食品化學(xué)水分李海燕學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1食品化學(xué)食品化學(xué)(huxu)水分李海燕水分李海燕第一頁，共159頁。2.1 概述2.2 水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2.3 食品(shpn)中水的存在形式2.4 水分活度2.5 水與食品(shpn)穩(wěn)定性2.6 分子移動(dòng)性與食品(shpn)的穩(wěn)定性本章(bn zhn)主要內(nèi)容第2頁/共159頁第二頁，共159頁。水是唯一的以三種物理狀態(tài)(zhungti)廣泛存在的物質(zhì)。生命(shngmng)之源 組成機(jī)體維持生命(shngmng)活動(dòng)調(diào)節(jié)代謝第3頁/共159頁第三頁，共159頁。第一節(jié) 概述第二節(jié) 水和冰的結(jié)構(gòu)(jigu)與性質(zhì)第三節(jié) 食品中水的存在形式第四節(jié) 水分活度和水分吸濕等溫線第五節(jié) 水

2、分活度與食品穩(wěn)定性第六節(jié) 分子移動(dòng)性與食品的穩(wěn)定性第七節(jié) 水分含量與水分活度的測定第4頁/共159頁第四頁，共159頁。1.水在生物學(xué)方面(fngmin)的功能是體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，水為生物化學(xué)反應(yīng)提供(tgng)一個(gè)物理環(huán)境。生化反應(yīng)的反應(yīng)物養(yǎng)分和代謝物的載體熱容量大，維持體溫粘度小，有潤滑作用生物大分子構(gòu)象的穩(wěn)定劑2.1.1 水的作用(zuyng)水的作用第5頁/共159頁第五頁，共159頁。水的作用水是食品中非常重要的一種(y zhn)成分，也是構(gòu)成大多數(shù)食品的主要組成；每一種(y zhn)食品具有特定的水分含量。 水對(duì)食品的結(jié)構(gòu)、外觀和質(zhì)構(gòu)以及對(duì)腐敗的敏感性有著很大的影響。 第6頁/共

3、159頁第六頁，共159頁。水在食品(shpn)工藝學(xué)方面的功能食品理化(lhu)性質(zhì)：起著溶解(rngji)、分散蛋白質(zhì)、淀粉等成分的作用 食品質(zhì)地方面： 對(duì)食品的新鮮度、硬度、風(fēng)味、流動(dòng)性、色澤、耐貯性和加工適應(yīng)性有影響水是微生物繁殖的必需條件食品工藝角度： 水起著膨潤、浸透、均勻 化等功能； 大多數(shù)食品加工的單元操 作都與水有關(guān)，如干燥、 濃縮、冷凍、水的固定等食品安全性： 2.水在食品工藝學(xué)方面的功能第7頁/共159頁第七頁，共159頁。第8頁/共159頁第八頁，共159頁。2.2水和冰的物理性質(zhì)(wl xngzh)1.高熔點(diǎn)（0）、高沸點(diǎn)（100）2.介電常數(shù)(ji din chn

4、sh)高3.表面張力高4.熱容和相轉(zhuǎn)變熱焓高熔化焓、蒸發(fā)焓、升華焓5.密度低（1 g/cm3）6.凝固時(shí)的異常膨脹率7.粘度正常8.水和冰的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散的比較 （密度大、熱擴(kuò)散率低）第9頁/共159頁第九頁，共159頁。與冰比較（密度、熱擴(kuò)散率等）：水密度大，結(jié)冰后體積增大，在冷凍工藝中應(yīng)當(dāng)注意，冰對(duì)食品的組織結(jié)構(gòu)造成的機(jī)械損傷。例如：一般的食物在凍結(jié)后解凍往往有大量的汁液(zhy)流出，其主要原因是凍結(jié)后冰的體積比相同質(zhì)量的水的體積增大9%，因而破壞了組織結(jié)構(gòu)。第10頁/共159頁第十頁，共159頁。第11頁/共159頁第十一頁，共159頁。0同一(tngy)溫度下冰熱導(dǎo)率=4倍水熱導(dǎo)率冰

5、熱擴(kuò)散率=9倍水熱擴(kuò)散率第12頁/共159頁第十二頁，共159頁。2.2水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2.2.1水 1.水分子水的異常性質(zhì)可以推測(tuc)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13頁/共159頁第十三頁，共159頁。 第14頁/共159頁第十四頁，共159頁。水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)單個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)特征 H2O分子的四面體結(jié)構(gòu)(jigu)有對(duì)稱性 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15頁/共159頁第十五頁，共159頁。2.水分子的締合(d h)氫鍵供體氫鍵受體水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)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

6、間產(chǎn)生引力。由于每個(gè)水分子具有數(shù)目相等(xingdng)的氫鍵供體和受體，因此可以在三維空間形成多重氫鍵。靜電效應(yīng)。 第16頁/共159頁第十六頁，共159頁。水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)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(ky)通過氫鍵結(jié)合4個(gè)水分子。 水分子之間還可以以靜電力相互結(jié)合(jih)，因此締合態(tài)的水在空間有不同的存在形式，如：不同(b tn)的締合形式，可導(dǎo)致水分子之間的締合數(shù)大于4。第17頁/共159頁第十七頁，共159頁。水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第18頁/共159頁第十八頁，共159頁。水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第19頁/共159頁第十九頁，共159頁。水是呈四面體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

7、。水分子之間的氫鍵(qn jin)網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)的。水分子氫鍵(qn jin)鍵合程度取決于溫度。溫度溫度()配位數(shù)配位數(shù)分子間距分子間距nm040.2761.54.40.2908.34.90.305第20頁/共159頁第二十頁，共159頁。2.2.2 冰v純冰v是水分子通過氫鍵相互結(jié)合、有序排列形成(xngchng)的低密度、具有一定剛性的六方形晶體結(jié)構(gòu)。冰第21頁/共159頁第二十一頁，共159頁。沿c軸方向(fngxing)觀察到的六方形結(jié)構(gòu)在冰的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)水和另外(ln wi)4個(gè)水分子相互締合，OO之間的最小距離為0.276nm，OOO之間的夾角為109。第22頁/共159頁第二十

8、二頁，共159頁。 第23頁/共159頁第二十三頁，共159頁。冰的結(jié)構(gòu)(jigu)主要有4種類型：六方型冰晶(bngjng)不規(guī)則樹枝狀結(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 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(yngxing)冰晶的數(shù)量、大小、結(jié)構(gòu)、位置和取向。冰第24頁/共159頁第二十四頁，共159頁。第25頁/共159頁第二十五頁，共159頁。在最適度(shd)的低溫冷卻劑中緩慢冷凍。溶質(zhì)(rngzh)的性質(zhì)及濃度均不嚴(yán)重干擾水分子的遷移。第26頁/共159頁第二十六頁，共159頁。純水結(jié)晶(jijng)時(shí)有下列行為：即盡管(jn gun)冰點(diǎn)是0，但常并不在0結(jié)

9、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。 冰第27頁/共159頁第二十七頁，共159頁。 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)(zh ge)溫度離低共熔點(diǎn)相差甚多，但已使

10、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)。 冰第28頁/共159頁第二十八頁，共159頁。2.3 食品(shpn)中水的存在形式2.3.1 食品(shpn)中水與非水組分之間的相互作用水與溶質(zhì)(rngzh)相互作用的分類種類種類實(shí)例實(shí)例 相互作用強(qiáng)弱相互作用強(qiáng)弱(與與H2O- H2O氫鍵比較氫鍵比較) 偶極偶極-離子離子H2O-游離離子游離離子 較強(qiáng)較強(qiáng) H2O-有機(jī)分子帶電基團(tuán)有機(jī)分子帶電基團(tuán)偶極偶極-偶極偶極H2O-PR-NH，H2O-PR-CO 近乎相等近乎相等 H2O-側(cè)鏈側(cè)鏈OH疏水水合疏水水合H2O-+RR（水合）（水合） G0 疏水相互作用疏水相互作用R(水合水合)+R(水

11、合水合)R(合合)+H2O G0 第29頁/共159頁第二十九頁，共159頁。 溶質(zhì)與水的混合，同時(shí)改變了這兩種成分的性質(zhì)。、親水溶質(zhì)改變鄰近水分子的結(jié)構(gòu)(jigu)和造成流動(dòng)性的變化、水會(huì)改變親水溶質(zhì)的反應(yīng)性和結(jié)構(gòu)(jigu) 、溶質(zhì)的疏水基團(tuán)優(yōu)先選擇非水環(huán)境 第30頁/共159頁第三十頁，共159頁。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有(mi yu)給體的簡單無機(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-離子水合作用水與離子(lz)基團(tuán)的相互作用離子鍵強(qiáng)度(qingd)第31頁/共159頁第三十一頁，共159頁。

12、離子(lz)對(duì)水的凈結(jié)構(gòu)的影響凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)：溶液(rngy)比純水具有較高的流動(dòng)性。稀鹽溶液(rngy)中一些離子具有破壞水的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)效應(yīng), 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。 結(jié)果：粘度變小，流動(dòng)性增加水與離子(lz)基團(tuán)的相互作用第32頁/共159頁第三十二頁，共159頁。凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)：溶液比純水具有(jyu)較低的流動(dòng)性。一些離子有助于水形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)這些離子大多是電場強(qiáng)度大，離子半徑小的離子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+,Mg2+, Al3+，F(xiàn)-,OH-結(jié)

13、果：粘度增加，流動(dòng)性變小 水與離子(lz)基團(tuán)的相互作用離子(lz)對(duì)水的凈結(jié)構(gòu)的影響第33頁/共159頁第三十三頁，共159頁。水與具有形成氫鍵能力(nngl)的中性基團(tuán)（親水性溶質(zhì)）的相互作用水能與某些基團(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(fshng)氫鍵鍵合。 共價(jià)鍵H2O-離子(lz)H2O-H2OH2O-親水性溶質(zhì)大小鍵的強(qiáng)度 第34頁/共159頁第三十四頁，共159頁。水與具有(jyu)形成氫鍵能力的中性基團(tuán)的相互作用 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)(lin )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，這將會(huì)促進(jìn)第一層水和第二層水

14、之間相互形成氫鍵。 木瓜(m u)蛋白酶中的三分子水橋v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”。第35頁/共159頁第三十五頁，共159頁。水與非極性物質(zhì)(wzh)的相互作用水中加入疏水性(shuxng)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)(zngqing),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。非極性物質(zhì)指：烴類、脂肪酸、氨基酸和蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán)第36頁/共159頁第三十六頁，共159頁。疏水水合(shuh)Hydrophobic hydration 向水中添加(t

15、in ji)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，此過程成為疏水水合。 水與非極性物質(zhì)(wzh)的相互作用第37頁/共159頁第三十七頁，共159頁。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(jinsho)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。 水與非極性物質(zhì)(wzh)的相互作用第38頁/共159頁第三十八頁，共159頁?；\形水合物(Clathratehydrates) 是像冰一樣的包含化合物，水為“宿主”（主體），它們靠氫鍵鍵合形成籠狀結(jié)構(gòu)，通過物理

16、(wl)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。 水與非極性物質(zhì)(wzh)的相互作用第39頁/共159頁第三十九頁，共159頁。水在疏水表面(biomin)的取向水與非極性物質(zhì)(wzh)的相互作用排斥(pich)正電荷吸引負(fù)電荷第40頁/共159頁第四十頁，共159頁。第41頁/共159頁第四十一頁，共159頁。食品中水分的存在形式2.3.3 食品中水(zhn shu)的存在形式食品中的水不是單獨(dú)存在的，它會(huì)與食品中的其他成分發(fā)生化學(xué)(huxu)或物理作用，因而改變了水的性質(zhì)。按照食品中的水與其

17、他成分之間相互作用強(qiáng)弱可將食品中的水分成： 水化合水鄰近水多層水結(jié)合水體相水自由水截留水以氫鍵結(jié)合力結(jié)合的水以毛細(xì)管力結(jié)合的水第42頁/共159頁第四十二頁，共159頁。1、結(jié)合(jih)水食品中水分的存在形式又稱束縛水或固定水，通常是指存在于溶質(zhì)或其它非水組分附近(fjn)的、與溶質(zhì)分子之間通過化學(xué)鍵的力結(jié)合的那部分水。根據(jù)結(jié)合水被結(jié)合的牢固(log)程度又分為：化合水、鄰近水和多層水具有“被阻礙的流動(dòng)性”，而不是“被固定化的”占總水量很小的一部分 。第43頁/共159頁第四十三頁，共159頁。J 化合水，又稱組成水J是指與非水物質(zhì)結(jié)合得最牢固并構(gòu)成非水物質(zhì)整體的那些水。J在-40下不結(jié)冰J

18、無溶解溶質(zhì)的能力(nngl)J與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)為0J不能被微生物利用食品中水分的存在形式1、結(jié)合(jih)水第44頁/共159頁第四十四頁，共159頁。J 鄰近水（單分子層水）J是指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(d h)的水。J在-40下不結(jié)冰J無溶解溶質(zhì)的能力J與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)大大減少J不能被微生物利用食品中水分的存在形式此種水很穩(wěn)定，不易引起食品的腐敗(fbi)變質(zhì)。 一般說來，食品(shpn)干燥后安全貯藏的水分含量要求即為該食品(shpn)的單分子層水。第45頁/共159頁第四十五頁，共159頁。J多層水J是指位于上述所說的第一層的剩余

19、位置的水和單分子層水的外層形成的另外幾層水。J主要靠水-水，水-溶質(zhì)氫鍵作用。J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J有一定溶解溶質(zhì)的能力J與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)(yndng)大大降低J不能被微生物利用 食品中水分的存在形式第46頁/共159頁第四十六頁，共159頁。2.體相水（游離(yul)水）是指食品中除結(jié)合水以外的那部分水。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和大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，易引起(ynq)食品的腐敗變質(zhì)，但與食品的風(fēng)味及功能性緊密相關(guān)。食品中水分的存在形式第47頁/共159頁第四十七頁，共159頁。體相水包括

20、：截留水和自由流動(dòng)水 截留水：被生物組織的顯微結(jié)構(gòu)或亞顯微結(jié)構(gòu)和膜阻留的水，包括大毛細(xì)管束縛的水。細(xì)胞與凝膠中水的部分(b fen)主要是截留水1.截留的大部分(b fen)水在食品干燥時(shí)可以被除去2.在冷凍時(shí)可以被凍住持水力的損害而造成食品質(zhì)量下降的例子：凝膠食品脫水收縮，食品解凍時(shí)滲水。食品中水分的存在形式第48頁/共159頁第四十八頁，共159頁。自由水:動(dòng)植物組織中遠(yuǎn)離非水組分，且宏觀(hnggun)上流動(dòng)性不受阻礙的那部分水。食品中水分的存在形式Q：種子可在低溫下保存(bocn)，而蔬菜不宜在低溫下保存(bocn)？第49頁/共159頁第四十九頁，共159頁。2.4 水分活度Wate

21、r activity食品的水分含量食品的腐敗性 存在相關(guān)性 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) 含水18%的果脯與含水18%的小麥比較(bjio)，哪種耐儲(chǔ)藏？水分活度aw 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 與微生物生長和許多降解反應(yīng)具有相關(guān)性 第50頁/共159頁第五十頁，共159頁。Introduction2.4 水分活度Water activity第51頁/共159頁第五十一頁，共159頁。1.水分(shufn)活度(aw)的定義 是指食品中水的蒸汽壓與同溫下純水的飽和(boh)蒸汽壓的比值,可用下式表示:2.4 水分活度W

22、ater activityP為某種食品在密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)(zhungti)時(shí)的水蒸汽分壓p0為在同一溫度下純水的飽和蒸汽壓。純水： aw =P/P0=1食品：PP0，0 aw 1aw =P/P0第52頁/共159頁第五十二頁，共159頁。aw 與產(chǎn)品(chnpn)環(huán)境的百分平衡相對(duì)濕度（ERH）有關(guān)ERH (Equlibrium Relative Humidity)2.4 水分活度Water activity 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(wnd)下純水的飽和蒸汽壓之比。第53頁/共159頁第五十三頁，共159頁。l aw是樣品(yng

23、pn)的內(nèi)在品質(zhì)，反映食品中水分的存在形式和被微生物利用的程度。lERH是與樣品(yngpn)平衡的大氣的性質(zhì)。僅當(dāng)產(chǎn)品與環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)，關(guān)系式才能成立 。2.4 水分活度Water activity注意(zh y):第54頁/共159頁第五十四頁，共159頁。2.4 水分活度Water activityaw與拉烏爾定律(dngl)的關(guān)系：第55頁/共159頁第五十五頁，共159頁。2.4 水分活度Water activity第56頁/共159頁第五十六頁，共159頁。n水分含量相同(xin tn)，溫度不同，aw不同 n克勞修斯-科拉伯龍（Clausius-Clapeyron）方程：T 絕對(duì)

24、溫度(wnd) R 氣體常數(shù) H 純水的汽化潛熱 K 達(dá)到同樣水蒸汽壓時(shí)食品溫度(wnd)比純水溫度(wnd)高出的比值2.水分活度與溫度(wnd)的關(guān)系第57頁/共159頁第五十七頁，共159頁。lnAw1/T冰點(diǎn)(bngdin)以上T 則aw，第58頁/共159頁第五十八頁，共159頁。直線出現(xiàn)明顯的折斷呈線性關(guān)系 溫度對(duì)aw的影響 冰點(diǎn)(bngdin)以下冰點(diǎn)(bngdin)以上 冰點(diǎn)(bngdin)以下高于或低于凍結(jié)溫度時(shí)樣品(yngpn)的水活性和溫度之間的關(guān)系第59頁/共159頁第五十九頁，共159頁。冰點(diǎn)(bngdin)以下食品的 awnPff部分凍結(jié)食品中水(zhn shu)的

25、分壓 nP0 (scw)純的過冷水的蒸汽壓 nP(ice)純冰的蒸汽壓2.水分(shufn)活度與溫度的關(guān)系第60頁/共159頁第六十頁，共159頁。比較(bjio)冰點(diǎn)以上和冰點(diǎn)以下 aw :n在冰點(diǎn)以上， aw是食品組成與溫度的函數(shù)(hnsh)，以食品組成為主;n在冰點(diǎn)以下， aw與食品的組成無關(guān)，而僅與溫度有關(guān)，即冰相存在時(shí)， aw不受所存在的溶質(zhì)的種類或比例的影響，不能根據(jù)aw預(yù)測受溶質(zhì)影響的反應(yīng)過程； n不能根據(jù)冰點(diǎn)以下溫度aw預(yù)測冰點(diǎn)以上溫度的aw ； n在冰點(diǎn)以上或以下溫度時(shí)，就食品穩(wěn)定性而言，水分活度的意義也改變了。第61頁/共159頁第六十一頁，共159頁。2.水分活度與溫度

26、(wnd)的關(guān)系第62頁/共159頁第六十二頁，共159頁。3.水分(shufn)的吸濕等溫線水分吸濕等溫線 (Moisture sorption isotherm, MSI)， 在恒定溫度(wnd)下，以食品的水分含量(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))對(duì)它的水分活度繪圖形成的曲線。第63頁/共159頁第六十三頁，共159頁。3.水分(shufn)的吸濕等溫線第64頁/共159頁第六十四頁，共159頁。食品低水分(shufn)部分水分(shufn)吸濕等溫線的一般形式寬水分含量(hnling)范圍的水分吸濕等溫線（從正常至干燥的整個(gè)水分含量(hnling)范圍）第65頁/共159

27、頁第六十五頁，共159頁。區(qū)的水的性質(zhì)(xngzh)：uaw ：00.25u化合水和鄰近水uH2O與氨基或羧基等基團(tuán)以水-離子或水-偶極相互作用牢固(log)結(jié)合 u在-40不結(jié)冰 u不能作為溶劑 u看作固體的一部分 3.水分(shufn)的吸濕等溫線第66頁/共159頁第六十六頁，共159頁。n區(qū)和接界 n“單分子層”水含量n0.07g H2O/ g干物質(zhì) n相當(dāng)于一個(gè)干制品能呈現(xiàn)最高的穩(wěn)定性時(shí)含有(hn yu)的最大水分含量3.水分(shufn)的吸濕等溫線第67頁/共159頁第六十七頁，共159頁。區(qū)的水的性質(zhì)(xngzh)：n多層水naw ：0.250.85n通過氫鍵(qn jin)與

28、相鄰的水分子和溶質(zhì)分子締合 n流動(dòng)性比體相水稍差 n大部分在-40不結(jié)冰 n導(dǎo)致固體基質(zhì)的初步腫脹 n區(qū)和區(qū)的水占總水分的5%以下 3.水分(shufn)的吸濕等溫線第68頁/共159頁第六十八頁，共159頁。n區(qū)和接界 n0.38g H2O/ g干物質(zhì) naw =0.85 n水將引起溶解過程(guchng)，還起增塑劑的作用，并使固體骨架開始腫脹3.水分(shufn)的吸濕等溫線第69頁/共159頁第六十九頁，共159頁。區(qū)的水的性質(zhì)(xngzh)：n體相水 n被物理截留或自由(zyu)的 n宏觀運(yùn)動(dòng)受阻 n性質(zhì)與稀鹽溶液中的水類似 n占總水分的95%以上3.水分(shufn)的吸濕等溫線第

29、70頁/共159頁第七十頁，共159頁。MSI上不同(b tn)區(qū)水分特性區(qū)區(qū)I區(qū)區(qū)II區(qū)區(qū)III區(qū)區(qū)Aw0-0.250.25-0.850.85含水量含水量%5（I+II區(qū)）區(qū)） 95冷凍能力冷凍能力不能凍結(jié)不能凍結(jié)不能凍結(jié)不能凍結(jié)正常正常溶劑能力溶劑能力 無無輕微輕微-適度適度正常正常水分狀態(tài)水分狀態(tài)化合水化合水+鄰近水鄰近水多分子層水多分子層水體相水體相水微生物利用微生物利用不可利用不可利用部分可利用部分可利用可利用可利用3.水分(shufn)的吸濕等溫線小結(jié)(xioji)：第71頁/共159頁第七十一頁，共159頁。3.水分(shufn)的吸濕等溫線第72頁/共159頁第七十二頁，共15

30、9頁。不同(b tn)食品類型的MSI第73頁/共159頁第七十三頁，共159頁。 MSI與溫度(wnd)的關(guān)系n水分(shufn)含量一定 n T， aw n naw 一定 n T，水分(shufn)含量第74頁/共159頁第七十四頁，共159頁。4.滯后(zh hu)現(xiàn)象（Hysteresis）滯后現(xiàn)象：向干燥食品中添加水（回吸作用）的方法繪制的水分吸附(xf)等溫線和按解吸過程繪制的等溫線并不相互重疊，這種不重疊現(xiàn)象稱為“滯后現(xiàn)象”?；匚喊阉拥礁傻臉悠分?解吸(jix)：先使樣品吸水飽和，再干燥吸濕等溫線將水加到預(yù)先干燥的食品中制得。如果采用直接干燥新鮮的食品制得吸濕等溫線是否相同呢

31、？第75頁/共159頁第七十五頁，共159頁。滯后(zh hu)環(huán)n當(dāng) aw 一定(ydng)時(shí)，解吸過程中食品的水分含量大于回吸過程中水分含量。 n 解吸線在上方 n滯后環(huán)形狀取決于 n食品品種 n溫度4.滯后(zh hu)現(xiàn)象（Hysteresis）第76頁/共159頁第七十六頁，共159頁。高糖-高果膠(u jio)食品空氣干燥蘋果 總的滯后(zh hu)現(xiàn)象明顯 aw 0.65時(shí)，不存在滯后(zh hu)滯后環(huán)的形狀(xngzhun)食品品種 4.滯后現(xiàn)象（Hysteresis）第77頁/共159頁第七十七頁，共159頁。高蛋白食品(shpn)冷凍干燥熟豬肉 aw0.85開始出現(xiàn)滯后(

32、zh hu) 滯后(zh hu)不嚴(yán)重 回吸和解吸等溫線均保持S形滯后(zh hu)環(huán)的形狀食品品種 4.滯后現(xiàn)象（Hysteresis）第78頁/共159頁第七十八頁，共159頁。淀粉質(zhì)食品(shpn)冷凍干燥大米 存在大的滯后(zh hu)環(huán) aw =0.70時(shí)最嚴(yán)重滯后環(huán)的形狀食品(shpn)品種 4.滯后現(xiàn)象（Hysteresis）第79頁/共159頁第七十九頁，共159頁。4.滯后(zh hu)現(xiàn)象（Hysteresis）第80頁/共159頁第八十頁，共159頁。2.5 水分(shufn)與食品穩(wěn)定性從右圖可知：除非酶氧化在aw 0.3時(shí)有較高反應(yīng)外，其它反應(yīng)均是aw愈小反應(yīng)速度愈小

33、。也就是說，對(duì)多數(shù)(dush)食品而言,低aw有利于食品的穩(wěn)定性。aw，反應(yīng)速度1.水分(shufn)活度與食品的穩(wěn)定性第81頁/共159頁第八十一頁，共159頁。aw與微生物0.95-0.910.91-0.870.87-0.800.5第82頁/共159頁第八十二頁，共159頁。aw1.水分(shufn)活度與食品的穩(wěn)定性第83頁/共159頁第八十三頁，共159頁。脂肪(zhfng)氧化 aw aw隨aw,反應(yīng)速度的原因(yunyn)原因(yunyn): 水與氧化產(chǎn)物結(jié)合，阻礙分解，阻止氧化進(jìn)程 水與金屬離子水合，降低了催化性1.水分活度與食品的穩(wěn)定性第84頁/共159頁第八十四頁，共159頁

34、。aw（2） aw 單層水（0.35-0.80）氧化速度(sd)增加原因提高了氧的溶解度促使大分子腫脹，暴露更多的催化部位，加速氧化進(jìn)程（3） aw 0.80氧化速度(sd)增加緩慢稀釋催化劑，阻滯氧化脂肪(zhfng)氧化 aw 第85頁/共159頁第八十五頁，共159頁。1.水分(shufn)活度與食品的穩(wěn)定性第86頁/共159頁第八十六頁，共159頁。2.冷凍(lngdng)與食品穩(wěn)定性第87頁/共159頁第八十七頁，共159頁。2.冷凍(lngdng)與食品穩(wěn)定性第88頁/共159頁第八十八頁，共159頁。2.冷凍(lngdng)與食品穩(wěn)定性第89頁/共159頁第八十九頁，共159頁。

35、2.冷凍(lngdng)與食品穩(wěn)定性第90頁/共159頁第九十頁，共159頁。3.水分轉(zhuǎn)移(zhuny)與食品穩(wěn)定性第91頁/共159頁第九十一頁，共159頁。3.水分(shufn)轉(zhuǎn)移與食品穩(wěn)定性第92頁/共159頁第九十二頁，共159頁。3.水分(shufn)轉(zhuǎn)移與食品穩(wěn)定性第93頁/共159頁第九十三頁，共159頁。第94頁/共159頁第九十四頁，共159頁。第95頁/共159頁第九十五頁，共159頁。第96頁/共159頁第九十六頁，共159頁。第97頁/共159頁第九十七頁，共159頁。第98頁/共159頁第九十八頁，共159頁。第99頁/共159頁第九十九頁，共159頁。第100頁/

36、共159頁第一百頁，共159頁。第101頁/共159頁第一百零一頁，共159頁。第102頁/共159頁第一百零二頁，共159頁。第103頁/共159頁第一百零三頁，共159頁。第104頁/共159頁第一百零四頁，共159頁。第105頁/共159頁第一百零五頁，共159頁。第106頁/共159頁第一百零六頁，共159頁。第107頁/共159頁第一百零七頁，共159頁。二元體系冷凍,干燥和冷凍干燥可能(knng)途徑的狀態(tài)圖第108頁/共159頁第一百零八頁，共159頁。幾種不同分子質(zhì)量的碳水化合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(wnd)和或P/P0（25）之間的關(guān)系 M 代表麥芽糊精，數(shù)字表示相對(duì)分子質(zhì)量第1

37、09頁/共159頁第一百零九頁，共159頁。第110頁/共159頁第一百一十頁，共159頁。第111頁/共159頁第一百一十一頁，共159頁。水分含量測定方法直接測定法間接測定法卡爾費(fèi)休法蒸餾法干燥法折射法電導(dǎo)率法介電常數(shù)法第112頁/共159頁第一百一十二頁，共159頁。常壓干燥(gnzo)減壓(jin y)干燥蒸餾(zhngli)法卡爾-費(fèi)休法谷物及其制品淀粉及其制品調(diào)味品水產(chǎn)品豆制品乳制品肉制品食糖糖果巧克力糕點(diǎn)含有易揮發(fā)物質(zhì)，如香辛料、油脂等范圍廣，可從ppm級(jí)到純水第113頁/共159頁第一百一十三頁，共159頁。第114頁/共159頁第一百一十四頁，共159頁。（一）直接(zhji

38、)干燥法第115頁/共159頁第一百一十五頁，共159頁。制備(zhbi)樣品稱量瓶常壓干燥(gnzo)減壓干燥稱重計(jì)算取樣恒重干燥器冷卻多次干燥第116頁/共159頁第一百一十六頁，共159頁。第117頁/共159頁第一百一十七頁，共159頁。（1）稱量瓶的選擇(xunz)（鋁制、玻璃）玻璃稱量(chn lin)皿能耐酸堿，不受樣品性質(zhì)的限制，常 用于常壓干燥法。 選擇稱量皿的規(guī)格，一般樣品1/3皿高。 稱量皿放入烘箱內(nèi)，蓋子應(yīng)該打開，斜放在旁邊，取出時(shí)先蓋好蓋子，用紙條取，放入干燥器內(nèi)，冷卻后稱重。鋁制稱量盒質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性強(qiáng)，但對(duì)酸性食品不適宜，常用于減壓干燥法。第118頁/共159頁第一

39、百一十八頁，共159頁。第119頁/共159頁第一百一十九頁，共159頁。第120頁/共159頁第一百二十頁，共159頁。第121頁/共159頁第一百二十一頁，共159頁。第122頁/共159頁第一百二十二頁，共159頁。誤差誤差防止措施防止措施物理柵（富含物理柵（富含糖的果蔬、糖糖的果蔬、糖漿、淀粉）漿、淀粉）稀釋樣品稀釋樣品或加入干燥助劑，如海砂、河砂等?；蚣尤敫稍镏鷦?，如海砂、河砂等?；瘜W(xué)反應(yīng)造成化學(xué)反應(yīng)造成水分損失水分損失先在低溫下加熱，再在指定溫度下干燥。先在低溫下加熱，再在指定溫度下干燥。含還原糖的較多的食品先低溫（含還原糖的較多的食品先低溫（50-6050-60）干燥干燥0.5

40、h0.5 h，然后用，然后用10310322 干燥干燥第123頁/共159頁第一百二十三頁，共159頁。第124頁/共159頁第一百二十四頁，共159頁。稱取樣品(yngpn)放入真空(zhnkng)干燥箱抽真空（ 3.3-13.3kPa)加熱至555關(guān)閉真空泵活塞，停止抽氣保持真空度和壓力打開活塞放入空氣取出稱量瓶第125頁/共159頁第一百二十五頁，共159頁。第126頁/共159頁第一百二十六頁，共159頁。第127頁/共159頁第一百二十七頁，共159頁。第128頁/共159頁第一百二十八頁，共159頁。冷凝器水分(shufn)接收管樣品(yngpn)+溶劑加熱(ji r)罩冷水第12

41、9頁/共159頁第一百二十九頁，共159頁。第130頁/共159頁第一百三十頁，共159頁。量有機(jī)溶劑沖洗；量有機(jī)溶劑沖洗；水分與有機(jī)溶劑可能形成乳濁液，水分與有機(jī)溶劑可能形成乳濁液，分層不理想；可添加少量異丁分層不理想；可添加少量異丁醇，使分層界線明顯。醇，使分層界線明顯。第131頁/共159頁第一百三十一頁，共159頁。第132頁/共159頁第一百三十二頁，共159頁。原理(yunl)卡爾費(fèi)休試劑：I2、 SO2、C5H5N 按1:3:10質(zhì)量(zhling)比溶解于CH3OH溶液中 第133頁/共159頁第一百三十三頁，共159頁。第134頁/共159頁第一百三十四頁，共159頁。第13

42、5頁/共159頁第一百三十五頁，共159頁。第136頁/共159頁第一百三十六頁，共159頁。第137頁/共159頁第一百三十七頁，共159頁。第138頁/共159頁第一百三十八頁，共159頁。第139頁/共159頁第一百三十九頁，共159頁。量取飽和溶液(bo h rn y)置于康氏皿外室天平(tinpng)稱樣恒溫(hngwn)（250.5）置于內(nèi)室2 h迅速稱樣第140頁/共159頁第一百四十頁，共159頁。-20-100+10+20質(zhì)量(zhling)增減/mg0.924KNO30.901BaCl22H2O0.842KCl0.807KBr0.878第141頁/共159頁第一百四十一頁，

43、共159頁。 以各種標(biāo)準(zhǔn)飽和溶液(bo h rn y)在25時(shí)的aw值為橫坐標(biāo)，每克樣品質(zhì)量增減數(shù)為縱坐標(biāo)在方格坐標(biāo)紙上作圖，將各點(diǎn)連結(jié)成一條直線，此線與橫軸的交點(diǎn)即為所測樣品的aw值。第142頁/共159頁第一百四十二頁，共159頁。第143頁/共159頁第一百四十三頁，共159頁。注意事項(xiàng)：多數(shù)樣品在2h后可測得aw。但米飯、油脂類、油浸煙熏魚類的測定則需4h左右完成。需加入0.2%的山梨酸防腐，并以其水溶液作空白。試樣的大小、形狀(xngzhun)對(duì)測定結(jié)果影響不大。取樣要在同一條件下進(jìn)行，操作要迅速。第144頁/共159頁第一百四十四頁，共159頁。第145頁/共159頁第一百四十五頁，共159頁。儀器(yq)校正樣品(yngpn)測定讀aw值每次測定都要用氯化鋇飽和溶液對(duì)儀器進(jìn)行校正測定時(shí)勿使表頭沾上盒內(nèi)樣品第146頁/共159頁