高等教育水課程

高等教育水課程第1頁(yè)/共105頁(yè)2.1引言

Introduction

戰(zhàn)爭(zhēng)之源“下一場(chǎng)世界大戰(zhàn)將是對(duì)水資源的爭(zhēng)奪”生命之源

組成機(jī)體維持生命活動(dòng)調(diào)節(jié)代謝第2頁(yè)/共105頁(yè)水是食品中非常重要的一種成分，也是構(gòu)成大多數(shù)食品的主要組分。水是唯一的以三種物理狀態(tài)廣泛存在的物質(zhì)。第3頁(yè)/共105頁(yè)

水對(duì)食品的結(jié)構(gòu)、外觀、外表、質(zhì)地、風(fēng)味以及對(duì)腐敗的敏感性有著很大的影響。

各種食品都有顯示其品質(zhì)的特征含水量,如果蔬:75%-95%,肉類:50%-80%,面:35%-45%,谷物:10%-15%。第4頁(yè)/共105頁(yè)第5頁(yè)/共105頁(yè)第6頁(yè)/共105頁(yè)2.2水和冰

waterandice第7頁(yè)/共105頁(yè)水和冰的物理特性

Physicalcharacterofwaterandice水與冰比較

水的密度高于冰。冰的導(dǎo)熱值、熱擴(kuò)散率等明顯大于水。

與元素周期表中鄰近氧的某些元素的氫化物比較（CH4、NH3、HF、H2S）除了粘度以外都有顯著差異。熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、表面張力、介電常數(shù)、熱容及相變熱（溶解、蒸發(fā)、升華）等都明顯偏高。密度偏低，水結(jié)冰時(shí)體積異常膨大，水的導(dǎo)熱值大于其他液體，冰的導(dǎo)熱值略大于非金屬固體。第8頁(yè)/共105頁(yè)第9頁(yè)/共105頁(yè)2.水和冰的結(jié)構(gòu)

Structureofwaterandice水的異常性質(zhì)可以推測(cè)水分子間存在強(qiáng)烈的吸引力以及水和冰具有不尋常結(jié)構(gòu)。第10頁(yè)/共105頁(yè)第11頁(yè)/共105頁(yè)單個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)特征H2O分子的四面體結(jié)構(gòu)有對(duì)稱型H-O共價(jià)鍵有離子性氧的另外兩對(duì)孤對(duì)電子有靜電力H-O鍵具有電負(fù)性第12頁(yè)/共105頁(yè)分子的締合水分子在三維空間形成多重氫鍵鍵合—每個(gè)水分子具有相等數(shù)目的氫鍵給體和受體，能夠在三維空間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第13頁(yè)/共105頁(yè)水分子締合的原因H-O鍵間電荷的非對(duì)稱分布使H-O鍵具有極性，這種極性使分子之間產(chǎn)生引力。由于每個(gè)水分子具有數(shù)目相等的氫鍵供體受體，因此可在三維空間形成多重氫鍵。靜電效應(yīng)。第14頁(yè)/共105頁(yè)水的結(jié)構(gòu)模型混合模型:混合模型強(qiáng)調(diào)了分子間氫鍵的概念,認(rèn)為分子間氫鍵短暫地濃集于成簇的水分子之間,成簇的水分子與其它更密集的水分子處于動(dòng)態(tài)平衡。連續(xù)模型:分子間氫鍵均勻地分布于整個(gè)水樣,水分子的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成動(dòng)態(tài)平衡。填隙式模型:水保留在似冰狀或籠狀結(jié)構(gòu)中,個(gè)別的水分子填充在籠狀結(jié)構(gòu)的縫隙中。第15頁(yè)/共105頁(yè)水分子的結(jié)構(gòu)特征水是呈四面體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。水分子之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)的。水分子氫鍵鍵合程度取決于溫度。第16頁(yè)/共105頁(yè)水的三維空間結(jié)構(gòu)第17頁(yè)/共105頁(yè)冰的結(jié)構(gòu)六方形冰晶HexagonalIce

冰是水分子有序排列形成的晶體。水結(jié)冰時(shí)分子之間氫鍵連接在一起形成低密度的剛性結(jié)構(gòu)。第18頁(yè)/共105頁(yè)Ice-six(IceVI)

0℃時(shí)普通冰的晶胞第19頁(yè)/共105頁(yè)冰的基礎(chǔ)平面（a）沿c軸方向觀察到的六方形結(jié)構(gòu)（b）基礎(chǔ)平面的立體圖圓圈代表水分子的氧原子第20頁(yè)/共105頁(yè)冰的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)第21頁(yè)/共105頁(yè)冰的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)第22頁(yè)/共105頁(yè)第23頁(yè)/共105頁(yè)冰的分類（按冷凍速度和對(duì)稱要素分）六方型冰晶不規(guī)則樹(shù)枝狀結(jié)晶粗糙的球狀結(jié)晶易消失的球狀結(jié)晶及各種中間體第24頁(yè)/共105頁(yè)在最適度的低溫冷卻劑中緩慢冷凍。六方冰晶形成的條件溶質(zhì)的性質(zhì)及濃度均不嚴(yán)重干擾水分子的遷移。第25頁(yè)/共105頁(yè)冰形成的分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程第26頁(yè)/共105頁(yè)第27頁(yè)/共105頁(yè)2.3食品中水的存在形式

Categoriesofwaterinfoods水體相水

結(jié)合水自由水毛細(xì)管水多層水化合水鄰近水滯化水第28頁(yè)/共105頁(yè)結(jié)合水Constitutionalwater通常是指存在于溶質(zhì)或其它非水組分附近的、與溶質(zhì)分子之間通過(guò)化學(xué)鍵的力結(jié)合的那部分水。結(jié)合水又分為化合水、鄰近水（單層水）和多層水三種類型。

第29頁(yè)/共105頁(yè)化合水

是指結(jié)合最牢固的、構(gòu)成非水物質(zhì)組成的那些水?；纤男再|(zhì)：在-40℃下不結(jié)冰無(wú)溶解溶質(zhì)的能力與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)為0不能被微生物利用第30頁(yè)/共105頁(yè)鄰近水(

Vicinalwater)

它是處在非水組分親水性最強(qiáng)的基團(tuán)周圍的第一層位置，與離子或離子基團(tuán)締合的水。主要結(jié)合力是水-離子和水-偶極締合作用，其次是水和溶質(zhì)之間的氫鍵。在-40℃下不結(jié)冰無(wú)溶解溶質(zhì)的能力與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)大大減少不能被微生物利用很穩(wěn)定，不易引起食物腐敗、變質(zhì)。第31頁(yè)/共105頁(yè)多層水占據(jù)第一層鄰近水剩余位置和圍繞非水組分親水基團(tuán)形成的另外幾層水。大多數(shù)多層水在-40℃下不結(jié)冰，其余可結(jié)冰，但冰點(diǎn)大大降低。有一定溶解溶質(zhì)的能力與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)大大降低不能被微生物利用第32頁(yè)/共105頁(yè)體相水（游離水）

也叫自來(lái)水，指組織、細(xì)胞中能夠結(jié)冰和溶解溶質(zhì)的水。能結(jié)冰，但冰點(diǎn)有所下降溶解溶質(zhì)的能力強(qiáng)，干燥時(shí)易被除去與純水分子平均運(yùn)動(dòng)接近很適于微生物生長(zhǎng)和大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，易引起Food的腐敗變質(zhì)，但與食品的風(fēng)味及功能性緊密相關(guān)。體相水包括：滯化水、毛細(xì)管水和自由流動(dòng)水三種類型第33頁(yè)/共105頁(yè)2.4水與溶質(zhì)的相互作用

Water–soluteinteractionsa.大約12～25KJ/mol；b.遠(yuǎn)低于單個(gè)共價(jià)鍵的強(qiáng)度；c.R是烷基；d.疏水相互作用是熵驅(qū)動(dòng)的，而偶極-離子和偶極-偶極相互作用是焓驅(qū)動(dòng)的。

1.水與溶質(zhì)相互作用的分類第34頁(yè)/共105頁(yè)2.水與離子基團(tuán)的相互作用

InteractionofwaterwithIonicgroups由于水中添加可解離的溶質(zhì)，使純水靠氫鍵鍵合形成的四面體排列的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞。對(duì)于既不具有氫鍵受體又沒(méi)有給體的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)離子，它們與水相互作用時(shí)僅僅是離子-偶極的極性結(jié)合。第35頁(yè)/共105頁(yè)在稀水溶液中一些離子具有凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)（Netstructure-breakingeffect),這些離子大多為負(fù)離子和大的正離子，如：K+,Rb+,Cs+,NH4+,Cl-,Br-，I-,NO3-,BrO3-,IO3-，ClO4-

等。第36頁(yè)/共105頁(yè)另外一些離子具有凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)（Netstructure-formingeffect),這些離子大多是電場(chǎng)強(qiáng)度大，離子半徑小的離子。如：Li+,Na+,Ca2+,Ba2+,Mg2+,Al3+，F(xiàn)-，OH-,等。第37頁(yè)/共105頁(yè)3.水與有氫鍵鍵合能力中性基團(tuán)的相互作用

Interactionofwaterwithneutralgroupspossessinghydrogen-bondingcapabilities水與溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱。氫鍵作用的強(qiáng)度與水分子之間的氫鍵相近。水能與某些基團(tuán)，例如羥基、氨基、羰基、酰氨基和亞氨基等極性基團(tuán)，發(fā)生氫鍵鍵合。第38頁(yè)/共105頁(yè)在生物大分子的兩個(gè)部位或兩個(gè)大分子之間可形成由幾個(gè)水分子所構(gòu)成的“水橋”。結(jié)晶大分子的親水基團(tuán)間的距離是與純水中最鄰近兩個(gè)氧原子間的距離相等。如果在水合大分子中這種間隔占優(yōu)勢(shì)，這將會(huì)促進(jìn)第一層水和。木瓜蛋白酶中的三分子水橋第39頁(yè)/共105頁(yè)十個(gè)水分子鏈將一個(gè)α-helix（helix9，211-227）的一端與另一個(gè)α-helix（helix11，272-285）的中段連接起來(lái)。水分子與蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)合，不僅決定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，而且還決定特定的分子振動(dòng)。通過(guò)葡糖淀粉酶（glucoamylase）的蛋白水解片段x射線衍射數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論如下圖所示：第40頁(yè)/共105頁(yè)第41頁(yè)/共105頁(yè)4.水與疏水基團(tuán)的相互作用

Interactionofwaterwithnonpolarsubstances水中加入疏水性物質(zhì)疏水基團(tuán)與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基團(tuán)附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強(qiáng),結(jié)構(gòu)更為有序疏水基團(tuán)之間相互聚集，從而使它們與水的接觸面積減小，結(jié)果導(dǎo)致自由水分子增多第42頁(yè)/共105頁(yè)水在疏水表面的取向大多數(shù)蛋白質(zhì)分子中大約40%的氨基酸含有非極性基團(tuán)。蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán)包括丙氨酸的甲基、苯丙氨酸的芐基、纈氨酸的異丙基、半胱氨酸的巰基、亮氨酸的仲丁基和異丁基。其他化合物例如醇類、脂肪酸和游離氨基酸的非極性基團(tuán)也參與疏水相互作用。第43頁(yè)/共105頁(yè)非極性物質(zhì)具有兩種特殊的性質(zhì)：蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生的疏水相互作用（hydrophobicinteraction）極性物質(zhì)能和水形成籠形水合物（clathratehydrates）第44頁(yè)/共105頁(yè)疏水水合

Hydrophobichydration向水中添加疏水物質(zhì)時(shí)，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基團(tuán)附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強(qiáng)，使得熵減小，此過(guò)程成為疏水水合。第45頁(yè)/共105頁(yè)疏水相互作用

Hydrophobicinteraction當(dāng)水與非極性基團(tuán)接觸時(shí)，為減少水與非極性實(shí)體的界面面積，疏水基團(tuán)之間進(jìn)行締合，這種作用成為疏水相互作用。第46頁(yè)/共105頁(yè)球狀蛋白質(zhì)的疏水相互作用第47頁(yè)/共105頁(yè)第48頁(yè)/共105頁(yè)籠形水合物(Clathratehydrates)是象冰一樣的包含化合物，水為“宿主”，它們靠氫鍵鍵合形成像籠一樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)物理方式將非極性物質(zhì)截留在籠內(nèi)，被截留的物質(zhì)稱為“客體”。一般“宿主”由20-74個(gè)水分子組成，較典型的客體有低分子量烴，稀有氣體，鹵代烴等。第49頁(yè)/共105頁(yè)2.5水分活度與吸濕等溫線

WateractivityandMoistureSorptionisothermsERH:樣品周圍的空氣平衡相對(duì)濕度N：溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)n1：溶劑的摩爾數(shù)；n2：溶質(zhì)的摩爾數(shù)水分活度是指食品中水的蒸汽壓和該溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值。第50頁(yè)/共105頁(yè)

注意：

1、水分活度的物理意義是表征生物組織和食品中能參與各種生理作用的水分含量與總含水量的定量關(guān)系。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時(shí)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。第51頁(yè)/共105頁(yè)2、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52頁(yè)/共105頁(yè)水分活度的測(cè)定方法

MeasurementmethodsofAw1、冰點(diǎn)測(cè)定法先測(cè)樣品的冰點(diǎn)降低和含水量，據(jù)下兩式計(jì)算aw，其誤差很?。ǎ?.001aw/℃）

aw=n1/(n1+n2)n2=G△Tt/(1000.Kt)

G—溶劑克數(shù)△Tt—冰點(diǎn)降低(℃)Kt—水的摩爾冰點(diǎn)降低常數(shù)(1.86)第53頁(yè)/共105頁(yè)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(cè)定儀測(cè)樣品和環(huán)境空氣的平衡相對(duì)濕度,即可得aw。2、相對(duì)濕度傳感器測(cè)定法第54頁(yè)/共105頁(yè)

通常溫度恒定在25℃，擴(kuò)散時(shí)間為20min，樣品量為1g，并且是在一種水分活度較低（A）和另一種水分活度較高(B)的飽和鹽溶液下分別測(cè)定樣品的吸收(x)或散失水分(y)的重量，然后安下式計(jì)算：

aw=（Ax+By）/(x+y)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(cè)樣品含水量的變化,然后再求aw。第55頁(yè)/共105頁(yè)二、水分活度與溫度的關(guān)系

temperaturedependence

測(cè)定樣品水活性時(shí)，必須標(biāo)明溫度，因?yàn)锳w值隨溫度而改變。經(jīng)修改的克勞修斯-科拉伯龍（Clausius-Clapeyron）方程，精確地表示aW對(duì)溫度的相依性。

式中：T,絕對(duì)溫度；R，氣體常數(shù)；ΔH,樣品中水分的等量吸附熱。上式經(jīng)整理，符合廣義的直線方程。以lnAw對(duì)1/T作圖（當(dāng)水分含量一定時(shí)）應(yīng)該是一條直線。

㏑Aw=-k△H/R（1/T）第56頁(yè)/共105頁(yè)馬鈴薯淀粉Aw與溫度的Clausius—Clapeyron）關(guān)系從圖中可以看出：

在含水量一定的情況下，水活分度的對(duì)數(shù)與絕對(duì)溫度的倒數(shù)呈良好的線性關(guān)系，而且水分活度對(duì)溫度的相依性是含水量的函數(shù)。第57頁(yè)/共105頁(yè)冰點(diǎn)以下水活度與溫度的關(guān)系Pff

部分冷凍食品中水的分壓P0（scw）純的過(guò)冷水的蒸汽壓P0（ice）純冰的蒸汽壓。

基于冷凍食品中水的分壓等于相同溫度下冰的蒸汽壓。由于過(guò)冷水的蒸汽壓已能測(cè)到-15℃，而冰的蒸汽壓可測(cè)到更低的溫度，因此，精確地計(jì)算冷凍食品的aw值是可能的。第58頁(yè)/共105頁(yè)高于或低于凍結(jié)溫度時(shí)樣品的水活性和溫度之間的關(guān)系(1)在冰點(diǎn)以下的溫度呈線性關(guān)系。(2)溫度對(duì)冰點(diǎn)以下的aw的影響一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)冰點(diǎn)以上的aw的影響。(3)在樣品的冰點(diǎn)處不連續(xù)并產(chǎn)生急劇的轉(zhuǎn)折。

第59頁(yè)/共105頁(yè)高于和低于凍結(jié)溫度下aw的重要差別①在凍結(jié)溫度以上，aw是樣品組分與溫度的函數(shù)，且前者是主要因素；在凍結(jié)溫度以下，aw與樣品組分無(wú)關(guān)，只取決于溫度，不能根據(jù)冰點(diǎn)以上的aw預(yù)測(cè)體系中溶質(zhì)的種類和含量對(duì)冰點(diǎn)溫度以下體系發(fā)生變化的影響。②凍結(jié)溫度以上和以下aw對(duì)食品穩(wěn)的影響是不同的。在-15℃的產(chǎn)品中(aw為0.86)，微生物不再生長(zhǎng)，而且化學(xué)反應(yīng)緩慢進(jìn)行；但是在20℃與aw為0.86時(shí)，一些化學(xué)反應(yīng)將快速進(jìn)行，一些微生物將以中等速度生長(zhǎng)。第60頁(yè)/共105頁(yè)三、水分吸著等溫線

MoistureSorptionIsotherms

定義：

在恒定的溫度下，食品的水分含量(用單位干物質(zhì)質(zhì)量中水的質(zhì)量表示，g水／g干物質(zhì))與它的水分活度之間的關(guān)系圖稱為吸著（附）等溫線（簡(jiǎn)稱MSI）。第61頁(yè)/共105頁(yè)高含水量食品的吸濕等溫線第62頁(yè)/共105頁(yè)低水分含量范圍食品的水分吸著等溫線第63頁(yè)/共105頁(yè)MSI上不同區(qū)水分特性第64頁(yè)/共105頁(yè)MSI的實(shí)際意義

由于水的轉(zhuǎn)移程度與aw有關(guān),從MSI圖可以看出食品脫水的難易程度,也可以看出如何組合食品才能避免水分在不同物料間的轉(zhuǎn)移。據(jù)MSI可預(yù)測(cè)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。第65頁(yè)/共105頁(yè)大多數(shù)食品的吸濕等溫線為S形；而水果、糖制品、含有大量糖和其它可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸濕等溫線為J形。第66頁(yè)/共105頁(yè)四、滯后現(xiàn)象

Hysteresis定義:

采用回吸(resorption)的方法繪制的MSI和按解吸(desorption)的方法繪制的MSI并不互相重疊的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。第67頁(yè)/共105頁(yè)

等溫線的滯后現(xiàn)象

第68頁(yè)/共105頁(yè)冷凍干燥蘋果片的吸著滯后現(xiàn)象第69頁(yè)/共105頁(yè)冷凍干燥熟豬肉的吸著滯后現(xiàn)象第70頁(yè)/共105頁(yè)冷凍干燥大米的吸著滯后現(xiàn)象第71頁(yè)/共105頁(yè)滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因解吸過(guò)程中一些水分與非水溶液成分作用而無(wú)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(wú)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72頁(yè)/共105頁(yè)五、水分活度與食品的穩(wěn)定性Wateractivityandfoodstability第73頁(yè)/共105頁(yè)水分活度與食品的穩(wěn)定性第74頁(yè)/共105頁(yè)MicrobiologicalstabilityMicroorganismsmaygrowaboveagiven,foodmaterialspecificwatercontentMicroorganismsdonotgrowatlowwateractivitiesGrowthofmicroorganismsmayoccurinintermediatemoisturefoods第75頁(yè)/共105頁(yè)Therearegeneralwateractivitylimitsforgrowthofmolds,yeastsandbacteriaaw<0.6nogrowthaw>0.6xerophilic（耐干燥）moldsandyeasts

aw>0.75halophilic（耐鹽的）bacteriaaw>0.8mostmoldsandyeastsaw>0.86pathogenic（致病的）bacteria第76頁(yè)/共105頁(yè)水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系1、對(duì)脂肪氧化酸敗的影響

從極低的aw值開(kāi)始,氧化速度隨著水分的增加而降低,直到aw值接近等溫線的區(qū)域

I和區(qū)域Ⅱ的邊界;而進(jìn)一步加水就使氧化速度增加，直到aw值接近區(qū)域Ⅱ與區(qū)域Ⅲ的邊界,再進(jìn)一步加水又引起氧化速度降低。第77頁(yè)/共105頁(yè)在Aw=0-0.35范圍內(nèi),隨Aw的增加，反應(yīng)速度降低的原因:水與脂類氧化生成的氫過(guò)氧化物以氫鍵結(jié)合,保護(hù)氫過(guò)氧化物的分解,阻止氧化進(jìn)行。這部分水能與金屬離子形成水合物,降低了其催化性。第78頁(yè)/共105頁(yè)在Aw=0.35-0.8范圍內(nèi),隨Aw增加,反應(yīng)速度增加的原因:水中溶解氧增加。大分子物質(zhì)溶脹,活性位點(diǎn)暴露加速脂類氧化。催化劑和氧的流動(dòng)性增加。當(dāng)Aw＞0.8時(shí),隨Aw增加,反應(yīng)速度增加很緩慢的原因:

催化劑和反應(yīng)物被稀釋第79頁(yè)/共105頁(yè)2、對(duì)淀粉老化的影響

在含水量達(dá)

30%-60%時(shí),淀粉老化的速度最快；如果降低含水量則淀粉老化速度減慢,若含水量降至10%-15%時(shí),則水分基本上以結(jié)合水的狀態(tài)存在,淀粉不會(huì)發(fā)生老化。

第80頁(yè)/共105頁(yè)3、對(duì)蛋白質(zhì)變性的影響

蛋白質(zhì)變性改變了蛋白質(zhì)分子多膚鏈特有的有規(guī)律的高級(jí)結(jié)構(gòu),使蛋白質(zhì)的許多性質(zhì)發(fā)生改變。因?yàn)樗苁苟嗫椎鞍踪|(zhì)膨潤(rùn),暴露出長(zhǎng)鏈中可能被氧化的基團(tuán),氧就很容易轉(zhuǎn)移到反應(yīng)位置。

水分活度增大會(huì)加速蛋白質(zhì)的氧化作用,破壞保持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵,導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。據(jù)測(cè)定,當(dāng)水分含量達(dá)

4%時(shí),蛋白質(zhì)變性仍能緩慢進(jìn)行。

以下,則不發(fā)生變性。

第81頁(yè)/共105頁(yè)4、對(duì)酶促褐變的影響

EnzymaticChangesSeveralenzymaticchangesdonotoccuratlowAw(0.25-0.3)。Lowmolecularmobilitydoesnotallowenzymeandsubstraterearrangements第82頁(yè)/共105頁(yè)5、對(duì)非酶褐變的影響

Non-EnzymaticBrowning

當(dāng)食品的水分活度在一定的范圍內(nèi)時(shí),非酶褐變隨著水分活度的增大而加速，aw值在0.6-0.7之間時(shí),褐變最為嚴(yán)重；

隨著水分活度的下降,非酶褐變就會(huì)受到抑制而減弱；當(dāng)水分活度降低到0.2以下時(shí),褐變就難以發(fā)生。但如果水分活度大于褐變高峰的aw值,則由于溶質(zhì)的濃度下降而導(dǎo)致褐變速度減慢。在一般情況下,濃縮的液態(tài)食品和中濕食品位于非酶褐變的最適水分含量的范圍內(nèi)。

第83頁(yè)/共105頁(yè)6、FlavourRetentionRetentionofflavourandaroma（香味）isrelativelyhighatlowwateractivitiesVolatile（不穩(wěn)定的）compoundsmustdiffusetothesurface.Diffusionisdependentontemperatureandwatercontent.Volatilecompoundsoftenbecomenocapsulated（不容易包裹）infoodmatricesatlowwateractivities第84頁(yè)/共105頁(yè)7、對(duì)水溶性色素分解的影響

葡萄、杏、草莓等水果的色素是水溶性花青素,花青素溶于水時(shí)是很不穩(wěn)定的,1-2周后其特有的色澤就會(huì)消失。但花青素在這些水果的干制品中則十分穩(wěn)定,經(jīng)過(guò)數(shù)年貯藏也僅僅是輕微的分解。一般而言,若aw增大,則水溶性色素分解的速度就會(huì)加快。第85頁(yè)/共105頁(yè)低水分活度能抑制食品化學(xué)變化的機(jī)理

第一,

大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都必須在水溶液中才能進(jìn)行,降低食品的水分活度,則食品中結(jié)合水的比例增加,自由水的比例減少,而結(jié)合水是不能作為反應(yīng)物的溶劑的,所以降低水分活度,能使食品中許多可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、酶促反應(yīng)受到抑制。

第二,

很多化學(xué)反應(yīng)是屬于離子反應(yīng),該反應(yīng)發(fā)生的條件是反應(yīng)物首先必須進(jìn)行離子化或水化作用,而發(fā)生離子化或水化作用的條件必須有足夠的自由水才能進(jìn)行。

第86頁(yè)/共105頁(yè)第三,

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(如水解反應(yīng)）。若降低水分活度,就減少了參加反應(yīng)的自由水的數(shù)量,反應(yīng)物(水

)的濃度下降,化學(xué)反應(yīng)的速度也就變慢。

第四,

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(guò)水化促使酶和底物活化。第87頁(yè)/共105頁(yè)綜上所述,降低食品的aw,可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進(jìn)行,減少食品營(yíng)養(yǎng)成分破壞,防止水溶性色素分解。但aw過(guò)低,則會(huì)加速脂肪氧化酸敗,引起非酶褐變。食品化學(xué)反應(yīng)的最大反應(yīng)速度一般發(fā)生在具有中等水分含量的食品中(aw0.7-0.9)。

要使食品具有最高的穩(wěn)定性,最好將aw保持在結(jié)合水范圍內(nèi)。這樣,既使化學(xué)變化難以發(fā)生,同時(shí)又不會(huì)使食品喪失吸水性和復(fù)原性。第88頁(yè)/共105頁(yè)（1）幾個(gè)概念玻璃態(tài)（glassstate）:是聚合物的一種狀態(tài)，它既象固體一樣有一定的形狀，又象液體一樣分子間排列只是近視有序，是非晶態(tài)或無(wú)定形態(tài)。處于此狀態(tài)的聚合物只允許小尺寸的運(yùn)動(dòng)，其形變很小，類于玻璃，因此稱玻璃態(tài)。橡膠態(tài):高聚物轉(zhuǎn)變成柔軟而具有彈性的固體，稱為橡膠態(tài)。玻璃化溫度（Tg）:非晶態(tài)食品從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變稱玻璃化轉(zhuǎn)變，此時(shí)的溫度稱玻璃化溫度。

2.6分子的移動(dòng)性與食品的穩(wěn)定性第89頁(yè)/共105頁(yè)無(wú)定形（Amorphous）：

是物質(zhì)的一種非平衡、非結(jié)晶態(tài)。分子流動(dòng)性（Mm）：是分子的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)和平轉(zhuǎn)移動(dòng)性的總度量。決定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。大分子纏結(jié)（Macromoleculerentanglement）：

指大的聚合物以隨機(jī)的方式相互作用，沒(méi)有形成化學(xué)鍵，有或沒(méi)有氫鍵。第90頁(yè)/共105頁(yè)（2）二元體系的狀態(tài)圖第91頁(yè)/共105頁(yè)（3）分子淌度與食品性質(zhì)的相關(guān)性RelationshipofMmandfoodstability擴(kuò)散因子D碰撞頻率因子A活化能因子Ea決定化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)、物理反應(yīng)的速率與分子淌度的關(guān)系第92頁(yè)/共105頁(yè)擴(kuò)散限制反應(yīng)：擴(kuò)散因子D對(duì)反應(yīng)的影響大于碰撞頻率因子A和活化能因子Ea的影響。

包括：質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，自由基重新結(jié)合反應(yīng)，酸堿反應(yīng)，許多酶催化反應(yīng)，蛋白質(zhì)折疊反應(yīng)，聚合物鏈增長(zhǎng)，以及血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合/去氧合作用。非擴(kuò)散限制反應(yīng):擴(kuò)散因子D對(duì)反應(yīng)的影響小于碰撞頻率因子A和活化能因子Ea的影響。

包括：高水分食品中的一些反應(yīng)，有些非催化的慢反應(yīng)等。第93頁(yè)/共105頁(yè)自由體積與分子淌度的相關(guān)性

當(dāng)溫度降至Tg時(shí)，自由體積（Freevolume）顯著的變小，以致使聚合物鏈段的平動(dòng)停止。自由體積與分子淌度是正相關(guān)，減小自由體積在某種意義上有利于食品的穩(wěn)定性，但不是絕對(duì)的，而且自由體積目前還不能作為預(yù)測(cè)食品穩(wěn)定性的定量指標(biāo)。第94頁(yè)/共105頁(yè)（4）Aw和Mm方法研究食品穩(wěn)定性的比較二者相互補(bǔ)充，非相互競(jìng)爭(zhēng)Aw法主要注重食品中水的有效性，如水作為溶劑的能力；Mm法主要注重食品的微觀粘度和化學(xué)組分的擴(kuò)散能力。第95頁(yè)/共105頁(yè)本章小結(jié)1.水分子的結(jié)構(gòu)特征：水是呈四面體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水分子之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)的水分子氫鍵鍵合程度取決于溫度2.水分子的締合：由于每個(gè)水分子具有相等數(shù)目的氫鍵給體和受體，能夠在三維空間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。3.冰：是由水分子有序排列形成的結(jié)晶，有11種晶型，其中六方冰晶是最穩(wěn)定的。第96頁(yè)/共105頁(yè)