食品中水與非水組分之間的相互作用

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—打開食品科學(xué)之門的鑰匙主講人：李紅所在單位：食品與生物工程學(xué)院日期：2010.9.17

2006級課程第二頁，共六十八頁。第二章水分第三頁，共六十八頁。掌握水在食品中的重要作用；了解水和冰的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)；掌握水在食品中的存在狀態(tài)；掌握水分活度和水分等溫吸濕線的概念、意義；掌握水分活度與食品的穩(wěn)定性之間的關(guān)系。教學(xué)目的和要求第四頁，共六十八頁。2.1概述2.1.1水的作用水是地球上儲量最多、分布最廣的物質(zhì)；生物體內(nèi)水分含量一般70~80%；成年人含水量為58~67%，正常情況，每人每日需要攝入2~2.7L水，維持生命活動。水使人體體溫保持穩(wěn)定；水使一種溶劑，能作為體內(nèi)營養(yǎng)素運輸、吸收和代謝物運轉(zhuǎn)的載體，也可作為體內(nèi)化學(xué)和生物化學(xué)的反應(yīng)物和反應(yīng)介質(zhì)；水是天然的潤滑劑，使摩擦面潤滑，減少損傷；水是優(yōu)良的增塑劑，是生物大分子聚合物構(gòu)象的穩(wěn)定劑，酶催化劑等大分子動力學(xué)行為的促進劑。第五頁，共六十八頁。木瓜蛋白酶中的三分子水橋第六頁，共六十八頁。水是食品非常重要的一種成分，也是構(gòu)成大多數(shù)食品的主要成分。食品名稱水分%食品名稱水分%食品名稱水分%番茄95萵苣95卷心菜92啤酒90柑橘87蘋果汁87牛奶87馬鈴薯78香蕉75雞70肉65面包35果醬28蜂蜜20奶油16稻米面粉12奶粉4酥油0表2.1某些代表性食品的含水量水在食品中的重要作用第七頁，共六十八頁。水分含量、分布和狀態(tài)不僅對食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、色澤、流動性、新鮮程度和腐敗變質(zhì)的敏感性產(chǎn)生極大的影響，而且對生物組織的生命過程也起著至關(guān)重要的作用。如：水在食品儲藏加工過程中作為化學(xué)和生物化學(xué)的反應(yīng)介質(zhì)，又是水解過程的反應(yīng)物；水是微生物生長繁殖的重要因素，影響食品的貨架期；水與蛋白質(zhì)、脂類和多糖通過物理相互作用影響食品的質(zhì)構(gòu)；水還能發(fā)揮膨潤、浸濕的作用，影響食品的加工性。第八頁，共六十八頁。2.2水和冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.2.1水分子的結(jié)構(gòu)第九頁，共六十八頁。2.2.2水分子的締合作用由于水分子的極性及兩種組成原子的電負(fù)性差別，導(dǎo)致水分子之間可以通過形成氫鍵而呈現(xiàn)締合狀態(tài)。由于每個水分子上有4個形成氫鍵的位點，因此每個水分子的可以通過氫鍵結(jié)合4個水分子。第十頁，共六十八頁。因為每個水分子具有相等的氫鍵給予體和氫鍵接受體的部位，并且這些部位的排列可以形成穩(wěn)定的三維空間結(jié)構(gòu)，因此，水分子之間的吸引力比其他形成氫鍵的小分子（NH3或HF）要大的多。這就是為什么水的沸點較高。水的反常的介電常數(shù)也與氫鍵締合有關(guān)，因為水的氫鍵締合生成了龐大的水分子簇，產(chǎn)生了多分子偶極子，從而使水的介電常數(shù)顯著增大。第十一頁，共六十八頁。水的低粘度也與結(jié)構(gòu)有關(guān)，因為氫鍵是網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的，當(dāng)分子在納秒這樣短暫的時間內(nèi)改變他們與鄰近分子間的氫鍵結(jié)合關(guān)系時，會增大流動性。第十二頁，共六十八頁。水分子不僅相互之間可以通過氫鍵締合，而且可以和其它帶有極性基團的有機分子通過氫鍵相互結(jié)合，所以糖類、氨基酸類、蛋白質(zhì)類、黃酮類、多酚類化合物在水中均有一定的溶解度。第十三頁，共六十八頁。2.2.3冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)冰是水分子通過氫鍵相互結(jié)合、有序排列形成的具有一定剛性的六方形晶體結(jié)構(gòu)。第十四頁，共六十八頁。冰的結(jié)構(gòu)冰結(jié)構(gòu)中存在兩個平行的平面，當(dāng)冰受壓下“滑動”時，它們作為個單元滑動，這類成對平面構(gòu)成冰的“基礎(chǔ)平面”第十五頁，共六十八頁。盡管水的冰點是0℃，但常并不在0℃結(jié)凍，而是出現(xiàn)過冷狀態(tài)，只有當(dāng)溫度降低到開始出現(xiàn)穩(wěn)定性晶核時，或在振動的促使下才會向冰晶體轉(zhuǎn)化并放出潛熱，同時溫度迅速回升到0℃。開始出現(xiàn)穩(wěn)定晶核時的溫度叫過冷溫度。如果外加晶核，不必達(dá)到過冷溫度就能結(jié)冰，但此時生產(chǎn)的冰晶粗大。第十六頁，共六十八頁。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℃。食品中水完全結(jié)晶的溫度叫低共熔點，大多數(shù)食品的低共熔點在-55～-65℃之間。但凍藏食品一般不需要如此低的溫度，如我國凍藏食品的溫度一般定為-18℃，大部分已水結(jié)冰，且最大程度的降低了其中的化學(xué)反應(yīng)。現(xiàn)代食品冷藏技術(shù)中提倡速凍，這是因為速凍形成的冰晶細(xì)小，呈針狀，凍結(jié)時間短且微生物活動受到更大限制，從而保證了食品品質(zhì)。第十七頁，共六十八頁。2.3食品中水與非水組分之間的相互作用2.3.1食品中水與非水組分之間的相互作用2.3.1.1與離子和離子基團的相互作用（食品中結(jié)合最緊密的一部分水）通過離子或離子基團的電荷與水分子偶極子發(fā)生靜電相互作用(離子-偶極子)而產(chǎn)生水和作用。由于水分子具有大的偶極距，因此能與離子產(chǎn)生強的相互作用，這種極性作用比水分子之間的氫鍵還要強，如Na+與水分子之間的結(jié)合能力(83.68kJ/mol)大約是水分子間氫鍵(20.9kJ/mol)的4倍。第十八頁，共六十八頁。2.3.1.2水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團的相互作用許多食品成分，如蛋白質(zhì)、多糖（淀粉或纖維素）、果膠等，其結(jié)構(gòu)中含有大量的極性基團，如羥基、羧基、氨基、羰基等，這些極性基團均可與水分子通過氫鍵相互結(jié)合。這種氫鍵作用比水與離子間的靜電作用要弱，但與水分子間的氫鍵相近。水與蛋白質(zhì)中兩類功能基團形成氫鍵第十九頁，共六十八頁。水與疏水性物質(zhì)（如烴類、稀有氣體以及脂肪酸、氨基酸、蛋白質(zhì)的非極性基團）相混合，由于非極性物質(zhì)與水分子產(chǎn)生斥力，導(dǎo)致疏水分子附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強，使得熵下降，在熱力學(xué)上是不利的（ΔG>0），此過程稱為疏水水合作用。2.3.1.3水與非極性物質(zhì)的相互作用第二十頁，共六十八頁。疏水水合作用的表現(xiàn)形式：籠形水合物的形成?；\形水合物是冰狀包合物，其中水為“主體”，通過氫鍵形成了籠狀結(jié)構(gòu)，物理截留了另一種稱為“客體”的分子?！爸黧w”水分子與“客體”分子之間的相互作用一般是弱的范德華力?；\形水合物一般由20～74個水分子形成，具體多少視非極性物質(zhì)的幾何尺寸而定；只有“客體”的大小和形狀適合于“主體”的籠才能被截留?！爸黧w”“客體”籠形水合物第二十一頁，共六十八頁。如果存在兩個分離的非極性實體，那么不相容的水環(huán)境將促使它們相互靠近并締合，從而減少水-非極性實體接觸面積，這是個熱力學(xué)上有利的過程(△G<0),此過程是疏水水合的部分逆轉(zhuǎn)，被稱為“疏水相互作用”。第二十二頁，共六十八頁。大多數(shù)蛋白質(zhì)分子中，約40%的氨基酸具有非極性側(cè)鏈，而且約有三分之一的非極性基團暴露在水中，與水之間產(chǎn)生疏水的相互作用，對于保持蛋白質(zhì)的活性構(gòu)象具有一定的作用。第二十三頁，共六十八頁。水與溶質(zhì)的結(jié)合力非常重要，相互作用如下表：種類實例相互作用的強度（與水的氫鍵比較）偶極-離子水-游離離子較強水-有機分子中的帶電基團偶極-偶極水-氨基接近水-羰基水-羥基疏水水合水-非極性基團遠(yuǎn)小于疏水相互作用水-非極性基團+水-非極性基團→水-非極性基團-非極性基團第二十四頁，共六十八頁。2.3.2食品中水的存在形式食品中的水分子可與非水物質(zhì)發(fā)生作用，根據(jù)作用的性質(zhì)和程度，可將食品中的水分分為結(jié)合水和體相水。結(jié)合水：也稱束縛水、固定水，通常是指存在于溶質(zhì)或其他非水組分附近的，與溶質(zhì)分子之間通過化學(xué)鍵結(jié)合的那部分水。根據(jù)結(jié)合水被結(jié)合的牢固程度不同，分為化合水、鄰近水和多層水。體相水：又稱游離水，是指食品中除了結(jié)合水以外的那部分水，是沒有被非水物質(zhì)化學(xué)結(jié)合的水。它又可分為三類，不移動水或滯化水、毛細(xì)管水和自由流動水。第二十五頁，共六十八頁。第二十六頁，共六十八頁。木瓜蛋白酶中的三分子水橋（化合水）第二十七頁，共六十八頁。凝膠（滯化水）第二十八頁，共六十八頁。結(jié)合水和體相水之間的界限很難定量區(qū)分，只能根據(jù)其理化性質(zhì)作定性區(qū)分：結(jié)合水的量與食品中有機大分子的極性基團的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系，如100g蛋白質(zhì)大約可結(jié)合50g的水，100g淀粉的持水能力在30～40g；結(jié)合水對食品品質(zhì)和風(fēng)味有較大的影響，當(dāng)結(jié)合水被強行與食品分離時，食品質(zhì)量、風(fēng)味就會改變；結(jié)合水的蒸汽壓比自由水低得多，在一定溫度（100oC）下結(jié)合水不能從食品中分離出來；結(jié)合水不易結(jié)冰（冰點約-40oC），使得植物的種子和微生物的孢子得以在很低的溫度下保持其生命力；而多汁的組織在冰凍后細(xì)胞結(jié)構(gòu)往往被體相水的冰晶所破壞，解凍后組織不同程度的崩潰；結(jié)合水不能作為溶劑；體相水可被微生物所利用，結(jié)合水則不能。第二十九頁，共六十八頁。長期以來人們就已認(rèn)識到食品的水分含量和它的易腐性之間存在著一定的關(guān)系。然而，發(fā)現(xiàn)不同類型的食品雖然水分含量相同，但是它們的易腐性顯著不同，出現(xiàn)這種情況的原因是水與非水成分締合強度的不同，參與強締合的水比弱締合的水在較低程度上支持降解活力，而水分活度正說明了水與各種非水成分的締合強度，因此，水分活度比水分含量能更可靠的預(yù)示食品穩(wěn)定性。2.4水分活度第三十頁，共六十八頁。2.4.1水分活度的定義及測定方法一、定義：水分活度是指食品中水的蒸汽壓與同溫下純水的飽和蒸汽壓的比值，即：其中：Aw：水份活度；

p：是某種食品在密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)時的水蒸汽分壓，即食品上空水蒸氣的分壓力；

p0：相同溫度下的純水的蒸氣壓若把純水作為食品來看，其水蒸氣壓p和p0相等，Aw=1，然而，一般食品不僅含有水分，而且有非水組分，食品的蒸氣壓比純水小，即總是p<p0相等，Aw<1。注意：水分活度是樣品的固有性質(zhì)，反映了食品中水的存在狀態(tài)。第三十一頁，共六十八頁。二、測定水分活度的方法a.冰點測定法：通過測定樣品冰點的降低值（ΔTt）及水分含量（求出n2）,根據(jù)公式：G：樣品中溶劑的克數(shù)；ΔTt：冰點降低(oC);Kt：水的摩爾冰點降低常數(shù)。根據(jù)水分活度與拉烏爾定律的關(guān)系：N：溶劑摩爾分?jǐn)?shù)；n1：溶劑摩爾數(shù)；n2：溶質(zhì)摩爾數(shù)。第三十二頁，共六十八頁。b.相對濕度傳感器測定法：在恒定溫度下，把已知水分含量的樣品放在一個密閉的小容器中，使其蒸氣壓和環(huán)境蒸氣壓達(dá)到平衡；用濕度傳感器測定環(huán)境的平衡相對濕度，即可得出ERH，這時可得到樣品的水分活度。第三十三頁，共六十八頁。分隔并相通的兩個小室分別放樣品和飽和鹽溶液；樣品量一般為1g；恒溫溫度一般為25℃，平衡時間為20min；分別測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：康維氏微量擴散器Aw=(Ax+By)/(x+y)其中：Ax：水分活度低的飽和鹽溶液的標(biāo)準(zhǔn)水分活度；

By：水分活度高的飽和鹽溶液的標(biāo)準(zhǔn)水分活度；x：使用B液時樣品的凈增值；y：使用A液時樣品的凈減值；c.恒定相對濕度平衡室法：第三十四頁，共六十八頁。d.水分活度儀測定樣品的Aw第三十五頁，共六十八頁。2.4.2水分活度與溫度的關(guān)系測定水分活度時，必須標(biāo)明溫度。克勞修斯-克拉伯龍方程精確表示了水分活度與絕對溫度（T）之間的關(guān)系：其中：R為氣體常數(shù)；ΔH為樣品中水分的等量凈吸附熱，可用純水的汽化潛熱表示，是常數(shù)，其值為40537.2J/mol；

k是在達(dá)到同樣水蒸氣壓時，食品的溫度比純水溫度高出的比值，本質(zhì)反映了食品中非水成分對水活性的影響。在樣品一定和溫度變化范圍較窄的情況下，k可看做常數(shù)。

第三十六頁，共六十八頁。當(dāng)水分含量一定時，在一定溫度范圍內(nèi)，lnAw與1/T之間為一直線關(guān)系，其意義在于：一定樣品lnAw在不太寬的溫度范圍（如冰點以上）內(nèi)隨絕對溫度的升高而正比例升高。T升高，Aw也升高。水分活度是樣品組成(含水量)和溫度的函數(shù)。第三十七頁，共六十八頁。但在較大的溫度范圍內(nèi)（越過冰點），lnAw與1/T之間并非始終為一條直線；而是當(dāng)冰開始形成時，曲線中出現(xiàn)明顯的折點，在冰點以下lnAw與1/T的之間仍然呈線性關(guān)系，但是變化率（斜率）明顯變大了，并且不再受食品中非水組分的影響。第三十八頁，共六十八頁。主要因為此時水的汽化潛熱應(yīng)由冰的升華熱代替，致使ΔH值大大增加了。此外，由于冷凍食品中水的蒸汽分壓等于相同溫度下冰的蒸汽壓，如果選用冰的蒸汽壓作為p0，則Aw=1，這是不可能的，因此，水分活度的定義式中的p0應(yīng)采用過冷純水的蒸汽壓。而冷凍食品中水的分壓等于相同溫度下冰的蒸汽壓，冰的蒸汽壓與食品的樣品組成無關(guān)，因此，在冰點以下，水分活度與樣品組成無關(guān)。ΔH：冰的升華熱常壓下，冰的升華熱約為2822千焦/千克水的汽化潛熱2260千焦/千克pw：部分凍結(jié)食品中水的分壓；p0：純過冷水的蒸汽壓；pice：純冰的蒸汽壓第三十九頁，共六十八頁。在比較冰點以上或冰點以下的水分活度值時應(yīng)該注意到以下三個重要的區(qū)別:第一，在冰點以上，水分活度是樣品組成和溫度的函數(shù)；而在冰點以下時，水分活度與樣品的組成無關(guān)，僅與溫度有關(guān)。第四十頁，共六十八頁。第二，冰點以上和以下時，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0.86的-15℃的食品中，微生物不再生長，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20℃情況下，一些化學(xué)反應(yīng)將快速進行，一些微生物也將中等速度生長。第三，冰點以下的Aw數(shù)據(jù)不能用來預(yù)示冰點以上的相同食品的Aw，因為冰點以下的Aw值與樣品組成無關(guān)。第四十一頁，共六十八頁。2.4.3水分活度與水分含量的關(guān)系一、水分的吸附等溫曲線定義：在恒定溫度下，食品的水含量（以g水/g干物質(zhì)表示）對其水分活度繪圖形成的曲線，稱為水分的吸附等溫線（MSI）。MSI對于了解以下信息意義重大：在濃縮和干燥過程中樣品脫水的難易程度與相對蒸氣壓RVP的關(guān)系。如何組合食品才能防止水分在組合食品的配料之間轉(zhuǎn)移。測定包裝材料的阻濕性。預(yù)測含水量與微生物生長的關(guān)系。預(yù)測食品的化學(xué)和物理穩(wěn)定性與水分含量的關(guān)系?？闯霾煌称分蟹撬M分與水結(jié)合的強弱。1第四十二頁，共六十八頁。在高含水食品中（含水量超過干物質(zhì)），Aw接近1.0；當(dāng)含水量低于干物重時，Aw<1.0，當(dāng)食品含水量較低時，水分含量的輕微變化即可引起aw的極大變化。大多數(shù)食品或食品原料的吸濕等溫線為S型，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸濕等溫線為J型。第四十三頁，共六十八頁。二、吸附等溫線中的分區(qū)根據(jù)水分含量和水分活度的關(guān)系，一般的吸附等溫線均可分為三個區(qū)段。Ⅰ區(qū)：為化合水和鄰近水區(qū)，即水分子與食品成分中的羧基和氨基等基團通過水—離子或水—偶極相互作用而牢固結(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)合，因此aw較低，一般在0～0.25之間，相當(dāng)于物料含水量0～0.07g/g干物質(zhì)。在區(qū)間Ⅰ的高水分末端（Ⅰ區(qū)

Ⅱ區(qū)交界處）的這部分水相當(dāng)于食品的“單分子層”水含量，可看成是在干物質(zhì)可接近的強極性基團周圍形成一個單分子層所需水量的近似值。吸濕等溫線aw第四十四頁，共六十八頁。Ⅱ區(qū)：多層水區(qū)，即水分占據(jù)固形物表面第一層的剩余位置和親水基團周圍的另外幾層位置，主要靠水－溶質(zhì)、水－水的氫鍵締合作用與鄰近的分子締合，同時還包括直徑小于1μm的毛細(xì)管中的水；這部分水的aw一般在0.25～0.8之間，相當(dāng)于物料含水量在0.07g/g干物質(zhì)至0.14～0.33g/g干物質(zhì)。當(dāng)食品中的水分含量相當(dāng)于Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的邊界時，水將引起溶解過程，促使固體骨架開始腫脹。溶解過程的開始將促使反應(yīng)物質(zhì)流動，因此加速了大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速度。第四十五頁，共六十八頁。Ⅲ區(qū)：體相水區(qū)，Aw在0.8～0.99之間，物料最低含水量在0.14～0.33g/g干物質(zhì)，最高為20g/g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、最容易流動的水，其蒸發(fā)焓基本上與純水相同，既可結(jié)冰也可作為溶劑，還有利于化學(xué)反應(yīng)的進行和微生物的生長。第四十六頁，共六十八頁。這種分區(qū)是相對的，因為除化學(xué)吸附結(jié)合水外，等溫線每一個區(qū)間內(nèi)和區(qū)間與區(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原來所含水的性質(zhì)，但是當(dāng)?shù)葴鼐€的區(qū)間Ⅱ增加水時，區(qū)間Ⅰ水的性質(zhì)幾乎保持不變；同樣在區(qū)間Ⅲ內(nèi)增加水，區(qū)間Ⅱ的性質(zhì)也幾乎保持不變。從而說明，食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對食品的穩(wěn)定起著重要的作用。第四十七頁，共六十八頁。0.70.9三、等溫線的滯后現(xiàn)象：即向干燥的樣品中添加水（回吸作用）后繪制的吸濕等溫線和由樣品中取出一些水（解吸作用）后繪制的吸濕等溫線并不完全重合，這種不重合性稱為滯后現(xiàn)象。第四十八頁，共六十八頁。0.70.9引起食品解吸和回吸出現(xiàn)滯后現(xiàn)象的主要原因有：a.解吸過程中一些水分與非水物質(zhì)相互作用導(dǎo)致釋放速度減緩，甚至一些水分無法釋放；b.物料不規(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要不同的蒸氣壓；c.解吸作用時，因組織改變，當(dāng)再吸水時無法緊密結(jié)合水分，由此可導(dǎo)致回吸相同水量時處于較高的水分活度。d.由于滯后現(xiàn)象的存在，由解吸制得的食品必需保持更低的水分活度才能與由回吸制得的食品保持相同的穩(wěn)定性。第四十九頁，共六十八頁。2.5水與食品的穩(wěn)定性Awv2.5.1水分活度與食品的穩(wěn)定性第五十頁，共六十八頁。2.5.1.1水分活度與微生物生命活動的關(guān)系各種微生物的活動都有一定的AW閾值（最低值）

a.不同種類的微生物其正常生長繁殖所需要的水分活度不同，

大多數(shù)細(xì)菌>0.91，水分活度降至0.91以下時，可以抑制一般細(xì)菌的生長；水分活度在0.8~0.9時，食品中的微生物腐敗主要是由酵母菌和霉菌引起的；研究表明，重要的食品中有害微生物生長的最低水分活度是0.86~0.97。低于0.60時，絕大多數(shù)微生物無法生長。b.微生物在不同的生長階段，所需的Aw閾值也不同。一般講，細(xì)菌形成芽孢時比繁殖時要高；產(chǎn)毒微生物在產(chǎn)生毒素時所需的Aw閾值高于不產(chǎn)毒時所需的Aw閾值。第五十一頁，共六十八頁。據(jù)上所述，當(dāng)食品的水分活度降低到一定的限度以下時，就會抑制要求水分活度閾值高于此值的微生物的生長、繁殖或產(chǎn)生毒素，使食品加工和貯藏得以順利進行。而發(fā)酵技術(shù)中要求所用微生物能正常快速增殖，則要給予微生物合適的、必要高的水分活度。第五十二頁，共六十八頁。2.5.1.2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：第五十三頁，共六十八頁。脂類：影響脂肪品質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)主要為酸敗，而酸敗過程的化學(xué)本質(zhì)是空氣氧的自動氧化。脂類的氧化反應(yīng)與水分含量之間的關(guān)系為：在Ⅰ區(qū)，氧化反應(yīng)的速度隨著水分增加而降低，因為在非常干燥的樣品中加入水，水與脂肪自由基氧化中形成的氫過氧化合物通過氫鍵結(jié)合，降低了氫過氧化合物分解的活性，從而降低了脂肪氧化反應(yīng)的速度，此外，水與金屬的結(jié)合還可使金屬離子對脂肪氧化反應(yīng)的催化作用降低；當(dāng)含水量超過Ⅰ、Ⅱ區(qū)交界時，較大量的水通過溶解作用可以有效地增加氧的含量，還可使脂肪分子通過溶脹而更加暴露，因而，氧化速度加快；在III區(qū)，此時，大量的水降低了反應(yīng)物和催化劑的濃度，氧化速度又有所降低。awv脂類氧化aw第五十四頁，共六十八頁。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。a.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程。當(dāng)食品中的水分活度在0.25～0.30之間時，酶促褐變可被有效防止。b.非酶褐變指食品通過一些非酶氧化而導(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0.6～0.7之間時，非酶褐變最為嚴(yán)重；水分活度下降，褐變速度減慢，在0.2以下時，褐變難以發(fā)生。但當(dāng)水分活度超過褐變高峰要求的值時，其褐變速度又由于體系中溶質(zhì)的減少而下降。Awv第五十五頁，共六十八頁。水溶性色素：一般而言，當(dāng)食品中的水分活度增大時，水溶性色素（如葉綠素）分解的速度就會加快?？傊?，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行，減少營養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而會加速脂肪的氧化酸敗。要使食品具有最高的穩(wěn)定性，最好將水分活度保持在結(jié)合水范圍內(nèi)。這樣，既可使化學(xué)變化難以發(fā)生，同時又不會使食品喪失吸水性和復(fù)原性。Awv第五十六頁，共六十八頁。降低水分活度能抑制食品的化學(xué)變化和微生物的生長繁殖，穩(wěn)定食品質(zhì)量，主要是因為：食品化學(xué)反應(yīng)的最大速度一般發(fā)生在具有中等水分含量的食品中（Aw為0.7~0.9），而最小反應(yīng)速度一般出現(xiàn)在等溫線的區(qū)間I與II之間的邊界（Aw為0.2~0.3），這時的水分含量是單分子層水分含量。2.5.1.3降低水分活度提高食品穩(wěn)定性的機理第五十七頁，共六十八頁。水分活度除影響化學(xué)反應(yīng)和微生物生長外，還影響干燥和半干燥食品的質(zhì)地。如，欲保持餅干、爆米花等食品的脆性，防止砂糖、奶粉的結(jié)塊，以及硬糖塊、蜜餞等粘結(jié)，均應(yīng)保持適當(dāng)?shù)偷乃只疃?。要保持干燥食品的理想品質(zhì)，Aw值不能超過0.35~0.5，但隨食品產(chǎn)品的不同而有所變化。對于軟質(zhì)構(gòu)的食品（含水量高的食品），為了避免失水變硬，要保持相當(dāng)高的水分活度。第五十八頁，共六十八頁。2.5.2冷凍與食品穩(wěn)定性冷凍是保藏大多數(shù)食品的好方法，這是因為在低溫的條件下，微生物的繁殖被抑制、一些化學(xué)反應(yīng)的速度常數(shù)降低，提高了大多數(shù)食品的穩(wěn)定性。但對于具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品和食品凝膠，將會出現(xiàn)兩個非常不利的后果：水轉(zhuǎn)化成冰后，體積增加9%，于是產(chǎn)生局部壓力，使具有細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的食品受到機械性損傷，造成解凍后汁液流失，或使細(xì)胞內(nèi)的酶與細(xì)胞外的底物接觸，導(dǎo)致不良反應(yīng)發(fā)生。2.5.2.1凍藏時冰對食品穩(wěn)定性的影響第五十九頁，共六十八頁。冷凍濃縮效應(yīng)。主要由于在凍藏溫度下，食品中仍然存在非凍結(jié)相，其中非水組分的濃度提高，引起食品體系理化性質(zhì)發(fā)生變化，如pH值、離子強度、黏度、表面和界面張力及氧化－還原電位等發(fā)生明顯的改變，為一些反應(yīng)創(chuàng)造了合適的反應(yīng)條件。此外，還將形成低共熔混合物，溶液中有氧和二氧化碳逸出，水的結(jié)構(gòu)和水與溶質(zhì)之間的相互作用改變，大分子更緊密聚集，相互作用可能性增大。第六十頁，共六十八頁。因此，冷凍給食品體系化學(xué)反應(yīng)帶來的影響有相反的兩方面影響：降低溫度，減慢了反應(yīng)速度；降低溫度，自由水的含量降低，溶質(zhì)濃度增加，加快了反應(yīng)速度。第六十一頁，共六十八頁。在食品凍藏過程中，冰結(jié)晶大小、數(shù)量、形狀的改變也會引起食品劣變，可能是劣變的最主要原因。由于凍藏過程中溫度出現(xiàn)波動，溫度升高時，已凍結(jié)的小冰晶融化；溫度再次降低時，原先未凍結(jié)的水或先前小冰晶融化的水將會擴散并附著在較大冰晶表面，造成再結(jié)冰的冰晶