第一講水對(duì)食品品質(zhì)的影響

WelcometoJoin!Startshere!有您會(huì)更精彩《高級(jí)食品化學(xué)》主講人：劉延奇所在單位：食品與生物工程學(xué)院日期：2011.06.01

研究生課程

第一講水分

2.1概述

2.2水、冰的結(jié)構(gòu)

2.3水與非水組分之間的相互作用

2.4水分活度

2.5水與食品的穩(wěn)定性

2.6

分子移動(dòng)性與食品的穩(wěn)定性第一講水分水2.1概述水在食品中的重要作用

a.水是食品的重要組成成分，是形成食品加工工藝考慮的重要因素；表3.1某些代表性食品的含水量食品名稱水分%食品名稱水分%食品名稱水分%番茄95萵苣95

卷心菜92

啤酒90

柑橘87

蘋果汁87

牛奶87

馬鈴薯78

香蕉75

雞70

肉65

面包35

果醬28

蜂蜜20

奶油16稻米面粉12

奶粉4

酥油0

b.水分含量、分布和狀態(tài)對(duì)于食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、新鮮程度會(huì)產(chǎn)生極大的影響；

c.是引起食品化學(xué)變化及微生物作用的重要原因，直接關(guān)系到食品的貯藏特性。第一講2.2水、冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

2.2.1水分子的結(jié)構(gòu)

2.2.2水分子的締合與水的三態(tài)

由于水分子的極性及兩種組成原子的電負(fù)性差別，導(dǎo)致水分子之間可以通過形成氫鍵而呈現(xiàn)締合狀態(tài)：水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講由于每個(gè)水分子上有四個(gè)形成氫鍵的位點(diǎn)，因此每個(gè)水分子的可以通過氫鍵結(jié)合4個(gè)水分子。

由于水分子之間可以以不同數(shù)目和不同形式結(jié)合，因此締合態(tài)的水在空間有不同的存在形式，如：由于水分子之間除了通過氫鍵結(jié)合外，還有極性的作用力，因此水分子之間的締合數(shù)可能大于4。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講在通常情況下，水有三種存在狀態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。水分子之間的締合程度與水的存在狀態(tài)有關(guān)。在氣態(tài)下，水分子之間的締合程度很小，可看作以自由的形式存在；在液態(tài)，水分子之間有一定程度的締合，幾乎沒有游離的水分子，由此可理解為什么水具有高的沸點(diǎn)；在固態(tài)也就是結(jié)冰的狀態(tài)下，水分子之間的締合數(shù)是4，每個(gè)水分子都固定在相應(yīng)的晶格里，這也是水的熔點(diǎn)高的原因。水具有一定的黏度是因?yàn)樗肿釉诖蠖鄶?shù)情況下是締合的，而水具有流動(dòng)性是因?yàn)樗肿又g的締合是動(dòng)態(tài)的。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講水分子不僅相互之間可以通過氫鍵締合，而且可以和其它帶有極性基團(tuán)的有機(jī)分子通過氫鍵相互結(jié)合，所以糖類、氨基酸類、蛋白質(zhì)類、黃酮類、多酚類化合物在水中均有一定的溶解度。另外，水還可以作為兩親分子的分散介質(zhì)，通過這種途徑使得疏水物質(zhì)也可在水中均勻分散。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講2.2.3水、冰的物理特性及與食品質(zhì)量關(guān)系水是一種特殊的溶劑，其物理性質(zhì)和熱行為有與其它溶劑顯著不同的方面：a.水的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、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高得多。如甲烷的b.p：-162℃，m.p：-183℃，而水在0.1MPa下b.p：100℃，m.p：0℃；這些特性將對(duì)食品加工中的冷凍和干燥過程產(chǎn)生很大的影響；b.水的密度較低，水在凍結(jié)時(shí)體積增加，表現(xiàn)出異常的膨脹行為，這會(huì)使得含水的食品在凍結(jié)的過程中其組織結(jié)構(gòu)遭到破壞；水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講c.水的熱導(dǎo)率較大，然而冰的熱導(dǎo)率卻是水同溫度下的4倍。這說明冰的熱傳導(dǎo)速度比非流動(dòng)水（如動(dòng)、植物組織內(nèi)的水）快得多；因此水的凍結(jié)速度比熔化速度要快得多；d.冰的熱擴(kuò)散速度是水的9倍，因此在一定的環(huán)境條件下，冰的溫度變化速度比水大得多。正是由于水的以上物理特性，導(dǎo)致含水食品在加工貯藏過程中的許多方法及工藝條件必須以水為重點(diǎn)進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)；特別是在利用食品低溫加工技術(shù)是要充分重視水的熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散的特點(diǎn)。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

2.2.4冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)冰是水分子通過氫鍵相互結(jié)合、有序排列形成的低密度、具有一定剛性的六方形晶體結(jié)構(gòu)。普通冰的晶胞和基礎(chǔ)平面可如下圖所示：第一講在冰的晶體結(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°。當(dāng)水溶液結(jié)冰時(shí)，其所含溶質(zhì)的種類和數(shù)量可以影響冰晶的數(shù)量、大小、結(jié)構(gòu)、位置和取向。一般有4種類型，即六方形、不規(guī)則樹狀、粗糙球狀、易消失的球晶；六方形是多見的、在大多數(shù)冷凍食品中重要的結(jié)晶形式。這種晶形形成的條件是在最適的低溫冷卻劑中緩慢冷凍，并且溶質(zhì)的性質(zhì)及濃度不嚴(yán)重干擾水分子的遷移。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講純水結(jié)晶時(shí)有下列行為：即盡管冰點(diǎn)是0℃，但常并不在0℃結(jié)凍，而是出現(xiàn)過冷狀態(tài)，只有當(dāng)溫度降低到零下某一溫度時(shí)才可能出現(xiàn)結(jié)晶（加入固體顆?；蛘駝?dòng)可促使此現(xiàn)象提前出現(xiàn)）；出現(xiàn)冰晶時(shí)溫度迅速回升到0℃。把開始出現(xiàn)穩(wěn)定晶核時(shí)的溫度叫過冷溫度。如果外加晶核，不必達(dá)到過冷溫度就能結(jié)冰，但此時(shí)生產(chǎn)的冰晶粗大，因?yàn)楸е饕獓@有限數(shù)量的晶核成長。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成的溶液，因此其結(jié)冰溫度均低于0℃。把食品中水完全結(jié)晶的溫度叫低共熔點(diǎn)，大多數(shù)食品的低共熔點(diǎn)在-55～-65℃之間。但冷藏食品一般不需要如此低的溫度，如我國冷藏食品的溫度一般定為-18℃,這個(gè)溫度離低共熔點(diǎn)相差甚多，但已使大部分水結(jié)冰，且最大程度的降低了其中的化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)代食品冷藏技術(shù)中提倡速凍，這是因?yàn)樗賰鲂纬傻谋Ъ?xì)小，呈針狀，凍結(jié)時(shí)間短且微生物活動(dòng)受到更大限制，從而保證了食品品質(zhì)。水與冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第一講食品中水的存在狀態(tài)

2.3食品中水與非水組分之間的相互作用理解食品中水的存在狀態(tài)是掌握水在食品中的作用及各種與水相關(guān)的加工技術(shù)的關(guān)鍵。而水在食品中的存在狀態(tài)說到底是水在食品中和各類食品物質(zhì)之間的關(guān)系及水的存在量。第一講2.3.1水與溶質(zhì)的相互作用2.3.1.1與離子或離子基團(tuán)的相互作用當(dāng)食品中存在離子或可解離成離子或離子基團(tuán)的鹽類物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)由于在水中可以溶解而且解離出帶電荷的離子，因而可以固定相當(dāng)數(shù)量的水。例如食品中的食鹽和水之間的作用：水與溶質(zhì)的相互作用

第一講由于離子帶有完整的電荷，因此它們和水分子之間的極性作用比水分子之間的氫鍵連接還要強(qiáng)，如Na+與水分子之間的結(jié)合能力大約是水分子間氫鍵連接力的4倍。正是由于自由離子和水分子之間的強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致破壞原先水分子之間的締合關(guān)系，使一部分水固定在了離子的表面。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講隨著離子種類的變化及所帶電荷的不同，與水之間的相互作用也有所差別。大致可以分作兩類：能阻礙水分子之間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，其溶液的流動(dòng)性比水大，此類離子如：K+、Rb+、Cs+、N+H4、Cl-、Br-、I-、NO-3、BrO-3等；有助于水分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，水溶液的流動(dòng)性小于水，此類離子一般為離子半徑小、電場強(qiáng)度大或多價(jià)離子，如：Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+

、Mg2+

、Al3+

、OH-等。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講2.3.1.2與具有氫鍵鍵合能力的中性分子或基團(tuán)的相互作用許多食品成分，如蛋白質(zhì)、多糖（淀粉或纖維素）、果膠等，其結(jié)構(gòu)中含有大量的極性基團(tuán)，如羥基、羧基、氨基、羰基等，這些極性基團(tuán)均可與水分子通過氫鍵相互結(jié)合。因此通常在這些物質(zhì)的表面總有一定數(shù)量的被結(jié)合、被相對(duì)固定的水。稱為結(jié)合水。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講不同的極性基團(tuán)與水的結(jié)合能力有所差別。一般情況下，氨基、羧基等在生理?xiàng)l件下可以呈解離狀態(tài)的極性基團(tuán)均與水有較強(qiáng)的結(jié)合，而羥基、酰胺基等非解離基團(tuán)與水之間的結(jié)合較弱。帶有極性基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)由于和水能夠通過氫鍵相互結(jié)合，因此對(duì)純水的正常結(jié)構(gòu)都有一定程度的破壞，而且也可降低冰點(diǎn)。帶極性基團(tuán)的食品分子不但可以通過氫鍵結(jié)合并固定水分子在自己的表面，而且通過靜電引力還可吸引一些水分子處于結(jié)合水的外圍，這些水稱為臨近水：水與溶質(zhì)的相互作用

第一講

盡管結(jié)合或附著在分子上的水分子數(shù)量并不多，但其作用和性質(zhì)常常非常重要。它們常是一些酶保持活性結(jié)構(gòu)并能發(fā)揮作用的重要因素；也常是食品保持正常結(jié)構(gòu)的重要因素。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講2.3.1.3與非極性物質(zhì)的相互作用非極性的分子通常包括烴類、脂類、甾萜類等，通過化學(xué)的手段也可在一些含極性基團(tuán)的分子（如蛋白質(zhì)等）中引入非極性部分（基團(tuán)）。當(dāng)水中存在非極性物質(zhì)，即疏水性物質(zhì)時(shí)，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，可以導(dǎo)致疏水分子附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強(qiáng)。由于在這些不相容的非極性實(shí)體鄰近的水形成了特殊的結(jié)構(gòu)，使得熵下降，此過程稱為疏水水合作用。由于疏水水合在熱力學(xué)上是不利的，因此水傾向于盡可能地減少與存在的非極性實(shí)體靠近。如果存在兩個(gè)分離的非極性實(shí)體，那么不相容的水環(huán)境將促使它們相互靠近并締合，從而減少水-非極性實(shí)體界面面積，此過程是疏水水合的部分逆轉(zhuǎn)，被稱為“疏水相互作用”。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講疏水基團(tuán)還有兩種特殊的性質(zhì)，即能和水形成籠形水合物及能和蛋白質(zhì)產(chǎn)生疏水相互作用。籠形水合物是像冰一樣的包合物，水通過氫鍵形成類似于籠的結(jié)構(gòu)，通過物理方式將非極性物質(zhì)截留在籠中；水稱為“主人”，而被截留的疏水物質(zhì)稱為“客人”。籠形水合物一般由20～74個(gè)水分子形成，具體多少視客人的幾何尺寸而定；而客人通常是一些低分子量的化合物，如烴類、稀有氣體、短鏈的胺類、鹵代烴、二氧化碳等。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講籠形水合物的結(jié)構(gòu)與冰相似，同樣具有一定的穩(wěn)定性。已證明生物物質(zhì)中天然存在的類似晶體的籠形水合物結(jié)構(gòu)，它們很可能對(duì)蛋白質(zhì)等生物大分子的構(gòu)象、反應(yīng)性和穩(wěn)定性有影響。這種結(jié)構(gòu)在海水脫鹽、溶液濃縮和防止氧化等方面可能具有應(yīng)用前景。盡管將蛋白質(zhì)劃在了帶極性基團(tuán)的分子類型中，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)蛋白質(zhì)分子，特別是球形蛋白質(zhì)分子大多數(shù)極性基團(tuán)處于表面且朝向水，而非極性基團(tuán)處于內(nèi)部而形成疏水區(qū)域。但實(shí)際上仍有一部分非極性基團(tuán)朝外，這些朝外的非極性基團(tuán)與水之間產(chǎn)生疏水的相互作用并產(chǎn)生一定的力，對(duì)于保持蛋白質(zhì)的活性構(gòu)象也具有一定的作用。水與溶質(zhì)的相互作用

第一講2.3.2食品中水的存在狀態(tài)根據(jù)食品中水與非水物質(zhì)之間的相互關(guān)系，可以把食品中的水分作不同的類型。食品中水的存在狀態(tài)

第一講食品中水的存在狀態(tài)

第一講結(jié)合水也稱束縛水、固定水，自由水也稱體相水。這二者之間很難作截然的劃分，其主要的區(qū)別在于：a.結(jié)合水的量與食品中所含極性物質(zhì)的量有比較固定的關(guān)系，如100g蛋白質(zhì)大約可結(jié)合50g的水，100g淀粉的持水能力在30～40g；b.結(jié)合水對(duì)食品品質(zhì)和風(fēng)味有較大的影響，當(dāng)結(jié)合水被強(qiáng)行與食品分離時(shí)，食品質(zhì)量、風(fēng)味就會(huì)改變.食品中水的存在狀態(tài)

第一講c.結(jié)合水不易結(jié)冰，由于這種性質(zhì)使得植物的種子和微生物的孢子得以在很低的溫度下保持其生命力；而多汁的組織在冰凍后細(xì)胞結(jié)構(gòu)往往被體相水的冰晶所破壞，解凍后組織不同程度的崩潰；d.結(jié)合水不能作為可溶性成分的溶劑，也就是說喪失了溶劑能力；e.體相水可被微生物所利用，結(jié)合水則不能。食品中水的存在狀態(tài)

第一講水分活度2.4水分活度新鮮或干燥食品中的含水量，都隨環(huán)境條件的變動(dòng)而變化。如果食品周圍環(huán)境的空氣干燥，濕度低，則水分會(huì)從食品向空氣中蒸發(fā)，水分逐漸減少而干燥，反之，如環(huán)境濕度高，則干燥的食品就會(huì)吸濕,使得水分增多。當(dāng)食品所吸收的水量等于從食品中蒸發(fā)的水量時(shí)，食品的水分含量就不再發(fā)生變化，我們把此時(shí)的水分稱為平衡水分。但當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化，則這種蒸發(fā)與吸濕的平衡就又被打破，直到建立起新的平衡。也就是說，食品中的水分并不是靜止的，而是處于一種活動(dòng)的狀態(tài)，因此，食品的含水量除了用％表示外，還可用水分活度AW來表示。其定義為食品所顯示的水蒸汽壓P對(duì)在同一溫度下純水的蒸汽壓P0之比:Aw=P/Po也可以用相對(duì)平衡濕度表示Aw=ERH/100。第一講水分活度食品的水活性可以用食品中水的摩爾分?jǐn)?shù)表示，但食品中的水和溶質(zhì)的相互和溶質(zhì)分子相接觸時(shí)，會(huì)釋放或吸收熱量，這與Raoult不相符合。當(dāng)溶質(zhì)為非電解質(zhì)并且濃度小于1摩爾質(zhì)量時(shí)，aw與理想溶液相差不大，但溶質(zhì)是電解質(zhì)時(shí)便出現(xiàn)大的差異。相對(duì)平衡濕度：大氣水汽分壓與相同溫度下純水的飽和蒸汽壓之比。食品的平衡相對(duì)濕度是指食品中的水分蒸汽壓達(dá)到平衡后，食品周圍的水汽分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比。應(yīng)用Aw=ERH/100時(shí)必須注意：Aw是樣品的內(nèi)在品質(zhì),而ERH是與樣品中的水蒸氣平衡是的大氣性質(zhì)；僅當(dāng)食品與其環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)才能應(yīng)用。只有當(dāng)溶質(zhì)是非電解質(zhì)且濃度小于1mol/L的稀溶液時(shí)，其水分活度才可以按Aw=n1/(n1+n2)計(jì)算。第一講水分活度2.4.1水分活度的測定方法

（1）冰點(diǎn)測定法先測樣品的冰點(diǎn)降低和含水量,據(jù)下兩式計(jì)算Aw：Aw=n1/(n1+n2)其中：n2=G△Tf/(1000.Kf)，G—溶劑克數(shù)，△Tf—冰點(diǎn)降低(℃)，Kf—水的摩爾冰點(diǎn)降低常數(shù)(1.86)（2）相對(duì)濕度傳感器測定法將已知含水量的樣品置于恒溫密閉小容器中,使其達(dá)到平衡,然后用電子或濕度測定儀測樣品和環(huán)境空氣的平衡相對(duì)濕度,即可得Aw。（3）恒定相對(duì)濕度平衡法置樣品于恒溫密閉的小容器中,用一定種類的飽和鹽溶液使容器內(nèi)的樣品的環(huán)境空氣的相對(duì)濕度恒定,待恒定后測樣品含水量的變化,然后再繪圖求Aw。第一講水分活度2.4.2水分活度與溫度的關(guān)系

由于蒸汽壓和平衡相對(duì)濕度都是溫度的函數(shù)，所以水分活度也是溫度的函數(shù)。水分活度與溫度的函數(shù)可用克勞修斯-克拉伯龍方程來表示。dlnAw/d(1/T)=-ΔH/RlnAw=-ΔH/RT+c其中：T-絕對(duì)溫度，R-氣體常數(shù)，ΔH-樣品中水分的等量凈吸著熱。溫度升高，則Aw增大，LogAw-1/T為一直線。但是當(dāng)食品的溫度低于0℃時(shí)，直線發(fā)生轉(zhuǎn)折，也就是說在計(jì)算凍結(jié)食物的水分活度時(shí)aw=P/P0中P0的應(yīng)該是冰的蒸汽壓還是是過冷水的蒸汽壓？因?yàn)檫@時(shí)樣品中水的蒸汽壓就是冰的蒸汽壓，如果P0再用冰的蒸汽壓，這樣水分活度的就算就失去意義，因此，凍結(jié)食物的水分活度的就算式為aw=P（純水）/P0（過冷水）。第一講水分活度食品在凍結(jié)點(diǎn)上下水分活度的比較：a冰點(diǎn)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(diǎn)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)。b冰點(diǎn)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(shí)，水分活度為0.80，微生物不會(huì)生長，化學(xué)反應(yīng)緩慢，在20℃時(shí)，水分活度為0.80時(shí)，化學(xué)反應(yīng)快速進(jìn)行，且微生物能較快的生長。c不能用食物冰點(diǎn)以下的水分活度來預(yù)測食物在冰點(diǎn)以上的水分活度，同樣，也不能用食物冰點(diǎn)以上的水分活度來預(yù)測食物冰點(diǎn)以下的水分活度。第一講水分活度2.4.3水分活度與水分含量的關(guān)系2.4.3.1吸附等溫線在恒溫條件下，以食品的含水量（用每單位干物質(zhì)質(zhì)量中水的質(zhì)量表示）對(duì)水活性繪圖形成的曲線，稱為水分吸著等溫線（moisturesorptionisotherms,MSI）。水分的吸著等溫線對(duì)于了解以下信息是十分有意義的：(1)在濃縮和干燥過程中樣品脫水的難易程度與RVP的關(guān)系；(2)配制混合食品必須避免水分在配料之間的轉(zhuǎn)移；(3)測定包裝材料的阻濕性；(4)測定什么樣的水分含量能夠抑制微生物的生長；（5）預(yù)測食品的化學(xué)和物理穩(wěn)定性與水分的含量的關(guān)系。第一講水分活度據(jù)MSI可預(yù)測含水量對(duì)食品穩(wěn)定性的影響，從MSI還可看出食品中非水組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱。在等溫吸濕線中低水分含量范圍內(nèi)含水量稍增加就會(huì)導(dǎo)致水分活度的大幅度增加，把低水分含量區(qū)域內(nèi)的曲線放大，呈一反S形曲線。根據(jù)水分活度與含水量的關(guān)系可將次曲線分成三個(gè)區(qū)域。第一講水分活度A區(qū)：aw=0~0.25，水分含量為0~0.07g/g干物質(zhì)，這部分水是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最為緊密的水，吸濕時(shí)最先吸入，干燥時(shí)最后排除，不能使干物質(zhì)膨潤，更不能起到溶解的作用。A區(qū)最高水分活度對(duì)應(yīng)的含水量就是食物的單分子層水。B區(qū)：aw=0.25~0.80，水分含量為0.07~0.32g/g干物質(zhì)，該部分水實(shí)際上是多層水，他們將起到膨潤和部分溶解的作用，會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)的速度。C區(qū)：aw=0.80~0.99，水分含量大于0.40g/g干物質(zhì)，起到溶解和稀釋作用，凍結(jié)時(shí)可以結(jié)冰。雖然等溫線劃分為三個(gè)區(qū)間，但還不能準(zhǔn)確地確定區(qū)間的分界線，而且除化合水外(見表2-3)，等溫線每一個(gè)區(qū)間內(nèi)和區(qū)間與區(qū)間之間的水都能發(fā)生交換。另外，向干燥物質(zhì)中增加水雖然能夠稍微改變原來所含水的性質(zhì)，即基質(zhì)的溶脹和溶解過程。但是當(dāng)?shù)葴鼐€的區(qū)間Ⅱ增加水時(shí)，區(qū)間I水的性質(zhì)幾乎保持不變。同樣，在區(qū)間Ⅲ內(nèi)增加水，區(qū)間Ⅱ水的性質(zhì)也幾乎保持不變。從而可以說明，食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對(duì)食品的穩(wěn)定性起著重要作用。第一講一般說來，大多數(shù)食品的等溫吸濕線都成S形，而含有大量糖及可溶性小分子但不富含高聚物的水果、糖果以及咖啡提取物的等溫吸濕線呈J形。一種食物一般有兩條等溫吸濕線，一條是吸附等溫吸濕線，是食品在吸濕時(shí)的等溫吸濕線，另一條是解吸等溫吸濕線，是食品在干燥時(shí)的等溫吸濕線，往往這兩條曲線是不重合的，把這種現(xiàn)象稱為“滯后”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是高燥時(shí)食品中水分子與非水物質(zhì)的基團(tuán)之間的作用部分地被非水物質(zhì)的基團(tuán)之間的相互作用所代替，而吸濕時(shí)不能完全恢復(fù)這種代替作用。食品的等溫吸濕線與溫度有關(guān)，由于水分活度隨溫度的升高而增大，所以同一食品在不同溫度下具有不同的等溫吸濕線。如圖。第一講第一講水分活度2.4.3.2滯后現(xiàn)象定義：采用向干燥樣品中添加水（回吸作用）的方法繪制水分吸著等溫線和按解吸過程繪制的等溫線并不相互重疊，這種不重疊性稱為滯后現(xiàn)象(hysteresis)。。很多種食品的水分吸著等溫線都表現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。滯后作用的大小、曲線的形狀和滯后回線（hysteresisloop）的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)都不相同，它們?nèi)Q于食品的性質(zhì)和食品除去或添加水分時(shí)所發(fā)生的物理變化，以及溫度、解吸速度和解吸時(shí)的脫水程度等多種因素，在aw一定時(shí)，食品的解吸過程一般比回吸過程含水量更高。第一講水分活度滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：解吸過程中一些水分與非水溶液成分作用而無法放出水分。不規(guī)則形狀產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象的部位,欲填滿或抽空水分需不同的蒸汽壓(要抽出需P內(nèi)＞P外,要填滿則需P外＞P內(nèi))。解吸作用時(shí),因組織改變,當(dāng)再吸水時(shí)無法緊密結(jié)合水,由此可導(dǎo)致回吸相同水分含量時(shí)處于較高的Aw。第一講水的作用2.5水與食品的穩(wěn)定性2.5.1水分活度與食品的穩(wěn)定性第一講水的作用2.5.1.1水分活度與微生物生命活動(dòng)的關(guān)系食品的水分活度決定了微生物在食品中的萌發(fā)的時(shí)間、生長速率及死亡率。不同的微生物在食品中繁殖時(shí)對(duì)水分活度的要求不同。細(xì)菌對(duì)水分活度最敏感，酵母菌次之，霉菌的敏感性最差。（見表2-7）水分活度在0.91以上時(shí)，食品的微生物變質(zhì)以細(xì)菌為主；水分活度在0.9以下時(shí)，食品的微生物腐敗主要是由酵母菌和霉菌所引起。微生物對(duì)水分的需要會(huì)受到食品PH值、營養(yǎng)成分、氧氣等共存因素的影響。第一講水的作用2.5.1.2水分活度與食品劣變化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系見上圖所有的化學(xué)反應(yīng)在解吸過程中第一次出現(xiàn)最低反應(yīng)速率是在等溫線區(qū)間Ⅰ和區(qū)間Ⅱ的邊界(a=0.20~0.30)，除氧化反應(yīng)外其他的反應(yīng)a的降低仍保持最低反應(yīng)速率。在解吸過程中，最初出現(xiàn)最低反應(yīng)速率的水分含量相當(dāng)于“BET單層”水分含量。當(dāng)aw值非常小時(shí)，脂類的氧化和Aw之間出現(xiàn)異常的相互關(guān)系，從等溫線的左端開始加入水至BHT單分子層，脂類氧化速率隨著Aw值的增加而降低，若進(jìn)一步增加水，直至a值達(dá)到接近區(qū)間Ⅱ和區(qū)間Ⅲ分界線時(shí)，氧化速率逐漸增大，一般脂類氧化的速率最低點(diǎn)在Aw0.35左右。因?yàn)槭指稍锏臉悠分凶畛跆砑拥哪遣糠炙ㄔ趨^(qū)間Ⅰ）能與氫過氧化物結(jié)合并阻止其分解，從而阻礙氧化的繼續(xù)進(jìn)行。此外，這類水還能與催化氧化反應(yīng)的金屬離子發(fā)生水合，使催化效率明顯降低。第一講水的作用當(dāng)水的增加量超過區(qū)間I和區(qū)間Ⅱ的邊界時(shí)，氧化速率增大，因?yàn)榈葴鼐€的這個(gè)區(qū)間增加的水可促使氧的溶解度增加和大1分子溶脹，并暴露出更多催化位點(diǎn)。當(dāng)aw大于0.80時(shí)，氧化速率緩慢，這是由于水的增加對(duì)體系中的催化劑產(chǎn)生稀釋效應(yīng)。從圖2-24a、d、e可見，在中等至高aw值時(shí)，麥拉德褐變反應(yīng)、維生素Bl降解反應(yīng)以及為生物生長顯示最大反應(yīng)速率。但在有些情況下，在中等至高含水量食品中，隨著水活性增大，反應(yīng)速率反而降低。例如，在水是生成物的反應(yīng)中增加水的含量可阻止反應(yīng)的進(jìn)行，其結(jié)果抑制了水的產(chǎn)生，所以反應(yīng)速率降低。另一種情況是，當(dāng)樣品中水的含量對(duì)溶質(zhì)的溶解度、大分子表面的可及性和反應(yīng)物的遷移率等不再是限速因素時(shí)，進(jìn)一步增加水的含量，將會(huì)對(duì)提高反應(yīng)速率的組分產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，其結(jié)果是反應(yīng)速率降低。第一講水的作用2.5.1.3降低水分活度提高食品穩(wěn)定性的機(jī)理(1)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都必須在水溶液中才能進(jìn)行;

(2)很多反應(yīng)屬于離子反應(yīng);(3)很多化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)都必須有水分子參加才能進(jìn)行;

(4)許多以酶為催化劑的酶促反應(yīng),水除了起著一種反應(yīng)物的作用外,還能作為底物向酶擴(kuò)散的輸送介質(zhì),并且通過水化促使酶和底物活化.(5)食品中微生物生長繁殖都要求有一定最低限度的AW第一講水的作用2.5.2冷凍與食品穩(wěn)定性2.5.2.1凍藏時(shí)冰對(duì)食品穩(wěn)定性的影響低溫下，微生物的繁殖被抑制、一些化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)降低；食品的凍藏雖然可以提高一些食品的穩(wěn)定性,但對(duì)于具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品和食品凝膠,將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)非常不利的后果:(1)水轉(zhuǎn)化為冰后,體積增加9%,使具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品受到機(jī)械性損傷,造成解凍后汁液流失,或者使細(xì)胞內(nèi)的酶與細(xì)胞外的底物接觸,導(dǎo)致不良反應(yīng)的發(fā)生.(2)冷凍濃縮效應(yīng).凍藏溫度下,食品中仍有未凍結(jié)相,在非凍結(jié)相中,非水組分的濃度提高,最終引起,食品體系的理化性質(zhì)如非凍結(jié)相的PH值、可滴定酸度、離子強(qiáng)度、黏度、冰點(diǎn)、表面和界面張力、氧化-還原電位等發(fā)生改變。第一講水的作用2.5.2.2玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性無定形態(tài):是指物質(zhì)所處的一種非平衡、非結(jié)晶狀態(tài)。玻璃態(tài)：是指既像固體一樣具有一定的形狀和體積，又像液體一樣分子間排列只是近似有序。橡膠態(tài)：是指大分子聚合物轉(zhuǎn)變成柔軟而具有彈性的固體時(shí)的狀態(tài)。黏流態(tài)：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：是指非晶態(tài)的食品體系從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。T<TgT=TgTg<T<Tm(熔融溫度)T=Tm第一講水的作用2.6水的作用水是維持動(dòng)、植物和人類生存必不可少的物質(zhì)之一。水的生理功用如下：1、水的溶解力很強(qiáng)，食物中各種無機(jī)及有機(jī)物質(zhì)都很容易溶于水中，即使不溶于水的物質(zhì)如脂肪和某些蛋白質(zhì)，也能在適當(dāng)條件下分散于水中，成為乳濁液或膠體溶液。2、水是體內(nèi)各種物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體。3、水的比熱及蒸發(fā)潛熱大，能使生物體溫維持恒定。4、水是體內(nèi)關(guān)節(jié)、肌肉等摩擦的潤滑劑，食物吞咽需水的幫助。第一講水分活度水分子會(huì)從水中蒸發(fā)跑到空氣中成為氣體，即水蒸汽，而氣體都有一定壓力，水蒸汽的壓力就稱為水蒸汽壓，一般食品不僅含有水，而且含有蛋白質(zhì)，淀粉等固形物，所以它的水相對(duì)地就比純水少，故其水蒸汽壓也就小，即一般有P