第一章第一節(jié)水

食品化學(xué)遼寧水利職業(yè)學(xué)院生環(huán)系主講:張金海FoodChemistry第一章食品營(yíng)養(yǎng)成分的基本組成及加工特性第一節(jié)水分第二節(jié)礦物質(zhì)第三節(jié)糖類第四節(jié)油脂第五節(jié)蛋白質(zhì)第六節(jié)維生素3.理解水分活度的概念、意義第一節(jié)水分（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的：1.理解水的基本性質(zhì)與食品加工的關(guān)系2.了解食品中水分的性質(zhì)，理解自由水和結(jié)合水的特性；了解平衡水分的概念4.理解等溫吸濕曲線的意義5.理解水分活度與食品穩(wěn)定性的關(guān)系6.了解食品加工中水分的變化教學(xué)重點(diǎn)：自由水和結(jié)合水的概念和特性；水分活度的含義；等溫吸濕曲線的含義；水分活度對(duì)食品穩(wěn)定性的影響.教學(xué)難點(diǎn)：水分活度的定義.教學(xué)方法：水的基本性質(zhì)聯(lián)系其對(duì)食品加工的影響；水分活度的定義以形象化說明加以解釋.作業(yè)布置：教材P78習(xí)題（2、3、4、5）教學(xué)過程：90分鐘第一節(jié)水分一、水的基本性質(zhì)二、食品中水分的性質(zhì)三、水分活度四、水分活度與食品的穩(wěn)定性五、食品加工中水分的變化水分影響食品品質(zhì)：口感（溫感、觸感）、風(fēng)味、耐藏性等.（一）水的結(jié)構(gòu)：一、水的基本性質(zhì)

水分子的締合水分子之間可以通過形成氫鍵而呈現(xiàn)締合狀態(tài)：水的分子結(jié)構(gòu)冰的結(jié)構(gòu)在冰的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)水和另外4個(gè)水分子相互締合，O－O之間的最小距離為0.276nm，O－O－O之間的夾角為109°。普通冰的晶胞和基礎(chǔ)平面可如下圖所示：1.密度的變化----速凍食品的體積與包裝2.沸點(diǎn)與熔點(diǎn)----加熱濃縮與冷卻凍結(jié)（溶質(zhì)的影響）、過冷與晶核的形成3.比熱大----（與氫鍵有關(guān)）保溫4.介電常數(shù)大----促進(jìn)電解質(zhì)的電離5.溶劑作用----離子型化合物和非離子型化合物（氫鍵）（二）水的基本性質(zhì)：1.自由水和結(jié)合水：自由水（游離水）：借助毛細(xì)管作用力存在于細(xì)胞間隙、細(xì)胞液中以及制成食品的結(jié)構(gòu)組織中。性質(zhì)：具有普通水的性質(zhì)，可被微生物利用、直接影響食品的保藏性。食品中存在不同形式的水分，就實(shí)用價(jià)值而言，普遍將食品中的水分分為自由水和結(jié)合水。二、食品中水分的性質(zhì)結(jié)合水（束縛水）：是指與食品中一些化合物的活性基團(tuán)以氫鍵等形式結(jié)合的水。與蛋白質(zhì)、淀粉、果膠物質(zhì)、纖維素等成分結(jié)合。單分子層結(jié)合水：與氨基、羧基（蛋白質(zhì)、果膠物質(zhì)）結(jié)合的水，氫鍵作用力大，結(jié)合較牢固；多分子層結(jié)合水（半結(jié)合水）：與酰胺基（蛋白質(zhì)）、羥基（淀粉、果膠物質(zhì)、纖維素）結(jié)合的水，氫鍵弱，不牢固。自由水和結(jié)合水的區(qū)別：（1）結(jié)合水的量與有機(jī)大分子極性基團(tuán)的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系。據(jù)測(cè)定，每100g蛋白質(zhì)可結(jié)合的水分平均高達(dá)50g、每100g淀粉的持水能力在30～40g之間。（2）結(jié)合水的沸點(diǎn)高于普通水一般加熱手段不能將其從食品分離出來；使其不易結(jié)冰，甚至環(huán)境溫度低于-20℃時(shí)還不結(jié)冰，冰點(diǎn)可下降至-40℃，由于這一性質(zhì)，使含水量很低的植物的種子和微生物的孢子（幾乎只含結(jié)合水）能在很低的溫度下保持生命力，而多汁的果蔬、肉類等組織，因含大量的自由水，在冰凍時(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)易被冰晶破壞，解凍時(shí)組織容易崩潰。而結(jié)合水的冰點(diǎn)低于普通水（3）結(jié)合水不起溶劑的作用，也不能被微生物利用；一般加熱操作不易去除結(jié)合水，所以在食品干燥操作中只有很少一部分的結(jié)合水被去除。（4）結(jié)合水對(duì)食品的風(fēng)味起著重大的作用。不易去除的結(jié)合水如果被強(qiáng)行與食品分離時(shí)，往往使食品的風(fēng)味質(zhì)量造成很大的改變。注意:自由水和結(jié)合水的相對(duì)性；兩者合稱為食品中的含水量，可以干基表示或濕基表示，通常以質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表示。2.平衡水分與環(huán)境有關(guān)。在一定溫度和濕度條件下，與一定狀態(tài)的空氣相平衡的食品中的水分含量，即為食品的平衡水分。特點(diǎn)：食品中水分蒸汽壓與空氣的水分蒸汽壓相等。三、水分活度1.概念：水分活度可用AW表示，其定義為：食品中水的蒸氣壓P與同溫下純水的飽和蒸氣壓P0之比。當(dāng)食品與空氣平衡時(shí)，食品的水分活度與空氣的相對(duì)濕度相等。含水量與水分活度的關(guān)系。食品的含水量與水分活度之間的關(guān)系可用曲線表示，當(dāng)食品的含水量很低時(shí)（低含水量區(qū)），水分含量的微小變化即可引起水分活度極大的變動(dòng)；當(dāng)水分活度大于0.8時(shí)，即使含水量急劇變化，水分活度的變化也不大。低含水量區(qū)的曲線為常用的等溫吸濕曲線。

2.等溫吸濕曲線：分區(qū)一般的MSI均可分為三個(gè)區(qū)，如圖所示：Ⅰ區(qū)：水與溶質(zhì)結(jié)合得最牢固,是食品中最不容易移動(dòng)的水。一般把Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)交界處的水分含量稱為食品的“單層”水分含量，根據(jù)具體對(duì)象確定其單層值，對(duì)于食品的有效保存是非常重要的。由于滯后現(xiàn)象的存在，由解吸制得的食品必需保持更低的水分活度才能與由回吸制得的食品保持相同的穩(wěn)定性。所謂滯后現(xiàn)象即向干燥的樣品中添加水（回吸作用）后繪制的水分吸附等溫線和由樣品中取出一些水（解吸作用）繪制的水分吸附等溫線并不完全重合，這種不重合性稱為滯后現(xiàn)象，可用下圖表示。滯后現(xiàn)象對(duì)同一食品，在任何指定的水分含量，食品的Aw隨溫度的提高而提高。3、水分吸附等溫線與溫度的關(guān)系Ⅱ區(qū)：當(dāng)食品中的水分含量相當(dāng)于Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的邊界時(shí)，水將引起溶解過程，它還起了增塑劑的作用并且促使固體基質(zhì)開始腫脹。溶解過程的開始將促使反應(yīng)物質(zhì)流動(dòng)，因此加速了大多數(shù)的食品化學(xué)反應(yīng)。Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的水通常占高水分食品原料中5％以下的水分。Ⅲ區(qū)：自由水區(qū)，這部分水是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最不牢固、最容易流動(dòng)的水，也稱為體相水。通常占高水分食品總水分的95％以上。食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對(duì)食品的穩(wěn)定起著重要的作用。曲線構(gòu)成：3個(gè)區(qū)域：A區(qū)域：低水分區(qū)，AW=0～0.25，相當(dāng)于含水量在0～0.07g/g干物質(zhì)，單分子層結(jié)合水。B區(qū)域：AW=0.25～0.80之間，相當(dāng)于含水量在0.07～0.14g/g干物質(zhì),這部分水為多分子層結(jié)合水或稱準(zhǔn)結(jié)合水。C區(qū)域：為高濕度區(qū),AW=0.8～0.99之間，含水量可至0.14～0.33g/g干物質(zhì),高可達(dá)20g/g干物質(zhì)。從上述分區(qū)可以看出，AW=0.8自由水和結(jié)合水之間的一個(gè)臨界值。四、水分活度與食品的穩(wěn)定性1．水分活度與微生物生命活動(dòng)的關(guān)系食品中涉及的微生物主要有細(xì)菌、酵母菌和霉菌，許多微生物的生命活動(dòng)會(huì)直接引起食品的腐敗變質(zhì)。不同微生物的生長(zhǎng)繁殖都要求有一定的最低限度的水分活度值。如果食品的水分活度值低于這一數(shù)值，微生物的生長(zhǎng)繁殖就會(huì)受到抑制（表1-2）。通常細(xì)菌：AW<0.9時(shí)不能生長(zhǎng)；酵母菌：在AW<0.87時(shí)受到抑制；霉菌：AW<0.80時(shí)不能生長(zhǎng)。微生物和生長(zhǎng)是導(dǎo)致食品腐敗變質(zhì)的一個(gè)重要方面，在食品中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和酶促反應(yīng)也是引起食品品質(zhì)變化的重要原因。降低水分活度，也可以控制在食品中發(fā)生的化學(xué)變化，從而穩(wěn)定食品的質(zhì)量。水作為介質(zhì)及反應(yīng)物，其活度會(huì)影響生化反應(yīng)的速度；在酶促反應(yīng)中，水分活度還可影響酶的活性。當(dāng)水分活度低于0.8時(shí)，大多數(shù)酶的活力受到抑制；當(dāng)AW=0.25～0.30之間時(shí)，食品中的淀粉酶、多酚氧化酶和過氧化物酶的活性會(huì)受到強(qiáng)烈的抑制甚至喪失。2．水分活度與食品中化學(xué)變化的關(guān)系降低食品的水分活度，可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進(jìn)行，減少食品中營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但水分活度過低，則會(huì)加速脂肪的氧化酸敗。五、食品加工中水分的變化食品加工中水分的變化與環(huán)境條件有關(guān)。主要過程：儲(chǔ)藏：影響貨架期加工：有目的地使水分減少1.干制（干燥、脫水）含義：一般由固形物料成固體制品。分類：自然法人工法（脫水）：常壓、加壓、真空水分經(jīng)由內(nèi)部擴(kuò)散而表面蒸發(fā)氣化。經(jīng)干制食品的自由水降低，水分活度降低。見教材P152