第二章-食品中的水分課件

第二章

食品中的水分1可編輯課件PPT主要內(nèi)容一、水在食品中的作用二、食品中水和冰的結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)三、食品中水的存在狀態(tài)四、食品中水的含量及其表示方法五、水分活度與食品穩(wěn)定性的關(guān)系六、冰在食品穩(wěn)定性中的作用七、食品中水分的轉(zhuǎn)移及其對(duì)食品品質(zhì)的影響2可編輯課件PPT一、水在食品中的作用水是唯一以三種物理狀態(tài)廣泛存在的物質(zhì)戰(zhàn)爭(zhēng)之源“下一場(chǎng)世界大戰(zhàn)將是對(duì)水資源的爭(zhēng)奪”水對(duì)于生命是必需的。3可編輯課件PPT

水對(duì)食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、新鮮度以及腐敗變質(zhì)的敏感性都有極大的影響，從而也深刻影響著食品的運(yùn)銷(xiāo)和商品價(jià)值。一、水在食品中的作用溶劑反應(yīng)物或反應(yīng)介質(zhì)浸漲劑傳熱介質(zhì)去除食品加工過(guò)程中的有害物質(zhì)生物大分子化合物構(gòu)象的穩(wěn)定劑4可編輯課件PPT補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)1：化合物的構(gòu)象

在順構(gòu)象中，兩個(gè)碳上連接的氯原子和氫原子之間的距離最近，產(chǎn)生強(qiáng)排斥作用，內(nèi)能最高，是該分子最不穩(wěn)定的構(gòu)象；在反疊構(gòu)象中，氯原子和氫原子之間相距最遠(yuǎn)，相互間的排斥力最小，內(nèi)能最低是該分子最穩(wěn)定的構(gòu)象。構(gòu)象是指在一個(gè)分子中不改變共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)，僅靠單鍵周?chē)游恢玫牟煌a(chǎn)生的空間排布的形象。一種構(gòu)象改變?yōu)榱硪环N構(gòu)象時(shí)，共價(jià)鍵是不斷裂的。1，2－二氯乙烷的構(gòu)象順疊反疊5可編輯課件PPT二、水和冰的結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)單個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)示意圖1、水的結(jié)構(gòu)（1）單個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)H-O鍵為104.5，比正四面體(10928）要小。O-H核間距為0.096nm氧和氫原子的范德華半徑分別為0.14nm和0.12nm。6可編輯課件PPT（2）單個(gè)水分子的結(jié)構(gòu)特征H2O分子的四面體結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱(chēng)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)性典型的極性分子7可編輯課件PPT補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)2：極性分子

從整個(gè)分子來(lái)看，分子中正負(fù)電荷的中心不重合，電荷的分布不均勻、不對(duì)稱(chēng)，這樣的分子為極性分子。思考題：水、乙醇、煤油都是極性分子，它們能相溶嗎？原因：水和乙醇分子間能形成氫鍵；乙醇和煤油分子中含有烷基；水與煤油的分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有相似的地方。[注意]在考慮物質(zhì)溶解性的時(shí)候，不能將相似相溶這一規(guī)律簡(jiǎn)單的理解為溶質(zhì)和溶劑的極性，還應(yīng)考慮它們的分子結(jié)構(gòu)和分子間作用力等問(wèn)題。8可編輯課件PPT（3）水分子的締合在水分子中，由于兩種原子電負(fù)性的差別，氫、氧之間的共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向氧原子，使氫原子成為帶有部分正電荷，表現(xiàn)出裸質(zhì)子的特征；而氧原子則帶有部分負(fù)電荷，具有吸引質(zhì)子的能力。這個(gè)半徑很小并帶有部分正電荷的質(zhì)子，能與另外一個(gè)水分子中帶有部分負(fù)電荷的氧原子之間產(chǎn)生的靜電引力，這種作用力比共價(jià)鍵弱，比純水之間的作用力強(qiáng)，稱(chēng)之為“氫鍵”。9可編輯課件PPT（3）水分子的締合在三維空間上水分子通過(guò)形成多重氫鍵發(fā)生締合作用；每個(gè)水分子具有相等數(shù)目的氫鍵給體和受體，能夠在三維空間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。10可編輯課件PPT（4）水分子締合的原因H-O鍵間的電荷非對(duì)稱(chēng)分布使H-O鍵具有極性，這種極性使分子之間產(chǎn)生引力；每個(gè)水分子具有數(shù)目相等的氫鍵供體和受體，因此可以在三維空間形成多重氫鍵；靜電效應(yīng)。水在三維空間形成氫鍵鍵合的能力，可以從理論上解釋水的許多性質(zhì)。11可編輯課件PPT在通常情況下，水有氣、液、固態(tài)三種存在狀態(tài)，水的存在狀態(tài)與水分子之間的締合程度有關(guān)。在氣態(tài)下，水分子之間的締合程度很小，可看作水分子是以自由的形式存在；在液態(tài)，水分子之間有一定程度的締合，可看作沒(méi)有游離的水分子，由此可理解為什么水具有高的沸點(diǎn)；在固態(tài)，就是結(jié)冰的狀態(tài)下，水分子之間的締合數(shù)是4，每個(gè)水分子都固定在相應(yīng)的晶格里，這也是水的熔點(diǎn)高的原因。（5）締合程度與水的存在狀態(tài)之間的關(guān)系：12可編輯課件PPT（6）水分子間的締合程度取決于溫度。44.44.9溫度℃分子間距nm配位數(shù)01.58.30.2760.2900.305T在0-4℃范圍內(nèi),配位數(shù)對(duì)水的密度的影響占主導(dǎo),T↑,

配位數(shù)↑，冰融化成水，密度↑；T＞4℃,水分子的布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)水的密度的影響占主導(dǎo),

T↑,

熱膨脹作用使鄰近水分子之間的距離↑,密度↓；綜合兩種影響的結(jié)果：

3.98℃時(shí)，水的密度最大。13可編輯課件PPT水具有一定的黏度，也具有流動(dòng)性。水具有一定的黏度是因?yàn)樗肿釉诖蠖鄶?shù)情況下是締合的，而水具有流動(dòng)性是因?yàn)樗肿又g的締合是動(dòng)態(tài)的。水分子不僅相互之間可以通過(guò)氫鍵締合，而且可以和其它帶有極性基團(tuán)的有機(jī)分子通過(guò)氫鍵相互結(jié)合，所以糖類(lèi)、氨基酸類(lèi)、蛋白質(zhì)類(lèi)、黃酮類(lèi)、多酚類(lèi)化合物在水中均有一定的溶解度。（7）水分子的締合與水的其它性質(zhì)14可編輯課件PPT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；水分子的氫鍵鍵合程度取決于溫度。（8）水分子的結(jié)構(gòu)特征15可編輯課件PPT2、冰的結(jié)構(gòu)冰是水分子通過(guò)氫鍵相互結(jié)合、有序排列形成的低密度、具有一定剛性的晶體結(jié)構(gòu)。在冰的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)水和另外4個(gè)水分子相互締合，O-O之間的最小距離為0.276nm，O-O-O之間的夾角為109°。一個(gè)水分子可以締合其他四個(gè)水分子16可編輯課件PPT冰的基礎(chǔ)平面圖冰是由兩個(gè)高度略微不同的平面構(gòu)成的結(jié)合體(a)是沿c軸方向觀察到的六方形結(jié)構(gòu)(b)是基礎(chǔ)平面的立體圖（圓圈代表水分子的氧原子，空心和實(shí)心圓圈分別表示上層和下層的氧原子）17可編輯課件PPT冰的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)圖顯微鏡下的冰18可編輯課件PPT按冷凍速度和對(duì)稱(chēng)要素，冰可分為四大類(lèi)：六方形冰晶不規(guī)則樹(shù)枝狀結(jié)晶粗糙球狀結(jié)晶易消失的球狀結(jié)晶及各種中間體冰的分類(lèi)在冷凍食品中冰總是以最有序的六方形冰晶存在。19可編輯課件PPT六方型冰晶六方形冰晶形成的條件冰晶的晶形、數(shù)量、大小、結(jié)構(gòu)、位置和取向等，

受食品中溶質(zhì)的種類(lèi)、數(shù)量以及凍結(jié)速度的影響。在最合適的低溫冷卻劑中緩慢冷凍；溶質(zhì)的性質(zhì)及濃度均不嚴(yán)重干擾水分子的遷移。20可編輯課件PPT3、水和冰的物理性質(zhì)(P15表2-2)密度/(g/cm3)黏度/Pa·s表面張力(對(duì)空氣)/(N/m)熱容/[J/(g·K)]熱導(dǎo)率/[W/(m·K)]熱擴(kuò)散率/(m2/s)介電常數(shù)溫度性質(zhì)20℃0℃0℃(冰)-20℃(冰)0.998211.002×10-372.75×10-34.18180.59841.4×10-780.200.999841.793×10-375.64×10-34.21760.56101.3×10-787.900.9168

2.10092.24011.7×10-7900.9193

1.95442.43311.8×10-7989倍21可編輯課件PPT3、水和冰的物理性質(zhì)水具有較低的密度，在結(jié)冰是顯示出異常的膨脹特性。水（H2O）與元素周期表中鄰近氧的某些元素的氫化物（CH4、NH3、HF、H2S）相比較，除了黏度以外，其他性質(zhì)顯著差異。水的熔、沸點(diǎn)、表面張力、介電常數(shù)、熱容、相變熱等物理常數(shù)均較高。22可編輯課件PPT補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)3：表面張力表面張力：促使液體表面收縮的力以水為例：在水內(nèi)部的水分子受到周?chē)肿拥淖饔昧Φ暮狭?，但在表面的水分子因外部氣相分子對(duì)它的吸引力小于內(nèi)部水分子對(duì)它的吸引力，所以該分子所受合力不為零，其合力的方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)。表面張力是物質(zhì)的特性，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。

補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)4：介電常數(shù)介電常數(shù)：溶劑對(duì)兩個(gè)帶相反電荷離子間引力的抗力的度量，是溶劑一個(gè)重要的性質(zhì)。23可編輯課件PPT

0℃水與0℃冰的物理性質(zhì)與食品質(zhì)量關(guān)系冰的密度比水小，表現(xiàn)出異常的膨脹行為結(jié)果：含水食品在凍結(jié)過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)遭到破壞損傷冰的熱擴(kuò)散率是水的9倍

結(jié)果：在一定環(huán)境條件下，冰的溫度變化速度比水大得多思考題：為什么在溫差相等的情況下，生物組織的冷凍速率比解凍速率更快?常溫肌肉塊冷凍肌肉塊凍結(jié)過(guò)程解凍過(guò)程外表層為水外表層為冰24可編輯課件PPT

水和冰的性質(zhì)對(duì)食品加工的影響食品中的水均是溶解了一定水溶性成分的溶液，因此食品結(jié)冰的溫度均低于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。冷藏食品一般不需要如此低的溫度。如我國(guó)冷藏食品的溫度為-18℃，離低共熔點(diǎn)相差甚多，但是大部分水已經(jīng)結(jié)冰，且在-1～-4℃之間就已經(jīng)完成了大部冰的形成過(guò)程。現(xiàn)代食品冷藏技術(shù)中提倡速凍，這是因?yàn)樗賰鲂纬傻谋Ъ?xì)小，呈針狀，凍結(jié)時(shí)間短且微生物活動(dòng)受到更大限制，因而食品品質(zhì)好。25可編輯課件PPT三、食品中水的存在狀態(tài)1、水與溶質(zhì)的相互作用溶質(zhì)和水混合時(shí)，親水溶質(zhì)會(huì)改變鄰近水的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)性，水會(huì)改變親水溶質(zhì)的反應(yīng)性。（1）水與離子和離子基團(tuán)的相互作用離子或離子基團(tuán)(Na+，CI-，NH3+等)通過(guò)自身的電荷與水分子相互作用；Na+與水分子的結(jié)合能力約是水分子氫鍵的4倍；與離子或離子基團(tuán)相互作用的水，是食品中結(jié)合最緊密的一部水；離子對(duì)水的結(jié)構(gòu)起破壞作用。26可編輯課件PPT（2）水與中性基團(tuán)的相互作用水能與某些基團(tuán)，如羥基、氨基、羰基、酰胺基和亞氨基等極性基團(tuán)，發(fā)生氫鍵鍵合。水與親水性溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱，這種氫鍵作用的強(qiáng)度與水分子之間的氫鍵相近。水與蛋白質(zhì)分子中兩種功能團(tuán)形成的氫鍵27可編輯課件PPT在生物大分子的兩個(gè)部位或兩個(gè)大分子之間可以由幾個(gè)水分子構(gòu)成“水橋”?！八畼颉笨删S持大分子的特定構(gòu)象28可編輯課件PPT（3）水與非極性物質(zhì)的相互作用在食品中加入疏水性物質(zhì)（烴、稀有氣體、含非極性基團(tuán)的有機(jī)物等），疏水基團(tuán)與水分子之間產(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疏水基團(tuán)具有兩種特殊的性質(zhì)：蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生的疏水相互作用，形成籠形水合物。29可編輯課件PPT疏水水合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)，此過(guò)程成為疏水水合。30可編輯課件PPT當(dāng)水與疏水物質(zhì)接觸時(shí)，為減少水與疏水基團(tuán)界面接觸的面積，疏水基團(tuán)之間進(jìn)行締合，這種作用稱(chēng)為疏水相互作用。疏水相互作用31可編輯課件PPT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)的重要因素球狀蛋白質(zhì)的疏水相互作用○是疏水基團(tuán)代表與極性基團(tuán)締合的水分子32可編輯課件PPT象冰一樣包含著非極性化合物；水是“宿主”，一般由20-74個(gè)水分子組成，它們靠氫鍵鍵合形成象籠一樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)物理方式將非極性物質(zhì)截留在籠內(nèi)；被截留的物質(zhì)稱(chēng)為“客體”，較典型的客體有低分子量烴，稀有氣體，鹵代烴等?；\形水合物33可編輯課件PPT2、水的存在狀態(tài)

又稱(chēng)自由水，指不與食品中任何成分化合或吸附的水體相水

又稱(chēng)束縛水，通常指存在于溶質(zhì)和其他非水成分附近，并通過(guò)化學(xué)鍵與它們結(jié)合的那部分水。結(jié)合水水34可編輯課件PPT處于鄰近水外圍，與鄰近水通過(guò)氫鍵締合在一起的水特點(diǎn)：有一定厚度（多層），-40℃基本結(jié)冰，弱溶劑能力，可被蒸發(fā)多層水構(gòu)成水與非水物質(zhì)結(jié)合最緊密的水特點(diǎn)：是非水物質(zhì)必要的組分，在-40℃不結(jié)冰，無(wú)溶劑能力，不能被微生物所利用食品中水的存在形式被組織中的顯微或亞顯微結(jié)構(gòu)或膜所阻留的水特點(diǎn)：不能自由流動(dòng)，與非水物質(zhì)沒(méi)有關(guān)系滯化水以游離態(tài)存在的水特點(diǎn)：可以正常結(jié)冰，可作溶劑，可被微生物利用自由流動(dòng)水毛細(xì)管水由細(xì)胞間隙或食品結(jié)構(gòu)組織中的毛細(xì)管力所阻留的水特點(diǎn)：物理與化學(xué)性質(zhì)與滯化水相同自由水鄰近水在非水物質(zhì)外圍，與非水物質(zhì)通過(guò)強(qiáng)氫鍵締合在一起的水特點(diǎn)：在-40℃不結(jié)冰，無(wú)溶劑能力，不能被微生物所利用結(jié)合水35可編輯課件PPT

結(jié)合水與體相水之間難以作定量的劃分，但可定性的區(qū)別：結(jié)合水的量與食品中所含極性物質(zhì)的量估有比較固定的關(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)合水的蒸氣壓比自由水低得多，所以在一定溫度下（100℃）下結(jié)合水不能從食品中分離出來(lái)；結(jié)合水不易結(jié)冰，由于這種性質(zhì)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，解凍后組織立即崩潰；36可編輯課件PPT結(jié)合水不能作為可溶性成分的溶劑，即喪失了溶劑能力；結(jié)合水對(duì)食品品質(zhì)和風(fēng)味有較大的影響，當(dāng)結(jié)合水被強(qiáng)行與食品分離時(shí)，食品質(zhì)量、風(fēng)味就會(huì)改變；體相水可被微生物所利用，結(jié)合水則不能。

結(jié)合水與體相水之間難以作定量的劃分，但可定性的區(qū)別：37可編輯課件PPT四、食品中水的含量及其表示方法1、食品含水量(水分含量)在溫度、濕度一定時(shí)，與外界環(huán)境處于平衡狀態(tài)時(shí)食品的總含水量。2、部分食品的含水量(P12，表2-1)水是食品的主要組成成分；不同種類(lèi)的食品都有顯示其品質(zhì)特性的含水量；水分含量、分布和狀態(tài)對(duì)食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味和新鮮程度都會(huì)產(chǎn)生極大的影響；水是引起食品化學(xué)變化及微生物作用的重要原因，直接關(guān)系到食品的儲(chǔ)藏特性。38可編輯課件PPT思考題：面包和果醬的含水量都約為35%，哪種更耐儲(chǔ)藏？為什么？面包中含的體相水比較多，所以質(zhì)地柔軟，口感好；果醬通過(guò)加糖濃縮，體相水減少，結(jié)合水比例增大，提高了溶質(zhì)的濃度，從而降低食品的腐敗性。食品中水分含量的數(shù)值不能反映食品中水分的存在狀態(tài)，不是食品腐敗性的可靠指標(biāo)。39可編輯課件PPT3、水分活度（1）水分活度的定義在室溫低壓時(shí)，?/?0和p/p0(PVP)之間的差別小于

1%，所以也可以用p/p0來(lái)表示水分活度。

Aw=p/p0[注意]上述公式成立的前提是理想溶液并達(dá)到熱力學(xué)平衡，但食品體系一般不符合這兩個(gè)條件，因此嚴(yán)格來(lái)講，

Aw≈p/p0定義：溶液中溶劑水的逸度?與純水逸度?0之比。

Aw=?/?040可編輯課件PPT水分活度的物理意義：表征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)系。對(duì)于純水來(lái)說(shuō)，p=p0，Aw=1；食品中由于有溶質(zhì)的存在，p<p0，Aw的值介于0～1之間。食品的水分活度與食品的組成有關(guān)，食品中的含水量↑，體相水↑，水分活度↑；反之，非水物質(zhì)↑，結(jié)合水↑，水分活度↓。41可編輯課件PPT當(dāng)食品與環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)，Aw與食品環(huán)境的平衡相對(duì)濕度(ERH)在數(shù)值上相等。

Aw=ERH[注意]Aw是食品的內(nèi)在品質(zhì)，而ERH是與食品中的水蒸氣平衡時(shí)的大氣性質(zhì)；僅當(dāng)食品與其環(huán)境達(dá)到平衡時(shí)上述公式才能應(yīng)用。但是平衡的建立需要很長(zhǎng)的時(shí)間，而對(duì)于大量的食品，在溫度低于50℃時(shí)，幾乎不可能與環(huán)境達(dá)到平衡。42可編輯課件PPT（2）水分活度與溫度的關(guān)系物理化學(xué)中的克勞修斯-克拉貝龍方程精確表示了水分活度與絕對(duì)溫度（T）之間的關(guān)系：

lnAw=-k△H/RT

R為氣體常數(shù)△H為樣品中水分的等量?jī)粑綗幔兯钠瘽摕?0537.2J/mol）

k在樣品一定和溫度變化范圍較窄時(shí)也可看為常數(shù)。以lnAw與1/T作圖為直線(xiàn)，其意義在于：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。但是在較大的溫度范圍內(nèi)，lnAw與1/T之間并非始終是一條直線(xiàn)。43可編輯課件PPT在冰點(diǎn)以上及以下時(shí)，樣品的水分活度與溫度的關(guān)系1/T(1000K-1)Aw與溫度關(guān)系：在冰點(diǎn)以上或以下是線(xiàn)性關(guān)系；溫度對(duì)Aw的影響在冰點(diǎn)以下遠(yuǎn)大于在冰點(diǎn)以上；在冰點(diǎn)處出現(xiàn)明顯折點(diǎn)。44可編輯課件PPT溫度在冰點(diǎn)以上，Aw是樣品組分與溫度的函數(shù),且前者是主要因素，溫度每變化10℃，Aw變化0.03～0.2；溫度在冰點(diǎn)以下,Aw與樣品組分無(wú)關(guān),只取決于溫度，失去預(yù)測(cè)受溶質(zhì)影響所發(fā)生的食品品質(zhì)變化。

Aw=p(純冰)/p(過(guò)冷水)Aw在冰點(diǎn)以上作為食品體系中可能發(fā)生的物理化學(xué)及生理變化的指標(biāo)比之在冰點(diǎn)以下更有應(yīng)用價(jià)值。Aw在冰點(diǎn)以上和以下對(duì)食品穩(wěn)定性的影響是不同的.45可編輯課件PPT雖然冰點(diǎn)是0℃，但通常并不在0℃結(jié)冰，而是出現(xiàn)過(guò)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?；蚰Σ量纱偈勾爽F(xiàn)象提前出現(xiàn)，叫異核成晶）；把開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定晶核時(shí)的溫度叫過(guò)冷溫度。如果外加晶核，不必達(dá)到過(guò)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(zhǎng)。補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)5：過(guò)冷水46可編輯課件PPT（3）水分活度與含水量的關(guān)系－－水分吸著等溫線(xiàn)定義：在恒定溫度下，食品的水分含量（單位質(zhì)量干食品中水的質(zhì)量）對(duì)其水分活度作圖得到的曲線(xiàn)稱(chēng)為水分吸著等溫線(xiàn)（MSI）。Aw與食品含水量的關(guān)系MSI圖對(duì)食品有意義的數(shù)據(jù)在低水分含量區(qū)域內(nèi)。47可編輯課件PPT低水分含量范圍食品的水分吸著等溫線(xiàn)p/p0構(gòu)成水多層水體相水食品的吸著等溫線(xiàn)一般是S形曲線(xiàn)。為了深入理解吸著等溫線(xiàn)的含義和實(shí)際應(yīng)用，可將左圖中的曲線(xiàn)分成三個(gè)區(qū)間。48可編輯課件PPT項(xiàng)目I區(qū)II區(qū)III區(qū)Aw0-0.2

0.2-0.85

＞0.85水分狀態(tài)構(gòu)成水多層水體相水冷凍能力不能凍結(jié)不能凍結(jié)正常溶劑能力無(wú)輕微-適度正常微生物利用不可利用部分可利用可利用發(fā)生反應(yīng)很難發(fā)生反應(yīng)加快反應(yīng)速度最大MSI上不同區(qū)域水分的特性49可編輯課件PPT

MSI的實(shí)際意義在濃縮和干燥過(guò)程中，樣品水的轉(zhuǎn)移程度與Aw有關(guān)，從MSI圖可以看出食品脫水的難易程度，也可看出如何組合食品才能避免水分在不同物料之間的轉(zhuǎn)移。據(jù)MSI可預(yù)測(cè)含水量對(duì)食品穩(wěn)定性的影響（抑制微生物生長(zhǎng)）從MSI還可以看出食品中非水組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱不同食品包裝對(duì)包裝材料阻濕性的要求50可編輯課件PPT五、水分活度與食品穩(wěn)定性的關(guān)系1、水分活度與微生物生長(zhǎng)繁殖的關(guān)系食品水分活度決定微生物在食品中萌發(fā)的時(shí)間、生長(zhǎng)速率及死亡率不同種類(lèi)的微生物，其正常生長(zhǎng)繁殖所需要的水分活度不同，由此可以推斷影響食品質(zhì)量的主要微生物。一般而言，影響食品穩(wěn)定性的常見(jiàn)微生物有：

細(xì)菌、酵母菌、霉菌對(duì)低水分活度的敏感性排序是：

細(xì)菌>酵母菌>霉菌51可編輯課件PPT各種微生物的活動(dòng)都有一定的Aw閾值(最小值)：

細(xì)菌≥0.90；酵母菌≥0.88；霉菌≥0.8Aw<0.60時(shí)，絕大多數(shù)微生物無(wú)法正常增殖。同一類(lèi)微生物在不同生長(zhǎng)階段要求不同的水分活度。

一般情況，細(xì)菌形成芽孢時(shí)比繁殖時(shí)所需要的水分活度高；產(chǎn)毒微生物在產(chǎn)生毒素時(shí)所需要的水分活度高于不產(chǎn)毒時(shí)所需要的水分活度52可編輯課件PPT溶液或固體可生長(zhǎng)最低Aw同一種微生物在不同溶質(zhì)的溶液中生長(zhǎng)所需的

Aw值是不同的。金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)的最低Aw與溶質(zhì)的關(guān)系(溫度接近于最適生長(zhǎng)的溫度)在奶粉、鹽溶液中最低約為0.86；在醇類(lèi)中較高，乙醇中為0.97353可編輯課件PPT

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，使食品加工和貯藏得以順利進(jìn)行。在加工發(fā)酵食品時(shí)要求所用的微生物能正?？焖俚脑鲋?，則應(yīng)將食品的水分活度維持在合適的、必要高的水平。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pH、營(yíng)養(yǎng)成分、氧氣等因素對(duì)于微生物的影響。54可編輯課件PPT2、水分活度與酶作用的關(guān)系當(dāng)食品的水分活度低于0.85時(shí)，大多數(shù)酶的活性受到抑制，相應(yīng)的酶促反應(yīng)速度降低。不同尋常的是：當(dāng)食品的水分活度為0.1~0.3時(shí)，脂肪氧化酶仍能保持較強(qiáng)的活力，即水分活度太低時(shí)，反而會(huì)加速脂肪分解。55可編輯課件PPT3、水分活度與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系一般情況下，食品中的大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是在水溶液中進(jìn)行，Aw越大，自由水增多，越有利于反應(yīng)進(jìn)行。（1）對(duì)淀粉老化的影響在較高Aw

(含水量30~60%)的情況下，淀粉老化速度最快；降低Aw

，則老化速度減慢；含水量降至于10%~15%，淀粉幾乎不發(fā)生老化。

56可編輯課件PPT（2）對(duì)脂肪氧化酸敗的影響Aw在0~0.33范圍內(nèi),隨Aw↑，反應(yīng)速度↓；原因:水與脂類(lèi)氧化生成的氫過(guò)氧化物以氫鍵結(jié)合，保護(hù)氫過(guò)氧化物的分解，阻止氧化進(jìn)行；微量金屬離子在反應(yīng)初期起催化作用，但當(dāng)其水合后，催化活性降低。Aw在0.33~0.8范圍內(nèi)，隨Aw↑，反應(yīng)速度↑

原因:溶解氧增加；食品膨脹，活性位點(diǎn)暴露；催化劑和氧的流動(dòng)性增加。當(dāng)Aw＞0.8時(shí)，隨Aw↑，反應(yīng)速度增加很緩慢

原因:催化劑和反應(yīng)物被稀釋.57可編輯課件PPTAw在0.6~0.7時(shí)，非酶褐變最容易發(fā)生；Aw降到0.2以下，褐變難以進(jìn)行；Aw大于褐變峰值，因溶質(zhì)稀釋而導(dǎo)致速度減慢。（3）對(duì)蛋白質(zhì)變性的影響（4）對(duì)酶促褐變的影響（5）對(duì)非酶褐變的影響水分能使蛋白質(zhì)膨潤(rùn)，體積增大，暴露出長(zhǎng)鏈中可氧化的基團(tuán)，Aw的增大會(huì)加速蛋白質(zhì)的氧化，破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其變性。當(dāng)Aw在0.25～0.30范圍內(nèi)，能有效地減慢或阻止酶促褐變的進(jìn)行58可編輯課件PPT結(jié)論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。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(shí)又不會(huì)使食品喪失吸水性和持水性。（6）對(duì)水溶性色素分解的影響Aw↑，花青素分解↑59可編輯課件PPT4、水分活度對(duì)食品質(zhì)構(gòu)及儲(chǔ)藏的影響Aw從0.2～0.3增加到0.65時(shí)，大多數(shù)半干或干燥食品的硬度和黏性增加。要保持干燥食品的理想性質(zhì)，水分活度不能超過(guò)0.3～0.5

儲(chǔ)藏技術(shù)：濃縮或脫水干燥對(duì)含水量較高的食品中，為避免失水變硬，則需要保持相當(dāng)高的水分活度

儲(chǔ)藏技術(shù)：密封或阻水材料包裝；低溫罐藏60可編輯課件PPT5、水分活度影響食品穩(wěn)定性的機(jī)理以水為介質(zhì)的反應(yīng)難以發(fā)生水分活度降低水影響酶的活性及酶促反應(yīng)中底物的輸送水參加的反應(yīng)速度降低離子型反應(yīng)的速度降低食品中自由水含量降低61可編輯課件PPT六、冰在食品穩(wěn)定性中的作用冷藏：在低于常溫但不低于食品凍結(jié)溫度條件下的保藏方法凍結(jié)：細(xì)胞間隙形成冰而使細(xì)胞脫水，體相水從細(xì)胞中分離出來(lái)，但不破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。冷凍是保藏大多數(shù)食品最理想的方法，其作用主要在于低溫，而不是因?yàn)樾纬杀话惴譃槁齼龊退賰鰞煞N方法。1、食品的冷藏與冷凍思考題：為什么水果不能放在冰箱的冷凍格，而肉卻可以？62可編輯課件PPT2、冷凍對(duì)食品穩(wěn)定性的影響對(duì)食品產(chǎn)生凍害；導(dǎo)致食品成分發(fā)生變化；在冷凍過(guò)程中冰結(jié)晶的大小、數(shù)量、形狀的改變是導(dǎo)致冷凍食品變質(zhì)的主要原因；在冷凍條件下，并不是所有的反應(yīng)都被抑制，相反有些反應(yīng)的速度有了一定程度的提高。

如Vc、Va、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)等的氧化，磷脂的水解63可編輯課件PPT

凍結(jié)提高一些食品化學(xué)反應(yīng)速度的原因：在凍結(jié)情況下，由于結(jié)冰導(dǎo)致自由水含量的減少，產(chǎn)生濃縮效應(yīng)，使得自由水中的非水物質(zhì)的濃度大大提高，其pH值、離子強(qiáng)度、黏度、表面和界面張力及氧化－還原電位發(fā)生大的改變，促進(jìn)了非水物質(zhì)之間的接觸機(jī)會(huì)，為一些反應(yīng)創(chuàng)造了合適的反應(yīng)條件。使酶的濃度提高，酶與激活劑、底物之間接觸的機(jī)會(huì)大大提高。64可編輯課件PPT3、玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性的關(guān)系共晶溫度：食品中非水成分開(kāi)始結(jié)晶的溫度。膠化狀態(tài)：在結(jié)晶過(guò)程中，由于共晶溫度低于起始冰凍溫度，未凍結(jié)相處于黏稠過(guò)飽和的狀態(tài)。玻璃態(tài)：以無(wú)定形(非結(jié)晶)固體存在的狀態(tài)，既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。玻璃化溫度：由未凍結(jié)的膠化狀態(tài)轉(zhuǎn)變成玻璃化狀態(tài)時(shí)的溫度玻璃化狀態(tài)下的水分子的移動(dòng)非常小，不具有反應(yīng)活性。因此，在玻璃化溫度下，食品可維持高度的穩(wěn)定狀態(tài)。65可編輯課件PPT七、水分的轉(zhuǎn)移及對(duì)食品品質(zhì)的影響2、食品中水分的相移水分在同一食品的不同部位或在不同食品之間發(fā)生的移動(dòng)，導(dǎo)致食品中水分分布狀況的改變引起的原因：溫差，水分活度不同1、食品中水分的位移氣相和液相水的相互轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致食品含水量的改變引起的原因：空氣濕度的變化，溫度的改變主要形式：水分蒸發(fā)和蒸汽凝結(jié)66可編輯課件PPT3、水分轉(zhuǎn)移對(duì)食品品質(zhì)的影響對(duì)食品口感的影響

果蔬類(lèi)：含水量多------組織結(jié)構(gòu)松脆，鮮嫩多汁；含水量少------萎蔫，干癟，食用價(jià)值下降肉類(lèi)：含水量多------結(jié)構(gòu)疏松，肌肉細(xì)嫩含水量少------結(jié)構(gòu)緊密，肉質(zhì)硬實(shí)

在加工中根據(jù)不同原料的質(zhì)地選擇合適的方法，可使食品既鮮嫩又美味。對(duì)食品色澤和風(fēng)味的影響

烘烤、油炸的食品------色澤金黃，既香又脆