食品化學(xué)-水資料

第二章水第一頁第二頁，共72頁。第二頁第三頁，共72頁。2.1食品中的水分含量及功能2.1.1水分含量一般生物體及食品中水分含量為3～97%1)水在生物體內(nèi)的含量約70~80%

第三頁第四頁，共72頁。水在動物體內(nèi)的含量特點(diǎn)

隨動物年齡的增加而減少，成人含水量為58~67%。不同部位水分含量不同：皮膚60~70%；肌肉及器臟70~80%；骨骼12~15%。第四頁第五頁，共72頁。水在植物體內(nèi)的含量特點(diǎn)營養(yǎng)器官組織（根、莖、葉的薄壁組織）含量最高70~90%。繁殖器官組織（種子、微生物的孢子）含量最低12~15%。第五頁第六頁，共72頁。某些食品的水分含量表2—1

食品水分含量(%)白菜，菠菜90—95豬肉53—60新鮮蛋74奶88冰淇淋65大米12面包35餅干3—8奶油15--20第六頁第七頁，共72頁。2.2水的功能

2.2.1水在生物體內(nèi)的功能1.穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象，使其表現(xiàn)特異的生物活性2.體內(nèi)化學(xué)介質(zhì)，使生物化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行3.營養(yǎng)物質(zhì)，代謝載體4.熱容量大，調(diào)節(jié)體溫5.潤滑作用此外，水還具有鎮(zhèn)靜、強(qiáng)壯效果；保護(hù)眼睛，降脂減肥和美容作用。第七頁第八頁，共72頁。2.2.2水的食品功能1.食品的組成成分2.顯示色、香、味、形、質(zhì)構(gòu)特征3.分散蛋白質(zhì)、淀粉、形成溶膠4.影響鮮度、硬度5.影響加工，起浸透、膨脹作用6.影響儲藏性第八頁第九頁，共72頁。第九頁第十頁，共72頁。第十頁第十一頁，共72頁。2.3水的物理性質(zhì)2.3.1水的三態(tài)1、以水—汽（100℃/1個大氣壓）2、水—冰（0℃/1個大氣壓）3、汽—冰（>0℃/611Pa以下）

特點(diǎn):具有水、汽、冰三相共存（0.0098℃/611Pa）第十一頁第十二頁，共72頁。

**2.3.2水的重要物理性質(zhì)水的許多物理性質(zhì)：如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、蒸發(fā)熱、表面張力和界電常數(shù)都明顯偏高.**原因:水分子間存在著三維氫鍵締合的緣故第十二頁第十三頁，共72頁。水的密度在4℃最大，為1；0℃時冰密度為0.917,水結(jié)冰時,體積膨脹約9%(1.62ml/L).

實(shí)際應(yīng)用:

這種性質(zhì)易對冷凍食品的結(jié)構(gòu)造成機(jī)械損傷,是冷凍食品行業(yè)中應(yīng)關(guān)注的問題第十三頁第十四頁，共72頁。水的沸點(diǎn)與氣壓呈正相關(guān)關(guān)系.當(dāng)氣壓升高時,則其沸電升高;當(dāng)氣壓下降，則沸點(diǎn)降低。實(shí)際應(yīng)用:(1)熱敏性的食品如牛奶、肉汁、果汁等的濃縮通常采用減壓或真空方式來保護(hù)食品的營養(yǎng)物質(zhì)(2)不易煮爛的食物，如動物的筋、骨、牛肉等可采用高壓蒸煮，低酸性的罐頭的殺菌

(3)高原上做飯應(yīng)采用高壓第十四頁第十五頁，共72頁。3.水的比熱較大水的比熱大是因為當(dāng)溫度升高時，除了分子動能需要吸收熱量外，同時締合的分子轉(zhuǎn)化為單分子時也需要吸收熱量所致。使得水溫不易隨氣溫的變化而異。比如海洋性氣候就是如此。第十五頁第十六頁，共72頁。4.水的介電常數(shù)很高,水的溶解能力強(qiáng)

20℃時，水為80.36，生物體的干物質(zhì)的介電常數(shù)為2.2~4.0。介電常數(shù)高，可促進(jìn)電解質(zhì)的解離，所以對酸、堿、鹽等電解質(zhì)和蛋白質(zhì)在水中的溶解是非常重要的。第十六頁第十七頁，共72頁。冰的導(dǎo)電系數(shù)與熱傳遞系數(shù)均比水的大，分別大3倍與4倍也就是說，在一定的環(huán)境中，冰改變自身的溫度要比水的快得多，所以同一食物的解凍要比凍結(jié)快得多第十七頁第十八頁，共72頁。

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2.4食品中的水分狀態(tài)

及與溶質(zhì)間的相互關(guān)系(1)2.4.1水分狀態(tài)2.4.1.1結(jié)合水（束縛水，boundwater，化學(xué)結(jié)合水）

作用力：配位鍵，氫鍵，部分離子鍵特點(diǎn)：在-40℃以上不結(jié)冰，不能作為外來溶質(zhì)的溶劑第十八頁第十九頁，共72頁。單分子層水（monolayerwater）:

與食物的非水組分中離子或強(qiáng)極性基團(tuán)如氨基、羧基等直接以離子鍵或氫鍵結(jié)合的第一個水分子層中的水稱之。約為總水量的0.5%。多分子層水（multilayerwater）:處于單分子層水外的幾層水分子或與非水組分所含的弱極性基團(tuán)如羥基、酰胺基等形成的氫鍵的水分子。第十九頁第二十頁，共72頁。#

2.4食品中的水分狀態(tài)

及與溶質(zhì)間的相互關(guān)系(2)2.4.1.2自由水（freewater）（體相水，游離水，吸濕水）作用力：物理方式截留，生物膜或凝膠內(nèi)大分子交聯(lián)成的網(wǎng)絡(luò)所截留；毛細(xì)管力特點(diǎn)：可結(jié)冰，溶解溶質(zhì)；測定水分含量時的減少量；可被微生物利用。第二十頁第二十一頁，共72頁。毛細(xì)管水:毛細(xì)管徑>0.1um,約為幾~幾十um時,其內(nèi)的水屬于自由水。

自由流動水（截留水、自由水）第二十一頁第二十二頁，共72頁。#2.4食品中的水分狀態(tài)

及與溶質(zhì)間的相互關(guān)系(3)2.4.2水溶質(zhì)間的相互關(guān)系2.4.2.1水與離子和離子基團(tuán)的相互作用作用力：極性結(jié)合，偶極—離子相互作用阻礙水分子的流動的能力大于其它溶質(zhì)；水—離子鍵的強(qiáng)度大于水—水氫鍵；破壞水的正常結(jié)構(gòu),阻止水在0℃時結(jié)冰，對冰的形成造成一種阻力

第二十二頁第二十三頁，共72頁。#2.4食品中的水分狀態(tài)

及與溶質(zhì)間的相互關(guān)系(4)2.4.2.水與可形成氫鍵的中性基團(tuán)的相互作用水可以與羥基、氨基、羰基、?；?、亞氨基等形成氫鍵；作用力小于水與離子間作用力；流動性??；對水的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)影響??；阻礙水結(jié)冰；大分子內(nèi)或大分子間產(chǎn)生“水橋”

Η││∣—Ν—Η……Ο—Η……О＝С—第二十三頁第二十四頁，共72頁。#2.4食品中的水分狀態(tài)

及與溶質(zhì)間的相互關(guān)系(5)2.4.1.3水與非極性物質(zhì)的相互作用

籠形水合物的形成：由于非極性基團(tuán)與水分子產(chǎn)生斥力，使疏水基團(tuán)附近的水分子間氫鍵鍵合力↑

“籠形水合物”

:20～74個水分子將“客體”包在其中作用力：范德華力、少量靜電力、疏水基團(tuán)間的締合作用第二十四頁第二十五頁，共72頁。

2.5水分活度與食品穩(wěn)定性(1)**

2.5.1水分活度的意義問題(1)含水18%的果脯與含水18%的小麥比較，哪種耐儲藏？

水分活度:食品中水的蒸汽分壓與同溫度下純水飽和蒸汽壓之比表示

Aw=P/Po第二十五頁第二十六頁，共72頁。2.5水分活度與食品穩(wěn)定性(2)對于純水：P=PoAw=1；而對于食品中的水分，因其中溶有其它物質(zhì)，所以P總是<P。,故Aw<1。根據(jù)拉烏爾定律：Aw還可用平衡相對濕度（ERH)表示：

Aw=P/Po=ERH/100第二十六頁第二十七頁，共72頁。2.5水分活度與食品穩(wěn)定性

(3)#

2.5.2Aw與溫度的關(guān)系

Aw是溫度的函數(shù)，而且與溫度成正比原因：

P、Po、RH與溫度有關(guān)，故Aw=P/Po=ERH/100也與其有關(guān)。當(dāng)含水量相等時，溫度越高，Aw越大。除此之外，Aw還與食品的組成有關(guān)。第二十七頁第二十八頁，共72頁。

2.5水分活度與食品穩(wěn)定性(4)

低于冰點(diǎn)時，Aw與溫度的關(guān)系由于冰的存在，Aw不再象凍結(jié)前那樣受其內(nèi)容物組成與含量的影響，只純粹與溫度有關(guān)。第二十八頁第二十九頁，共72頁。例如：某食品Aw=0.86，在20℃時，由于該溫度是微生物和酶較適宜的生長或作用溫度，Aw又較高，故微生物易繁殖生長，化學(xué)反應(yīng)也容易進(jìn)行，因此食品就容易腐敗變質(zhì)。在-15℃時，由于低溫，本身抑制了微生物的繁殖，鈍化了酶，所以化學(xué)反應(yīng)幾乎不進(jìn)行，故食品在該溫度下可以保持不壞。第二十九頁第三十頁，共72頁。

結(jié)論

冰點(diǎn)以上或以下，Aw對食品穩(wěn)定性影響是不同的。高于冰點(diǎn)時，Aw與食品組成及Ｔ有關(guān)，其中食品組成是主要因素，當(dāng)組成水％相同時，Ｔ上升，則Aw上升。低于冰點(diǎn)時，Aw僅與溫度有關(guān)，與食品組成無關(guān)。

第三十頁第三十一頁，共72頁。#

2.5.3吸濕等溫線

2.5.3.1定義及意義**

1.定義：在等溫條件下，以食品含水量為縱坐標(biāo)，以Aw為橫坐標(biāo)作圖，所得曲線稱為吸濕等溫線。不同食品，因其化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)不同，對水束縛能力不一樣，有不同的吸濕等溫線，但都為Ｓ型。第三十一頁第三十二頁，共72頁。2)意義：吸濕等溫線表示了食品的Aw與含水量對應(yīng)關(guān)系，除去水（濃縮、干燥）的難易程度與Aw有關(guān).1.配制食品混合應(yīng)注意水在配料間的轉(zhuǎn)移2.測定包裝材料的阻濕性質(zhì)3.測定一定水分含量與微生物生長的關(guān)系4.預(yù)測食品穩(wěn)定性與水分含量的關(guān)系。第三十二頁第三十三頁，共72頁。２.5.3.2.吸濕等溫線與溫度的關(guān)系Ｔ升高，則Aw升高，對同一食品，Ｔ升高，形狀近似不變，曲線位置向下方移動.不同溫度下馬鈴薯的吸濕等溫線如下頁第三十三頁第三十四頁，共72頁。不同溫度下馬鈴薯的吸濕等溫線第三十四頁第三十五頁，共72頁。#2.5.3.3吸濕等溫線的滯后現(xiàn)象

第三十五頁第三十六頁，共72頁。

測定水加入到干燥食品的吸濕（吸附）等溫線與測定高水分食品→脫水的解吸等溫線；二線不完全重合，顯示吸濕等溫線滯后環(huán)吸濕等溫線的滯后現(xiàn)象;

吸濕（吸附）等溫線與解吸等溫線不完全重合的現(xiàn)象第三十六頁第三十七頁，共72頁。水分含量相同時，對應(yīng)的Aw，解濕<吸濕

原因：吸濕到食品內(nèi)的水，還未充分被食品組分束縛，沒有使食品完全“復(fù)原”

影響因素:食品品種不同，滯后環(huán)不同同一食品，不同溫度，滯后環(huán)也不同不同的解吸方法,滯后環(huán)也不同第三十七頁第三十八頁，共72頁。2.5.3.4吸濕等溫線分區(qū)(1)為了說明吸濕等溫線的內(nèi)在含義，并與水的存在狀態(tài)緊密聯(lián)系，可以將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)。Ⅰ區(qū)Aw=0～0.25約0～0.07g水/g干物質(zhì)作用力：H2O—離子，H2O—偶極，配位鍵屬單分子層水（含水合離子內(nèi)層水）不能作溶劑，-40℃以上不結(jié)冰，與腐敗無關(guān)第三十八頁第三十九頁，共72頁。2.5.3.4吸濕等溫線分區(qū)(2)Ⅱ區(qū)Aw=0.25～0.8（加Ⅰ區(qū),<0.45gH2O/g干）作用力：氫鍵、H2O—H2O、H2O—溶質(zhì)屬多分子層水，加上Ⅰ區(qū)約占高水食品的5%不作溶劑，-40℃以上不結(jié)冰，但接近0.8（Aw）的食品，可能有變質(zhì)現(xiàn)象第三十九頁第四十頁，共72頁。2.5.3.4吸濕等溫線分區(qū)(3)Ⅲ區(qū)，新增的水為自由水，（截留+流動）多者可達(dá)20gH2O/g干物質(zhì)可結(jié)冰，可作溶劑劃分區(qū)不是絕對的，可有交叉，連續(xù)變化第四十頁第四十一頁，共72頁。第四十一頁第四十二頁，共72頁。第四十二頁第四十三頁，共72頁。**2.5.4Aw與微生物繁殖的關(guān)系微生物的生長繁殖需要水，適宜的Aw一般情況如下：Aw<0.90大多數(shù)細(xì)菌<0.87大多酵母<0.80大多霉菌0.8～0.6耐鹽、干、滲透壓細(xì)菌、酵母、霉菌<0.50任何微生物均不生長繁殖第四十三頁第四十四頁，共72頁。**2.5.5Aw與酶促反應(yīng)的關(guān)系水可作為介質(zhì)，活化底物和酶Aw<0.8大多數(shù)酶活力受到抑制Aw=0.25～0.3淀粉酶、多酚氧化酶、過氧化物酶抑制或喪失活力但脂肪酶在Aw=0.1～0.3仍保持其活性，如肉脂類（因為活性基團(tuán)未被水覆蓋，易與氧作用）

第四十四頁第四十五頁，共72頁。**2.5.6Aw與非酶反應(yīng)的關(guān)系(1)

2.6.3.1Aw與非酶褐變Aw<0.2V最小，褐變難于發(fā)生Aw<0.7

Aw升高，V升高，Aw=0.6～0.7V最大（羰氨反應(yīng)達(dá)到最大值）Aw>0.7V降低（因為H2O稀釋了反應(yīng)物濃度）

第四十五頁第四十六頁，共72頁。**2.5.6Aw與非酶反應(yīng)的關(guān)系(2)2.6.3.2Aw與脂肪的氧化Aw對脂肪的非酶氧化反應(yīng)的影響比較復(fù)雜。Aw<0.4Aw↑V↓(MO2—H2O阻V)Aw>0.4Aw↑V↑（H2O溶解O2，溶脹后催化部位暴露，氧化V↑）Aw>0.8Aw↑V↑(稀釋濃度)

第四十六頁第四十七頁，共72頁。**2.5.6Aw與非酶反應(yīng)的關(guān)系(3)Aw與水溶性色素分解，維生素分解

Aw↑V分解↑第四十七頁第四十八頁，共72頁。**2.6結(jié)冰對食品穩(wěn)定性影響（1）食品結(jié)冰時1.非凍結(jié)相中，溶質(zhì)變濃，產(chǎn)生濃縮效應(yīng)未凍結(jié)的pH、粘度、離子強(qiáng)度、氧化還原電位、膠體性質(zhì)等發(fā)生變化。加速一些化學(xué)反應(yīng)：蔗糖在酸催化下水解反應(yīng)，肌紅蛋白褐變蛋白質(zhì)變性S↓第四十八頁第四十九頁，共72頁。**2.6結(jié)冰對食品穩(wěn)定性影響（2）2.冰的體積增加9%,導(dǎo)致機(jī)械傷害,發(fā)生錯位現(xiàn)象氧化反應(yīng)（VC、脂肪、VA、VE、β-胡蘿卜素……）酶催化反應(yīng)（糖原損失、乳酸↑，高能磷酸鹽降解……）第四十九頁第五十頁，共72頁。

2.7水對食品質(zhì)構(gòu)的影響(1)水%、Aw對干、半干、中濕食品質(zhì)構(gòu)有影響低Aw：餅干脆性油炸土豆片脆性硬糖防粘固體飲料防結(jié)塊中濕：軟糖防變硬蛋糕防變硬面包防變硬第五十頁第五十一頁，共72頁。2.7.1降低Aw的方法添加吸濕劑可在水分含量不變條件下，降低Aw值。吸濕劑應(yīng)該含離子、離子基團(tuán)或含可形成氫鍵的中性基團(tuán)（羥基，羰基，氨基，亞氨基，?；龋从锌膳c水形成結(jié)合水的親水性物質(zhì)。如：多元醇：丙三醇、丙二醇、糖無機(jī)鹽：磷酸鹽（水分保持劑）、食鹽動、植物、微生物膠：明膠、卡拉膠、黃原膠第五十一頁第五十二頁，共72頁。2.7水對食品質(zhì)構(gòu)的影響(2)冷凍方式對質(zhì)構(gòu)的影響速凍、小晶體破壞??；慢凍，大冰晶破壞大干燥方法對質(zhì)構(gòu)的影響空氣干燥質(zhì)構(gòu)破壞冷凍干燥相似質(zhì)構(gòu)如脫水蔬菜高溫脫水質(zhì)構(gòu)破壞第五十二頁第五十三頁，共72頁。2.8分子流動性與食品穩(wěn)定性(1)無定形----非平衡、非結(jié)晶狀態(tài)（過飽和溶液）玻璃態(tài)----以無定形固體存在的物質(zhì)于玻璃態(tài)玻璃化溫度----過飽和溶液轉(zhuǎn)變成玻璃態(tài)時的溫度第五十三頁第五十四頁，共72頁。2.8分子流動性與食品穩(wěn)定性(2)食品的物理變化和化學(xué)變化的速度由分子流動性所決定分子流動性與溫度有相依性大多數(shù)食品具有玻璃化溫度溶質(zhì)類型影響玻璃化溫度分子的纏結(jié)能影響食品的性質(zhì)（因為阻礙水分的遷移，有助于保持谷物食品的脆性，減緩冷凍食品的結(jié)晶速度目前，測定分子流動性有困難，在實(shí)際應(yīng)用上不能達(dá)到或超過Aw方法的水平。第五十四頁第五十五頁，共72頁。2.9食品水分與食品物理性質(zhì)的關(guān)系(1)2.9.1食品干燥食品的干燥或脫水統(tǒng)稱為干制物理性狀的改變:質(zhì)量的減少和體積的縮??；色澤的變化；溶液濃度增加，使食品的冰點(diǎn)下降。第五十五頁第五十六頁，共72頁。2.9食品水分與食品物理性質(zhì)的關(guān)系(2)2.9.2食品濃縮指從液態(tài)食品中除去一定數(shù)量的水分.目的1.減小食品體積和重量.2.干燥前，除去大量水分，減輕干制的負(fù)擔(dān).第五十六頁第五十七頁，共72頁。2.9食品水分與食品物理性質(zhì)的關(guān)系(3)1.蒸發(fā)濃縮:是將液態(tài)食品的溫度提高到沸點(diǎn)，使食品的自由水蒸發(fā)。常用真空濃縮.2.冷凍濃縮:是將液態(tài)食品部分冷凍而將純的冰晶體移走,如啤酒的濃縮。3.薄膜濃縮:在食品和水之間放置一薄膜，并利用外加能量使水從液態(tài)食品一側(cè)通過薄膜到達(dá)另一側(cè)被除去。第五十七頁第五十八頁，共72頁。2.9食品水分與食品物理性質(zhì)的關(guān)系(4)2.9.3中間水分食品（中濕食品）Aw在0.60~0.85,其水分含量在20~40%中間食品具有如下特征：能象干燥食品那樣抵制微生物的繁殖生長；不必復(fù)水，且口感良好；能夠長期保存;營養(yǎng)成分容易調(diào)整;包裝經(jīng)濟(jì)。第五十八頁第五十九頁，共72頁。2.10含水食品的水分轉(zhuǎn)移(1)含水食品的水分轉(zhuǎn)移有兩種情況:1、水分的位轉(zhuǎn)移：指水分在同一食品的不同部位或不同食品之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。發(fā)生的條件：1）由于溫差引起的，水分從高溫方向低溫方向轉(zhuǎn)移。2）水分活度不同，水分從高Aw向低Aw方向轉(zhuǎn)移。第五十九頁第六十頁，共72頁。2.10含水食品的水分轉(zhuǎn)移(2)2、水分的相轉(zhuǎn)移：主要指食品中的氣相和液相水的相互轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致食品含水量的改變。發(fā)生條件：1）外界環(huán)境的空氣濕度改變2）溫度變化。相轉(zhuǎn)移的形式：1）水分蒸發(fā)：食品中水分由液相變?yōu)闅庀喽⑹?。提問：水分蒸發(fā)有何正副作用？第六十頁第六十一頁，共72頁。2.10含水食品的水分轉(zhuǎn)移(3)2）蒸汽凝結(jié)：空氣中的水蒸汽在食品表面凝結(jié)為液體水或被吸濕。產(chǎn)生條件：（1）同一溫度時，空氣濕度過飽和。（2）不同溫度時，低溫物體的表面上。提問：對于此現(xiàn)象，在哪類食品加工與貯藏時，應(yīng)引起注意，任何防止？第六十一頁第六十二頁，共72頁。2.11分子流動性對食品穩(wěn)定性的影響(1)分子流動性也是預(yù)測食品穩(wěn)定性的另一個重要指標(biāo).重要的相關(guān)定義:1.玻璃態(tài)(glassstate):是聚合物的一種狀態(tài),它像固體一樣有一定的形狀和體積，又像液體一樣分子間只是近似有序，屬于非晶態(tài)或無定形態(tài)。第六十二頁第六十三頁，共72頁。2.11分子流動性對食品穩(wěn)定性的影響(2)2、玻璃化溫度（glasstransitiontemperature，Tg）：食品從非晶態(tài)到橡膠態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時的溫度。此種變化稱為玻璃化轉(zhuǎn)變。注意：食品發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時，可引起其物理和力學(xué)性能上的急劇變化。如：食品的比熱、膨脹系數(shù)、折光系數(shù)第六十三頁第六十四頁，共72頁。2.11分子流動性對食品穩(wěn)定性的影響(3)影響Tg的因素：1、水分含量；與Tg呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。一般食品中每增加1%重量的水分時，Tg可降低5-10°C。但對于冷凍食品，由于水分凍