第二章第三節(jié)水分活度與吸濕等溫曲線

1、第二章第二章 食品中的水和冰食品中的水和冰l不同種類的食品即使水分含量相同，其腐敗不同種類的食品即使水分含量相同，其腐敗變質(zhì)的難易程度也有明顯的差異。食品的品質(zhì)和變質(zhì)的難易程度也有明顯的差異。食品的品質(zhì)和貯藏性能與水分活度有密切的關(guān)系。貯藏性能與水分活度有密切的關(guān)系。第三節(jié)第三節(jié) 水分活度與吸濕等溫曲線水分活度與吸濕等溫曲線n2.3.1 2.3.1 水分活度的定義及測(cè)定方法水分活度的定義及測(cè)定方法一、定義：一、定義： 一定溫度下樣品水分蒸氣壓與純水蒸氣壓的比值；一定溫度下樣品水分蒸氣壓與純水蒸氣壓的比值；用用公式表示即為：公式表示即為： A Aw w= p/p= p/p0 0=ERH/100=

2、N=n=ERH/100=N=n1 1/(n/(n1 1+n+n2 2) )n A Aw w ：水份活度；：水份活度； p p：樣品中水的蒸氣分壓：樣品中水的蒸氣分壓 p p0 0：同溫純水蒸氣壓；：同溫純水蒸氣壓； ERHERH：樣品周?chē)諝獠慌c樣品換濕時(shí)的平均相對(duì)濕度；：樣品周?chē)諝獠慌c樣品換濕時(shí)的平均相對(duì)濕度；n N N：稀溶液中溶質(zhì)的：稀溶液中溶質(zhì)的molmol分?jǐn)?shù)；分?jǐn)?shù)； n1n1：稀溶液中水的：稀溶液中水的molmol數(shù)；數(shù)；n n2n2：稀溶液中溶質(zhì)的：稀溶液中溶質(zhì)的molmol數(shù)。數(shù)。注意：注意： 1.1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并達(dá)到熱力學(xué)平上述公式成立的前提是溶液是

3、理想溶液并達(dá)到熱力學(xué)平衡，食品體系一般不符合這個(gè)條件，因此上式嚴(yán)格講，只是近衡，食品體系一般不符合這個(gè)條件，因此上式嚴(yán)格講，只是近似的表達(dá)。似的表達(dá)。2.2.公式中的前兩項(xiàng)，即公式中的前兩項(xiàng)，即A Aw w=p/p=p/p0 0=ERH/100=ERH/100，是根據(jù)水分活，是根據(jù)水分活度定義給出的；而后兩項(xiàng)是拉烏爾定律所確定的，其前提是稀度定義給出的；而后兩項(xiàng)是拉烏爾定律所確定的，其前提是稀溶液。所以前兩項(xiàng)和后兩項(xiàng)之間也應(yīng)該是近似的關(guān)系。溶液。所以前兩項(xiàng)和后兩項(xiàng)之間也應(yīng)該是近似的關(guān)系。3.3.由于由于p/pp/p0 0和和n n1 1/n/n1 1+n+n2 2，因此，因此，a aw w的值

4、在的值在0 01 1之間。之間。n二、測(cè)定方法二、測(cè)定方法n可以利用不同的方法對(duì)于食品中的水分活度可以利用不同的方法對(duì)于食品中的水分活度進(jìn)行測(cè)定：進(jìn)行測(cè)定：na.a.冰點(diǎn)測(cè)定法：冰點(diǎn)測(cè)定法：nb.b.相對(duì)濕度傳感器測(cè)定法：相對(duì)濕度傳感器測(cè)定法：nc.c.康維氏微量擴(kuò)散器測(cè)定法康維氏微量擴(kuò)散器測(cè)定法c.c.康維氏微量擴(kuò)散器測(cè)定法康維氏微量擴(kuò)散器測(cè)定法康維氏微量擴(kuò)散器可如右圖示意：康維氏微量擴(kuò)散器可如右圖示意：飽和鹽溶液樣品分隔并相通的兩個(gè)小室分別放樣品和飽和鹽溶液；樣分隔并相通的兩個(gè)小室分別放樣品和飽和鹽溶液；樣品量一般為品量一般為1g1g；恒溫溫度一般為；恒溫溫度一般為25 25 ，平衡時(shí)間為

5、，平衡時(shí)間為20min20min；分別測(cè)定水分活度高的飽和鹽溶液和水分活度低的飽和鹽分別測(cè)定水分活度高的飽和鹽溶液和水分活度低的飽和鹽溶液和樣品達(dá)平衡時(shí)樣品吸收或失去水的質(zhì)量，利用下式溶液和樣品達(dá)平衡時(shí)樣品吸收或失去水的質(zhì)量，利用下式求算樣品的水分活度：求算樣品的水分活度：康維氏微量擴(kuò)散器康維氏微量擴(kuò)散器aw=(Ax+By/(x+y) 其中：其中：Ax：活度低的鹽溶液活度；：活度低的鹽溶液活度； By：活度高的鹽溶液活度：活度高的鹽溶液活度 x：使用：使用B時(shí)的凈增值；時(shí)的凈增值； y：使用：使用A時(shí)的凈減值；時(shí)的凈減值；n2.3.2 2.3.2 水分活度和溫度的關(guān)系水分活度和溫度的關(guān)系 上邊

6、對(duì)于水分活度定義及測(cè)定方法的敘述中，上邊對(duì)于水分活度定義及測(cè)定方法的敘述中，均強(qiáng)調(diào)了在一定的溫度下。也就是說(shuō)溫度對(duì)于水分均強(qiáng)調(diào)了在一定的溫度下。也就是說(shuō)溫度對(duì)于水分活度的值有較大的影響。活度的值有較大的影響。 其中：此處的其中：此處的H H 可用純水的汽化潛熱表示，是常數(shù)，可用純水的汽化潛熱表示，是常數(shù)，其值為其值為40537.2J/mol40537.2J/mol；k=樣品的絕對(duì)溫度純水的蒸氣壓為樣品蒸氣壓(p)時(shí)的絕對(duì)溫度純水的蒸氣壓為樣品蒸氣壓(p)時(shí)的絕對(duì)溫度K K的直觀意義是在達(dá)到同樣水蒸氣壓時(shí)，食品的溫度比純的直觀意義是在達(dá)到同樣水蒸氣壓時(shí)，食品的溫度比純水溫度高出的比值，本質(zhì)反映了

7、食品中非水成分對(duì)水活性的水溫度高出的比值，本質(zhì)反映了食品中非水成分對(duì)水活性的影響。食品中非水成分越多并且與水的結(jié)合能力越強(qiáng)，影響。食品中非水成分越多并且與水的結(jié)合能力越強(qiáng)，k k值越值越大，相同溫度時(shí)大，相同溫度時(shí)A Aw w值越??；反之亦然。值越??；反之亦然。討論：討論： a.a.由公式由公式(2)(2)可知，可知，lnAwlnAw與與1/T1/T之間為一直線關(guān)系，之間為一直線關(guān)系，其意義在于：其意義在于：一定樣品水分活度的對(duì)數(shù)在不太寬的溫一定樣品水分活度的對(duì)數(shù)在不太寬的溫度范圍內(nèi)隨絕對(duì)溫度的升高而正比例升高。度范圍內(nèi)隨絕對(duì)溫度的升高而正比例升高。b.b.但在較大的溫度范圍內(nèi)，但在較大的溫度

8、范圍內(nèi)， lnAlnAw w與與1/T1/T之間并非之間并非始終為一直線關(guān)系；當(dāng)冰開(kāi)始形成時(shí)，始終為一直線關(guān)系；當(dāng)冰開(kāi)始形成時(shí)，lnAlnAw w與與1/T1/T曲線曲線中出現(xiàn)明顯的折點(diǎn)，冰點(diǎn)以下中出現(xiàn)明顯的折點(diǎn)，冰點(diǎn)以下lnAlnAw w與與1/T1/T的變化率明顯的變化率明顯加大了，并且不再受樣品中非水物質(zhì)的影響；這是因加大了，并且不再受樣品中非水物質(zhì)的影響；這是因?yàn)榇藭r(shí)水的汽化潛熱應(yīng)由冰的升華熱代替，也就是說(shuō)為此時(shí)水的汽化潛熱應(yīng)由冰的升華熱代替，也就是說(shuō)前述的前述的A Aw w與溫度的關(guān)系方程中的與溫度的關(guān)系方程中的H H值大大增加了。值大大增加了。 由由b b可以得出結(jié)論：在比較冰點(diǎn)以

9、上或冰點(diǎn)以下的水分可以得出結(jié)論：在比較冰點(diǎn)以上或冰點(diǎn)以下的水分活度值時(shí)應(yīng)該注意到以下兩個(gè)重要的區(qū)別。活度值時(shí)應(yīng)該注意到以下兩個(gè)重要的區(qū)別。第一，在冰點(diǎn)以上，水分活度是樣品組成和溫度的函數(shù)，并且第一，在冰點(diǎn)以上，水分活度是樣品組成和溫度的函數(shù)，并且樣品組成對(duì)于水分活度值有明顯的影響；而在冰點(diǎn)以下時(shí)，樣品組成對(duì)于水分活度值有明顯的影響；而在冰點(diǎn)以下時(shí)，水分活度與樣品的組成無(wú)關(guān)，僅與溫度有關(guān)。因此不能根據(jù)水分活度與樣品的組成無(wú)關(guān)，僅與溫度有關(guān)。因此不能根據(jù)冰點(diǎn)以上水分活度值來(lái)預(yù)測(cè)體系中溶質(zhì)種類和含量對(duì)冰點(diǎn)以冰點(diǎn)以上水分活度值來(lái)預(yù)測(cè)體系中溶質(zhì)種類和含量對(duì)冰點(diǎn)以下體系發(fā)生變化的影響。下體系發(fā)生變化的影響

10、。第二，冰點(diǎn)以上和以下時(shí)，就食品而言，水分活度的意義是不第二，冰點(diǎn)以上和以下時(shí)，就食品而言，水分活度的意義是不一樣的。例如：在水分活度為一樣的。例如：在水分活度為0.860.86的的-15-15的食品中，微生的食品中，微生物不再生長(zhǎng)，其它化學(xué)反應(yīng)的速度也很慢；但在同樣的水分物不再生長(zhǎng)，其它化學(xué)反應(yīng)的速度也很慢；但在同樣的水分活度而溫度是活度而溫度是2020情況下，一些化學(xué)反應(yīng)將快速進(jìn)行，一些情況下，一些化學(xué)反應(yīng)將快速進(jìn)行，一些微生物也將中等速度生長(zhǎng)。微生物也將中等速度生長(zhǎng)。第三節(jié)第三節(jié) 水分吸濕等溫線水分吸濕等溫線Moisture Sorption Isotherms(MSI) 在恒定溫度下，

11、食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）與在恒定溫度下，食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）與Aw的的關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。一、定義一、定義 DefinitionMSIMSI的實(shí)際意義的實(shí)際意義: : 1 1、由于水的轉(zhuǎn)移程度與、由于水的轉(zhuǎn)移程度與AwAw有關(guān)，從有關(guān)，從MSIMSI圖可以看出食品脫水的難易程度，也可以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看出如何組合食品才能避免水分在不同物料間的轉(zhuǎn)移。料間的轉(zhuǎn)移。 2 2、據(jù)、據(jù)MSIMSI可預(yù)測(cè)含水量對(duì)食品穩(wěn)定性的可預(yù)測(cè)含水量對(duì)食品穩(wěn)定性的影響。影響。 3 3、從、從MSIMSI還可看出食品中非水組分與水還可看出

12、食品中非水組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱結(jié)合能力的強(qiáng)弱。測(cè)定方法：在恒定溫度下，改變食品中的水分含量，測(cè)定相應(yīng)的活度，測(cè)定方法：在恒定溫度下，改變食品中的水分含量，測(cè)定相應(yīng)的活度，以水分含量為縱軸、以水分含量為縱軸、AwAw為橫軸畫(huà)出曲線。為橫軸畫(huà)出曲線。二、二、MSIMSI中的分區(qū)中的分區(qū)一般的一般的MSIMSI均可分為三個(gè)區(qū)，如下圖所示：均可分為三個(gè)區(qū)，如下圖所示：區(qū)：為構(gòu)成水和鄰近水區(qū)，區(qū)：為構(gòu)成水和鄰近水區(qū)，即與食品成分中的羧基、氨基即與食品成分中的羧基、氨基等基團(tuán)通過(guò)氫鍵或靜電引力相等基團(tuán)通過(guò)氫鍵或靜電引力相互結(jié)合的那部分水。由于這部互結(jié)合的那部分水。由于這部分水比較牢固的與非水成分結(jié)分水比

13、較牢固的與非水成分結(jié)合，因此合，因此a aw w較低，一般在較低，一般在0 00.250.25之間，相當(dāng)于物料含水量之間，相當(dāng)于物料含水量0 00.07g/g0.07g/g干物質(zhì)。這種水不干物質(zhì)。這種水不能作為溶劑而且在能作為溶劑而且在-40-40不結(jié)冰，不結(jié)冰，對(duì)固體沒(méi)有顯著的增塑作用，對(duì)固體沒(méi)有顯著的增塑作用，可以簡(jiǎn)單的看作固體的一部分?？梢院?jiǎn)單的看作固體的一部分。n要注意的是，一般把要注意的是，一般把區(qū)和區(qū)和區(qū)交界處的區(qū)交界處的水分含量稱為食品的水分含量稱為食品的“單分子層單分子層”水含量，水含量，這部分水可看成是在干物質(zhì)可接近的強(qiáng)極這部分水可看成是在干物質(zhì)可接近的強(qiáng)極性基團(tuán)周?chē)纬梢粋€(gè)

14、單分子層所需水量的性基團(tuán)周?chē)纬梢粋€(gè)單分子層所需水量的近似值。近似值。n區(qū)：多層水區(qū)，即食品中與酰胺基、羧基等基團(tuán)區(qū)：多層水區(qū)，即食品中與酰胺基、羧基等基團(tuán)和結(jié)合水、鄰近水以水溶質(zhì)、水水以氫鍵和締和結(jié)合水、鄰近水以水溶質(zhì)、水水以氫鍵和締合作用被相對(duì)固定的水，也包括直徑小于合作用被相對(duì)固定的水，也包括直徑小于1m1m的毛的毛細(xì)管的水；這部分水的細(xì)管的水；這部分水的AwAw一般在一般在0.250.250.80.8之間，之間，相當(dāng)于物料含水量在相當(dāng)于物料含水量在0.07g/g0.07g/g干物質(zhì)至干物質(zhì)至0.140.140.33g/g0.33g/g干物質(zhì)。當(dāng)食品中的水分含量相當(dāng)于干物質(zhì)。當(dāng)食品中的水

15、分含量相當(dāng)于區(qū)區(qū)和和區(qū)的邊界時(shí)，水將引起溶解過(guò)程，它還起了增區(qū)的邊界時(shí)，水將引起溶解過(guò)程，它還起了增塑劑的作用并且促使固體骨架開(kāi)始溶脹。溶解過(guò)程塑劑的作用并且促使固體骨架開(kāi)始溶脹。溶解過(guò)程的開(kāi)始將促使反應(yīng)物質(zhì)流動(dòng)，因此加速了大多數(shù)的的開(kāi)始將促使反應(yīng)物質(zhì)流動(dòng)，因此加速了大多數(shù)的食品化學(xué)反應(yīng)。食品化學(xué)反應(yīng)。區(qū)：自由水區(qū)，區(qū)：自由水區(qū)，AwAw在在0.80.80.990.99之間，物料最之間，物料最低含水量在低含水量在0.140.140.33 g/g0.33 g/g干物質(zhì)，最高為干物質(zhì)，最高為20g/g20g/g干干物質(zhì)。這部分水是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最不牢固、物質(zhì)。這部分水是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最

16、不牢固、最容易流動(dòng)的水，也稱為體相水。其蒸發(fā)焓基本上與最容易流動(dòng)的水，也稱為體相水。其蒸發(fā)焓基本上與純水相同，既可以結(jié)冰也可作為溶劑，并且還有利于純水相同，既可以結(jié)冰也可作為溶劑，并且還有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行和微生物的生長(zhǎng)。化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行和微生物的生長(zhǎng)。n 按照吸濕等溫線將食品中所含的水分作三個(gè)按照吸濕等溫線將食品中所含的水分作三個(gè)區(qū)，對(duì)于食品中水的應(yīng)用及防腐保鮮具有重要的區(qū)，對(duì)于食品中水的應(yīng)用及防腐保鮮具有重要的意義。但也要理解，這種分區(qū)是相對(duì)的。因?yàn)槌饬x。但也要理解，這種分區(qū)是相對(duì)的。因?yàn)槌瘜W(xué)吸附結(jié)合水外，等溫線每一個(gè)區(qū)間內(nèi)和區(qū)間化學(xué)吸附結(jié)合水外，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

17、可以發(fā)生交換。另外，向干燥與區(qū)間之間的水都可以發(fā)生交換。另外，向干燥物質(zhì)中增加水雖然能夠稍微改變?cè)瓉?lái)所含水的性物質(zhì)中增加水雖然能夠稍微改變?cè)瓉?lái)所含水的性質(zhì)，即基質(zhì)的溶脹和溶解過(guò)程，但是當(dāng)?shù)葴鼐€的質(zhì)，即基質(zhì)的溶脹和溶解過(guò)程，但是當(dāng)?shù)葴鼐€的區(qū)間區(qū)間增加水時(shí)，區(qū)間增加水時(shí)，區(qū)間水的性質(zhì)幾乎保持不變；水的性質(zhì)幾乎保持不變；同樣在區(qū)間同樣在區(qū)間內(nèi)增加水，區(qū)間內(nèi)增加水，區(qū)間的性質(zhì)也幾乎保的性質(zhì)也幾乎保持不變。從而說(shuō)明，食品中結(jié)合得最不牢固的那持不變。從而說(shuō)明，食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對(duì)食品的穩(wěn)定起著重要的作用。部分水對(duì)食品的穩(wěn)定起著重要的作用。nMSI上不同區(qū)水分特性上不同區(qū)水分特性區(qū)區(qū) I I區(qū)區(qū)

18、 I II I區(qū)區(qū) I II II I區(qū)區(qū) Aw 0-0.2 0.2-0.85 0.85 含水量% 1-6.5 6.5-27.5 27.5 冷凍能力 不能凍結(jié) 不能凍結(jié) 正常 溶劑能力 無(wú) 輕微-適度 正常 水分狀態(tài) 單分子層水 多分子層水 體相水 微生物利用 不可利用 部分可利用 可利用 MSIMSI與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系v水分含量一定水分含量一定 T，AwvAw一定一定 T，水分含量水分含量在不同溫度下馬鈴薯的水分吸著等溫線二、滯后現(xiàn)象二、滯后現(xiàn)象Hysteresis 1、定義：、定義：采用回吸采用回吸(resorption)的方法繪制的的方法繪制的MSI和按解吸和按解吸(desorpt

19、ion)的方法繪制的的方法繪制的MSI并不互相重疊的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。并不互相重疊的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。 在一指定的在一指定的Aw時(shí)，解時(shí)，解吸過(guò)程中試樣的水分含量大于吸過(guò)程中試樣的水分含量大于回吸過(guò)程中的水分含量回吸過(guò)程中的水分含量高糖高糖-高果膠食品高果膠食品空氣干燥蘋(píng)果空氣干燥蘋(píng)果n總的滯后現(xiàn)象明顯總的滯后現(xiàn)象明顯n滯后出現(xiàn)在真實(shí)單層水區(qū)域滯后出現(xiàn)在真實(shí)單層水區(qū)域nAw0.65時(shí)，不存在滯后時(shí)，不存在滯后淀粉質(zhì)食品淀粉質(zhì)食品冷凍干燥大米冷凍干燥大米n存在大的滯后環(huán)存在大的滯后環(huán)nAw=0.70時(shí)最嚴(yán)重時(shí)最嚴(yán)重高蛋白食品高蛋白食品冷凍干燥熟豬肉冷凍干燥熟豬肉nAw0.85開(kāi)始出現(xiàn)滯后開(kāi)始出現(xiàn)

20、滯后n滯后不嚴(yán)重滯后不嚴(yán)重n回吸和解吸等溫線均保持回吸和解吸等溫線均保持S形形2、滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 （1）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）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。分。 （2）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）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需不同的蒸汽壓(要抽出需要抽出需P內(nèi)內(nèi)P外外， 要填滿則需要填滿則需P外外 P內(nèi)內(nèi))。 （3）解吸作用時(shí)，因組織改變）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，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)處于較高的由此可導(dǎo)致回吸

21、相同水分含量時(shí)處于較高的aw。2.4 與水相關(guān)的食品學(xué)問(wèn)題及相關(guān)技術(shù)原理與水相關(guān)的食品學(xué)問(wèn)題及相關(guān)技術(shù)原理2.4.1 水分活度與食品的穩(wěn)定性水分活度與食品的穩(wěn)定性下面幾張圖說(shuō)明了食品中的化學(xué)反應(yīng)及微生物的活性與水分活度有密下面幾張圖說(shuō)明了食品中的化學(xué)反應(yīng)及微生物的活性與水分活度有密切的關(guān)系，因此食品的水分活度對(duì)食品的穩(wěn)定性產(chǎn)生著巨大的影響。切的關(guān)系，因此食品的水分活度對(duì)食品的穩(wěn)定性產(chǎn)生著巨大的影響。2.4.2 水分活度與微生物生命活動(dòng)的關(guān)系水分活度與微生物生命活動(dòng)的關(guān)系食品質(zhì)量及食品加工工藝的確定與微生物有密切的關(guān)系。食品質(zhì)量及食品加工工藝的確定與微生物有密切的關(guān)系。而食品中微生物的存活及繁殖

22、生長(zhǎng)與食品中水分的活度有密而食品中微生物的存活及繁殖生長(zhǎng)與食品中水分的活度有密切的關(guān)系。下表列出了不同微生物生長(zhǎng)與食品水分活度的關(guān)切的關(guān)系。下表列出了不同微生物生長(zhǎng)與食品水分活度的關(guān)系。系。A范圍范圍在此范圍內(nèi)的最低在此范圍內(nèi)的最低Aw所能抑制的所能抑制的微生物種類微生物種類在此水分活度范圍內(nèi)的食品在此水分活度范圍內(nèi)的食品1.000.950.950.910.910.870.870.800.800.750.750.650.650.6小于小于0.5 假單胞菌、大腸桿菌變形桿菌、假單胞菌、大腸桿菌變形桿菌、志賀氏菌屬、克霍伯氏菌屬、芽志賀氏菌屬、克霍伯氏菌屬、芽孢桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌、孢桿菌、

23、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌、一些酵母一些酵母沙門(mén)氏桿菌屬、溶副血紅蛋白弧沙門(mén)氏桿菌屬、溶副血紅蛋白弧菌、肉毒梭狀芽孢桿菌、沙雷氏菌、肉毒梭狀芽孢桿菌、沙雷氏桿菌、乳酸桿菌屬、足球菌、一桿菌、乳酸桿菌屬、足球菌、一些霉菌、酵母些霉菌、酵母許多酵母、小球菌許多酵母、小球菌大多數(shù)霉菌、金黃色葡萄球菌、大多數(shù)霉菌、金黃色葡萄球菌、大多數(shù)酵母菌屬大多數(shù)酵母菌屬大多數(shù)嗜鹽細(xì)菌、產(chǎn)真菌毒素的大多數(shù)嗜鹽細(xì)菌、產(chǎn)真菌毒素的曲霉曲霉嗜旱霉菌、二孢酵母嗜旱霉菌、二孢酵母耐滲透壓酵母、少數(shù)霉菌耐滲透壓酵母、少數(shù)霉菌微生物不增殖微生物不增殖極易腐敗變質(zhì)（新鮮）的食品、罐頭水極易腐敗變質(zhì)（新鮮）的食品、罐頭水果、蔬菜、肉、魚(yú)及

24、牛奶，熟香腸和面果、蔬菜、肉、魚(yú)及牛奶，熟香腸和面包，含有約包，含有約40%(w/w)蔗糖或蔗糖或7%食鹽的食鹽的食品食品一些干酪、腌制肉、一些水果汁濃縮物，一些干酪、腌制肉、一些水果汁濃縮物，含有含有55%蔗糖（飽和）或蔗糖（飽和）或12%食鹽的食食鹽的食品品發(fā)酵香腸、松蛋糕、干的干酪、人造奶發(fā)酵香腸、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含油、含65%蔗糖（飽和或蔗糖（飽和或15%食鹽的食食鹽的食品品大多數(shù)濃縮果汁、甜煉乳、巧克力糖漿、大多數(shù)濃縮果汁、甜煉乳、巧克力糖漿、槭糖漿和水果糖漿，面粉，米，含有槭糖漿和水果糖漿，面粉，米，含有1517%水分的豆類食品水果蛋糕，家水分的豆類食品水果蛋糕，家庭自

25、制火腿等庭自制火腿等果醬、加柑橘皮絲的果凍、杏仁酥糖、果醬、加柑橘皮絲的果凍、杏仁酥糖、糖漬水果、一些棉花糖糖漬水果、一些棉花糖含含10%水分的燕麥片、砂性軟糖、棉花水分的燕麥片、砂性軟糖、棉花糖等糖等含含1520%水的果干、蜂蜜等水的果干、蜂蜜等表表2.1 食品中水分活度與微生物生長(zhǎng)食品中水分活度與微生物生長(zhǎng)由上表可以看出：由上表可以看出：a.不同種類的微生物其正常生長(zhǎng)繁殖所需要的水分活度不同，不同種類的微生物其正常生長(zhǎng)繁殖所需要的水分活度不同，由此可以正確推斷影響不同含水量食品質(zhì)量的主要微生物；由此可以正確推斷影響不同含水量食品質(zhì)量的主要微生物；b.表中每一個(gè)水分活度區(qū)間的下限為相應(yīng)微生物

26、正常生長(zhǎng)的表中每一個(gè)水分活度區(qū)間的下限為相應(yīng)微生物正常生長(zhǎng)的水分活度閾值，即在此水分活度以下，該類微生物不能正常水分活度閾值，即在此水分活度以下，該類微生物不能正常生長(zhǎng)。生長(zhǎng)。不同種類的微生物其存活和生長(zhǎng)與水分活度有關(guān)系，同不同種類的微生物其存活和生長(zhǎng)與水分活度有關(guān)系，同一種類微生物在不同的生長(zhǎng)階段也要求不同的水分活度。一一種類微生物在不同的生長(zhǎng)階段也要求不同的水分活度。一般講，細(xì)菌形成芽孢時(shí)比繁殖時(shí)所需的水分活度要高；般講，細(xì)菌形成芽孢時(shí)比繁殖時(shí)所需的水分活度要高；產(chǎn)毒微生物在產(chǎn)生毒素時(shí)所需的水分活度高于不產(chǎn)毒時(shí)所需產(chǎn)毒微生物在產(chǎn)生毒素時(shí)所需的水分活度高于不產(chǎn)毒時(shí)所需的水分活度。的水分活度。

27、 由以上討論可以得出結(jié)論，當(dāng)食品的由以上討論可以得出結(jié)論，當(dāng)食品的水分活度降低到一定的限度以下時(shí)，就水分活度降低到一定的限度以下時(shí)，就會(huì)抑制要求水分活度閾值高于此值的微會(huì)抑制要求水分活度閾值高于此值的微生物的生長(zhǎng)、繁殖或產(chǎn)生毒素，使食品生物的生長(zhǎng)、繁殖或產(chǎn)生毒素，使食品加工和貯藏得以順利進(jìn)行。加工和貯藏得以順利進(jìn)行。 當(dāng)然發(fā)酵技術(shù)中要求所用微生物能正?？焖僭鲋?，當(dāng)然發(fā)酵技術(shù)中要求所用微生物能正常快速增殖，此時(shí)則要給予合適的、必要高的水分活度；另外，利此時(shí)則要給予合適的、必要高的水分活度；另外，利用水分活度控制食品質(zhì)量或加工工藝時(shí)還要考慮用水分活度控制食品質(zhì)量或加工工藝時(shí)還要考慮pHpH、營(yíng)養(yǎng)成

28、分、氧氣等因素對(duì)于微生物的影響。營(yíng)養(yǎng)成分、氧氣等因素對(duì)于微生物的影響。2.4.3 水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系 食品中的水分活度與食品中所發(fā)生的化學(xué)變食品中的水分活度與食品中所發(fā)生的化學(xué)變化的種類和速度有密切的關(guān)系；而食品中的化學(xué)化的種類和速度有密切的關(guān)系；而食品中的化學(xué)變化是依賴于各類食品成分而發(fā)生的。以各類食變化是依賴于各類食品成分而發(fā)生的。以各類食品成分為線索，其化學(xué)變化與水分活度關(guān)系的一品成分為線索，其化學(xué)變化與水分活度關(guān)系的一般規(guī)律總結(jié)如下：般規(guī)律總結(jié)如下：淀粉：淀粉：淀粉的食品學(xué)特性主要體現(xiàn)在老化和糊化上。老化淀粉的食品學(xué)特性主要體現(xiàn)在老化和糊化上。老化

29、是淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、淀粉鏈空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而導(dǎo)致溶解性能、是淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、淀粉鏈空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而導(dǎo)致溶解性能、糊化及成面團(tuán)作用變差的過(guò)程。在含水量大糊化及成面團(tuán)作用變差的過(guò)程。在含水量大3060%時(shí)，淀粉時(shí)，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度變慢；當(dāng)含水量降至的老化速度最快；降低含水量老化速度變慢；當(dāng)含水量降至1015%時(shí)，淀粉中的水主要為結(jié)合水，不會(huì)發(fā)生老化。時(shí)，淀粉中的水主要為結(jié)合水，不會(huì)發(fā)生老化。脂肪：脂肪：影響脂肪品質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)主要為酸敗，而酸敗過(guò)程影響脂肪品質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)主要為酸敗，而酸敗過(guò)程的化學(xué)本質(zhì)是空氣氧的自動(dòng)氧化。脂類的氧化反應(yīng)與水分含量的化學(xué)本質(zhì)是空氣氧的自動(dòng)氧化。脂類的氧

30、化反應(yīng)與水分含量之間的關(guān)系為：在之間的關(guān)系為：在區(qū)，氧化反應(yīng)的速度隨著水分增加而降低；區(qū)，氧化反應(yīng)的速度隨著水分增加而降低；在在區(qū)，氧化反應(yīng)速度隨著水分的增加而加快；在區(qū)，氧化反應(yīng)速度隨著水分的增加而加快；在區(qū)，氧化區(qū)，氧化反應(yīng)速度隨著水分增加又呈下降趨勢(shì)。反應(yīng)速度隨著水分增加又呈下降趨勢(shì)。n 其原因是在非常干燥的樣品中加入水會(huì)明顯干擾氧化，其原因是在非常干燥的樣品中加入水會(huì)明顯干擾氧化，本質(zhì)是水與脂肪自由基氧化中形成的氫過(guò)氧化合物通過(guò)氫本質(zhì)是水與脂肪自由基氧化中形成的氫過(guò)氧化合物通過(guò)氫鍵結(jié)合，降低了氫過(guò)氧化活性，從而降低了脂肪氧化反應(yīng)鍵結(jié)合，降低了氫過(guò)氧化活性，從而降低了脂肪氧化反應(yīng)的速度；

31、從沒(méi)有水開(kāi)始，隨著水量的增加，保護(hù)作用增強(qiáng)，的速度；從沒(méi)有水開(kāi)始，隨著水量的增加，保護(hù)作用增強(qiáng)，因此氧化速度有一個(gè)降低的過(guò)程；除了水對(duì)氫過(guò)氧化物的因此氧化速度有一個(gè)降低的過(guò)程；除了水對(duì)氫過(guò)氧化物的保護(hù)作用外，水與金屬的結(jié)合還可使金屬離子對(duì)脂肪氧化保護(hù)作用外，水與金屬的結(jié)合還可使金屬離子對(duì)脂肪氧化反應(yīng)的催化作用降低。當(dāng)含水量超過(guò)反應(yīng)的催化作用降低。當(dāng)含水量超過(guò)、區(qū)交界時(shí)，較區(qū)交界時(shí)，較大量的水通過(guò)溶解作用可以有效地增加氧的含量，還可使大量的水通過(guò)溶解作用可以有效地增加氧的含量，還可使脂肪分子通過(guò)溶脹而更加暴露；當(dāng)含水量到達(dá)脂肪分子通過(guò)溶脹而更加暴露；當(dāng)含水量到達(dá)區(qū)時(shí)，大區(qū)時(shí)，大量的水降低了反應(yīng)物

32、和催化劑的濃度，氧化速度又有所降量的水降低了反應(yīng)物和催化劑的濃度，氧化速度又有所降低。低。 褐變反應(yīng)是影響食品質(zhì)量和外觀特性的重要的化學(xué)反應(yīng)，褐變反應(yīng)是影響食品質(zhì)量和外觀特性的重要的化學(xué)反應(yīng)，包括酶促褐變和非酶褐變兩類。酶促褐變是在酶作用下，食包括酶促褐變和非酶褐變兩類。酶促褐變是在酶作用下，食品中的酚類化合物發(fā)生特殊的氧化反應(yīng)使食品顏色變劣的過(guò)品中的酚類化合物發(fā)生特殊的氧化反應(yīng)使食品顏色變劣的過(guò)程。當(dāng)食品中的水分活度在程。當(dāng)食品中的水分活度在0.250.250.300.30之間時(shí)，酶促褐變可之間時(shí)，酶促褐變可被有效防止；但當(dāng)水分活度在此基礎(chǔ)上增加時(shí)，酶促反應(yīng)就被有效防止；但當(dāng)水分活度在此基礎(chǔ)

33、上增加時(shí)，酶促反應(yīng)就會(huì)明顯發(fā)生。會(huì)明顯發(fā)生。非酶褐變指食品通過(guò)一些非酶氧化而導(dǎo)致食品變色的反非酶褐變指食品通過(guò)一些非酶氧化而導(dǎo)致食品變色的反應(yīng)。也與水分活度有密切的關(guān)系，當(dāng)食品中的水分活度在應(yīng)。也與水分活度有密切的關(guān)系，當(dāng)食品中的水分活度在0.60.60.70.7之間時(shí)，非酶褐變最為嚴(yán)重；水分活度下降，褐變之間時(shí)，非酶褐變最為嚴(yán)重；水分活度下降，褐變速度減慢，在速度減慢，在0.20.2以下時(shí)，褐變難以發(fā)生。但當(dāng)水分活度超過(guò)以下時(shí)，褐變難以發(fā)生。但當(dāng)水分活度超過(guò)褐變高峰要求的值時(shí)，其褐變速度又由于體系中溶質(zhì)的減少褐變高峰要求的值時(shí)，其褐變速度又由于體系中溶質(zhì)的減少而下降。而下降。n蛋白質(zhì)及酶：蛋

34、白質(zhì)及酶：據(jù)測(cè)定，當(dāng)食品中的水分含量在據(jù)測(cè)定，當(dāng)食品中的水分含量在2%2%以下時(shí)，以下時(shí)，可以有效的阻止蛋白質(zhì)的變性；而當(dāng)達(dá)到可以有效的阻止蛋白質(zhì)的變性；而當(dāng)達(dá)到4%4%或其以上時(shí)，或其以上時(shí)，蛋白質(zhì)變性變得越來(lái)越容易。合物分解的水促使蛋白質(zhì)變蛋白質(zhì)變性變得越來(lái)越容易。合物分解的水促使蛋白質(zhì)變性的原因是，水能使多孔蛋白質(zhì)潤(rùn)脹，暴露出長(zhǎng)鏈中可能性的原因是，水能使多孔蛋白質(zhì)潤(rùn)脹，暴露出長(zhǎng)鏈中可能被氧化的基團(tuán)，導(dǎo)致氧化反應(yīng)的發(fā)生，破壞保持蛋白質(zhì)高被氧化的基團(tuán)，導(dǎo)致氧化反應(yīng)的發(fā)生，破壞保持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的弱鍵，從而使蛋白質(zhì)變性。級(jí)結(jié)構(gòu)的弱鍵，從而使蛋白質(zhì)變性。n水溶性色素：水溶性色素：一般而言，當(dāng)食品中的水分活度增大時(shí)，水溶性一般而言，當(dāng)食品中的水分活度增大時(shí)，水溶性色素（常見(jiàn)的是花青素類）分解的速度就會(huì)加快。色素（常見(jiàn)的是花青素類）分解的速度就會(huì)加快。nn 總之，降低食品中的水分活度，可以延緩酶促褐變和非酶總之，降低食品中的水分活度，可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進(jìn)行，減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。褐變的進(jìn)行，減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而會(huì)加速脂肪的氧化酸敗。要使食品具有但水分活度太低