水划分的依据、类型及特点3、Aw与食品稳定性的关系与食品稳定性的关系4、如何降低、如何降低Aw？为何？为何Aw降低后可提高食降低后可提高食品的稳定性？品的稳定性？思考题思考题5、吸湿等温线、吸湿等温线6、水结冰的过程及冻结对食品质量的影响、水结冰的过程及冻结对食品质量的影响7、食品冻结保藏的机理、食品冻结保藏的机理8、如何运用本章所学的知识来选择合理的食、如何运用本章所学的知识来选择合理的食品包装？品包装？9、水和冰结构的区别、水和冰结构的区别