c结合水不易结冰由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢子得以在

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,c.结合水不易结冰，由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰晶所破坏，解冻后组织不同程度的崩溃；,d.结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力；,e.体相水可被微生物所利用，结合水则不能。,3.3 水分活度与吸湿等温曲线,不同种类的食品即使水分含量相同，其腐败变质的难易程度也有明显的差异。食品的品质和贮藏性能与水分活度有密切的关系。,3.3.1 水分活度的定义及测定方法,一、定义：一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值；,用公式表示即为：a,w,=p/p,0,=ERH/100=N=n,1,/(n,1,+n,2,),其中：a,w,：水份活度； p：样品中水的蒸气分压 p,0,：同温纯水蒸气压；,ERH：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度；,N：稀溶液中溶质的mol分数；n,1,：稀溶液中水的mol数；,n,2,：稀溶液中溶质的mol数。,1,注意：1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平衡，食品体系一般不符合这个条件，因此上式严格讲，只是近似的表达。（Owen R. Fennema “食品化学2.8.2）,2.公式中的前两项，即a,w,=p/p,0,=ERH/100，是根据水分活度定义给出的；而后两项是拉乌尔定律所确定的，其前提是稀溶液。所以前两项和后两项之间也应该是近似的关系。,3.由于p/p,0,和n,1,/n,1,+n,2,，因此，a,w,的值在01之间。,二、测定方法,可以利用不同的方法对于食品中的水分活度进行测定：,a.冰点测定法：,通过测定样品冰点的降低值（,T,t,）及含水量（求出n,1,）,根据公式：,n,2,=,G,T,t,/1000K,t,在将此公式的值带入活度的定义公式即可求出样品的水分活度。此法的误差很小，准确度较高。,b.相对湿度传感器测定法：,将已知含水量的样品置于恒温密闭的小容器中，使其蒸气压和环境蒸,2,气充分作用，达到平衡；用湿度传感器测定其空间的湿度，即可得出ERH，这时可得到样品的水分活度。,c.康维氏微量扩散器测定法,康维氏微量扩散器可如右图示意：,分隔并相通的两个小室分别放样品和饱和盐溶液；样品量一般为1g；恒温温度一般为25,，平衡时间为20min；分别测定水分活度高的饱和盐溶液和水分活度低的饱和盐溶液和,康维氏微量扩散器,样品达平衡时样品吸收或失去水的质量，利用下式求算样品的水分活度：,a,w,=(Ax+By/(x+y),其中：,Ax：活度低的盐溶液活度；,By：活度高的盐溶液活度,x：使用B时的净增值；,y：使用A时的净减值；,3,3.3.2 水分活度和温度的关系,上边对于水分活度定义及测定方法的叙述中，均强调了在一定的温度下。也就是说温度对于水分活度的值有较大的影响。,物理化学中的克劳修斯-克拉贝龙方程精确表示了水分活度与绝对温度（T）之间的关系：,dlna,w,/d(1/T)=-,H/R.(1),其中R为气体常数，,H为样品中水分的等量净吸附热。,整理此式可得： lna,w,=-k,H/R(1/T)(2),其中：,此处的,H,可用纯水的汽化潜热表示，是常数，其值为40537.2J/mol；,K的直观意义是在达到同样水蒸气压时，食品的温度比纯水温度高出的比值，本质反映了食品中非水成分对水活性的影响。食品中非水成分越多并且与水的结合能力越强，k值越大，相同温度时,a,w,值越小；反之亦然。,讨论：a.由公式(2)可知，,lna,w,与-1/T之间为一直线关系，其意义在于：一,4,定样品水分活度的对数在不太宽的温度范围内随绝对温度的升高而正比例升高。,b.但在较大的温度范围内， lna,w,与-1/T之间并非始终为一直线关系；当冰开始形成时，lna,w,与-1/T曲线中出现明显的折点，冰点以下lna,w,与-1/T的变化率明显加大了，并且不再受样品中非水物质的影响；这是因为此时水的汽化潜热应由冰的升华热代替，也就是说前述的a,w,与温度的关系方程中的,H值大大增加了。要解释冰点以下a,w,与样品的组成无关，现在的观点认为，在冰点以下样品的蒸气分压等于相同温度下冰的蒸气压，并且水分活度的定义式中的p,0,此时应采用过冷纯水的蒸气压。,由b可以得出结论：在比较冰点以上或冰点以下的水分活度值时应该注意到以下两个重要的区别。第一，在冰点以上，水分活度是样品组成和温度的函数，并且样品组成对于水分活度值有明显的影响；而在冰点以下时，水分活度与样品的组成无关，仅与温度有关。因此不能根据冰点以上水分活度值来预测体系中溶质种类和含量对冰点以下体系发生变化的影响。第二，冰点以上和以下时，就食品而言，水分活度的意义是不一样的。例如：在水分活度为0.86的-15,的食品中，微生物不再生长，其它化学反应的速度也很慢；但在同样的水分活度而温度是20情况下，一些化学反应将快速进行，一些微生物也将中等速度生长。,5,3.3.3 吸湿等温曲线,一、定义及测定方法,定义：在恒定温度下，食品的水含量（以g水/g干物质表示）对其活度形成的曲线称为等温吸湿曲线（MSI）。,大多数食品或食品原料的吸湿等温线为S型，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸湿等温线为J型。如图：,6,测定方法：在恒定温度下，改变食品中的水分含量，测定相应的活度，以水分含量为纵轴、Aw为横轴画出曲线。,二、MSI中的分区,一般的MSI均可分为三个区，如下图所示：,区：为构成水和邻近水区，即与食品成分中的羧基、氨基等基团通过氢键或静电引力相互结合的那部分水。由于这部分水比较牢固的与非水成分结合，因此a,w,较低，一般在00.25之间，相当于物料含水量00.07g/g干物质。这种水不能作为溶剂而且在-40不结冰，对固体没有显著的增塑作用，可以简单的看作固体的一部分。要注意的是，一般把区和,区交界处的水分含量称为食品的“单分子层”水含量，这部分水可看成是在干物质可接近的强极性基团周围形成一个单分子层所需水量的近似值。,7,食品单分子层水含量的意义及计算：,意义：由于一般食品当其含水量接近单层值时，有最大的稳定性，因而根据具体对象确定其单层值，对于食品的有效保存是非常重要的。,计算：a.公式法：BET方程式：,其中：m：水分含量（g水/g干物质） m,1,：单层值 C：常数,b.作图法：以Aw/,m(1-Aw)Aw作BET图，在一定范围内有较好的 线性关系。由图上可以直接测量出Y轴截距及斜率；通过下式求出M,1,值。,区：多层水区，即食品中与酰胺基、羧基等基团和结合水、邻近水以水溶质、水水以氢键和缔合作用被相对固定的水，也包括直径小于1,m,的毛细管的水；这部分水的a,w,一般在0.250.8之间，相当于物料含水量在0.07g/g干物质至0.140.33g/g干物质。当食品中的水分含量相当于区和,区的边界时，水将引起溶解过程，它还起了增塑剂的作用并且促使固体骨架开始溶胀。溶解过程的开始将促使反应物质流动，因此加速了大多数的食品化学反应。,8,区：自由水区，a,w,在0.80.99之间，物料最低含水量在0.140.33 g/g干物质，最高为20g/g干物质。这部分水是食品中与非水物质结合最不牢固、最容易流动的水，也称为体相水。其蒸发焓基本上与纯水相同，既可以结冰也可作为溶剂，并且还有利于化学反应的进行和微生物的生长。在凝胶和细胞体系中，体相水以物理的方式被截留，其宏观流动性受到影响，但它与稀盐溶液中水的性质相似。,按照吸湿等温线将食品中所含的水分作三个区，对于食品中水的应用及防腐保鲜具有重要的意义。但也要理解，这种分区是相对的。因为除化学吸附结合水外，等温线每一个区间内和区间与区间之间的水都可以发生交换。另外，向干燥物质中增加水虽然能够稍微改变原来所含水的性质，即基质的溶胀和溶解过程，但是当等温线的区间,增加水时，区间,水的性质几乎保持不变；同样在区间内增加水，区间,的性质也几乎保持不变。从而说明，食品中结合得最不牢固的那部分水对食品的稳定起着重要的作用。,三、滞后现象,所谓滞后现象即向干燥的样品中添加水（回吸作用）后绘制的吸湿等温线和由样品中取出一些水（解吸作用）后绘制的吸湿等温线并不完全重合，这种不重合性称为滞后现象，可用下页图表示。,9,引起食品解吸和回吸出现滞后现象的主要原因有：a.解吸过程中一些水分与非水物质相互作用导致释放速度减缓；b.物料不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需要不同的蒸气压；c.解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水分，由此可导致回吸相同水量时处于较高的水分活度。由于滞后现象的存在，有解吸制得的食品必需保持更低的水分活度才能与由回吸制得的食品保持相同的稳定性。,滞后现象的研究对于食品脱水和复水过程有重要的指导意义，然而滞后现象的本质和应用中还有许多不清楚的地方。,10,