食品化學(xué)第2章水

1、本章提要本章提要 水和冰的結(jié)構(gòu)及其在食品體系中的行為對(duì)食品的質(zhì)地、風(fēng)味和穩(wěn)定性的影響。 水分活度與水分吸著等溫線及水分活度對(duì)食品穩(wěn)定性的影響。 食品中水分含量和水分活度的測(cè)定方法。2.1 2.1 概述概述Introduction一、水在生物體中的含量及作用一、水在生物體中的含量及作用r 水是生物體含量最高的組分水是生物體含量最高的組分r 水母（水母（Medusae) 98%r 營(yíng)養(yǎng)器官：營(yíng)養(yǎng)器官： 7090 繁殖器官：繁殖器官： 1215二、水的功能二、水的功能水在水在食品工藝學(xué)食品工藝學(xué)方面的功能方面的功能食品理化性質(zhì)：食品理化性質(zhì)：起著溶解、分散蛋白質(zhì)、起著溶解、分散蛋白質(zhì)、淀粉等水溶性成

2、分的作用淀粉等水溶性成分的作用 食品質(zhì)地方面：食品質(zhì)地方面：對(duì)食品的新鮮度、硬度、對(duì)食品的新鮮度、硬度、風(fēng)味、流動(dòng)性、色澤、耐風(fēng)味、流動(dòng)性、色澤、耐貯性和加工適應(yīng)性有影響貯性和加工適應(yīng)性有影響食品安全性：食品安全性：水是微生物繁殖的必需條件水是微生物繁殖的必需條件食品工藝角度：食品工藝角度：水起著膨潤(rùn)、浸透、均勻化等功水起著膨潤(rùn)、浸透、均勻化等功能；能；大多數(shù)食品加工的大多數(shù)食品加工的單元操作單元操作都與都與水有關(guān)，如干燥、水有關(guān)，如干燥、 濃縮、冷凍、濃縮、冷凍、水的固定等水的固定等二、水的功能二、水的功能水在水在食品生物學(xué)食品生物學(xué)方面的功能方面的功能水是良好的溶劑水是良好的溶劑水為必須的

3、生物化學(xué)反應(yīng)水為必須的生物化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)物理環(huán)境提供一個(gè)物理環(huán)境水是體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體水是體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體水是維持體溫的載溫體水是維持體溫的載溫體水是體內(nèi)摩擦的潤(rùn)滑劑水是體內(nèi)摩擦的潤(rùn)滑劑1. 水和冰的物理特性Physical character of water and icePhysical character of water and ice 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）： 表面張力、介電常數(shù)、熱容及相變熱等 與冰比較（密度、熱擴(kuò)散率等）2.22.2水和冰的結(jié)構(gòu)水和冰的結(jié)構(gòu)Structure of water and Ice水異常的物理性質(zhì)

4、水異常的物理性質(zhì)1、高熔點(diǎn)、高熔點(diǎn)(0), 高沸點(diǎn)高沸點(diǎn)(100); 2、介電常數(shù)大；、介電常數(shù)大；3、表面張力高；表面張力高；4 4、熱容和相轉(zhuǎn)變熱焓高；、熱容和相轉(zhuǎn)變熱焓高；熔化熱、蒸發(fā)熱和升華熱熔化熱、蒸發(fā)熱和升華熱 5、密度低、密度低(1 g/cm3)，凝固時(shí)的異常膨脹率，凝固時(shí)的異常膨脹率; 6、粘度正常、粘度正常(1 cPas);(1)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.2 Structure of water and ice(2) 分子的締合1. H-O1. H-O鍵間電荷的非對(duì)鍵間電

5、荷的非對(duì)稱分布使稱分布使H-OH-O鍵具有極鍵具有極性性, ,這種極性使分子之這種極性使分子之間產(chǎn)生引力間產(chǎn)生引力. .2. 2. 由于每個(gè)水分子具有由于每個(gè)水分子具有數(shù)目相等的氫鍵供體數(shù)目相等的氫鍵供體和受體和受體, ,因此可以在三因此可以在三維空間形成多重氫鍵維空間形成多重氫鍵. .氫鍵供體氫鍵供體氫鍵受體氫鍵受體目前提出的目前提出的3 3類水的結(jié)構(gòu)模型類水的結(jié)構(gòu)模型:P17:P17 混合模型 連續(xù)模型 填隙式模型（3）水的結(jié)構(gòu)）水的結(jié)構(gòu)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(4)冰的結(jié)構(gòu)六方冰晶形成條件：六方冰晶形成條件： 在

6、最適度的低溫冷卻在最適度的低溫冷卻劑中緩慢冷凍劑中緩慢冷凍; ; 溶質(zhì)的性質(zhì)及濃度均溶質(zhì)的性質(zhì)及濃度均不嚴(yán)重干擾水分子的遷不嚴(yán)重干擾水分子的遷移。移。2.3 食品中水的存在形式Categories of water in foods以毛細(xì)管力結(jié)合的水以毛細(xì)管力結(jié)合的水以氫鍵結(jié)合力結(jié)合的水以氫鍵結(jié)合力結(jié)合的水2.4 水與溶質(zhì)的相互作用Water solute interactions2.2.水與離子基團(tuán)的相互作用Interaction of water with Ionic groups （P20) 在稀水溶液中一些離子具有凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)（Net structure-breaking effec

7、t), 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。 另外一些離子具有凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)（Net structure- forming effect),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。3.水與有氫鍵鍵合能力中性基團(tuán)的相互作用Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities 水與

8、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。 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”。4. 水與疏水基團(tuán)的相互作用Interaction of water with nonpolar substances 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 蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生的疏水相互作用（hydrophobic interaction）

9、 非極性物質(zhì)能和水形成籠形水合物（clathrate hydrates）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。疏水相互作用( Hydrophobic interaction)：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?；\形水合物(Clathrate(Clathrate hydrates) hydrates)是象冰一樣的包含化合物，水為“宿主”，它們靠氫鍵鍵合形成象籠一樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)物理方式將非

10、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20-7420-74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。球狀蛋白質(zhì)的疏水相互作用 疏水基團(tuán)締合或發(fā)生“疏水相互作用”，引起了蛋白質(zhì)的折疊。疏水相互作用是蛋白質(zhì)折疊的主要驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)也是維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的重要因素 是疏水基團(tuán)，圓球周圍的“L形”物質(zhì)根據(jù)疏水表面定向的水分子，代表與極性基團(tuán)締合的水分子2.5 水分活度與吸著等溫線（Water activity and Moisture Sorption Isotherms）食品的水分含量食品的腐敗性食品的水分含量食品的腐敗性 存在相關(guān)性存在相關(guān)性 但發(fā)現(xiàn)水分含量相

11、同，腐敗性顯著不同但發(fā)現(xiàn)水分含量相同，腐敗性顯著不同 水分含量不是一個(gè)腐敗性的可靠指標(biāo)水分含量不是一個(gè)腐敗性的可靠指標(biāo) 水分活度水分活度Aw 水與非水成分締合強(qiáng)度上的差別水與非水成分締合強(qiáng)度上的差別 比水分含量更可靠，也并非完全可靠比水分含量更可靠，也并非完全可靠 與微生物生長(zhǎng)和許多降解反應(yīng)具有相關(guān)性與微生物生長(zhǎng)和許多降解反應(yīng)具有相關(guān)性 Introductionf 溶劑（水）的逸度溶劑（水）的逸度 f0純?nèi)軇ㄋ┑囊荻燃內(nèi)軇ㄋ┑囊荻?逸度：溶劑從溶液逃脫的趨勢(shì)逸度：溶劑從溶液逃脫的趨勢(shì) 0ffAw oppAw oppff0oppAw 嚴(yán)格嚴(yán)格差別差別1%僅適合理想溶液僅適合理想溶液RVP

12、,相對(duì)蒸汽壓相對(duì)蒸汽壓2.5.1 水分活度的定義Water Activity:Definition水分活度水分活度(water activity)(water activity)是指食品中水的蒸汽壓與該溫度下純水的飽是指食品中水的蒸汽壓與該溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值和蒸汽壓的比值, ,可用下式表示可用下式表示: :oppAw aw = p/po aw: water activity p: vapor pressure of water above food po: vapor pressure above pure water p/po is easy to measure measure

13、relative humidity1000ERHppAwAw與產(chǎn)品環(huán)境的百分平衡相對(duì)濕度（與產(chǎn)品環(huán)境的百分平衡相對(duì)濕度（ERH）有關(guān)）有關(guān)ERH (Equlibrium Relative Humidity)注意注意水分活度的物理意義是表征生物組織和食品中能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)參與各種生理作用的水分含量與總含水量的定量關(guān)系。系。應(yīng)用應(yīng)用a aw w =ERH/100 =ERH/100時(shí)必須注意時(shí)必須注意: : a aw w 是樣品的內(nèi)是樣品的內(nèi)在品質(zhì)在品質(zhì), ,而而ERHERH是與樣品中的水蒸氣平衡時(shí)的大氣性是與樣品中的水蒸氣平衡

14、時(shí)的大氣性質(zhì)質(zhì). . 僅當(dāng)食品其環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)才能應(yīng)用。僅當(dāng)食品其環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)才能應(yīng)用。2.5.2 水分活度與溫度水分活度與溫度的關(guān)系的關(guān)系(temperature dependence)aw=-KH/RT水分含量相同，溫度不同，水分含量相同，溫度不同，AwAw不同不同 Clausius-ClapeyronClausius-Clapeyron公式公式RHKTdAwd)/1 (lnT T 絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度 R R 氣體常數(shù)氣體常數(shù) H H 純水的汽化潛熱純水的汽化潛熱 K K 達(dá)到同樣水蒸汽壓時(shí)食品溫度比純水溫度高出的比值達(dá)到同樣水蒸汽壓時(shí)食品溫度比純水溫度高出的比值lnAw1/T在冰點(diǎn)以下也

15、是線性的在冰點(diǎn)以下也是線性的 溫度對(duì)溫度對(duì)AwAw的影響的影響 冰點(diǎn)以下冰點(diǎn)以上，直線出現(xiàn)明顯的折斷冰點(diǎn)以下冰點(diǎn)以上，直線出現(xiàn)明顯的折斷冰點(diǎn)以下食品的冰點(diǎn)以下食品的AwP Pffff部分凍結(jié)食品中水的分壓部分凍結(jié)食品中水的分壓 P P0 0 (scw (scw) ) 純的過(guò)冷水的蒸汽壓純的過(guò)冷水的蒸汽壓 P(iceP(ice) )純冰的蒸汽壓純冰的蒸汽壓)(0)(0SCWiceSCWffPPPPAw比較冰點(diǎn)以上和冰點(diǎn)以下比較冰點(diǎn)以上和冰點(diǎn)以下Aw: :在冰點(diǎn)以上，在冰點(diǎn)以上，Aw是樣品組成與溫度的函數(shù)，前者是是樣品組成與溫度的函數(shù)，前者是主要的因素主要的因素;在冰點(diǎn)以下，在冰點(diǎn)以下，Aw與樣品

16、的組成無(wú)關(guān)，而僅與溫度有與樣品的組成無(wú)關(guān)，而僅與溫度有關(guān)，即冰相存在時(shí)，關(guān)，即冰相存在時(shí)， Aw不受所存在的溶質(zhì)的種類不受所存在的溶質(zhì)的種類或比例的影響，不能根據(jù)或比例的影響，不能根據(jù)Aw 預(yù)測(cè)受溶質(zhì)影響的反預(yù)測(cè)受溶質(zhì)影響的反應(yīng)過(guò)程；應(yīng)過(guò)程； 不能根據(jù)冰點(diǎn)以下溫度不能根據(jù)冰點(diǎn)以下溫度Aw預(yù)測(cè)冰點(diǎn)以上溫度的預(yù)測(cè)冰點(diǎn)以上溫度的Aw 當(dāng)溫度改變到形成冰或熔化冰時(shí)，就食品穩(wěn)定性而當(dāng)溫度改變到形成冰或熔化冰時(shí)，就食品穩(wěn)定性而言，水分活度的意義也改變了。言，水分活度的意義也改變了。oppAw)(0 SCWicePPAw 2.5.3 水分吸濕等溫線Moisture Sorption IsothermsDef

17、inition: polts interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature .水分吸附等溫線水分吸附等溫線 (MSI)：在恒定溫度下，使食品吸濕或干燥，所得到在恒定溫度下，使食品吸濕或干燥，所得到的食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）的食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）與與Aw的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。高水分食品的高水分食品的MSIr從正常至干燥的整個(gè)從正常至干燥的整個(gè)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(shí)，試樣的組加水回吸時(shí)，試樣的組成從區(qū)

18、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(shí)際在著顯著的差別（實(shí)際是連續(xù)變化的）是連續(xù)變化的）區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)：的水的性質(zhì)：構(gòu)成水和鄰近水構(gòu)成水和鄰近水u最強(qiáng)烈地吸附最強(qiáng)烈地吸附 u最不易流動(dòng)最不易流動(dòng) u水水- -離子或水離子或水- -偶極相偶極相互作用互作用 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單分子層單分子層（相當(dāng)于（相當(dāng)于BETBET層）層） 區(qū)區(qū)和和接界接界 圖中：圖中：0.07g H0.07g H2 2O/gO/g干物干物質(zhì)

19、，質(zhì)，A Aw w =0.2 =0.2 相當(dāng)于干制品能呈現(xiàn)最相當(dāng)于干制品能呈現(xiàn)最高的穩(wěn)定性時(shí)含有的最高的穩(wěn)定性時(shí)含有的最大含水量。大含水量。BETBET單層值的意義單層值的意義BETBET單層值的計(jì)算（單層值的計(jì)算（P31)P31)AwcmccmAwmAw1111)1 (Aw：水分活度：水分活度 m:水含量水含量(H2Og/g干物質(zhì)干物質(zhì)) m1：?jiǎn)畏肿訉又担簡(jiǎn)畏肿訉又礐:常數(shù)常數(shù))1 (AwmAw對(duì)對(duì)AwAw作圖應(yīng)得到一條直線，稱為作圖應(yīng)得到一條直線，稱為BETBET直線直線斜率截距單層值ymBET11088. 07 .106 . 011m（g H2O/g 干物質(zhì)）區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)：的水的性質(zhì)

20、：多層水多層水通過(guò)氫鍵與相鄰的水通過(guò)氫鍵與相鄰的水分子和溶質(zhì)分子締合分子和溶質(zhì)分子締合 流動(dòng)性比體相水稍差流動(dòng)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)的初步導(dǎo)致固體基質(zhì)的初步腫脹腫脹 區(qū)區(qū)和區(qū)和區(qū)的水占總的水占總水分的水分的5%5%以下以下 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完全水合所需的水分含量。含量。真實(shí)單層：真實(shí)單層：區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)：的水的性質(zhì)：體相水體相水 被物理方式截留或自由被物理方式截留或自由的的 宏觀運(yùn)動(dòng)受阻宏觀運(yùn)動(dòng)受阻 與稀鹽溶液中水的性質(zhì)與稀鹽溶

21、液中水的性質(zhì)類似類似 占總水分的占總水分的95%95%以上以上小結(jié)小結(jié)(P29)(P29)MSI的實(shí)際意義 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。2.5.5 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?；匚匚喊阉拥礁傻臉悠分邪阉拥礁傻臉悠分?解吸解吸：先使樣品吸水飽和，再干燥先使樣品吸水飽和，再干燥滯后環(huán)滯后環(huán)一般來(lái)說(shuō)

22、，當(dāng)一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)AwAw一定一定時(shí)，解吸過(guò)程中食品時(shí)，解吸過(guò)程中食品的水分含量大于回吸的水分含量大于回吸過(guò)程中水分含量。過(guò)程中水分含量。 解吸線在上方解吸線在上方 滯后環(huán)形狀取決于滯后環(huán)形狀取決于 食品品種食品品種 溫度溫度高糖高糖- -高果膠食品高果膠食品空氣干燥蘋果空氣干燥蘋果 總的滯后現(xiàn)象明顯總的滯后現(xiàn)象明顯 滯后出現(xiàn)在真實(shí)單層滯后出現(xiàn)在真實(shí)單層水區(qū)域水區(qū)域 AwAw0.650.65時(shí)，不存在時(shí)，不存在滯后滯后滯后環(huán)的形狀滯后環(huán)的形狀食品品種食品品種 高蛋白食品高蛋白食品冷凍干燥熟豬肉冷凍干燥熟豬肉 AwAw0.850.85開始出現(xiàn)開始出現(xiàn)滯后滯后 滯后不嚴(yán)重滯后不嚴(yán)重 回吸和解吸等溫線

23、回吸和解吸等溫線均保持均保持S S形形滯后環(huán)的形狀滯后環(huán)的形狀食品品種食品品種 淀粉質(zhì)食品淀粉質(zhì)食品冷凍干燥大米冷凍干燥大米 存在大的滯后環(huán)存在大的滯后環(huán) Aw=0.70Aw=0.70時(shí)最嚴(yán)重時(shí)最嚴(yán)重滯后環(huán)的形狀滯后環(huán)的形狀食品品種食品品種 T T 滯后程度減輕滯后程度減輕 滯后的滯后的AwAw起始點(diǎn)起始點(diǎn) 滯后環(huán)在等溫線上的滯后環(huán)在等溫線上的跨度跨度 純蛋白（純蛋白（BSABSA）滯后現(xiàn)）滯后現(xiàn)象與象與T T無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)滯后環(huán)的形狀滯后環(huán)的形狀溫度溫度 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

24、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。溫度、解吸的速度和程度及食品類型等影響滯后環(huán)的形狀。滯后現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)意義滯后現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)意義雞肉和豬肉雞肉和豬肉A Aw w=0.75=0.750.840.84，解吸時(shí)脂肪氧化，解吸時(shí)脂肪氧化速度高于回吸；速度高于回吸； A Aw w一定，解吸樣品的水分高于回吸；一定，解吸樣品的水分高于回吸； 高水分樣品粘度低，催化劑流動(dòng)性好，基質(zhì)高水分樣品粘度低，催化劑流動(dòng)性好，基質(zhì)的腫脹使催化部位暴露；的腫脹使催化部位暴露；氧的擴(kuò)散系數(shù)提高；氧的擴(kuò)散系數(shù)提高； 控制微生物生長(zhǎng)，解吸方法

25、比回吸方法制備控制微生物生長(zhǎng)，解吸方法比回吸方法制備樣品時(shí)要達(dá)到更低的樣品時(shí)要達(dá)到更低的A Aw w。 2.6 2.6 水分活度與食品的水分活度與食品的穩(wěn)定性穩(wěn)定性Water activity and food stability2.6.1 A2.6.1 AWW與微生物生命活動(dòng)的關(guān)系與微生物生命活動(dòng)的關(guān)系影響食品穩(wěn)定性的微生物主要是細(xì)菌、酵母影響食品穩(wěn)定性的微生物主要是細(xì)菌、酵母和霉菌。和霉菌。在不同的生長(zhǎng)階段，微生物所需要的在不同的生長(zhǎng)階段，微生物所需要的A Aww閾值閾值不同。不同。通過(guò)調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)A Aww的大小，可以抑制微生物的生長(zhǎng)。的大小，可以抑制微生物的生長(zhǎng)。 Microorgan

26、isms may grow above a given, food material specific water content Microorganisms do not grow at low water activities Growth of microorganisms may occur in intermediate moisture foods There are general water activity limits for growth of molds, yeasts and bacteria - aw 0.6 xerophilic molds and yeasts

27、 - aw 0.7 molds - aw 0.75 halophilic bacteria - aw 0.8 yeasts - aw 0.86 pathogenic bacteria (S. aureus)Microbiological stability除非酶氧化在除非酶氧化在Aw0.3Aw0.3時(shí)有較高反應(yīng)時(shí)有較高反應(yīng)外，其它反應(yīng)均是外，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。對(duì)多數(shù)食品而言對(duì)多數(shù)食品而言, ,低低AwAw有利于食品的穩(wěn)有利于食品的穩(wěn)定性。定性。首次出現(xiàn)最低反應(yīng)首次出現(xiàn)最低反應(yīng)速度時(shí)的水分含量相速度時(shí)的水分含量相當(dāng)于當(dāng)于“BET”BET”水分含水分含量量 2

28、.6.2 Chemical Stability Aw 酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)（Enzymatic Changes） Aw Awr 低低Aw(0.25-0.3)，不反應(yīng)，不反應(yīng)Several enzymatic changes do not occur at low Aw (0.25-0.3)v diffusional limitationsv low molecular mobility does not allow enzyme and substrate rearrangementsOxidation: Most foods contain lipids, colours, vitamins,

29、etc., which are susceptible to oxidation These compounds may be encapsulated and protected from oxidation at low water contents Increases in water content may release encapsulated compounds or result in enhanced diffusion of oxygen in the material2.6.3 Lipid oxidation Aw “Free lipids”, i.e., nonenca

30、psulated lipids oxidise rapidly at low water contents increasing water content often decreases the rate of oxidation: dilution of catalysts, structural changes at high water activities, the rate of oxidation increases(1) Aw： 0-0.33范圍內(nèi)范圍內(nèi)隨隨Aw,反應(yīng)速度反應(yīng)速度過(guò)分干燥，食品穩(wěn)定性下降過(guò)分干燥，食品穩(wěn)定性下降 Aw原因原因 : :水與脂類氧化生成的氫過(guò)水與脂類

31、氧化生成的氫過(guò)氧化物以氫鍵結(jié)合氧化物以氫鍵結(jié)合, ,保護(hù)氫保護(hù)氫過(guò)氧化物的分解過(guò)氧化物的分解, ,阻止氧化阻止氧化進(jìn)行進(jìn)行水與金屬離子水合水與金屬離子水合, ,降低了降低了催化性催化性(2) Aw：0.33-0.73范圍內(nèi)范圍內(nèi)隨隨Aw,反應(yīng)速度反應(yīng)速度Aw原因原因 : :u 水中溶解氧增加水中溶解氧增加u 大分子物質(zhì)腫脹大分子物質(zhì)腫脹, ,活活性位點(diǎn)暴露加速脂類氧性位點(diǎn)暴露加速脂類氧化化u 催化劑和氧的流動(dòng)性催化劑和氧的流動(dòng)性增加增加(3) Aw 0.8隨隨Aw,反應(yīng)速度增加很緩慢反應(yīng)速度增加很緩慢Aw原因原因 : :u 催化劑和反應(yīng)物被稀釋催化劑和反應(yīng)物被稀釋, , 阻滯氧化阻滯氧化2.6

32、.4 Non-Enzymatic Browning Aw Awv Non-enzymatic browning (Maillard reaction, caramellisation) reactions may occur in most low and intermediate moisture foodsr 非酶非酶褐變褐變反應(yīng)可發(fā)反應(yīng)可發(fā)生在中、低水分含量生在中、低水分含量的食品中的食品中AwNon-enzymatic browning is extremely low or does not occur at low Aw(0.2)v slow molecular motionsv

33、production of water in the reaction may enhance browningr 低低Aw(0.2)，反應(yīng)，反應(yīng)速度極低或不反應(yīng)速度極低或不反應(yīng)Awv The rate of the reaction increases rapidly above a critical water activityv The rate is highest at intermediate Aw(0.6-0.7) v at high water contents, reactants are diluted and the rate of reaction decreasesr

34、 中等至高中等至高Aw，反應(yīng)速度最，反應(yīng)速度最高高r 水是一個(gè)產(chǎn)物，水含量繼水是一個(gè)產(chǎn)物，水含量繼續(xù)增加，會(huì)稀釋中間產(chǎn)物的續(xù)增加，會(huì)稀釋中間產(chǎn)物的濃度，導(dǎo)致產(chǎn)物抑制作用濃度，導(dǎo)致產(chǎn)物抑制作用 increasing water content often increases the rate of oxidation of protein Protein denatureProtein denature occur slowly at low water contents (0.4%)Protein denature does not occur when water content below

35、 0.2%2.6.5 Protein Denature Aw 原因原因 : : 水分能使蛋白質(zhì)膨潤(rùn)水分能使蛋白質(zhì)膨潤(rùn), ,體積增大體積增大, ,暴露出長(zhǎng)鏈中暴露出長(zhǎng)鏈中可氧化的基團(tuán)可氧化的基團(tuán),Aw,Aw的增大會(huì)加速蛋白質(zhì)的氧化的增大會(huì)加速蛋白質(zhì)的氧化, ,破破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu), ,導(dǎo)致其變性。導(dǎo)致其變性。vStarch staling occur rapidly in water content of 30%-60%. Starch staling does not occur when water content decrease to 10%-15%.2.6.6 Starch

36、 Staling Aw 食品在較高食品在較高Aw(30-60%)的情況下的情況下,淀粉老化速度淀粉老化速度最快最快;如果降低如果降低Aw,則老化速度減慢則老化速度減慢,若含水量降至于若含水量降至于10%-15%,則食品中水分多呈結(jié)合態(tài)則食品中水分多呈結(jié)合態(tài),淀粉幾乎不淀粉幾乎不發(fā)生老化。發(fā)生老化。vRetention of flavour and aroma is relatively high at low water activities2.6.7 Flavour Retention Aw vVolatile compounds must diffuse to the surface. D

37、iffusion is dependent on temperature and water content. vVolatile compounds often become encapsulated in food matrices at low water activitiesvLoss of volatiles, flavours and aroma may result from structural changes and crystallization of component compounds as encapsulated compounds are released.8.

38、8.Changes in Structure and Texture Aw vStructural transformations often occur above a critical water activityvTypical changes in structure include collapse of physical structure, stickiness, caking of powders and loss of crispness. 2.7 2.7 冰在食品穩(wěn)定性中的作用冰在食品穩(wěn)定性中的作用 冷凍后食品中非水分組分的濃度將比冷冷凍后食品中非水分組分的濃度將比冷凍前變大。凍前變大。 水結(jié)冰后體積比結(jié)冰前增大水結(jié)冰后體積比結(jié)冰前