第二章水Chapter2Water

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,*,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,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,*,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,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,*,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,*,*,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,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,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,*,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,*,第二章,水,Chapter 2 Water,一、食品中的水分含量及功能,二、食品中的水分状态及,与溶质间的相互关系,三、水分活度,四、水对食品的影响,五、分子流动性与食品稳定性,一、,食品中的水分含量及功能,（一）,水分含量,一般生物体及食品中水分含量为,3,97%,某些食品的水分含量见表,21,。,表,21,某些食品的水分含量,食品 水分含量,(%),白菜，菠菜,9095,猪肉,5360,新鲜蛋,74,奶,88,冰淇淋,65,大米,12,面包,35,饼干,38,奶油,1520,水果,75-95,（二）水的功能,1,、水在生物体内的功能,稳定生物大分子的构象，使表现特异的生物活性,体内化学介质，使生物化学反应顺利进行,营养物质，代谢载体,热容量大，调节体温,润滑作用,2,、食品功能,组成成分,显示色、香、味、形、质构特征,分散蛋白质、淀粉、形成溶胶,影响鲜度、硬度,影响加工，起浸透、膨胀作用,影响储藏性,二、,食品中的水分状态及 与溶质间的相互关系,（一）水分状态,1,、结合水,（束缚水，,bound water,，化学结合水）,可分为单分子层水（,monolayer water,），多分子层水（,multilayer water,）,作用力：配位键，氢键，部分离子键,特点：在,-40,以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂,与纯水比较分子平均运动大大减少,不能被微生物利用。,2,、自由水,（,free water,）（体相水，游离水，吸湿水）,可分为滞化水、毛细管水、自由流动水（截留水、自由水）,作用力：物理方式截留，生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留；毛细管力,特点：可结冰，溶解溶质；测定水分含量时的减少量；可被微生物利用。,（二）水与溶质间的关系,1,、水与离子和离子基团的相互作用,作用力：极性结合，偶极,离子相互作用,阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质；,水,离子键的强度大于水,水氢键；,破坏水的正常结构,阻止水在,0,时结冰，对冰的形成造成一种阻力；,改变水的结构的能力与离子的极化力有关。,2,、水与可形成氢键的中性基团的相互作用,水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键；,作用力小于水与离子间作用力；流动性小；对水的网状结构影响小；阻碍水结冰；,大分子内或大分子间产生“水桥”,3,、水与非极性物质的相互作用,笼形水合物的形成：由于非极性基团与水分子产生斥力，使疏水基团附近的水分子间氢键键合力 熵值,s 20,74,个水分子将“客体”包在其中，形成“笼形水合物”。,作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用,三、水分活度,Water activity,（一,),概念,问题：,(1),含水,18%,的果脯与含水,18%,的小麦比较，哪种耐储藏？,(2),含水量标准：大豆、油菜籽,9%,，玉米,14%,水分活度,食品中水分逸出的程度，可以用食品中水的蒸汽压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示，也可以用平衡相对湿度表示。,Aw=f,（溶液中水的逸度）,/,fo,(,纯水的逸度）,P,（食品中水的蒸汽压）,/Po,（纯水饱和蒸汽压）,因为纯水的水分活度,=1,所以溶液的水分活度,1,由拉乌尔定理（理想稀溶液）,P=P,0,X,1,(X,1,溶剂摩尔分数,),（,P/P,0,=X,1,),Aw=P/P,0,=n,1,/(n,1,+n,2,),（,n,1,、,n,2,-,溶剂、溶质摩尔分数）,例如：,2mol,蔗糖溶于,1000g H,2,O,中,1000/18.016=55.5 (mol),Aw=n,1,/(n,1,+n,2,)=55.5/(55.5+2),=0.9652=96.52%,所以，,Aw,可以用平衡相对湿度,ERH,表示,(equilibrium relative humidity),即,Aw=P/P0=ERH/100,只有当溶质是非电解质且浓度小于,1mol/L,的,稀溶液时,其水分活度才可以按,Aw=n,1,/(n,1,+n,2,),计算,:,溶质,B Aw,理想溶液,0.9823=55.51/(55.51+1),丙三醇,0.9816,蔗糖,0.9806,氯化钠,0.967,氯化钙,0.945,B:1,千克水,(,约,55.51mol),溶解,1mol,溶质,（二）,Aw,与温度的关系,1,、,Aw,随着温度的变化而变化,Clasius-Clapeyron,方程,d,lnAw/d,(1/T)=-H/R,图,2-4,（,P23,图,2-14,）可以看出,:,含水量相等时，温度越高，,Aw,越大。,2,、低于冰点时，,Aw,与温度的关系,Aw=,Pff,（部分冻结食品中过冷水蒸气分压）（,scw,纯过冷水蒸气压）,ice,（纯冰蒸气压）（,scw,）,图,2-5,（,P23,图,15,）复杂食品在冰点以上和冰点以下时,Aw,和温度的关系,(1),低于冰点时，,Aw,与成线性关系,(2),冰点时，出现折断,(3),温度对,Aw,的影响远大于冰点以上（陡些）,3,、结论,高于冰点时，,Aw,与食品组成及有关，其中食品组成是主要因素，当组成水同，上升，则,Aw,上升。,低于冰点时，,Aw,与食品组成无关，仅与温度有关。,冰点以上或以下，,Aw,对食品稳定性影响是不同的。,例：,-,，,Aw,0.86,微生物不繁殖,，,Aw,0.86,微生物繁殖,（三）吸湿等温线（,MSI),Moisture Sorption Isotherms,1,、概念及意义,在等温条件下，以食品含水量为纵坐标，以,Aw,为横坐标作图，所得曲线称为吸湿等温线。,图,2-6,，,2-7,（,P24,图,16,2-17,）吸湿性食品的吸湿等温线,不同食品，因其化学组成和组织结构不同，对水束缚能力不一样，有不同的吸湿等温线，但都为型。,图,8,（,P25,图,1,）各种食品和生物物质的回吸等温线,意义：吸湿等温线表示了食品的,Aw,与含水量对应关系，除去水（浓缩、干燥）的难易程度与,Aw,有关，配制食品混合应注意水在配料间的转移，测定包装材料的阻湿性质，测定一定水分含量与微生物生长的关系，预测食品稳定性与水分含量的关系。,因为升高，,Aw,升高，对同一食品，升高，形状近似不变，曲线位置向下方移动,图,不同温度下马铃薯的吸湿等温线,2,、吸湿等温线与温度的关系,3,、吸湿等温线的滞后现象,测定水加入干燥食品的吸湿（吸附）等温线；测定高水分食品脱水的解吸等温线；二线不完全重合，显示吸湿等温线滞后环。这一吸湿（吸附）等温线与解吸等温线不完全重合的现象称为吸湿等温线的滞后现象。,在,Aw,同，对应的水分含量，吸湿,解吸 说明：吸湿到食品内的水，还未充分被食品组分束缚，没有使食品,“,复原,”,。,问题：在,130,烘箱中烘烤,60,分钟，结果如何？,食品品种不同，滞后环不同；同一食品，不同温度，滞后环不同。,滞后现象产生的原因,解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分,.,不规则形状产生毛细管现象的部位,欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压,(,要抽出需,P,内,P,外,要填满则需,P,外,P,内,).,解吸作用时,因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水,由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的,aw.,4,、吸湿等温线分区,为了说明吸湿等温线内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为,、,、,区。,区：,Aw=0,0.25,约,0,0.07g,水,/g,干物质,作用力：,H,2,O,离子，,H,2,O,偶极，配位键,属单分子层水（含水合离子内层水）,不能作溶剂，,-40,以上不结冰，与腐败无关,区：,Aw=0.25,0.8,（加,区，,0.45gH,2,O/g,干）,作用力：氢键：,H,2,O,H,2,O,H,2,O,溶质,属多分子层水，加上,区约占高水食品的,5%,，不作溶剂，,-40,以上不结冰，但接近,0.8,（,Aw,）的食品，可能有变质现象。,区：新增的水为自由水，,（截留,+,流动）多者可达,20g H,2,O/g,干物质,可结冰，可作溶剂,划分区不是绝对的，可有交叉，连续变化,5,、吸湿等温方程式,因为计算单分子层水值具有实际意义，可准确预测干燥产品最大稳定性时的含水量。,据热力学、动力学、统计学、经修改的吸湿等温线方程式如下（,BET,等温式：,P 28,，,2-7,式）,图,2-12,（,P29,图,2,23,）天然马铃薯淀粉的,BET,图,（回吸数据，,20,）,a=3/0.281=10.7 b=0.6,所以，,m1=1/(10.7+0.6)=0.88g H2O/g,干物质）,m1,=0.088/1.088=8.09%AW=0.2(,相当于,),由于水分活度影响食品的质量，食品在存放过程中，通过包装创造一个适宜的环境。,吸湿性食品 吸湿等温线较陡，为保,Aw,限定值，需密封包装，如速溶咖啡，,Aw,（限）,ERH/100,时，食品失水，如胶凝食品，（防止失水）包装应保护防止失水。,无吸湿性食品一般包装，如蔗糖,混成食品，注意,Aw,的变化。,例如：脱水蔬菜,2%,与 淀粉,13%,混合，脱水蔬菜升高,8%,，发生非酶褐变,。,6,、,吸湿等温线与食品包装,四、水对食品的影响,（一）,Aw,与食品的稳定性,1,、,Aw,与微生物生长,微生物的生长繁殖需要水，适宜的,Aw,一般情况如下，,Aw 0.90,大多数细菌,0.87,大多酵母,0.80,大多霉菌,0.8,0.6,耐盐、干、渗透 压细菌、酵母、霉菌,0.50,任何微生物均不生长繁殖,水可作为介质，活化底物和酶,Aw 0.8,大多数酶活力受到抑制,Aw=0.25,0.3,淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力,而脂肪酶在,Aw=0.1,0.5,仍保持其活性，如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖，易与氧作用）,2.4.1.3 Aw,与非酶褐变,Aw 0.7,v,降低（因为,H,2,O,稀释了反应物浓度。,2,、,Aw,与酶促反应,3,、,Aw,与脂肪氧化酸败,影响复杂：,Aw 0.4 Aw V,（,H,2,O,溶解,O,2,，溶胀后催化部位暴露，氧化,V,）,Aw 0.8 Aw V(,稀释浓度,),4,、,Aw,与水溶性色素分解，维生素分解,Aw V,分解 ,食品结冰时非冻结相中，（未凝固水），溶质变浓，冰的体积增加,9%,由于浓缩效应，未冻结的,pH,、粘度、离子强度、氧化还原电位、胶体性质等发生变化。（温度与浓缩综合效应，,V,）,加速一些化学反应：蔗糖在酸催化下水解反应，肌红蛋白褐变 蛋白质变性,S,氧化反应（,V,C,、脂肪、,V,A,、,V,E,、,-,胡萝卜素,）,酶催化反应（糖原损失、乳酸，高能磷酸盐降解,）,（二）结冰对食品稳定性影响,水,%,、,Aw,对干、半干、中湿食品质构有影响,低,Aw,：饼干 脆性,油炸土豆片 脆性,硬糖 防粘,固体饮料 防结块,中湿：软糖 防变硬,蛋糕 防变硬,面包 防变硬,冷冻方式对质构的影响,速冻、小晶体破坏小；慢冻，大冰晶破坏大,干燥方法对质构