無(wú)機(jī)物(食品生物化學(xué)課件)

水與食品加工無(wú)機(jī)物與食品加工一、水的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)二、水在食品中的存在形式三、水分活度四、食品加工用水一、水的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)水分子由兩個(gè)氫原子與一個(gè)氧原子結(jié)合成兩個(gè)σ共價(jià)鍵，水分子是典型的極性分子。水分子間在氫原子和氧原子間形成較強(qiáng)的氫鍵作用力。（一）水分子結(jié)構(gòu)（二）冰的結(jié)構(gòu)圖2-40℃下冰的晶格單元和普通冰的結(jié)構(gòu)（三）水與冰的性質(zhì)1.水的沸點(diǎn)水的沸點(diǎn)隨壓力的增大而升高，在減壓的情況下，水的沸點(diǎn)降低，這一性質(zhì)在食品加工有重要應(yīng)用。例：在食品生產(chǎn)中利用高壓可獲得較高的蒸汽溫度，不僅可以使不易煮熟的食品物料迅速煮熟，同時(shí)利用高壓可以起到殺菌作用。例：在濃縮食品物料時(shí)，為了較好地保存食品中的一些營(yíng)養(yǎng)成分，往往需要在較低的溫度下進(jìn)行。2.水的熔點(diǎn)（冰點(diǎn)）常壓下水的熔點(diǎn)（冰點(diǎn)）是0℃。食品中都含有一定的水溶性組分，正是由于這些溶質(zhì)的存在，故食品的結(jié)冰溫度都低于0℃。例如蘋果的結(jié)冰為-2℃，雞蛋的結(jié)冰溫度為-4℃，牛奶冰點(diǎn)是-0.54～-0.59℃。食品溫度降至-1~-5℃的溫度范圍，大部分食品在此溫度范圍內(nèi)約80%的水分形成冰晶，這個(gè)溫帶稱為“最大冰晶生成帶”。冷凍食品時(shí)應(yīng)采用快速冷凍，在最短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)最大冰晶生成帶。

在冷藏食物時(shí)，冷庫(kù)溫度一般為-18℃。在此溫度下，食物中的微生物和酶對(duì)食品的作用就變得很微弱了。食品在凍結(jié)時(shí)，生成的冰結(jié)晶使微生物細(xì)胞受到破壞，使微生物喪失活力不能繁殖，酶的反應(yīng)受到嚴(yán)重抑制，食品的化學(xué)變化速度就會(huì)減慢，因此它就可以作較長(zhǎng)時(shí)間的貯藏而不會(huì)腐敗變質(zhì)。3.水和冰的密度水在4℃時(shí)密度最大，當(dāng)溫度升高或者降低時(shí)，水的體積膨脹而密度減小。食品進(jìn)行冷凍時(shí)，水變成冰，所以食品的體積會(huì)膨脹，在速凍食品的生產(chǎn)和產(chǎn)品包裝材料的選擇上，要充分考慮到這一點(diǎn)。水在凍結(jié)時(shí)體積增加，表現(xiàn)出異常的膨脹行為，這會(huì)使得含水的食品在凍結(jié)的過(guò)程中其組織結(jié)構(gòu)遭到破壞。4.水作為溶劑的性質(zhì)水不僅能溶解離子型化合物，許多非離子型的有機(jī)化合物也可以與水形成氫鍵而溶于水中，如醇類、醛類以及蛋白質(zhì)、糖類等。某些不溶于水的蛋白質(zhì)及脂肪，在適當(dāng)?shù)臈l件下也能分散在水中形成乳濁液或膠體溶液，并能穩(wěn)定存在，如牛奶中的乳脂肪經(jīng)均質(zhì)后形成穩(wěn)定得乳濁液，不易離析且容易被人體吸收。二、水在食品中的存在形式結(jié)合水：又稱為束縛水，是指存在于食品中的與非水成分通過(guò)氫鍵結(jié)合的水，是食品中與非水成分結(jié)合的最牢固的水。結(jié)合水包括三種：構(gòu)成水、鄰近水、多層水。其中，構(gòu)成水和鄰近水是單層水分子，多層水是多層水分子。自由水：是指食品中與非水成分有較弱作用或基本沒(méi)有作用的水。包括三種：滯化水、毛細(xì)血管水、自由流動(dòng)水。

結(jié)合水與自由水的區(qū)別：結(jié)合水在食品中不能作為溶劑，在-40℃時(shí)不結(jié)冰；而自由水可以作為溶劑，在-40℃會(huì)結(jié)冰。自由水能為微生物所利用，結(jié)合水則不能。結(jié)合水對(duì)食品的風(fēng)味起著重大作用。結(jié)合水和自由水之間的界限很難截然區(qū)分，只能根據(jù)物理、化學(xué)性質(zhì)作定性的區(qū)分。水與食品加工無(wú)機(jī)物與食品加工一、水的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)二、水在食品中的存在形式三、水分活度四、食品加工用水三、水分活度（一）水分活度概念水分活度（AW）是指食品的水蒸氣分壓（p）和在同以溫度下純水的蒸汽壓（p0）之比。AW=p/p0式中：AW——水分活度p—一定溫度下食品中水蒸氣壓p0—同溫度下純水的飽和蒸汽壓（二）水分活度與含水量食品水分活度與食品含水量是兩個(gè)不同的概念：食品的含水量是指在一定溫度、濕度等外界條樣下，處于平衡狀態(tài)時(shí)食品的水分含量；水分活度主要決定自由水的含量，兩者之間并沒(méi)有明確的定量關(guān)系；食品的水分活度越大，水分含量也越多。水分活度反映了食品中水分存在形式和可被微生物利用程度。表AW=0.7時(shí)某些食品的含水量(單位：gH2O/g干物質(zhì))0.21魚(yú)肉0.15干馬鈴薯0.25香蕉0.15卵白0.13干淀粉0.34蘋果0.18雞肉0.10大豆0.28鳳梨含水量食品含水量食品含水量食品產(chǎn)品水分（%）產(chǎn)品水分（%）產(chǎn)品水分（%）番茄95牛奶87果醬28萵苣95馬鈴薯78蜂蜜20卷心菜92香蕉75奶油16啤酒90雞70面粉12柑桔87肉65奶粉4蘋果汁87面包35酥油0典型食品的水分含量（三）吸濕等溫線在一定溫度條件下用來(lái)聯(lián)系食品的含水量（用每單位干物質(zhì)中的水含量表示）與其水活性的圖，稱為吸濕等溫線圖

吸濕等溫線的兩種形式

為深入理解等溫線的意義和價(jià)值，將吸濕等溫線分成三個(gè)區(qū)域，各區(qū)的水的性質(zhì)存在著相當(dāng)大的差別。圖

吸濕等溫線的分區(qū)圖

吸濕等溫線的分區(qū)

存在于Ⅰ區(qū)中的水具有最強(qiáng)烈吸附和最少流動(dòng)的性能，這部分水與食品中的極性部分結(jié)合力最強(qiáng)。它在-40℃時(shí)不結(jié)冰，不具有溶解溶劑的能力，它的含量少，不足以對(duì)固體產(chǎn)生增塑效應(yīng)?？珊?jiǎn)單地看成食品的一部分。在高水分食品中Ⅰ區(qū)水僅占總水量的極小部分。圖

吸濕等溫線的分區(qū)

Ⅱ區(qū)的水相當(dāng)于多分子層結(jié)合水，它通過(guò)氫鍵與鄰近的水以及試樣中極性較弱的基團(tuán)締合，它的流動(dòng)性較自由水差，其中大部分在一40℃不結(jié)冰，當(dāng)水增加到Ⅲ區(qū)靠近低水分一端時(shí)，它對(duì)溶質(zhì)產(chǎn)生了顯著的增塑作用。Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的水通常占總水分含量的5%以下。圖

吸濕等溫線的分區(qū)

Ⅲ區(qū)內(nèi)的水，包括在動(dòng)植物組織內(nèi)和組織間隙中的水以及細(xì)胞內(nèi)的水和凝膠中束縛的水，這部分水，流動(dòng)性受到阻礙，在其他方面與稀鹽溶液中水具有類似的性質(zhì)。這是因?yàn)棰髤^(qū)的水被Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)中的水所隔離。溶質(zhì)對(duì)它的影響很小，Ⅲ區(qū)的水通常占總水分的95%以上。任何食品Ⅲ區(qū)的水(自由水)對(duì)食品的穩(wěn)定性都起著決定性的作用。

應(yīng)該指出的是：各區(qū)域的水不是截然分開(kāi)的，也不是固定在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，而是在區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間快速交換著。所以，吸濕等溫線中各個(gè)區(qū)域之間有過(guò)渡帶。圖

吸濕等溫線的分區(qū)（四）水分活度與食品穩(wěn)定性1.水分活度與微生物的生長(zhǎng)繁殖的關(guān)系微生物通常是引起食品變質(zhì)的主要原因，不同的微生物在食品中繁殖，都有它最適的AW范圍，其中以細(xì)菌最為敏感，其次是酵母和霉菌。AW小于0.90時(shí)，細(xì)菌不能生長(zhǎng)；AW低于0.87時(shí)，大多數(shù)酵母菌受到抑制；AW小于0.8時(shí)，大多數(shù)霉菌不能生長(zhǎng)。AW范圍在此AW范圍內(nèi)所能抑制的微生物在此AW范圍內(nèi)的食品1.0～0.95假單孢菌、大腸桿菌變形桿菌、芽孢桿菌、志賀氏菌屬、克雷伯氏菌屬、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌、一些酵母等罐頭、新鮮果蔬、肉、魚(yú)及牛乳、熟香腸、面包、含約40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）蔗糖或7%氯化納的食品等0.9～0.91沙門氏菌屬、溶副血紅蛋白弧菌、沙雷氏桿菌、乳酸桿菌屬、肉毒梭狀芽孢桿菌、菌乳酸桿菌屬、足球菌、一些霉菌、酵母（紅酵母、畢赤氏酵母）一些干酪、腌制肉（火腿）、一些水果汁濃縮物。含有55%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）蔗糖或12%氯化納的食品0.9～0.87許多酵母（假絲酵母、球擬酵母、漢遜酵母）、小球菌發(fā)酵香腸、人造奶油、干的干酪、人造奶油、含65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）蔗糖（飽和）或15%氯化鈉的食品0.87～0.8大多數(shù)霉菌（產(chǎn)生毒素的青霉菌）、金黃色葡萄球菌、大多數(shù)酵母菌屬大多數(shù)濃縮水果汁、甜煉乳、巧克力糖漿、水果糖漿、面粉、米、家庭自制火腿、含有15%-17%水分的副產(chǎn)品類食品、水果蛋糕等0.8～0.75大多數(shù)嗜鹽細(xì)菌、產(chǎn)真菌毒素的曲霉果醬、杏仁酥醣、糖漬水果等0.7～0.65嗜干霉菌、二孢酵母砂性軟糖、棉花糖、果凍、糖蜜、一些干果0.6～0.60耐滲透壓酵母太妃糖、膠凝糖、蜂蜜、含約15%-20%水分的干果等0.5微生物不增殖含12%水分的醬、含10%水分的調(diào)味料0.2微生物不增殖含2%-3%水分的全脂奶粉、含5%水分的脫水蔬菜、脆餅干等表

部分食品中水分活度與微生物生長(zhǎng)的關(guān)系2.水分活度與食品穩(wěn)定性之間的關(guān)系a.微生物生長(zhǎng)關(guān)系；b.酶水解關(guān)系；c.氧化反應(yīng)（非酶）關(guān)系；d.美拉德褐變關(guān)系；e.各種反應(yīng)的速度關(guān)系；f.含水量與aw的關(guān)系。在0.1～0.3的低水分活度下，脂肪氧化酶仍保持較強(qiáng)活力。除非酶氧化在Aw≤0.3時(shí)有較高反應(yīng)外，其他反應(yīng)均是Aw愈小速度愈小。也就是說(shuō)，有利于食品的穩(wěn)定性。在0.7～0.9這個(gè)水分活度范圍內(nèi)，食品的一些重要反應(yīng)，如脂類的氧化、美拉德反應(yīng)、維生素的分解等反應(yīng)速率都達(dá)到最大，這時(shí)食品變質(zhì)受化學(xué)變化的影響增大。當(dāng)食品的含水量進(jìn)一步增大到AW大于0.9時(shí)，食品中的各種反應(yīng)速率大都呈下降趨勢(shì)。這時(shí)食品變質(zhì)主要受微生物和酶作用的影響。3.水分活度對(duì)酶促反應(yīng)的影響水分活度小于0.85時(shí)，導(dǎo)致食品原料腐敗的大部分酶會(huì)失去活性，如酚氧化酶和過(guò)氧化物酶、淀粉酶等。

酶與食品相互接觸時(shí)，反應(yīng)速率較快；酶與食品相互隔離時(shí)，反應(yīng)速率較慢。氧化酶及水解酶均有此現(xiàn)象。4.水分活度對(duì)食品質(zhì)構(gòu)的影響水分活度對(duì)干燥和半干燥食品的質(zhì)構(gòu)有較大的影響。四、食品加工用水食品加工用水必須符合國(guó)家規(guī)定的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。井水、何水、湖水、泉水等天然水容易受到各種污物和微生物的污染而達(dá)不到飲用水衛(wèi)生要求，因此必須進(jìn)行凈化和消毒處理達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)后方可使用。（一）水對(duì)食品加工的作用1、食品生產(chǎn)中的重要原料之一。2、水質(zhì)直接影響到食品加工工藝。3、對(duì)食品的加工性能、結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、新鮮程度和腐敗變質(zhì)的敏感性產(chǎn)生極大的影響。對(duì)食品的商品價(jià)值及銷售有著深刻的影響。（二）自來(lái)水中的成分1.自來(lái)水生產(chǎn)流程：取水→加藥→混凝→沉淀→過(guò)濾→供水凝聚劑——明礬；消毒劑——氯氣2.自來(lái)水中的雜質(zhì)（1）微生物（2）有機(jī)物（3）礦物質(zhì)（4）氯氣（1）水的凈化過(guò)程原水預(yù)處理雙級(jí)反滲透后處理（三）認(rèn)識(shí)食品加工用水工藝流程原水→原水加壓泵→石英砂過(guò)濾器→活性碳過(guò)濾器→陽(yáng)離子交換樹(shù)脂→微濾膜→一級(jí)高壓水泵→一級(jí)反滲透裝置→二級(jí)高壓水泵→二級(jí)反滲透裝置→純水箱→臭氧處理系統(tǒng)→無(wú)菌純凈水石英砂過(guò)濾器：對(duì)于懸浮固體，一般在反滲透前，用砂濾或多介質(zhì)過(guò)濾器就可充分去除;粒徑小的懸浮顆粒和膠體最容易造成膜的污染，膠體的粒子很小又帶有電荷，用過(guò)濾方法難以去除，通常加凝聚劑的方法使膠體粒子凝聚成膠團(tuán)，再通過(guò)石英砂過(guò)濾這種膠團(tuán)就很容易去除活性碳過(guò)濾器：其主要作用是部分地去除水中的有機(jī)物，吸附水中所含的余氯、異味、農(nóng)藥和砂濾未除凈的膠體等物質(zhì)。強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號(hào)離子進(jìn)行交換，陽(yáng)離子去除水中的陽(yáng)離子。R–SO3H型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，交換基團(tuán)中的H+可與天然水中的各種陽(yáng)離子進(jìn)行交換，使天然水中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等離子結(jié)合到樹(shù)脂上，而H+進(jìn)入水中，于是就除去了水中的金屬陽(yáng)離子雜質(zhì)。精密過(guò)濾：截留溶液中的隱孢子蟲(chóng)、藻類和一些細(xì)菌等，而大量溶劑、小分子及少量大分子溶質(zhì)都能透過(guò)膜的分離過(guò)程，它可以截流水中所有粒徑在0.2um以上的各種雜質(zhì)；目的是減低或消除前處理設(shè)備漏出的濾料碎粒對(duì)RO膜組件起保護(hù)作用確保最終進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的水符合要求。反滲透技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過(guò)半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開(kāi)來(lái)。由于反滲透膜的膜孔徑非常?。▋H為10A左右），因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等（去除率高達(dá)97%-98%）。石英砂過(guò)濾器：對(duì)于懸浮固體，一般在反滲透前，用砂濾或多介質(zhì)過(guò)濾器就可充分去除;粒徑小的懸浮顆粒和膠體最容易造成膜的污染，膠體的粒子很小又帶有電荷，用過(guò)濾方法難以去除，通常加凝聚劑的方法使膠體粒子凝聚成膠團(tuán)，再通過(guò)石英砂過(guò)濾這種膠團(tuán)就很容易去除臭氧與水混合后形成的臭氧水溶液具有很強(qiáng)的殺菌作用。它能夠迅速?gòu)V泛地殺滅多種微生物和致病菌，當(dāng)其濃度達(dá)到2mg/L時(shí)，即可將大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、細(xì)菌的芽孢、黑曲霉、酵母等微生物殺死。實(shí)際生產(chǎn)中，灌入桶或瓶?jī)?nèi)的臭氧水濃度應(yīng)該在0.5mg/L以上，否則無(wú)法保證殺死包裝材料上殘留的微生物。（2）自來(lái)水中的余氯、pH（3）余氯對(duì)人體的影響（4）余氯對(duì)食品的影響（5）水的安全性謝謝！礦物質(zhì)與食品加工無(wú)機(jī)物與食品加工內(nèi)容提要一、礦物質(zhì)的概念及種類二、食品中的礦物質(zhì)三、礦物質(zhì)在食品加工中的變化四、酸性食品和堿性食品一、礦物質(zhì)的概念及種類（一）概念存在于食品內(nèi)的各種元素中，除去C、H、O、N四種構(gòu)成水分和有機(jī)物質(zhì)的元素以外，其他元素統(tǒng)稱為礦物質(zhì)成分。（二）分類1.礦物元素按其在人體中的含量或攝入量可分為：常量元素：在人體內(nèi)含量0.01％以上的礦物元素，或日需量大于100mg/d的元素，如鉀、鈉、鈣、鎂、氯、硫、磷等;微量元素：在人體內(nèi)含量小于0.01％，或日需量小于100mg/d的元素，如鐵、鋅、銅、碘、錳等。2.按生理作用又可將礦物元素分成3種類型：必需營(yíng)養(yǎng)元素，其中包括鐵、碘、鋅、硒、銅等。非營(yíng)養(yǎng)非毒性元素，如鋁、硼、錫等。非營(yíng)養(yǎng)有毒元素，常見(jiàn)的有汞、鎘、鉛、砷等。二、食品中的礦物質(zhì)（一）常見(jiàn)食品中的礦物質(zhì)肉：K,Na,Fe,P含量較高，Cu,Zn等也有少量蛋：含人體所需的各類礦物質(zhì)。

奶：主要含Ca，也含有少量K，Na，Mg，P等動(dòng)物性食品水果：K含量高，以磷酸鹽，草酸鹽的形式存在豆類：礦物質(zhì)含量最豐富，K、P、Fe、Mg、Zn、Mn等含量均較高，其中P主要以植酸鹽形式存在谷物：礦物質(zhì)含量較少，主要存在于種子外皮植物性食品（二）食品中重要的礦物質(zhì)1.鈣（Ca）正常成人含鈣約1.2kg，近99％存在于骨骼及牙齒內(nèi)，其余分布在體液和軟組織中。幼兒及青少年缺鈣，會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)停滯(骨骼畸形，如佝僂病)，機(jī)體抵抗力降低。中老年缺鈣易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松，受傷易流血不止等疾病。食物中鈣的來(lái)源以奶及奶制品最好，奶中鈣含量豐富，易于吸收，是理想的鈣源。蛋制品、水產(chǎn)品（如蝦皮）、肉類含鈣也較多。植物性食品中的鈣吸收率較低，約70％～80％的鈣與草酸、植酸結(jié)合生成不溶性鹽，妨礙鈣的吸收。微生物發(fā)酵后的食品可提高對(duì)鈣的吸收，乳糖和充足的蛋白質(zhì)也有利于鈣的吸收。2.鎂（Mg）鎂的需要量一般成年人每天200～400mg，鎂缺乏的主要癥狀為虛弱、惡心、震顫及心律失常等。正常情況下，一般不易發(fā)生鎂過(guò)多癥。食品中鎂最好的來(lái)源是綠色蔬菜及水果，肉和臟器中也富含鎂，奶中則較少。3.磷（P）正常成人含磷約600～900g左右，其中約85％存在于骨中，與鈣共同形成骨鹽沉積。如果缺少磷會(huì)影響鈣的吸收而導(dǎo)致軟骨病。含磷豐富的食物主要是豆類、花生、肉類、核桃、蛋黃等。4.鐵鐵是人體中最豐富的一種微量元素，是血紅素和一些酶的成分，人體缺鐵時(shí)會(huì)引起貧血。食物來(lái)源：含鐵豐富的食物是動(dòng)物肝臟，在每千克肝臟中含鐵量可達(dá)數(shù)千毫克。其他動(dòng)物性食品如肉、蛋類、綠色蔬菜等也是鐵的良好來(lái)源。動(dòng)物性食品中的鐵比植物性食品中的鐵易于吸收。5.鋅（Zn）鋅在人體中主要以鋅蛋白及含鋅酶的形式分布在各種組織器官中。缺鋅會(huì)引起食欲不振、少年期性功能發(fā)育不良、味覺(jué)及嗅覺(jué)遲鈍等癥狀。動(dòng)物性食品是鋅的可靠來(lái)源，如牛肉、豬肉、羊肉每千克含鋅20～60

mg。魚(yú)類等海產(chǎn)品含鋅15～20

mg/kg。其次為奶、谷類原料制品，綠葉蔬菜和水果中含鋅量很少。三、食品中礦物質(zhì)的生物利用率（一）可消化性如果食品不易消化，即使?fàn)I養(yǎng)成分含量再豐富，也難以被吸收。如：麩皮、米糠中含有很多鐵、鋅等必須元素，但由于麩皮、米糠中含有的鐵、鋅可消化性很差，因而不能被利用。（二）礦物質(zhì)的物理、化學(xué)形態(tài)在消化過(guò)程中，礦物質(zhì)須呈溶解狀態(tài)才能被吸收。顆粒大小會(huì)影響其溶解度，進(jìn)而影響消化性，若用難溶物質(zhì)來(lái)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，顆粒大小特別重要。例如：利用超細(xì)粉碎技術(shù)生產(chǎn)骨粉、Fe3+難溶，不利于吸收，F(xiàn)e2+易于吸收。（三）與其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相互作用例如：食品中可溶性的鈣，若遇到蔬菜中含有的草酸，會(huì)結(jié)合成難溶的草酸鈣，影響鈣的溶解吸收。例如：乳糖對(duì)提高鈣的吸收程度與乳糖的數(shù)量成正比，這是由于乳糖發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，乳酸與鈣形成乳酸鈣復(fù)合物，可增強(qiáng)鈣的吸收。（四）螯合作用金屬