食品化學(xué)第1章水分

1、Questions v what is the most important nutrient?WATER Water FunctionsImportant component of food.1. Universal solvent (salt, vitamins, sugar, gases, pigment) 核桃熱水去皮除苦、鮮黃花菜2. Capable of ionizing (H3O+, OH-)3. Affects the texture4. Chemical reactions (hydrolysis of protein = n amino acids)5. Stabilizi

2、ng the colloids by hydration，生物大分子構(gòu)像的穩(wěn)定劑生物大分子構(gòu)像的穩(wěn)定劑 6. Necessary for micro-organisms growth氫原子失去ls電子就成為H+，H+實際上是氫原子的核,即質(zhì)子。由于質(zhì)子的半徑為氫原子半徑的幾萬分之一，因此質(zhì)子具有很強(qiáng)的電場，能使鄰近的原子或分子強(qiáng)烈地變形。H+在水溶液中與H2O結(jié)合，以水合氫離子(H3O+)存在。 stabilizing 英 steiblaizi colloid 英 klid 美 kld 膠體(的) hydration 英 haidrein水合,水合作用 構(gòu)像構(gòu)像(conformation)指一

3、個分子中，不改變共價鍵結(jié)構(gòu),僅單鍵周圍的原子放置所產(chǎn)生的空間排布.一種構(gòu)像改變?yōu)榱硪环N構(gòu)像時,不要求共價鍵的斷裂和重新形成.補(bǔ)充Questions v types of water為防止水的活躍造成食品腐敗，可以采?。?干燥、濃縮 脫水 冷凍復(fù)水、解凍 食品很難回復(fù)到以前的狀態(tài)，且易腐敗 對水、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、了解食品中水的類型；了解食品中水的類型；2、掌握、掌握Aw及其與食品穩(wěn)定性的關(guān)系；及其與食品穩(wěn)定性的關(guān)系；3、了解、了解MSI分區(qū)及與食品中水分類型的對應(yīng)關(guān)系；分區(qū)及與食品中水分類型的對應(yīng)關(guān)系；4、掌握水結(jié)冰

4、的過程并解釋速凍和緩凍對食品質(zhì)量、掌握水結(jié)冰的過程并解釋速凍和緩凍對食品質(zhì)量 屬性的影響屬性的影響 。重點難點重點難點 重點：食品的凍結(jié)保藏；重點：食品的凍結(jié)保藏； 難點：吸濕等溫線。難點：吸濕等溫線?；緝?nèi)容基本內(nèi)容 1、食品中水的類型；、食品中水的類型； 2、水分活度及其與食品穩(wěn)定性的關(guān)系；、水分活度及其與食品穩(wěn)定性的關(guān)系； 3、吸濕等溫線；、吸濕等溫線； 4、食品的凍結(jié)保藏。、食品的凍結(jié)保藏。 從從物化方面物化方面來看，水可分散蛋白質(zhì)和淀來看，水可分散蛋白質(zhì)和淀粉，使它們形成溶膠或溶液；從粉，使它們形成溶膠或溶液；從化學(xué)方面化學(xué)方面來來看，水對食品的新鮮程度、外觀、質(zhì)地、風(fēng)看，水對食品的

5、新鮮程度、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、保藏性和腐敗變質(zhì)的敏感性產(chǎn)生極大的味、保藏性和腐敗變質(zhì)的敏感性產(chǎn)生極大的影響；在影響；在食品加工食品加工過程中，水可發(fā)揮膨潤和過程中，水可發(fā)揮膨潤和浸透作用等。浸透作用等。 第一節(jié)第一節(jié) 水與冰的結(jié)構(gòu)（水與冰的結(jié)構(gòu)（Struture） （一）水分子的結(jié)構(gòu)（一）水分子的結(jié)構(gòu)單個水分子的結(jié)構(gòu): 水分子中，H原子與O原子形成2個共價鍵。1.1.分子的極性分子的極性 分子中正、負(fù)電荷中心不重合，正電荷集中的點為“+”極，負(fù)電荷集中的點為“”極，這樣分子產(chǎn)生了偶極，稱為極性分子極性分子（由于兩個原子吸引電子的能力不同，共用電子對必然偏向吸引電子能力較強(qiáng)的原子一方，因而吸引電子

6、能力較弱的原子一方相對的顯正電性）；有的分子正、負(fù)電荷中心重合，不產(chǎn)生偶極，稱為非極性分子非極性分子。2.2.范德華半徑范德華半徑 在分子晶體中，分子之間以范德華力相互接近，這時非鍵的兩個同種原子核間距離的一半，稱為范德華半徑范德華半徑。3.3.偶極矩偶極矩 衡量分子極性的大小，德拜（DebyeDebye）在1912年提出： 分子中電荷中心上的電荷量與正、負(fù)電荷中心間距離的乘積。偶極矩是一個矢量，既有數(shù)量又有方向，其方向是從正極到負(fù)極。補(bǔ)充（二）水分子的締合（二）水分子的締合 （P10圖圖1-2） 配位數(shù) 每個水分子都有每個水分子都有2個個H鍵供體和受體部位，鍵供體和受體部位，眾多的水分子便通

7、過眾多的水分子便通過H鍵締合成三維取向的鍵締合成三維取向的立體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu) 每個水分子最多能與其他每個水分子最多能與其他4個水分子個水分子H鍵，鍵，形成四面體結(jié)構(gòu)形成四面體結(jié)構(gòu) 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 K

8、cal/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 effectiven

9、ess 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；親和性 covalent 英 kuveilnt共有原子價的,共價的MW: Molecular Weight MP(C): Melting Point BP(C): Boiling Pointsolute 英 slju:t溶解物,溶質(zhì)dielect

10、ric constant: 【介電常數(shù)permittivity 】又稱為“電容率”或“相對電容率”在同一電容器中用某一物質(zhì)作為電介質(zhì)時的電容與其中為真空時電容的比值稱為該物質(zhì)的“介電常數(shù)”。 D=The Capacity of Condenser of a Material/The Capacity of Condenser of Vacuum Condition 電介質(zhì)經(jīng)常是絕緣體,蒸餾水如果保持沒有雜質(zhì)的話是好的電介質(zhì)，其相對介電常數(shù)約為80。 di-、mono-、poly-vacuum 英 vkjum 補(bǔ)充THE EFFECTS OF HYDROGEN BONDS OF WATERH2S

11、34-86-16H2O180100CompoundsMWMP(C) BP(C)CH416-184 -164 氨分子有三個氨分子有三個H給體一個給體一個H受體；受體； 氟化氫有一個氟化氫有一個H給體三個給體三個H受體（受體（F原子上有三對孤對電子，原子上有三對孤對電子，H原子核與另一個原子核與另一個HF分子中分子中F原子的原子的某一某一孤對電子之間形成氫鍵）孤對電子之間形成氫鍵） 所以所以NH3、HF分子在固、液甚至氣態(tài)時都以鋸齒形鏈相聚合。分子在固、液甚至氣態(tài)時都以鋸齒形鏈相聚合。 水的主要物理特性：水的主要物理特性：a.水的熔點、沸點、介電常數(shù)、表面張力、熱容和相變熱均比質(zhì)量和組成相近的分子

12、（NH3、HF、CH4 、H2S 、 H2Se）高得多。b.水的密度較低，水在凍結(jié)時體積增加，表現(xiàn)出異常的膨脹行為，這會使得含水食品在凍結(jié)過程中組織結(jié)構(gòu)遭到破壞。（三）冰的結(jié)構(gòu)（三）冰的結(jié)構(gòu)（P11圖圖1-3） 冰是水分子通過氫鍵相互結(jié)合、有序排列形成的低密度、具有一定剛性的立方形晶體結(jié)構(gòu)。 在冰的晶體結(jié)構(gòu)中，每個水和另外4 4個水分子相互締合。 水利用其自身的每個分子都能通過水利用其自身的每個分子都能通過H鍵與相鍵與相鄰鄰4個分子締合的能力。在個分子締合的能力。在00C以下時，生成以下時，生成結(jié)構(gòu)相當(dāng)開闊的冰的晶體。結(jié)構(gòu)相當(dāng)開闊的冰的晶體。 冰晶的最小單位是冰晶胞。每個晶胞中含冰晶的最小單位

13、是冰晶胞。每個晶胞中含4個水分子。個水分子。 冰有冰有11種結(jié)構(gòu)，在常壓和種結(jié)構(gòu)，在常壓和00C時，只有普通時，只有普通正六方晶系是穩(wěn)定的。大多數(shù)冷凍食品中的正六方晶系是穩(wěn)定的。大多數(shù)冷凍食品中的冰晶體是高度有序的六方形結(jié)構(gòu)。冰晶體是高度有序的六方形結(jié)構(gòu)。過冷現(xiàn)象：純水在冷凍時，盡管冰點是0，但常不在0結(jié)冰，出現(xiàn)過冷狀態(tài)，只有當(dāng)溫度降低到零下某一溫度時才可能出現(xiàn)結(jié)晶（其他方法？ 加入晶核，如固體顆粒，或振動）。現(xiàn)代食品冷藏技術(shù)中提倡 ，因為形成的冰晶細(xì)小，呈針狀，凍結(jié)時間短且微生物活動受到更大限制，從而保證了食品品質(zhì)。速凍（四）液態(tài)水的結(jié)構(gòu)（四）液態(tài)水的結(jié)構(gòu) 液態(tài)水中的水分子通過氫鍵締合形成水

14、分液態(tài)水中的水分子通過氫鍵締合形成水分子簇。此水分子簇具有與冰晶類似的結(jié)構(gòu)，但子簇。此水分子簇具有與冰晶類似的結(jié)構(gòu)，但有些氫鍵已斷裂或被扭曲。隨著溫度的升高，有些氫鍵已斷裂或被扭曲。隨著溫度的升高，液態(tài)水中出現(xiàn)了越來越多單個的水分子，它們液態(tài)水中出現(xiàn)了越來越多單個的水分子，它們可以進(jìn)入水分子簇內(nèi)似冰結(jié)構(gòu)的空隙中?？梢赃M(jìn)入水分子簇內(nèi)似冰結(jié)構(gòu)的空隙中。因此，因此，液態(tài)水的密度比冰大。液態(tài)水的密度比冰大。 第二節(jié)第二節(jié) 食品中水的類型（食品中水的類型（Types） 劃分依據(jù)：劃分依據(jù)：水在食品中所處狀態(tài)的不同以及與非水在食品中所處狀態(tài)的不同以及與非水組分結(jié)合強(qiáng)弱的不同（水組分結(jié)合強(qiáng)弱的不同（degr

15、ee of water bindness）。）。結(jié)合水食食品品中中水水的的存存在在形形式式游離水化合水單層水 多層水滯化水毛細(xì)管水自由流動水定義: :與非水物質(zhì)呈緊密結(jié)合狀態(tài)的水；特點: :非必要的組分，-40不結(jié)冰， 無溶劑能力，不能被微生物利用； 單分單分子層子層水水定義: :處非外圍，與非呈締合狀態(tài)的水；特點: :-40不結(jié)冰，無溶劑能力，不能被微 生物利用； 定義: :處單層水外圍，與單以氫鍵或偶極力結(jié)合；特點: :有一定厚度（多層），-40基本不結(jié)冰，無溶 劑能力，可被蒸發(fā)； 定義: :被組織中的顯微結(jié)構(gòu)或亞顯微結(jié)構(gòu)或膜滯留；特點: :不能自由流動，與非沒關(guān)系； 定義: :由細(xì)胞間隙

16、等形成的毛細(xì)管力所系留的水；特點: :理化性質(zhì)同滯化水相同； 定義: :以游離態(tài)存在的水；特點: :可正常結(jié)冰，具有溶劑能力，微生物可利用。 一、游離水（一、游離水（Free water）或體相水（）或體相水（Bulk water） 食品中被生物膜或凝膠內(nèi)大分子交聯(lián)成的網(wǎng)絡(luò)所截留的水。食品中被生物膜或凝膠內(nèi)大分子交聯(lián)成的網(wǎng)絡(luò)所截留的水。主要存在于富水的細(xì)胞中或凝膠塊中，屬自由水。主要存在于富水的細(xì)胞中或凝膠塊中，屬自由水。 1 1、可作為溶劑，、可作為溶劑，-40-400 0C C下可結(jié)冰；下可結(jié)冰； 2 2、與食品的風(fēng)味、硬度和韌性有關(guān)。、與食品的風(fēng)味、硬度和韌性有關(guān)。 Free or Mo

17、bile Water - consisted with ideal solution(理想溶液). 二、結(jié)合水（束縛水）二、結(jié)合水（束縛水）(Bound water, Immobilized water) 食品中與各非水組分以氫鍵結(jié)合的水，與非水組分食品中與各非水組分以氫鍵結(jié)合的水，與非水組分結(jié)合最為牢固。結(jié)合最為牢固。不能作為溶劑，不能作為溶劑，-40-400 0C C下不能結(jié)冰。下不能結(jié)冰。單分子層水（單分子層水（Monolayer water） 與非水組分中強(qiáng)極性基團(tuán)（與非水組分中強(qiáng)極性基團(tuán)（-COOH、-NH2等）等）直接以氫鍵結(jié)合的第一個水分子層中的水。直接以氫鍵結(jié)合的第一個水分子層

18、中的水。 1、與非水組分結(jié)合最牢固，蒸發(fā)能力很弱；、與非水組分結(jié)合最牢固，蒸發(fā)能力很弱； 2、不能被微生物利用，不能作為介質(zhì)。、不能被微生物利用，不能作為介質(zhì)。 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 。單層值（單層值（BET）的意義）的意義 單分子層水，其量為單層值（單分子層

19、水，其量為單層值（Brunauer, Emmett and Teller BET）:一般食品（尤為干燥食品），其水一般食品（尤為干燥食品），其水%接近單層值時，有最大的穩(wěn)定性。確定某種食品接近單層值時，有最大的穩(wěn)定性。確定某種食品的單層值對其保藏非常重要。的單層值對其保藏非常重要。BET Monolayer Determination（BET單層值的計算）單層值的計算）(Aw)多分子層水（多分子層水（Multilayer water） 強(qiáng)極性基團(tuán)單分子層外的水分子層中的水以及強(qiáng)極性基團(tuán)單分子層外的水分子層中的水以及與非水組分中弱極性基團(tuán)以氫鍵相結(jié)合的水。與非水組分中弱極性基團(tuán)以氫鍵相結(jié)合的水。

20、 1、被束縛的程度弱于單分子層水，但與非水、被束縛的程度弱于單分子層水，但與非水組分間的結(jié)合仍牢固；組分間的結(jié)合仍牢固； 2、蒸發(fā)的能力也較弱。、蒸發(fā)的能力也較弱。但干燥食品吸收了這但干燥食品吸收了這部分水后，非水組分開始膨脹部分水后，非水組分開始膨脹 。 Multilayer Water - additional layer of water around food particle. Not as hard to remove as the monolayer. （P16圖圖1-8,ab）1.L狀2.P折疊 Relationship between water and perishabil

21、ity Various foods with the same water content differ significantly in perishability Water content alone is not reliable Importance of water associations with non-aqueous constituents to support deteriorative activities Rates of deteriorative changes and microbial growth at normal food storage condit

22、ions often depend on water content and aw.第三節(jié)第三節(jié) Aw與食品穩(wěn)定性（與食品穩(wěn)定性（Stability） 不同種類的食品即使水分含量相同，但其腐敗變質(zhì)的難易程度也有明顯的差異。 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.

23、一定溫度下樣品水分蒸汽壓與純水蒸汽壓的比值一定溫度下樣品水分蒸汽壓與純水蒸汽壓的比值。 公式公式：Aw=f/fAw=f/f0 0p/pp/p0 0（相對蒸汽壓RVP）=ERH=ERHAw-水分活度;f-溶劑水的逸度；f0-純水的逸度；p-樣品中水的蒸汽分壓;p0-同溫下純水的蒸汽壓;ERH-樣品周圍空氣不與樣品換濕時的平均相對濕度。Aw的值（0-1） 在室溫和大氣壓條什下，樣品的平衡相對濕度和相對逸度之間的差別低于1%，因此，將食品樣品的相對濕度定義為它的活度不會引入顯著的誤差 Aw是食品的內(nèi)在的性質(zhì)，與食品組成、是食品的內(nèi)在的性質(zhì)，與食品組成、結(jié)構(gòu)有關(guān)；而結(jié)構(gòu)有關(guān)；而ERH與食品濕度平衡時大

24、與食品濕度平衡時大氣的性質(zhì)有關(guān)。氣的性質(zhì)有關(guān)。 二、二、Aw的測定的測定 1、相對濕度傳感器測定法（、相對濕度傳感器測定法（Aw測定儀測定儀見視頻介紹）2、相對濕度平衡室法（康威皿法）、相對濕度平衡室法（康威皿法）3、冰點測定法、冰點測定法Relationship between Aw and Temperature The degree of Tdependance is a functionof moisture content Water activity increaseswith increasing temperature食品在凍結(jié)點上下水分活度的比較： 不能用食物冰點以下的水分活

25、度來預(yù)測食物在冰點以上的水分活度，同樣，也不能用食物冰點以上的水分活度來預(yù)測食物冰點以下的水分活度。 冰點以上，食物的水分活度是食物組成和食品溫度的函數(shù)，并且主要與食品的組成有關(guān)；而在冰點以下，水分活度與食物的組成沒有關(guān)系，而僅與食物的溫度有關(guān)。 冰點上下食物的水分活度的大小與食物的理化特性的關(guān)系不同。如在-15時，水分活度為0.80，微生物不會生長，化學(xué)反應(yīng)緩慢，在20時，水分活度為0.80 時，化學(xué)反應(yīng)快速進(jìn)行，且微生物能較快的生長。水分活度的測定水分活度的測定-相對濕度平衡室法擴(kuò)散法相對濕度平衡室法擴(kuò)散法 原理原理 食品中的水分都隨環(huán)境條件的變動而變化。當(dāng)環(huán)境空氣的相對濕度低于食品的水分

26、活度時，食品中的水分向空氣中蒸發(fā)，食品的質(zhì)量減輕；相反，當(dāng)環(huán)境空氣的相對濕度高于食品的水分活度時，食品就會從空氣中吸收水分，使質(zhì)量增加。不管是蒸發(fā)水分還是吸收水分，最終是食品和環(huán)境的水分達(dá)平衡時為止。 據(jù)此原理，采用標(biāo)準(zhǔn)水分活度的試劑，形成相應(yīng)濕度的空氣環(huán)境，在康威微量擴(kuò)散皿的密封和恒溫條件下，觀察食品試樣在此空氣環(huán)境中因水分變化而引起的質(zhì)量變化。通常使試樣分別在Aw較高、中等和較低的標(biāo)準(zhǔn)飽和鹽溶液中擴(kuò)散平衡后，根據(jù)試樣質(zhì)量的增加（即在較高Aw標(biāo)準(zhǔn)飽和鹽溶液達(dá)平衡）和減少（即在較低Aw標(biāo)準(zhǔn)飽和鹽溶液達(dá)平衡）的量，計算試樣的Aw值。試劑水活度100 mL水中的溶解度,g試劑水活度100 mL水中

27、的溶解度,g氯化鋰LiClH2O0.110102.5硝酸鈉NaNO30.73796.0醋酸鎂C4H6MgO44H2O0.22444.8氯化鈉NaCl0.75236.3氯化鎂MgCl26H2O0.330230.8溴化鉀KBr0.80770.6碳酸鉀K2CO31/2H2O0.427122.7氯化鉀KCl0.84237.0硝酸鋰LiNO31/2H2O0.470154.1氯化鋇BaCl22H2O0.90174.2硝酸鎂Mg(NO3)26H2O0.528182.8硝酸鉀KNO30.92445.8溴化鈉NaBr2H2O0.577133.6硫酸鉀K2SO40.96913.0氯化鍶SrCl26H2O0.708

28、166.7重鉻酸鉀K2Cr2O70.98018.2表1-1 飽和溶液的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魚貝類85-700.99-0.98火腿、香腸65-560.90肉類70以上0.98-0.97小麥粉140.61蛋750.97干燥谷類-0.61果汁88860.97蘇打餅干50.53果醬-0.94-0.82餅干40.33果干21-150.82-0.72西式糕點250.74果凍180.69-0.60香辛料-0.50糖果-0.65-0.57蝦干230.64速溶咖啡-0.30綠茶40.26巧克力10.32

29、脫脂奶粉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 操作步驟操作步驟（1）從表1-1中至少選取4種標(biāo)準(zhǔn)飽和鹽溶液，分別在4康威皿的外室預(yù)先放入上述標(biāo)準(zhǔn)飽和鹽溶液5.0 mL (2種標(biāo)準(zhǔn)試劑水活度高于試樣，2種標(biāo)準(zhǔn)試劑水活度低于試樣) 。（2）在預(yù)先準(zhǔn)確稱量過的小玻璃皿中，準(zhǔn)確稱取約1.00 g的均勻切碎樣品，迅速放入康威皿的內(nèi)室中，記下小玻璃皿和樣品的總重量。（3）然后在擴(kuò)散皿磨口邊緣均勻地涂上一層凡士林，在25士0.5的恒溫箱中靜置23 h。取出其中的小玻璃皿及樣品，用電子天平迅速準(zhǔn)確稱量，并求出樣品的重量。以后每隔30 min稱重一次，至恒

30、重為止。（4）以各種標(biāo)準(zhǔn)鹽的飽和溶液在25時Aw值為橫坐標(biāo)，被測樣品的增減重量為縱坐標(biāo)作圖，并將各點連結(jié)成一條直線。此線與橫軸的交點即為所測樣品的Aw值(見圖1-2)。微生物微生物Aw 食品穩(wěn)定性食品穩(wěn)定性黃曲霉黃曲霉 鐮刀菌鐮刀菌 酵母菌酵母菌細(xì)菌細(xì)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腸毒素所引起的疾病，其特征為起病急驟，嘔吐劇烈及虛脫。李斯特菌具有較強(qiáng)的抵抗力，秋冬時期在土壤中能存活個月以上，在冰塊內(nèi)也可存活個月，許多冷凍肉類都是它的“溫床”。這種細(xì)菌對高溫的抵抗力也比較強(qiáng)，能在下挺分鐘，在下可存活分鐘以上。正是由于這種超強(qiáng)的適應(yīng)能力，很多食品都成了它繁衍的家園。

31、引起的急性傳染病，以敗血病(細(xì)菌進(jìn)入血循環(huán),并在其中生長繁殖,產(chǎn)生毒素而引起的全身性嚴(yán)重感染.臨床表現(xiàn)為發(fā)熱,嚴(yán)重毒血癥狀,皮疹瘀點,肝脾腫大和白細(xì)胞數(shù)增高等 )為主要癥狀，伴有內(nèi)臟器官和中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變。一些人在食用受李斯特菌嚴(yán)重污染的食品后，會出現(xiàn)發(fā)燒、頭痛等癥狀，嚴(yán)重的會出現(xiàn)休克和死亡。三、三、Aw與與Food的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 （一）（一）Aw and Growth of Microorganisms Aw與微生物的增殖（與微生物的增殖（P24表表1-7） 在各類微生物中，細(xì)菌在在各類微生物中，細(xì)菌在Aw0.9時才能增殖；時才能增殖；酵母菌在酵母菌在Aw0.87；大多數(shù)霉菌在；大多數(shù)霉菌

32、在Aw=0.8時就開時就開始增殖；始增殖；Aw=0.5以下時，任何微生物不能生長。以下時，任何微生物不能生長。 （二）（二）Aw與酶促反應(yīng)與酶促反應(yīng) （P23圖圖1-14） 酶促反應(yīng)需在酶的作用下進(jìn)行。酶的催酶促反應(yīng)需在酶的作用下進(jìn)行。酶的催化活性取決于酶分子的構(gòu)象，而酶分子的構(gòu)象化活性取決于酶分子的構(gòu)象，而酶分子的構(gòu)象與其存在的環(huán)境有密切的關(guān)系。與其存在的環(huán)境有密切的關(guān)系。 為何會影響？為何會影響？ Enzymatic Changes Aw 1、在以水為介質(zhì)的環(huán)境中，用來維持分子活、在以水為介質(zhì)的環(huán)境中，用來維持分子活性構(gòu)象的各種作用力性構(gòu)象的各種作用力（特別是非極性側(cè)鏈間的疏水作用）才能充

33、分的發(fā)揮作用。才能充分的發(fā)揮作用。 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內(nèi)的移動，使之充分靠攏。內(nèi)的移動，使之充分靠攏。（三）（三）Aw與非酶促反應(yīng)與非酶促反應(yīng) （P23圖圖1-14） 1、Maillard反應(yīng)反應(yīng) 當(dāng)當(dāng)Aw在在0.6-0.7時，反應(yīng)達(dá)最大值。當(dāng)時，反應(yīng)達(dá)最大值。當(dāng)Aw0.7時，時，Maillard反應(yīng)速度降低。其原因為水的加入反應(yīng)速度降低。其原因為水的加入稀釋了反應(yīng)物濃度。稀釋了反應(yīng)物濃度。 2、脂肪非酶氧化反應(yīng)（、脂肪非酶氧化反應(yīng)（Lipid oxidation） 反應(yīng)在反應(yīng)在Aw很低時開始。隨很低時開始。隨Aw增大，反應(yīng)

34、速增大，反應(yīng)速度降低至度降低至Aw=0.4左右；此后，隨左右；此后，隨Aw增大，反應(yīng)增大，反應(yīng)速度加快。當(dāng)速度加快。當(dāng)Aw=0.7-0.8（Max）后又降低。）后又降低。Non-Enzymatic Browning Aw 從右圖可知：從右圖可知：除非酶氧化在除非酶氧化在Aw0.3Aw0.3時有較時有較高反應(yīng)外，其它反應(yīng)均是高反應(yīng)外，其它反應(yīng)均是AwAw愈小反應(yīng)速度愈小。愈小反應(yīng)速度愈小。也就是說，對多數(shù)食品而言也就是說，對多數(shù)食品而言, ,低低AwAw有利于食品的穩(wěn)定性。有利于食品的穩(wěn)定性。首次出現(xiàn)最低反應(yīng)速度時水首次出現(xiàn)最低反應(yīng)速度時水分含量相當(dāng)于分含量相當(dāng)于“BET”BET”水分含水分含量

35、量 （四）（四）Aw與與food的質(zhì)構(gòu)的質(zhì)構(gòu) 除化學(xué)反應(yīng)和微生物外，除化學(xué)反應(yīng)和微生物外，Aw也影響也影響干燥食品和半干食品的質(zhì)構(gòu)。例如：干燥食品和半干食品的質(zhì)構(gòu)。例如：1、餅干、爆米花和馬鈴薯片必須在較低的、餅干、爆米花和馬鈴薯片必須在較低的Aw下才能保持松脆。下才能保持松脆。2、顆粒狀蔗糖、乳粉和速溶咖啡，為防止結(jié)、顆粒狀蔗糖、乳粉和速溶咖啡，為防止結(jié)塊也需要較低的塊也需要較低的Aw。 水分活度影響食品穩(wěn)定性的原因可以概括如下：水分活度影響食品穩(wěn)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為介質(zhì)的反應(yīng)難以發(fā)生以水為介質(zhì)的反應(yīng)難以發(fā)生離子型反

36、應(yīng)的速度降低離子型反應(yīng)的速度降低水參加的反應(yīng)速度降低水參加的反應(yīng)速度降低水影響酶活性及酶促反應(yīng)底物的輸送水影響酶活性及酶促反應(yīng)底物的輸送三、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) propyl

37、ene glycol loss or gain of moisture in packaged foods（思考或討論）（思考或討論） 降低食品降低食品Aw為何可以提高食品的穩(wěn)定性？為何可以提高食品的穩(wěn)定性？（使自由水轉(zhuǎn)變?yōu)槭`水，從而降低（使自由水轉(zhuǎn)變?yōu)槭`水，從而降低Aw） equilibration平衡i:kwilaibrein humectants保濕劑hju:mektnt polyhydric多羥(基)的 plihaidrik glycerol甘油,丙三醇glsr:l sorbitol山梨(糖)醇 s:bitl Propylene 丙烯 prupili:n glycol乙二醇 lai

38、kl propylene glycol丙二醇丙二醇 Definition:plots interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature .第四節(jié)第四節(jié) 吸濕等溫線吸濕等溫線（Moisture Sorption Isotherm, MSI） （一）概念（一）概念 在溫度不變的條件下，以食品中的水分含量（主要在溫度不變的條件下，以食品中的水分含量（主要是自由水）為縱坐標(biāo)，以是自由水）為縱坐標(biāo)，以AwAw為橫坐標(biāo)所描繪的曲線。在為橫坐標(biāo)所描繪的曲線。在制作時，恒溫下將水逐步滲透到

39、干制的食品中，測定不制作時，恒溫下將水逐步滲透到干制的食品中，測定不同吸濕階段的同吸濕階段的AwAw。 高水分食品的高水分食品的MSIr從正常至干燥的整個從正常至干燥的整個水分含量范圍水分含量范圍低水分食品的低水分食品的MSIv加水回吸時，試樣的組加水回吸時，試樣的組成從區(qū)成從區(qū)（干）移至區(qū)（干）移至區(qū)（高水分）（高水分） v各區(qū)相關(guān)的水的性質(zhì)存各區(qū)相關(guān)的水的性質(zhì)存在著顯著的差別（實際在著顯著的差別（實際是連續(xù)變化的）是連續(xù)變化的）吸濕等溫線（吸濕等溫線（P21圖圖1-12） （二）解吸等溫線（二）解吸等溫線 將高水分食品逐步脫水干燥，在測定了不同脫水階段的將高水分食品逐步脫水干燥，在測定了不

40、同脫水階段的AwAw后繪制的等溫線。后繪制的等溫線。 （三）滯后現(xiàn)象（三）滯后現(xiàn)象（Hysteresis）histri:sis 二者間不重合處稱為滯后環(huán)或滯后回線（二者間不重合處稱為滯后環(huán)或滯后回線（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: n

41、ature of food, physical changes during water removal, temperature, rate of desorption, degree of water removed during desorption.Valuable significance ？（解吸時將使食品組織發(fā)生改變，當(dāng)再吸水時就無法緊密結(jié)合水分，由此可導(dǎo)致較高的水分活度） At any given aw, the water content will be greater during desorption Rates of lipid oxidation or loss of

42、 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分區(qū)，分區(qū)，P19圖圖1-10） Water zonesvisinl鄰近的鄰近的 區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)：的水的性質(zhì)：u化合化合水和水和單層單層水水（構(gòu)成水和鄰近水）（構(gòu)成水和鄰近水）u

43、最強(qiáng)烈地吸附最強(qiáng)烈地吸附 u最少流動最少流動 u水離子或水偶極相互作水離子或水偶極相互作用用 u在在-40-40不結(jié)冰不結(jié)冰 u不能作為溶劑不能作為溶劑 u看作固體的一部分看作固體的一部分 u占總水量極小部分占總水量極小部分BETBET單層：單層：區(qū)區(qū)和和接界接界 0.07g H0.07g H2 2O/ gO/ g干物質(zhì)干物質(zhì) Aw =0.2 Aw =0.2 相當(dāng)于一個干制品能呈相當(dāng)于一個干制品能呈現(xiàn)最高的穩(wěn)定性時含有現(xiàn)最高的穩(wěn)定性時含有的最大水分含量的最大水分含量區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)：的水的性質(zhì)：多層水多層水通過氫鍵與相鄰的水分通過氫鍵與相鄰的水分子和溶質(zhì)分子締合子和溶質(zhì)分子締合 流動性比體相水稍

44、差流動性比體相水稍差 大部分在大部分在-40-40不結(jié)冰不結(jié)冰 導(dǎo)致固體基質(zhì)的初步腫導(dǎo)致固體基質(zhì)的初步腫脹脹 區(qū)區(qū)和區(qū)和區(qū)的水占總水的水占總水分的分的5%5%以下以下 區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)：的水的性質(zhì)：體相水體相水 被物理截留或自由的被物理截留或自由的 宏觀運(yùn)動受阻宏觀運(yùn)動受阻 性質(zhì)與稀鹽溶液中的水性質(zhì)與稀鹽溶液中的水類似類似 占總水分的占總水分的95%95%以上以上 注意：注意：在在Aw為為0.85時，新增加的水時，新增加的水對食品中非水組分開始發(fā)生了溶解對食品中非水組分開始發(fā)生了溶解作用，并引發(fā)了固態(tài)組分的膨脹。作用，并引發(fā)了固態(tài)組分的膨脹。常溫下可能會發(fā)生霉?fàn)€變質(zhì)現(xiàn)象。常溫下可能會發(fā)生霉?fàn)€變質(zhì)

45、現(xiàn)象。區(qū)區(qū)和和接界接界 0.38g H0.38g H2 2O/ gO/ g干物質(zhì)干物質(zhì) 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，即占據(jù)所有的第一量，即占據(jù)所有的第一層部位所需的水分含量。層部位所需的水分含量。真實單層：真實單層：三、三、MSI的意義（補(bǔ)充）的意義（補(bǔ)充）濃縮和干燥過程中除去水的難易程度與濃縮和干燥過程中除去水的難易程度與Aw有關(guān)有關(guān)測定怎樣的水分含量可抑制微生物的生長測定怎樣的水分含量可抑制微生物的生長預(yù)測化學(xué)和物理穩(wěn)定性與水分含量的關(guān)系預(yù)測化學(xué)和物理穩(wěn)定性與水分含量的關(guān)系配制食品混合物時避免水分在配料間的轉(zhuǎn)移配制食品混合物時避免水分在配

46、料間的轉(zhuǎn)移 （應(yīng)當(dāng)如何組合食品才能預(yù)防水分在組合食品的各配料之間的轉(zhuǎn)移）合理選擇包裝材料合理選擇包裝材料可以看出不同食品中非水分組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱。可以看出不同食品中非水分組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱。 第四節(jié)第四節(jié) 食品的凍結(jié)保藏食品的凍結(jié)保藏 （Freezing preservation of foods）一、水結(jié)冰的過程一、水結(jié)冰的過程（一）晶核形成過程（一）晶核形成過程 一部分水分子結(jié)合成小的冰的晶核。一部分水分子結(jié)合成小的冰的晶核。（二）冰晶生長過程（二）冰晶生長過程 眾多的水分子按冰的晶體結(jié)構(gòu)的要求，順序眾多的水分子按冰的晶體結(jié)構(gòu)的要求，順序地結(jié)合到晶核上，使之成長為大的晶體。地結(jié)合

47、到晶核上，使之成長為大的晶體。 特別注意特別注意1、由于無晶核的存在，液體水溫度降到冰、由于無晶核的存在，液體水溫度降到冰點以下時仍不析出固體點以下時仍不析出固體過冷過冷（Supercooling）；）；2、在過冷水中加入晶核，則會在晶核的周、在過冷水中加入晶核，則會在晶核的周圍逐漸形成大的結(jié)晶圍逐漸形成大的結(jié)晶異相成核異相成核（Heterogeneous nucleation）。）。（三）晶核形成與晶體生長速度曲線（三）晶核形成與晶體生長速度曲線（P12圖圖1-5）E1、速凍：、速凍：水溫下降到水溫下降到A后，迅速生后，迅速生成大量的晶核且晶核形成時釋成大量的晶核且晶核形成時釋放出的大量融化潛熱放出的大量融化潛熱可及時排可及時排出出，體系的溫度穩(wěn)定在體系的溫度穩(wěn)定在A點附近點附近而不會回升。當(dāng)穩(wěn)定在而不會回升。當(dāng)穩(wěn)定在E點后，點后，晶核形成的速度大于晶體生長晶核形成的速度大于晶體生長的速度，繼續(xù)冷凍大量晶核生的速度，繼續(xù)冷凍大量晶核生成。成。E結(jié)果：結(jié)果：生成大量細(xì)小的冰晶，均勻地生成大量細(xì)小的冰晶，均勻地分布在細(xì)胞內(nèi)外，分布在細(xì)胞內(nèi)外，對組織結(jié)構(gòu)基本無對組織結(jié)構(gòu)基本無破壞作用。食品解凍后可恢復(fù)到凍前破壞作用。食品解凍后可恢復(fù)到凍前的生鮮狀態(tài)的生