食品化學課件 水

食品化學

FoodChemistry

Tel-mail:hejiang1119@163.comQQ:158814812021/5/91第二章水

Chapter2Water2021/5/92內容提要2.1概述2.2水和冰的結構與性質2.3食品中水的存在狀態(tài)2.4水分活度2.5水與食品的穩(wěn)定性2.6分子流動性和食品穩(wěn)定性（自學）

2021/5/93目的與要求（1）理解水和非水組分的相互作用；（2）理解結合水的概念；（3）掌握水分活度的定義和測定方法；（4）掌握水分活度與溫度的關系；（5）熟悉食品材料的吸濕等溫線；（6）掌握水分活度與食品穩(wěn)定性的關系。2021/5/942.1概述2.1.1水的作用

生命之源組成機體調節(jié)代謝

戰(zhàn)爭之源“下一場世界大戰(zhàn)將是對水資源的爭奪”2021/5/952.1概述2.1.1水的作用水對人體的重要作用

水使人體體溫保持穩(wěn)定（熱容量大）能夠作為體內營養(yǎng)素運輸、吸收和代謝物運轉的載體作為體內化學和生物化學反應的反應物或者反應介質作為潤滑劑，使摩擦面潤滑，減少損傷優(yōu)良的增塑劑生物大分子聚合物構象的穩(wěn)定劑包括酶催化劑在內的大分子動力學行為的促進劑2021/5/962.1概述2.1.1水的作用

水是食品中非常重要的一種成分，也是構成大多數(shù)食品的主要組分。水對食品的結構、外觀、外表、質地、風味、色澤、流動性、新鮮程度和腐敗變質的敏感性都有著很大的影響。各種食品都有顯示其品質的特征含水量,如果蔬:75%-95%,肉類:50%-80%,面:35%-45%,谷物:10%-15%。食品中的水2021/5/97表2-1某些代表性食品中的典型水分含量2021/5/98續(xù)表2-12021/5/992.1概述2.1.1水的作用水在食品中的重要作用

水在食品貯藏加工過程中作為化學和生物化學反應的介質，又是水解過程的反應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、多糖和脂類通過物理相互作用而影響食品的質構，如新鮮度、硬度、流動性等水還能發(fā)揮膨潤、浸濕的作用，影響食品的加工性2021/5/9102.1概述2.1.2水和冰的物理性質

水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，除了粘度以外都有顯著差異。熔點、沸點、表面張力、介電常數(shù)、熱容及相變熱（溶解、蒸發(fā)、升華）等都明顯偏高。水的密度偏低，水結冰時體積異常膨大，水的導熱值大于其他液體，冰的導熱值略大于非金屬固體。水與冰比較：水的密度高于冰；冰的導熱值、熱擴散率等明顯大于水。2021/5/911表2-2水和冰的物理常數(shù)

2021/5/9122.2水和冰的結構與性質

水的異常性質可以推測水分子間存在強烈的吸引力，以及水和冰具有不尋常結構。2021/5/9132.2水和冰的結構與性質2.2.1水

氧原子和氫原子成鍵時，氧原子發(fā)生sp3雜化，形成4個sp3雜化軌道；

單個水分子為四面體結構，氧原子位于中心，4個頂點中有2個被氫原子占據(jù)，其余2個被氧原子的孤對電子所占據(jù)；水分子的結構特征2021/5/9142.2水和冰的結構與性質2.2.1水

由于該兩對孤對電子將對成鍵電子形成擠壓作用，所以2個O-H鍵間夾角為104.5°，與典型四面體的夾角109°28’有所差別；每個O-H鍵的離解能為4.614×102kJ/mol，O-H核間距離為0.096nm，氧和氫的范德華半徑分別為0.14nm和0.12nm。

O-H具有極性，即電荷不對稱分布，（氫原子幾乎成為一個裸露的質子而帶正電荷）。水分子的結構特征2021/5/9152.2水和冰的結構與性質2.2.1水水分子的締合作用

水分子在三維空間形成多重氫鍵鍵合——每個水分子具有相等數(shù)目的氫鍵給體和受體，能夠在三維空間形成氫鍵網(wǎng)絡結構。2021/5/916水分子的締合機理H-O鍵間電荷的非對稱分布使H-O鍵具有極性,這種極性使分子之間產生引力；由于每個水分子具有數(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，（主要機理）。2021/5/917水分子三維氫鍵締合對水的異常物理性質的解釋大熱溶值、高熔點、高沸點、高表面張力和高相變熱：這些熱力學現(xiàn)象都關系到打破水分子間的氫鍵，因而所需的能量增大。高介電常數(shù)：水的氫鍵締合產生了龐大的水分子簇，產生了多分子偶極子，從而使水的介電常數(shù)顯著增大；2021/5/9182.2水和冰的結構與性質2.2.1水水的結構

純水是具有一定結構的液體，雖然它沒有剛性，但它比氣態(tài)分子的排列有規(guī)則得多。在液態(tài)水中，水的分子并不是以單個分子形式存在，而是由若干個分子以氫鍵締合形成水分子簇（H2O)n。2021/5/919水的結構模型混合模型:混合模型強調了分子間氫鍵的概念,認為分子間氫鍵短暫地濃集于成簇的水分子之間,成簇的水分子與其它更密集的水分子處于動態(tài)平衡。連續(xù)模型:分子間氫鍵均勻地分布于整個水樣,水分子的連續(xù)網(wǎng)絡結構成動態(tài)平衡。填隙式模型:水保留在似冰狀或籠狀結構中,個別的水分子填充在籠狀結構的縫隙中。2021/5/920水的結構特征水是呈四面體的網(wǎng)狀結構。水分子之間的氫鍵網(wǎng)絡是動態(tài)的。水分子氫鍵鍵合程度取決于溫度。2021/5/9212.2水和冰的結構與性質2.2.2冰

冰是由水分子有序排列形成的結晶，水分子間靠氫鍵鏈接在一起，形成非?！笆杷伞保ǖ兔芏龋┑膭傂越Y構；最鄰近水分子的O-O核間距為0.276nm，O-O-O鍵角約為109°十分接近理想四面體的鍵角；每個水分子都能締合另外4個水分子，形成四面體結構，所以水分子的配位數(shù)為4。0℃下冰的晶格單元2021/5/9222.2水和冰的結構與性質2.2.2冰

當多個晶格結合在一起時，冰結構中存在水分子的兩個平面，這兩個平面平行而且很緊密的結合在一起；當冰受到壓力“滑動”或“流動”時，它們作為一個單元（整體）滑動，像冰河中的冰在壓力下所產生的“流動”；

這類成對平面構成冰的“基礎平面”；幾個“基礎平面”堆積起來便得到冰的擴展結構。冰的基礎平面和擴展結構2021/5/923冰的基礎平面（a）沿c軸方向觀察到的六方形結構（b）基礎平面的立體圖2021/5/924冰的擴展結構由三個基本平面結合形成的擴展結構2021/5/9252.2水和冰的結構與性質2.2.2冰

冰有11種結晶類型，普通冰的結晶屬于六方晶系的雙六方雙錐體，且在常壓和溫度0℃時只有六方形冰晶才是最穩(wěn)定的形式；冰并不完全是由精確排列的水分子組成的靜態(tài)體系，實際上冰晶中的水分子以及由它形成的氫鍵都處于不斷運動的狀態(tài)（水分子振動，氫鍵瞬間斷裂或有重新生成；溶質的種類和數(shù)量可以影響冰晶的數(shù)量、大小、結構、位置和趨向。冰的結構特征2021/5/926在不同溶質影響下，冰的結構主要有4種類型

六方形冰晶不規(guī)則樹枝狀結晶粗糙的球狀結晶易消失的球狀結晶及各種中間體

樣品在最適的低溫冷卻劑中緩慢冷卻，并且溶質的性質及濃度均不嚴重干擾水分子的遷移時，才有可能形成六方形冰結晶；像明膠這類大而復雜的親水性分子，不僅能限制水分子的運動，而且阻礙水形成高度有序的六方形結晶。2021/5/9272.2水和冰的結構與性質2.2.2冰

當溫度降低到“過冷狀態(tài)”，開始出現(xiàn)穩(wěn)定性晶核，或在振動的促進下向冰晶轉化；水向冰晶轉化時放出潛熱，促進溫度回升到0℃。冰形成的一般過程水的冰點為0℃，但純水并不在0℃時就凍結。

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，則不必達到過冷溫度時就能結冰，但此時生成的冰晶粗大。2021/5/9282021/5/929為什么提倡使用速凍工藝？

現(xiàn)代凍藏工藝提出速凍，因為(1)該工藝下形成的冰晶體顆粒細?。ǔ梳槧睿谑称方M織中分布比較均勻；又(2)由于小冰晶的膨脹力小，對食品組織的破壞很小，解凍融化后的水可以重新滲透到食品組織中，使其基本保持原有的風味和營養(yǎng)價值；另外，(3)凍結時間縮短使微生物活動受到更大限制。2021/5/9302.2水和冰的結構與性質

單個水分子呈四面體結構，水分子中O-H具有極性。水的三維氫鍵締合機理，及其對水的異常物理常數(shù)進行的解釋。水的三維氫鍵是動態(tài)的，其配位數(shù)與溫度相關。六方形冰結晶最為穩(wěn)定。冰的基礎平面和冰的形成過程。本節(jié)要點2021/5/9312.3食品中水的存在狀態(tài)2.3.1水與溶質的相互作用水與離子和離子基團的相互作用

在水中添加可解離的溶質，會使純水靠氫鍵鍵合形成的四面體排列的正常結構遭到破壞。對于既不具有氫鍵受體又沒有給體的簡單無機離子，它們與水相互作用時僅僅是離子-偶極的極性結合。這種作用通常被稱為離子水合作用。2021/5/932在稀鹽溶液中，不同的離子對水結構的影響是不同的K+，Rb+，Cs+，NH4+，Cl-，Br-，I-，NO3-，BrO3-，IO3-，ClO4-等，具有破壞水的網(wǎng)狀結構效應,這些離子大多為電場強度較弱的負離子和離子半徑大的正離子；

Li+，Na+，Ca2+，Ba2+，Mg2+，Al3+，F(xiàn)-，OH-等，有助于水形成網(wǎng)狀結構，這些離子大多是電場強度大、離子半徑小的離子，或多價離子；從水的正常結構來看，所有離子對水的結構都起破壞作用，因為它們能阻止水在0℃下結冰。2021/5/9332.3食品中水的存在狀態(tài)2.3.1水與溶質的相互作用水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團的相互作用

食品中蛋白質、淀粉、果膠等成分含有大量的具有氫鍵鍵合能力的中性基團，它們可與水分子通過氫鍵鍵合；水與溶質之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱，這些氫鍵的作用強度與水分子之間的氫鍵相近；各種有機成分上極性基團不同，與水形成氫鍵鍵合作用的強弱也有區(qū)別。2021/5/934不同基團與水形成氫鍵的強度比較

蛋白質多肽鏈中賴氨酸和精氨酸側鏈上的氨基，天冬氨酸和谷氨酸側鏈上的羧基，肽鏈兩端的羧基和氨基，以及果膠中未酯化的羧基，它們與水形成的氫鍵，鍵能大，結合牢固；蛋白質中的酰胺基，淀粉、果膠、纖維素等分子中的羥基與水形成的氫鍵，鍵能小，結合得不牢固。2021/5/935具有氫鍵鍵合能力的溶質對水結構的影響

凡能夠長生氫鍵鍵合的溶質都可以強化純水的結構，至少不會破壞這種結構；但在某些情況下，溶質氫鍵鍵合的部位和取向在幾何構型上與正常水不同，因此這些溶質通常對水的正常結構也會產生破壞；可以預測，大多數(shù)能形成氫鍵的溶質會阻礙水結冰；當體系中加入一種具有形成氫鍵能力的溶質時，每摩爾溶液中的氫鍵總數(shù)不會明顯的改變。2021/5/936水橋

在生物大分子的2個部位或2個大分子之間可形成由幾個水分子所構成的“水橋”。木瓜蛋白酶中的三分子水橋2021/5/9372.3食品中水的存在狀態(tài)2.3.1水與溶質的相互作用水與非極性物質的相互作用（1）把疏水性物質加入到水中，疏水基團對水分子產生斥力，從而使疏水基團附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強,結構更為有序（熵的減少），這一在熱力學上不利的過程，稱為“疏水水合”；2021/5/9382.3食品中水的存在狀態(tài)2.3.1水與溶質的相互作用水與非極性物質的相互作用（2）水對于非極性物質產生的結構形成響應，其中有2個重要的結果：

籠形水合物的形成；

蛋白質中的疏水相互作用。2021/5/939籠形水合物

籠形水合物是象冰一樣的包含化合物，其中水為“主體”物質，它們靠氫鍵鍵合形成像籠狀結構，并通過物理方式將非極性物質截留在籠內，被截留的物質稱為“客體”；一般“主體”由20-74個水分子組成，“客體”是低分子量化合物，較典型的有低分子量烴，稀有氣體，鹵代烴等；

“主體”水分子與“客體”分子之間的相互作用一般是弱的范德華力，但在有些情況下為靜電相互作用。2021/5/940疏水相互作用

當水與非極性基團接觸時，為減少水與非極性實體的界面面積，疏水基團之間進行締合，這種作用稱為疏水相互作用；這是一個熱力學上有利的過程，是疏水水合的部分逆轉；疏水相互作用是維持蛋白質三級結構的重要因素。2021/5/941水與溶質相互作用總結2021/5/9422.3食品中水的存在狀態(tài)2.3.2食品中水的存在形式

如上所述，食品中的水分子將與非水物質發(fā)生相互作用，根據(jù)其相互作用的性質和程度可將食品中的水進行如下分類：2021/5/943結合水

結合水（boundwater）又稱為束縛水或固定水(immobilizedwater)；通常是指存在于溶質或其它非水組分附近的、與溶質分子之間通過化學鍵的力結合的那部分水；具有與同一體系中體相水顯著不同的性質，如呈現(xiàn)低的流動性、在-40℃下不結冰、不能作為所加入溶質的溶劑等；根據(jù)結合水被結合的牢固程度不同，又可分為化合水(compoundwater)、鄰近水（vicinalwater）和多層水(multilayerwater)三種類型。2021/5/944化合水:或稱組成水，是指與非水物質結合最牢固的、構成非水物質的組成的那部分水，如化學水合物中的水?；纤男再|：?在-40℃下不結冰；無溶解溶質的能力；與純水比較分子平均運動為0；不能被微生物利用。結合水2021/5/945鄰近水:是指在非水組分中親水性基團周圍結合的第一層水，與離子或離子基團締合的水是結合最緊密的鄰近水。主要結合力是水-離子和水-偶極締合作用，其次是水和溶質之間的氫鍵。鄰近水的性質：?在-40℃下不結冰；無溶解溶質的能力；與純水比較分子平均運動大大減少；不能被微生物利用；很穩(wěn)定，不易引起食品的腐敗、變質。結合水2021/5/946多層水:是指位于以上所說的第一層的剩余位置的水和鄰近水的形成的幾個水層，其形成主要靠水-水和水-溶質間氫鍵而形成。多層水的性質：?大多數(shù)多層水在-40℃下不結冰，其余可結冰，但冰點大大降低；有一定溶解溶質的能力；與純水比較分子平均運動大大降低；不能被微生物利用。結合水2021/5/947體相水

體相水（bulkwater）又稱為自由水（freewater)；是指食品中除了結合水以外的那部分水；能結冰，但冰點有所下降；溶解溶質的能力強，干燥時易被除去與純水分子平均運動接近；很適于微生物生長和大多數(shù)化學反應，易引起食品的腐敗變質，但也與食品的風味及功能性緊密相關；2021/5/948體相水

滯化水（或不流動水）是指被組織中的顯微和亞顯微結構及膜所阻留住的水，食品中通常有凝膠或有細胞結構時就可能有滯化水；

毛細管水是指在生物組織的細胞間隙和食品結構組織中，由毛細管力所截留的水，在生物組織中又稱為細胞間水，其物理和化學性質與滯化水相同；

自由流動水是指動物的血漿、淋巴和尿液，植物的導管和細胞內液泡中的水以及食品中肉眼可見的水。

體相水又可分為：滯化水（entrappedwater）、毛細管水（capillarywater）和自由流動水（freeflowwater）三種類型。2021/5/949結合水和體相水性質比較項目結合水體相水一般描述存在于溶質或其它非水組分附近的那部分水，包括化合水和鄰近水以及幾乎全部多層水。位置上遠離非水組分，以水-水氫鍵存在冰點（與純水比較）冰點大大降低，甚至在-40℃下不結冰能結冰，冰點略微降低溶劑能力無大平均分子水平運動大大降低，甚至無變化很小蒸發(fā)焓（與純水相比）增大基本無變化在高水分食品中占總水分含量%<0.03~3約96%2021/5/9502.3食品中水的存在狀態(tài)

水與溶質相互作用包括：離子-偶極的極性結合（與游離離子或帶電基團）、偶極-偶極（即水與溶質之間相互形成氫鍵）、疏水水合和疏水相互作用。食品中水的存在形式包括：體相水和結合水，分別具有不同的性質。本節(jié)要點2021/5/9512.4水分活度2.4.1水份活度及其測定水分活度概念的提出

食品水分含量與食品腐敗變質之間存在著一定的關系，但不同種類的食品，即使水分含量相同，其腐敗變質的難易程度也存在明顯的差異；食品中的水與其非水分組分結合的強度是不同的，處于不同的存在狀態(tài)，強烈結合的那一部分水是不能有效地被微生物和生物化學所利用；將水分含量作為判斷食品穩(wěn)定性的指標不是很恰當。

水分活度能反映水與各種非水成分締合的強度，比水分含量能更可靠地預示食品的穩(wěn)定性、安全和其它性質。2021/5/9522.4水分活度2.4.1水份活度及其測定水分活度的定義

水分活度（wateractivity,Aw）是指食品中水的蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓的比值。Aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)Aw：水分活度p：食品在密閉容器中達到平衡時的水蒸氣分壓p0：在相同溫度下純水的飽和蒸氣壓ERH：樣品周圍的空氣平衡相對濕度N：溶劑的摩爾分數(shù)n1：溶劑的摩爾數(shù)；n2：溶質的摩爾數(shù)2021/5/953注意：

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系。應用Aw=ERH/100時必須注意：Aw是樣品的內在品質，而ERH是與樣品相平衡時的大氣性質，它們只是在數(shù)值上相等。只有當溶質是非電解質且濃度小于1mol/L的稀溶液時，其水分活度才可以按Aw=n1/(n1+n2)計算。2021/5/9542.4水分活度2.4.1水份活度及其測定水分活度的測定冰點測定法先測樣品的冰點降低和含水量，據(jù)下兩式計算Aw，其誤差很小（＜0.001Aw/℃）。

Aw=n1/(n1+n2)n2=G△Tf/(1000·Kf)G：樣品中溶劑的重量(g)；△Tf：冰點降低(℃)；Kf：水的摩爾冰點降低常數(shù)(1.86)。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小的密閉室內，使其達到平衡，然后使用任何一種電子技術或濕度技術測量樣品和環(huán)境大氣平衡的平衡相對濕度(ERH)，即可得到Aw。Aw=ERH/1002021/5/9552.4水分活度2.4.1水份活度及其測定水分活度的測定恒定相對濕度平衡室法在恒定溫度下，把樣品放在一個小的密閉室內，使用適當?shù)娘柡望}溶液，使密閉室內樣品的環(huán)境空氣保持在恒定的相對濕度下，讓樣品達到平衡，然后測定樣品的水分含量。

通常溫度恒定在25℃，擴散時間為20min，樣品量為1g，并且是在一種水分活度較低（A）和另一種水分活度較高(B)的飽和鹽溶液下分別測定樣品的吸收(x)或散失水分(y)的重量，然后安下式計算：Aw=(Ax+By)/(x+y)2021/5/9562.4水分活度2.4.1水份活度及其測定水分活度的測定水分活度儀測定法

2021/5/9572.4水分活度2.4.1水份活度及其測定對水分活度的幾種通俗理解

水分活度是指樣品中水分被微生物利用或參與各種生物化學反應的難易程度。水分活度是指樣品中水分與非水組分結合的緊密程度。水分活度是指水分從樣品中“逃離”的趨勢大小。2021/5/9582.4水分活度2.4.2水份活度與溫度的關系

測定樣品水分活度時，必須標明溫度，因為Aw值隨溫度而改變。經(jīng)修改的克勞修斯-科拉伯龍（Clausius-Clapeyron）方程，精確地表示了Aw對溫度的相依性。d(lnAw)/d(1/T)=-ΔH/R或lnAw=-kΔH/R(1/T)

式中：T為絕對溫度；R為氣體常熟；ΔH為在食品某一水分含量下的等量凈吸著熱；k為樣品中非水物質的本質和其濃度的函數(shù)，也是溫度的函數(shù)，但在樣品一定和溫度變化范圍較窄的情況下，其可看為常數(shù)。由該公式可見，以lnAw對1/T作圖（當水分含量一定時），可得一條直線。

2021/5/959馬鈴薯淀粉的水分活度與溫度的關系

從圖中可以看出：在含水量一定的情況下，水分活度的對數(shù)與絕對溫度的倒數(shù)呈良好的線性關系，而且水分活度對溫度的相依性是含水量的函數(shù)。2021/5/960溫度系數(shù)

溫度系數(shù)：指溫度每改變一個單位時相應水分活度的變化數(shù)值；初始的水分活度為0.5時，在2~40℃的溫度范圍內，溫度系數(shù)是0.0034℃-1；研究結果表明，高碳水化合物食品或高蛋白質食品的Aw的溫度系數(shù)(溫度范圍5~50℃，起始的Aw為0.5)范圍為0.003~0.02℃-1；一般說來，對于不同的產品，溫度每變化10℃，其Aw變化0.03~0.2；因此，溫度變化對水分活度的影響能改變密封在袋內或罐內的食品的穩(wěn)定性。2021/5/961冰點以下水份活度與溫度的關系

在較大溫度范圍的lnAw—1/T圖，并非始終是一條直線；當冰開始形成時，直線將在結冰的溫度時出現(xiàn)明顯的折點；在冰點以下lnAw隨1/T的變化率明顯變大，并且不再受食品中非水組分的影響。2021/5/962冰點以下水份活度的計算pff：未完全冷凍食品中水的蒸汽分壓；p0(scw)：純過冷水的蒸汽壓pice：純冰的蒸汽壓。

基于冷凍食品中水的分壓等于相同溫度下冰的蒸汽壓。由于過冷水的蒸汽壓已能測到-15℃，而冰的蒸汽壓可測到更低的溫度，因此，精確地計算冷凍食品的Aw值是可能的。Aw=pff/p0(scw)=pice/p0(scw)2021/5/963①在冰點以上時，Aw隨樣品的組分和溫度的變化而變化，且前者是主要因素，在冰點以下，Aw與樣品組分無關，只取決于溫度。②在冰點以上和以下溫度時，Aw對食品穩(wěn)定性的影響是不同的。在-15℃的產品中(Aw為0.86)，微生物不再生長，而且化學反應緩慢進行；但是在20℃與Aw為0.86時，一些化學反應將快速進行，一些微生物將以中等速度生長。③不能根據(jù)冰點以下溫度的Aw預測冰點以上溫度的Aw。高于和低于冰點溫度時Aw的重要差別2021/5/9642.4水分活度2.4.3水份活度與水分含量的關系水分的吸附等溫線

在恒定的溫度下，以食品的水分含量(用單位干物質質量中水的質量表示，g水／g干物質)對它的水分活度繪圖形成的曲線稱為吸附等溫線（簡稱MSI）。2021/5/965水分的吸附等溫線（MSI）的意義MSI對于了解以下信息是十分有意義的：分析在濃縮和干燥過程中樣品的脫水難易程度與Aw的關系；合理設計組合食品，以防止水分在組合食品的各配料之間轉移；測定包裝材料的阻濕性；預測多大的水分含量才能抑制微生物的生長；預測食品的化學和物理穩(wěn)定性與水分含量的關系；分析不同食品中非水組分與水結合能力的強弱。2021/5/966低水分含量范圍內食品的水份吸附等溫線（20℃）化合水

把水分含量低的區(qū)域擴大和略去高水分區(qū)，可得到一張更有價值的MSI。2021/5/9672021/5/968不同食品的典型MSI

大多數(shù)食品的吸濕等溫線為S形；而水果、糖制品、含有大量糖和其它可溶性小分子的咖啡提取物、以及多聚物含量不高的食品的吸濕等溫線為J形。1.糖果（主要成分為蔗糖粉）；2.噴霧干燥的菊苣提取物；3.焙烤后的咖啡；4.豬胰臟提取粉；5.天然大米淀粉2021/5/969MSI與溫度的關系

水分活度依賴于溫度，因此水分吸濕等溫線也與溫度有關；含水量一定時，水分活度隨溫度升高而升高；水分活度一定時，含水量隨溫度上升而降低。馬鈴薯在不同溫度下的水分吸附等溫線2021/5/9702.4水分活度2.4.3水份活度與水分含量的關系吸附等溫線的滯后現(xiàn)象

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。

一般來說，Aw值一定時，解吸過程中食品的水分含量大于回吸過程中的水分含量。2021/5/971吸附等溫線滯后現(xiàn)象的機理

食品解吸過程中的一些吸水部位與非水組分作用而無法釋放出水分；食品不規(guī)則形狀而產生的毛細管現(xiàn)象，欲填滿或抽空水分需不同的蒸汽壓（要抽出需P內＞P外,要填滿則需P外＞P內）；解吸時將使食品組織發(fā)生改變，當再回吸時就無法緊密結合水，由此可導致回吸相同水分含量時處于較高的Aw。2021/5/9722.5水與食品的穩(wěn)定性2.5.1水份活度與食品的穩(wěn)定性水分活度與微生物生命活動的關系

食品的水分活度決定了微生物在食品中萌發(fā)的時間、生長速率及死亡率；不同微生物在食品中繁殖時對水分活度的要求不同；一般來說，細菌對低水分活度最敏感，酵母菌次之，霉菌的敏感性最差；當水分活度低于某種微生物生長所需的最低水分活度時，這種微生物就不能生長。2021/5/973水分活度對微生物生長的影響2021/5/9742.5水與食品的穩(wěn)定性2.5.1水份活度與食品的穩(wěn)定性水分活度與食品劣變化學反應的關系對脂肪氧化酸敗的影響

從極低的Aw值開始,氧化速度隨著水分的增加而降低,直到Aw值接近等溫線的區(qū)域I和區(qū)域Ⅱ的邊界;而進一步加水就使氧化速度增加，直到Aw值接近區(qū)域Ⅱ與區(qū)域Ⅲ的邊界,再進一步加水又引起氧化速度降低。2021/5/975

在Aw=0~0.35范圍內，隨Aw的增加，反應速度降低的原因：(1)水與脂類氧化生成的氫過氧化物以氫鍵結合，保護氫過氧化物的分解，阻止氧化進行；(2)這部分水能與金屬離子形成水合物，降低了其催化性。在Aw=0.35~0.8范圍內，隨Aw增加，反應速度增加的原因：(1)水中溶解氧增加；(2)大分子物質溶脹，活性位點暴露加速脂類氧化；(3)催化劑和氧的流動性增加。當Aw＞0.8時，隨Aw增加，反應速度增加很緩慢的原因：催化劑和反應物被稀釋。水分活度對脂肪氧化酸敗的影響機理2021/5/9762.5水與食品的穩(wěn)定性2.5.1水份活度與食品的穩(wěn)定性水分活度與食品劣變化學反應的關系對非酶褐變的影響

當食品的水分活度在一定的范圍內時，非酶褐變隨著水分活度的增大而加速，Aw值在0.6-0.7之間時，褐變最為嚴重；隨著Aw的下降,非酶褐變就會受到抑制而減弱；當Aw降低到0.2以下時，褐變就難以發(fā)生。但如果水分活度大于褐變高峰的Aw值，則由于溶質的濃度下降而導致褐變速度減慢。2021/5/977水分活度對食品劣變反應的影響小結

降低食品的Aw，可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進行，減少食品營養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但Aw過低，則會加速脂肪的氧化酸敗，還能引起非酶褐變。食品化學反應的最大反應速度一般發(fā)生在具有中等水分含量的食品中(Aw0.7-0.9)。要使食品具有最高的穩(wěn)定性，最好將Aw保持在結合水范圍內。這樣，既使化學變化難以發(fā)生，同時又不會使食品喪失吸水性和復原性。2021/5/978降低Aw提高食品穩(wěn)定性的機理①

大多數(shù)化學反應都必須在水溶液中才能進行，降低食品的水分活度,則食品中結合水的比例增加,自由水的比例減少，而結合水是不能作為反應物的溶劑的，所以降低水分活度，能使食品中許多可能發(fā)生的化學反應、酶促反應受到抑制。②很多化學反應是屬于離子反應,該反應發(fā)生的條件是反應物首先必須進行離子化或水化作用，而發(fā)生離子化或水化作用的條件必須有足夠的自由水才能進行。③

很多化學反應和生物化學反應都必須有水分子參加才能進行(如水解反應）；若降低水分活度，就減少了參加反應的自由水的數(shù)量，反應物(水)的濃度下降,化學反應的速度也就變慢。④

許多以酶為催化劑的酶促反應，水除了起著一種反應物的作用外，還能作為底物向酶擴散的輸送介質，并且通過水化促使酶和底物活化。⑤食品中微生物的生長繁殖都要求有一定最低限度的Aw，當Aw低于0.6時，絕大多數(shù)微生物就無法生長。2021/5/9792.5水與食品的穩(wěn)定性2.5.2冷凍與食品的穩(wěn)定性凍藏時冰對食品穩(wěn)定性的影響正面影響：低溫情況下微生物的繁殖被抑制、一些化學反應的速度常數(shù)降低。不利影響：①水轉化成冰后，其體積膨脹產生局部壓力，進而使具有細胞組織接哦股的食品受到機械損傷，造成解凍后汁液的流失，或者使得細胞內的酶與細胞外的底物接觸，導致不良反應的發(fā)生；②冷凍濃縮效應，導致非凍結相中非水組分的濃度提高，進而引起食品體系的理化性質，如非凍結相的pH值、可滴定酸度、例子強度等發(fā)生變化。2021/5/980食品凍藏過程中，為什么要盡量保持溫度恒定？

由于凍藏過程中溫度出現(xiàn)波動，溫度升高時，已凍結的小冰晶融合；溫度再次降低時，