2.第一章 水分

,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,*,第一章 第一节 水分,【,学习目标,】,1.,了解食品中水分的性质，理解自由水和结合水的特性；,2.,理解水分活度的概念、意义；,3.,理解等温吸湿曲线的意义；,4.,理解水分活度与食品稳定性的关系；,5.,了解食品加工中水分的变化。,一、水在食品中的含量,水是食品中的重要成分，食品中水的含量，分布，和存在状态对食品的外观，质量，风味，新鲜程度都产生极大的影响。,食品中的水份是引起食品的化学性及微生物性变质的重要因素。所以直接关系到食品的贮藏特性。,水是食品生产中的重要原料之一，用于食品加工的水，其水质直接影响到食品的品质和加工工艺。,1.,常见食品中水分含量,食品,水分含量,/%,肉类,猪肉,53,60,生牛肉,50,70,鸡,74,鱼,65,81,水果,香蕉,75,梨,葡萄,菠萝,80,85,苹果,橙,桃,85,90,草莓,椰子,90,95,蔬菜,甜玉米,74,80,胡萝卜,马铃薯,80,90,大白菜,花菜,90,95,2.,水在食品及食品加工中的作用,a.,水作为食品的溶剂,b.,水作为食品中的反应物或反应介质,c.,水能去除食品加工中的有害物质。,d.,水作为食品的浸涨,e.,水作为食品的传热介质。,3.,水的生理功用如下：,水是维持细胞生理活性的重要成分,;,水是生物体内化学反应的介质,;,水是体内各种物质运输的载体,;,水是体温的稳定剂,水的比热及蒸发潜热大，能使生物体温维持恒定,;,水是体内关节、肌肉等摩擦的润滑剂，食物吞咽需水的帮助,;,人体组织,60-65%,，地球。,二,.,食品中水分的状态和分类,1.,食品中水分状态,自由水,（,1,）游离态,（,3,）凝胶态,（,4,）表面吸附态,（,2,）水合态,结合水,食品中存在不同形式的水分，就实用价值而言，普遍将食品中的水分分为,自由水,和,结合水,。,1.,自由水：,自由水（游离水）,：指组织、细胞中容易结冰、且能溶解溶质的这部分水。,游离态的水、凝胶态的水，表面吸附态的水均属于此类,2,、结合水,结合水（束缚水）：指通过氢键与食品中有机成分结合的水。,蛋白质、淀粉、纤维素、果胶物质中的氨基，羟基，羧基等通过氢键与水结合。,3,、牛奶中的水（,1,）,以牛奶来举例：,牛奶中水分含量是,85.5,89.5%,总固形物,(,脂肪,蛋白质,乳糖,矿物质等,),占,10.5,14.5%,。,水是牛乳的主要成分，乳中部分有机物和无机盐呈溶解状态存在水中，由于有分散介质,-,水的存在，牛乳中各种成分得以构成均匀而稳定的流体。,3,、牛奶中的水（,2,）,牛乳中的水分可以分为二种,1,、游离水：是牛乳中各种营养成分的分散介质，占牛乳中水分含量的绝大部分。,2,、结合水，约占水分中的,2%,3%,，是以氢键和牛乳中酪蛋白、乳糖及某些盐类结合存在的水分，没有溶解其他物质的作用，其显著的特点是在冰点时不发生冻结。所以奶粉生产中无法得到绝对脱水的产品。,3,、牛奶中的水（,3,）,要除去牛奶中的结合水，必须要加热到,150,160,的恒温下才能实现。但奶粉受长时间的高温处理后，乳成分受到破坏，乳糖发生焦化，蛋白质变性，脂肪氧化，这种奶粉不能食用。,4.,自由水和结合水的区别（,1,）：,结合水的量与有机大分子极性基团的数量有比较固定的比例关系。,据测定，每,100 g,蛋白质可结合的水分平均高达,50g,、每,100g,淀粉的持水能力在,30,40g,之间。,4,、自由水和结合水的区别（,2,）：,结合水的沸点高于普通水，,一般加热手段不能将其从食品分离出来；而结合水的冰点低于普通水，使其不易结冰，甚至环境温度低于,-20,时还不结冰，冰点可下降至,-40,，由于这一性质，使含水量很低的植物的种子和微生物的孢子（几乎只含结合水）能在很低的温度下保持生命力，而多汁的果蔬、肉类等组织，因含大量的自由水，在冰冻时细胞结构易被冰晶破坏，解冻时组织容易崩溃。,4,、自由水和结合水的区别（,3,）：,结合水不起溶剂的作用，也不能被微生物利用；,一般加热操作不易去除结合水，所以在食品干燥操作中只有很少一部分的结合水被去除。,4,、自由水和结合水的区别（,4,）：,结合水对食品的风味起着重大的作用。,不易去除的结合水如果被强行与食品分离时，往往使食品的风味质量造成很大的改变。,注意,:,自由水和结合水的相对性；两者合称为食品中的含水量。,三,.,水分活度,1,、平衡水分,与环境有关。,在一定温度和湿度条件下，与一定状态的空气相平衡的食品中的水分含量，即为食品的平衡水分。,特点：,食品中水分蒸汽压与空气的水分蒸汽压相等。,2,、水分活度的概念（,1,）,（,1,）水分活度,:,表示食品中可被微生物所利用的程度，,在物理化学上水分活度是指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比值。,用,A,w,表示，其定义为：食品中水的蒸气压,P,与同温下纯水的饱和蒸气压,P,0,之比。,水分活度的概念（,2,）,对于纯水来说，因,P,与,P,0,相等，故,A,W,为,1,，而食品中的水溶解有食品成分，如糖，氨基酸，无机盐等，因而总会有一部分水分是以结合水的形式存在，而结合水的蒸汽压远低于纯水的蒸汽压，因此食品的,A,W,总是小于,1,（,2,）,.,水分活度也可用平衡相对湿度（,ERH,）来表示：,用仪表等测得食品密闭空间的平衡相对湿度（,ERH,）,当食品与空气平衡时，食品的水分活度与空气的相对湿度相等。,（,3,）,.,平衡相对湿度（,ERH,）,相对湿度,(%RH),给定的湿空气中，水汽分压与同一温度,(T),和压力,(P),下纯水表面的饱和水汽压之比，用百分数表示。,平衡相对湿度,（,ERH,）：,是指吸湿物质与周围环境水汽交换达到平衡时的相对湿度。,ERH,：,Equilibrium relative humidity,（,4,）,.,水分活度与结合水含量的关系,食品中结合水的含量越高，水分活度越低，可被微生物利用的水分越少，因而水分活度反映了食品中水分存在形式和被微生物利用的程度。,要测定某一条件下食品的,A,W,，,可通过测定改条件下食品的蒸汽压或平衡相对湿度来完成。,3,、水分活度与食品含水量的关系,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,2,4,6,8,10,水分含量（,gH,2,O/g,干物质）,水分活度,A,w,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,（,1,）,食品的含水量与水分活度之间的关系可用曲线表示。,（,2,）水分活度与食品含水量的关系,：,从上图可以看出：当食品的含水量很低时（低含水量区），水分含量的微小变化即可引起水分活度极大的变动；当水分活度大于,0.8,时，即使含水量急剧变化，水分活度的变化也不大。,四、吸湿等温曲线：,1,、,吸湿等温曲线的定义和测定方法：,（,1,）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吸湿等温曲线。大多数食品或食品原料的吸湿等温线为,S,型。,（,2,）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，即得吸湿等温曲线,。,（,3,）吸湿等温线,A,w,水分含量,2,、吸湿等温线的分区（,1,）：,一般的吸湿等温线均可分为三个区：,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,aw,较低，一般在,0,0.25,之间，相当于物料含水量,0,0.07g/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。,2,、吸湿等温线的分区（,2,）：,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,1m,的毛细管的水；这部分水的,aw,一般在,0.25,0.8,之间，相当于物料含水量在,0.07g/g,干物质至,0.14,0.33g/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。,2,、吸湿等温线的分区（,3,）：,区：自由水区，,aw,在,0.8,0.99,之间，物料最低含水量在,0.14,0.33,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，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，,3,、放湿曲线和吸湿曲线,一种食物一般有两条等温吸湿线，一条是吸附等温吸湿线，是食品在吸湿时的等温吸湿线，另一条是解吸等温吸湿线，是食品在干燥时的等温吸湿线，往往这两条曲线是不重合的，把这种现象称为“滞后”现象。这种现象产生的原因是干燥时食品中水分子与非水物质的基团之间的作用部分地被非水物质的基团之间的相互作用所代替，而吸湿时不能完全恢复这种代替作用。,A,w,水分含量,4,、解吸（放湿）曲线,图,1-2,回吸（吸湿）,解吸,（放湿）,五、水分活度与食品稳定性：,1,、水分活度与微生物的生长繁殖的关系：,各类微生物生长都需要一定的水分活度，换句话说，只有食物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。一般说来，细菌为,aw0.9,，酵母为,aw0.87,，霉菌为,aw0.8,。一些耐渗透压微生物除外。,水分活度低于,0.6,时,任何微生物都不生长,.,2,、水分活度与生化反应的关系,(1),：,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，另一方面影响酶的构象。食品体系中大多数的酶类物质在水分活度小于,0.85,时，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。,2,、水分活度与生化反应的关系,(2),：,Maillard,反应：水分活度大于,0.7,时底物被稀释。,水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大。,食品加工中水分的变化,奶粉，蛋粉，椰子粉,红枣，萝卜干，葡萄干,广东香肠,干制（干燥、脱水）原理：,水分经由内部扩散而表面蒸发气化。经干制食品的自由水降低，水分活度降低。,炼奶，浓缩果汁，果酱,浓缩原理：浓缩后物料的自由水降低，水分活度降低。,思考题,1,、食品的水分活度与食品稳定性有什么关系？,2,、自由水与结合水有什么区别？,