水分ppt课件

1 水 分,1,理解水在食品中的功能； 掌握食品中水的存在状态、各种水的性质，水分活度的定义， 理解水分活度与温度的关系，等温吸湿曲线的定义以及等温吸湿曲线上不同部分水的特性。 理解并能运用水分活度与食品稳定性的关系。,知识目标,2,素质目标 培养学生积极向上的人生态度，严谨细致、勤奋努力的学习作风。 能力目标 能够解释在冰点以上及以下时，样品的水分活度与温度的关系；掌握等温吸湿曲线的意义、测定方法及其在实际生产中的应用；会应用水分活度与确定食品的稳定性。,3,教学重点： 水的功能、食品中水的存在状态。,教学难点： 水分活度和等温吸湿曲线及其在食品加工中的应用。,教学方法： 理论联系实际，从生活实例引出，提高学生兴趣。,4,本 单 元 主 要 内 容,水分活度与食品稳定性的关系,水在生物体中的含量及作用,水在食品中的的功能,食品中水的存在状态,水分活度和等温吸湿曲线,5,一、水在生物体中的含量及作用,1.含量：最多 （1）不同生物含量不同：水母97%、毛豆60% （2）不同结构含量不同：骨22%、肌肉76%、脑7084% （3）不同生长阶段含量不同：婴儿72%、成人65%、老人50%,2.水的生理作用 （1）水可以输送养分到身体每个细胞、并且输出废物到肺、肾再排泄体外。 （2）水是良好的溶剂，利于并直接参与生物体内的化学反应进行。 （3）水能像软垫般保护生物体内各细胞组织并具有润滑作用。 （4)水能维持机体温度的稳定。 （5）对植物来说，水分能保持植物的固有的姿态。,6,现在我们来理解下面几种现象：,1.人体是由细胞组成的，细胞中最多的成分就是水，没有水细胞就会脱水而死亡。 2.人体的体温是通过水来调节的，所以为什么我们在剧烈运动后和天气炎热时会大量出汗，水分的蒸发能带走热量。 3.我们每天都会小便，尿液中有什么？大量的水，还有什么？毒素！小便就是在排毒。 4.新生儿为什么皮肤特别细嫩？因为皮肤中水份含量非常高！老年人为什么满脸皱纹？因为皮肤都脱水了！,7,二、水在食品中的功能,水在食品工艺学方面的功能,食品理化性质：,起着溶解、分散蛋白质、淀粉等水溶性成分的作用,食品质地方面：,对食品的新鲜度、硬度、风味、流动性、色泽、耐贮性和加工适应性有影响,食品安全性：,水是微生物繁殖的必需条件,食品工艺角度：,水起着膨润、浸透、均匀 化等功能； 大多数食品加工的单元操 作都与水有关，如干燥、 浓缩、冷冻、水的固定等,8,三、食品中水的存在状态,水,自由水,化合水,自由流动水,滞化水,邻近水,多层水,结合水,（一）食品中水的分类,9,表1-2 食品中水的分类与特征,10,（二）食品中水的性质,11,四、水分活度与等温吸湿曲线,食品的水分含量食品的腐败性 存在相关性 但发现水分含量相同，腐败性显著不同 水分含量不是一个腐败性的可靠指标 水分活度Aw 水与非水成分缔合强度上的差别 比水分含量更可靠，也并非完全可靠 与微生物生长和许多降解反应具有相关性,怎样理解水分活度呢？,12,13,水分活度(water activity) 是指食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值,可用下式表示:,1.水分活度Water activity(Aw)的定义,14,Aw与产品环境的百分平衡相对湿度（ERH）有关,Aw是样品的内在品质，ERH是与样品平衡的大气的性质 仅当产品与环境达到平衡时，关系式才能成立,ERH (Equlibrium Relative Humidity),15,式中：N是溶剂摩尔分数，n1为溶剂摩尔分数，n2为溶质摩尔分数。 可通过n2可通过测定样品的冰点，然后按下面的式子计算求得。,式中：G是样品中溶剂的克数；,是冰点降低（）；,从式中可见，在理想溶液中，溶剂分子的蒸汽压P与溶剂的摩尔数n1成正比例。由于物质溶于水后该溶液的蒸汽压总要低于纯水的蒸汽压，所以水分活度值介于01之间。,是水的摩尔冰点降低常数（1.86）。,16,2.水分活度的测定,（1）冰点测定法； （2）相对湿度传感器测定方法： （3）恒定相对湿度平衡室法：,17,水分含量相同，温度不同，Aw不同 Clausius-Clapeyron公式,T 绝对温度 R 气体常数 H 纯水的汽化潜热 K 达到同样水蒸汽压时食品温度比纯水温度高出的比值,3.水分活度与温度的关系,18,在冰点以下也是线性的 温度对Aw的影响 冰点以下冰点以上 直线出现明显的折断,2.水分活度与温度的关系,19,2.水分活度与温度的关系,冰点以下食品的Aw,Pff 部分冻结食品中水的分压 P0 (scw) 纯的过冷水的蒸汽压 P(ice) 纯冰的蒸汽压,20,2.水分活度与温度的关系,比较冰点以上和冰点以下Aw:,在冰点以上，Aw是样品组成与温度的函数，前者是主要的因素; 在冰点以下，Aw与样品的组成无关，而仅与温度有关，即冰相存在时， Aw不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据Aw 预测受溶质影响的反应过程 不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度的Aw 当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品稳定性而言，水分活度的意义也改变了,21,（1）等温吸湿曲线的定义,等温吸湿曲线(Moisture sorption isotherms,MSI)， 在恒定温度下，使食品吸湿或干燥，所得到的食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关系曲线。,4.等温吸湿曲线,22,高水分食品的MSI,从正常至干燥的整个水分含量范围,（1）等温吸湿曲线的定义,23,低水分食品的MSI,加水回吸时，试样的组成从区（干）移至区（高水分） 各区相关的水的性质存在着显著的差别（实际是连续变化的）,（1）等温吸湿曲线的定义,24,区的水的性质：,构成水和邻近水 最强烈地吸附 最少流动 水离子或水偶极相互作用 在-40不结冰 不能作为溶剂 看作固体的一部分 占总水量极小部分,（1）等温吸湿曲线的定义,25,BET单层：,区和接界 一个试样含有的相当于区 和区接界的水分含量 相当于一个干制品能呈现最高的稳定性时含有的最大水分含量,（1）等温吸湿曲线的定义,26,区的水的性质：,多层水 通过氢键与相邻的水分子和溶质分子缔合 流动性比体相水稍差 大部分在-40不结冰 导致固体基质的初步肿胀 区和区的水占总水分的5%以下,（1）等温吸湿曲线的定义,27,区的水的性质：,体相水 被物理截留或自由的 宏观运动受阻 性质与稀盐溶液中的水类似 占总水分的95%以上,（1）等温吸湿曲线的定义,28,小结：,（1）等温吸湿曲线的定义,29,（2）不同食品类型的MSI,30,（3)MSI与温度的关系,水分含量一定 T，Aw Aw一定 T，水分含量,31,5.滞后现象（Hysteresis）,回吸：把水加到干的样品中 解吸：先使样品吸水饱和，再干燥 滞后现象（Hysteresis）： 回吸与解吸所得的等温线不重叠现象即为“滞后现象”（Hysteresis）。,32,5.滞后现象（Hysteresis）,滞后环,一般来说，当Aw一定时，解吸过程中食品的水分含量大于回吸过程中水分含量。 解吸线在上方 滞后环形状取决于 食品品种 温度,33,高糖-高果胶食品,空气干燥苹果 总的滞后现象明显 滞后出现在真实单层水区域 Aw0.65时，不存在滞后,滞后环的形状食品品种,34,高蛋白食品,冷冻干燥熟猪肉 Aw0.85开始出现滞后 滞后不严重 回吸和解吸等温线均保持S形,滞后环的形状食品品种,35,淀粉质食品,冷冻干燥大米 存在大的滞后环 Aw=0.70时最严重,滞后环的形状食品品种,36,T 滞后程度减轻 滞后的Aw起始点 滞后环在等温线上的跨度,滞后环的形状温度,37,38,滞后现象的现实意义,鸡肉和猪肉Aw=0.750.84，解吸时脂肪氧化速度高于回吸 Aw一定，解吸样品的水分高于回吸 高水分样品粘度低，催化剂流动性好，基质的肿胀使催化部位暴露 氧的扩散系数提高 控制微生物生长，解吸方法比回吸方法制备样品时要达到更低的Aw,39,五、水分活度与食品稳定性,含水量在邻近水层以下就能维持食品的稳定。,40,微生物 化学稳定性 油脂氧化 非酶褐变 蛋白质变性 淀粉老化 香气的保持力,影响食品 稳定性的因素,41,1.水分活度与微生物的关系,42,首次出现最低反应速度时的水分含量相当于“BET”水分含量 一般情况，Aw，反应速度,2.化学稳定性Aw,Aw,43,2.化学稳定性Aw,Aw,低Aw(0.25-0.3)，不反应,原因： 传播限制 低水分活度不能允许酶和底物的结合。,44,(1) Aw： 0-0.33范围内 随Aw,反应速度 过分干燥，食品稳定性下降,3. 油脂氧化 Aw,Aw,原因 : 水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合,保护氢过氧化物的分解,阻止氧化进行 水与金属离子水合,降低了催化性,45,(2) Aw：0.33-0.73范围内 随Aw,反应速度,3. 油脂氧化 Aw,Aw,原因 : 水中溶解氧增加 大分子物质肿胀,活性位 点暴露加速脂类氧化 催化剂和氧的流动性增加,46,(3) Aw 0.8 随Aw,反应速度增加很缓慢,3. 油脂氧化 Aw,Aw,原因 : 催化剂和反应物被稀释,阻滞氧化,47,4. 非酶褐变Aw,Aw,非酶褐变反应可发生在中、低水分含量的食品中,Aw,48,Aw,低Aw(0.2)，反应速度极低或不反应,4. 非酶褐变Aw,49,Aw,中等至高Aw，反应速度最高水是一个产物，水含量继续增加，会稀释中间产物的浓度，导致产物抑制作用,4. 非酶褐变Aw,50,增加水分活度可以增加蛋白质氧化的速度 蛋白质变性 蛋白质变性在低水分活度(0.4%)反应很慢。 当水分活度低于0.2%，蛋白质变性不发生。,5. 蛋白质变性 Aw,原因 : 水分能使蛋白质膨润,体积增大,暴露出长链中可氧化的基团,Aw的增大会加速蛋白质的氧化,破坏蛋白质的结构,导致其变性.,51,6. 淀粉老化 Aw,食品在较高Aw(30-60%)的情况下,淀粉老化速度最快; 如果降低Aw,则老化速度减慢,若含水量降至于10%-15%,则食品中水分多呈结合态,淀粉几乎不发生老化.,52,滋味和香气保持力与低水分含量密切相关。,7. 香气保持力 Aw,挥发性化合物 必须 散播 到表面. 散播要依靠温度和水分含量。,53,8.结构与质地的变化Aw,结构的变化常常发生在临界水分活度之上。,结构上典型的变化包括：物理结构的塌陷、粘性、粘结、脆性消失。,54,作业：,1. 请分析图中各区及分界的水的性质。,2. 请比较冰点以上和冰点以下Aw的差异。,3. 请至少从4个方面分析Aw与食品稳定性的关系。,55,