食品化學(xué)：水分

主要內(nèi)容概述水和冰的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)食品中水與非水組分之間的相互作用水分活度水與食品的穩(wěn)定性分子移動性與食品的穩(wěn)定性第二章水分一、水的作用

水不僅是構(gòu)成機(jī)體的主要成分，而且是維持生命活動、調(diào)節(jié)代謝過程不可缺少的重要物質(zhì)。其主要作用有：

第一節(jié)概述

1、調(diào)節(jié)體溫；

2、促進(jìn)代謝；

3、潤滑作用；

4、生物代謝的底物。二、食品中水的含量水是食品中非常重要的一種成分，也是構(gòu)成大多數(shù)食品的主要組分，各種食品都有能顯示其品質(zhì)特性的含水量（表1）。

食品名稱含量食品名稱含量食品名稱含量番茄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稻米、面粉12柑橘87肉65奶粉4蘋果汁87面包35酥油0某些代表性食品的典型水分含量食品中水的含量、分布、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起著至關(guān)重要的作用。水在食品貯藏加工過程中是化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，也是水解過程的反應(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)、多糖和脂類通過物理相互作用影響食品的質(zhì)構(gòu)。水發(fā)揮膨潤、浸濕的作用，影響食品的加工性。在大多數(shù)新鮮食品中，水是最重要的成分，若希望長期貯藏這類食品，只要采取有效的貯藏方法控制水分就能夠延長保藏期。無論采用普通方法脫水或是低溫冷凍干燥脫水，食品和生物材料的固有特性都會發(fā)生很大的變化，都無法使脫水食品恢復(fù)到它原來狀態(tài)（復(fù)水或解凍）。

因此研究水和食品的關(guān)系是食品科學(xué)的重要內(nèi)容之一，對食品的儲藏有重要的意義。第二節(jié)水和冰的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)一、水和冰的物理性質(zhì)一、水和冰的物理性質(zhì)1、水和其他具有相似分子質(zhì)量和原子組成的分子比較，可以看出：水的熔點(0℃)、沸點(100℃)、熱容、相變熱、表面張力和界電常數(shù)等明顯偏高。這是因為由于水分子間存在三維氫鍵締合的緣故。2、冰的導(dǎo)熱系數(shù)在0℃時近似為同溫度下水的導(dǎo)熱系數(shù)的4倍，冰的熱擴(kuò)散系數(shù)約為水的9倍。說明在同一環(huán)境中，冰比水能更快的改變自身的溫度。水和冰的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)上較大的差異，導(dǎo)致了在相同溫差下組織材料凍結(jié)的速度比解凍的速度快很多。一、水和冰的物理性質(zhì)3、水的密度較低，水結(jié)冰時體積增加（凍結(jié)后冰的體積比相同質(zhì)量的水的體積增大9%），表現(xiàn)出異常的膨脹特性，這會導(dǎo)致食品凍結(jié)時組織結(jié)構(gòu)的破壞。這就是一般的食物在凍結(jié)后解凍往往有大量的汁液流出的原因。二、水分子的結(jié)構(gòu)

水的物理性質(zhì)的特殊性是由水的分子結(jié)構(gòu)所決定的。氧原子外層電子構(gòu)型為2s22p4，當(dāng)它與氫形成水時，氧原子的外層電子首先進(jìn)行雜化，形成4個等同的sp3雜化軌道。

氧原子本身的孤對電子雜化軌道與氫原子軌道形成σ共價鍵其中兩個軌道上各有一個電子，另外兩個軌道上則被2個已成對的電子占據(jù)。2個未成對電子分別與兩個氫原子的1s電子形成兩個共價σ鍵，形成水分子。其中O—H核間的距離是0.096nm，氧與氫的范德瓦爾斯半徑為0.14nm與0.12nm。三、水的締合作用水分子中的氧原子電負(fù)性大，O—H鍵的電子對強(qiáng)烈的偏向氧原子一邊，使氫原子帶有部分正電荷。氫原子無內(nèi)層電子，幾乎是一個裸露的質(zhì)子，極易與另一個水分子中的氧原子的孤對電子通過靜電引力形成氫鍵。水分子間靠氫鍵產(chǎn)生的作用力叫締合。水分子兩個氫受體兩個氫給體每個水分子在三維空間中具有相等數(shù)目的氫受體和氫給體，因此，水分子間的吸引力比同樣靠氫鍵結(jié)合在一起的其他小分子要大的多。NH3中有3個氫給體和1個氫受體，HF有1個氫給體和3個氫受體，說明它們沒有相同數(shù)目的氫給體和氫受體，因此只能在二維空間形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個分子都比水分子含有較少的氫鍵。水的異常物理性質(zhì)與斷裂水分子間氫鍵需要額外能量有關(guān)。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，使水的介電常數(shù)顯著增大。氫鍵網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)的，當(dāng)分子在納秒甚至皮秒這樣短暫的時間內(nèi)改變它們與鄰近分子之間的氫鍵締合關(guān)系，增大分子的流動性，因此水具有低黏度。水分子間氫鍵的鍵合程度取決于溫度。在0℃時，冰中水分子的配位數(shù)為4，冰熔化時一部分氫鍵斷裂，剛性結(jié)構(gòu)受到破壞，水分子自身重新排列成為更緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著溫度上升，水的配位數(shù)增多，而鄰近水分子之間的距離則隨著溫度升高而加大。水的密度隨著鄰近分子間距離的增大而降低，當(dāng)鄰近水分子平均數(shù)增多時密度增大，冰轉(zhuǎn)變?yōu)樗畷r，凈密度增大，當(dāng)繼續(xù)升溫和加熱至3.98℃時密度達(dá)到最大值。此后隨著溫度繼續(xù)上升，由于熱膨脹使鄰近水分子間的距離增大，密度開始逐漸下降。溫度升高，最鄰近的水分子平均數(shù)目增加（增加密度）溫度升高，最鄰近水分子距離增加（降低密度）水具有溶劑性，由于介電常數(shù)高，能促進(jìn)電解質(zhì)電離。能溶解非離子有機(jī)分子，包括含羥基的糖和醇以及含羰基的醛和酮，這是因為水的偶極性使其能以氫鍵與極性分子或功能基團(tuán)相互作用。能作為兩親分子的分散介質(zhì)，如脂肪酸和極性脂、蛋白質(zhì)、糖脂和核酸等。四、冰的結(jié)構(gòu)冰是水分子有序排列形成的晶體，水結(jié)冰時分子之間靠氫鍵連接在一起形成低密度的剛性結(jié)構(gòu)。冰中O—O核間最近的距離為0.276nm，O—O—O鍵約為109°。每個水分子和四個其他水分子締合。

俯看冰的結(jié)構(gòu)冰的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)溶質(zhì)的種類和數(shù)量可以影響冰晶的數(shù)量、大小、結(jié)構(gòu)、位置和取向。在不同的溶質(zhì)影響下，冰的結(jié)構(gòu)主要有4種類型：六方形、不規(guī)則樹狀、粗糙球形、易消失的球晶。六方形是大多數(shù)冷凍食品中重要的冰結(jié)晶形式。水的冰點是0℃，可純水并不在0℃就結(jié)冰，常常首先被冷卻成過冷狀態(tài)，只是當(dāng)溫度降低到開始出現(xiàn)穩(wěn)定性晶核時，或在振動的促進(jìn)下才會立即向冰晶體轉(zhuǎn)化并放出潛熱，同時促進(jìn)溫度回升到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，但此時生成的冰晶粗大，因為冰晶主要圍繞有限的晶核長大。食品中含有一定水溶性成分，這將使食品的結(jié)冰溫度持續(xù)下降到更低，直到食品到了低共熔點。低共熔點在－55℃～－65℃，而我國的凍藏食品的溫度常為－18℃，因此凍藏食品的水分實際并未完全凝結(jié)固化。但在這種溫度下絕大部分水已凍結(jié)，并且是在－1℃～－4℃之間完成大部分冰的形成過程?，F(xiàn)代凍藏工藝提倡速凍，因為該工藝下形成的冰晶體呈針狀，比較細(xì)小，凍結(jié)時間縮短并且微生物活動受到更大限制，食品品質(zhì)好。第三節(jié)食品中水與非水組分之間的相互作用一、食品中水與非水組分之間的相互作用（一）水與離子及離子基團(tuán)的相互作用與離子和離子基團(tuán)的相互作用的水是食品中結(jié)合最緊密的一部分水。它們是通過離子或離子基團(tuán)的電荷與水分子偶極子發(fā)生靜電相互作用而產(chǎn)生水合作用。

對于既不具有氫鍵受體又沒有供體的簡單無機(jī)離子，它們與水相互作用時僅僅是極性結(jié)合，這種作用通常稱為離子水合作用（屬于靜電相互作用）。

Na+對水分子的結(jié)合能力大約是水分子間氫鍵鍵能的4倍，卻低于共價鍵的鍵能；pH值改變顯著影響溶質(zhì)分子的離解。在稀鹽溶液中，離子對水結(jié)構(gòu)的影響是不同的。某些離子，例如K+，能阻礙水形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這類鹽的溶液比純水的流動性更大。電場強(qiáng)度較強(qiáng)、離子半徑小的離子或多價離子，如Na+，有助于水形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這類離子的水溶液比純水的流動性小。但從水的正常結(jié)構(gòu)來看，所有的離子對水的結(jié)構(gòu)都起破壞作用，因為均能阻止水在0℃下結(jié)冰。（二）水與具有氫鍵結(jié)合能力的中性基團(tuán)的相互作用在生物材料和食品中，水可以與食品中蛋白質(zhì)、淀粉、果膠物質(zhì)、纖維素等成分通過氫鍵而結(jié)合。水與溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱。水能夠與各種合適的基團(tuán)，如羥基、氨基、羧基、酰胺或亞氨基等極性基團(tuán)形成氫鍵（三）水與非極性物質(zhì)的相互作用向水中加入疏水性物質(zhì)，如烴、稀有氣體及引入脂肪酸、氨基酸、蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán)，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)。水對于非極性物質(zhì)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形成響應(yīng)，其中有2個重要的結(jié)果：蛋白質(zhì)中疏水相互作用和籠形水合物的形成。如果存在兩個分離的非極性基團(tuán)，不相容的水環(huán)境將促使它們之間的締合，從而減少水—非極性實體界面面積，此過程稱為疏水相互作用。水分子疏水基團(tuán)極性基團(tuán)球狀蛋白質(zhì)的疏水相互作用籠形水合物是冰狀包合物，其中水為“主體”物質(zhì)，通過氫鍵形成籠狀結(jié)構(gòu)，物理截留“客體”分子?；\形水合物的“主體”一般由20~74個水分子組成，“客體”是低分子量化合物?！爸黧w”水分子與“客體”之間的相互作用一般是弱的范德華力。大分子質(zhì)量的“客體”如蛋白質(zhì)、糖類、脂類等物質(zhì)也能與水形成籠形水合物，使水合物的凝固點降低。二、食品中水的存在形式

根據(jù)食品中的水分子與非水物質(zhì)發(fā)生相互作用的性質(zhì)和程度，可將食品中的水分為結(jié)合水和體相水。

（一）結(jié)合水

又稱束縛水、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)鍵的力結(jié)合的那部分水。根據(jù)結(jié)合水被結(jié)合的牢固程度的不同，結(jié)合水分為：化合水、鄰近水、多層水。（一）結(jié)合水1、化合水：是結(jié)合得最牢固、構(gòu)成非水物質(zhì)組成的那部分水，如作為化學(xué)水合物中的水。2、鄰近水：是處在非水組分親水性最強(qiáng)的基團(tuán)周圍的第一層位置，其中與離子或離子基團(tuán)締合的水是結(jié)合最緊密的鄰近水。3、多層水：是在鄰近水的外層形成的幾個水層，主要是靠水—水和水—溶質(zhì)之間氫鍵而形成的。二、水的存在狀態(tài)（二）體相水又稱游離水，指沒有被非水物質(zhì)化學(xué)結(jié)合的水，又分為：不移動水(滯化水)、毛細(xì)管水、自由流動水。（二）體相水1、不移動水：又稱滯化水，指被組織中的顯微和亞顯微結(jié)構(gòu)與膜所阻留住的水，這些水不能自由流動。2、毛細(xì)管水：指在生物組織的細(xì)胞間隙和制成食品的結(jié)構(gòu)組織中存在著的一種由毛細(xì)管力所系留的水，在生物組織中又稱為細(xì)胞間水。3、自由流動水：指動物的血漿、淋巴和尿液、植物的導(dǎo)管和細(xì)胞內(nèi)液泡中的水，可以自由流動。三、體相水和結(jié)合水的區(qū)別

1、結(jié)合水的量與食品中有機(jī)大分子的極性基團(tuán)的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系。2、結(jié)合水的蒸汽壓比體相水低得多，所以在一定溫度（100℃）下結(jié)合水不能從食品中分離出來。3、結(jié)合水不易結(jié)冰（冰點約–40℃）。4、結(jié)合水不能作為溶質(zhì)的溶劑。5、體相水能為微生物所利用，結(jié)合水則不能。第四節(jié)水分活度

f——溶劑（水）的逸度f0——純?nèi)軇ㄋ┑囊荻纫荻龋喝軇娜芤禾用摰内厔輫?yán)格差別1%僅適合理想溶液RVP,相對蒸汽壓一、水分活度的定義（Aw）在物理化學(xué)上水分活度是指食品的水分蒸汽壓與相同溫度下純水的蒸汽壓的比值，可以用公式Aw=f/f0=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)

式中：Aw是水分活度;f為食品中水的逸度了，f0為相同條件下純水的逸度；p是某種食品在密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)時的水蒸氣分壓，p0是相同溫度下純水的蒸汽壓；ERH是樣品周圍的空氣平衡相對濕度；N是溶劑摩爾分?jǐn)?shù)，n1為溶劑摩爾數(shù)，n2為溶質(zhì)摩爾數(shù)。其中n2=G·△Tt/1000·Kt

G是樣品中的溶劑的克數(shù)，△Tt是冰點降低(℃)，Kt是水的摩爾冰點降低常數(shù)（1.86）。水分活度是從0~1之間的數(shù)值，純水的

Aw=1，因溶液的蒸汽壓降低，所以溶液的Aw<1。食品中結(jié)合水的含量越高，則水分活度越小。水分活度反映食品中水分存在形式和可以被微生物利用的程度。水分含量的定量測定一般是以105℃恒重后的樣品重量的減少量作為食品水分的含量。二、水分活度的測定方法1、冰點測定法2、相對濕度傳感器測定方法3、恒定相對濕度平衡室法：

Aw=Ax+By/(x+y)式中：A為水分活度較低的飽和鹽溶液的標(biāo)準(zhǔn)水分活度，B為水分活度較高的飽和鹽溶液的標(biāo)準(zhǔn)水分活度，x為使用Ｂ液時樣品重量的凈增值，

y為使用Ａ液時樣品重量的凈減值。4、水分活度儀測定樣品的Aw三、水分活度與溫度的關(guān)系A(chǔ)w與溫度有關(guān)，且溫度對Aw的影響在冰點以下遠(yuǎn)大于冰點以上，在冰點以上溫度，Aw是試樣成分和溫度的函數(shù)，隨著溫度的升高，Aw也要升高。一般來說，溫度每變化10℃，Aw變化0.03～0.2。溫度在冰點以下，Aw與試樣成分無關(guān)，僅取決于溫度，即冰相存在時Aw不受溶質(zhì)的種類或比例的影響。直線在結(jié)冰時出現(xiàn)明顯的拐點，在冰點以下，水分活度不再受食品中非水組分種類和數(shù)量的影響，只與溫度有關(guān)。冰點以上和以下時，就食品而言，Aw的意義是不一樣的。在冰點以下，Aw數(shù)值已失去了預(yù)見某些與水分活度相關(guān)問題的價值。如在-15℃時，當(dāng)Aw為0.86時，產(chǎn)品中微生物不再生長，而且化學(xué)反應(yīng)緩慢進(jìn)行，但是在同樣水分活度的20℃時，一些化學(xué)反應(yīng)將快速進(jìn)行，一些微生物以中等速度生長。四、水分活度與水分含量的關(guān)系（一）水分的吸附等溫線在恒定溫度下，食品的水分含量與它的水分活度之間的關(guān)系圖稱為吸附等溫線（MSI）。大多數(shù)食品的吸附等溫線呈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附等溫線為J型。食品的吸附等溫線與溫度有關(guān)，由于當(dāng)水分含量一定時，水分活度隨溫度的升高而增大，所以同一食品在不同溫度下具有不同的吸附等溫線。水分含量一定時，水分活度隨溫度的升高而增大（二）吸附等溫線的區(qū)域

根據(jù)水分活度與含水量的關(guān)系可將此曲線分成三個區(qū)域。

Ι區(qū)：Aw=0~0.25，水分含量為0~0.07g/g干物質(zhì)，這部分水是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最為緊密的水，為化合水和構(gòu)成水，吸濕時最先吸入，干燥時最后排除；這部分水不能使干物質(zhì)膨潤，不能作為溶劑，在-40℃不結(jié)冰。Ι區(qū)最高水分活度對應(yīng)的含水量就是食物的單分子層水含量。這部分水可作為干燥食品品質(zhì)穩(wěn)定所必需的水分含量的最高標(biāo)準(zhǔn)。П區(qū)：Aw=0.25~0.85，水分含量為0.07~0.275g/g干物質(zhì)。該部分水實際上是多層水，主要靠水-水和水-溶質(zhì)的氫鍵與鄰近的分子締合，這部分的水將起到膨潤和部分溶解的作用，加速大多數(shù)反應(yīng)的速率。

Ш區(qū)：Aw=0.85~0.99，水分含量大于0.275g/g干物質(zhì)，起到溶解和稀釋作用，凍結(jié)時可以結(jié)冰，主要為體相水。在這個區(qū)域，絕大多數(shù)的化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)速度及微生物的生長繁殖速度都達(dá)到最大，這部分水決定了食品的穩(wěn)定性。（三）等溫線的滯后現(xiàn)象

一種食物一般有兩條吸附等溫線。一條是吸附等溫線，是食品在吸濕時的吸附等溫線，一條是解吸等溫線，是食品在干燥時的吸附等溫線；往往這兩條曲線并不完全重疊，在中低水分含量部分張開了一細(xì)長的眼孔，把這種現(xiàn)象稱為“滯后”現(xiàn)象。

細(xì)長的眼孔很多食品的吸附等溫線都表現(xiàn)出滯后現(xiàn)象，且滯后作用的大小、曲線的開頭和滯后回線的起始點和終止點都不相同；它們?nèi)Q于食品的性質(zhì)和食品除去和添加水分時所發(fā)生的物理變化，以及溫度、解吸速度和解吸時的脫水程度等多種因素。在一定Aw時，食品的解吸過程一般比回吸過程時含水量更高。滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要有：（1）解吸過程中的一些水分與非水組分作用而無法釋放出水分；（2）食品不規(guī)則形狀產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，填滿或抽空水分需不同的蒸汽壓；（3）解吸時將使食品組織發(fā)生改變，當(dāng)再吸水時就無法緊密結(jié)合水分。第五節(jié)水與食品的穩(wěn)定性一、水分活度與食品穩(wěn)定性食品的貯藏穩(wěn)定性與水分活度之間有著密切的聯(lián)系。（一）水分活度與微生物生命活動的關(guān)系從微生物活動與食物水分活度的關(guān)系來看：各類微生物生長都需要一定的水分活度，即只有食物的水分活度大于某一臨界值時，特定的微生物才能生長。一般說來：細(xì)菌為Aw>0.9；酵母為Aw>0.87；霉菌為Aw>0.8。一些耐滲透壓微生物除外。在Aw<0.60時，絕大多數(shù)微生物就無法生長。微生物在不同的生長階段，所需的Aw閾值也不一樣。有些微生物在繁殖中還會產(chǎn)生毒素，微生物產(chǎn)生毒素時所需的Aw閾值高于生長時所需Aw的數(shù)值。當(dāng)食品的水分活度降低到一定的限度以下時，就會抑制要求閾值高于此值的微生物生長、繁殖或產(chǎn)生毒素，使食品加工得以順利進(jìn)行。在發(fā)酵食品加工時，必須把Aw提高到有利于有益微生物生長、繁殖、分泌代謝產(chǎn)物所需的Aw以上。(二)水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系

1、從酶促反應(yīng)與食物水分活度的關(guān)系來看：水分活度對酶促反應(yīng)的影響是兩個方面的綜合，一方面影響酶促反應(yīng)的底物的可移動性，另一方面影響酶的構(gòu)象。食品體系中大多數(shù)的酶類物質(zhì)在Aw<0.85時，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。但也有一些酶例外，如酯酶在Aw為0.3甚至0.1時也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。

2、從水分活度與非酶反應(yīng)的關(guān)系來看：脂質(zhì)氧化作用：當(dāng)水分活度從0→0.33，隨著水分活度增加，氧化速率降低；當(dāng)Aw>0.33時，隨著水分活度的增加，加速了氧化；而當(dāng)Aw>0.73時，水量增加，氧化作用降低。Maillard反應(yīng)：Aw>0.7時底物被稀釋。水解反應(yīng)：水分是水解反應(yīng)的反應(yīng)物，隨著水分活度的增大，水解反應(yīng)的速度不斷增大。綜上所述，降低食品的Aw

，可以延緩酶促反應(yīng)和非酶反應(yīng)的進(jìn)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。要使食品具有最高的穩(wěn)定性，最好將Aw保持在結(jié)合水范圍內(nèi)。(三)水分活度與食品質(zhì)構(gòu)的關(guān)系水分活度對干燥和半干燥食品的質(zhì)構(gòu)有較大的影響。當(dāng)水分活度從0.2～0.3增加到0.65時，大多數(shù)半干或干燥食品的硬度及黏著性增加。水分活度為0.4～0.5時，肉干的硬度及耐嚼性最大。想保持脆餅干、爆玉米花及油炸土豆片的脆性，避免糖粉以及速溶咖啡結(jié)塊、變硬發(fā)黏，都需要使產(chǎn)品具有相當(dāng)?shù)偷乃只疃龋ú荒艹^0.3～0.5）。對含水量較高的食品（蛋糕、面包等），避免失水變硬，需要保持有相當(dāng)高的水分活度。(四)降低水分活度值，提高食品穩(wěn)定性的機(jī)理1、大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都必須在水溶液中才能進(jìn)行，如果降低食品的水分活度，則食品中的存在狀態(tài)發(fā)生了變化，結(jié)合水的比例增加了，體相水的比例少了，而結(jié)合水是不能作為反應(yīng)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(xué)反應(yīng)、酶促反應(yīng)受到抑制。2、很多化學(xué)反應(yīng)屬于離子反應(yīng)，該反應(yīng)發(fā)生的條件是反應(yīng)物首先必須進(jìn)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體相水才能進(jìn)行。3、很多化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)都必須有水分子參加才能進(jìn)行（如水解反應(yīng)）。如降低水分活度，就減少了參加反應(yīng)的體相水的數(shù)量，反應(yīng)物（水）的濃度下降，化學(xué)反應(yīng)的速度就變慢。4、許多以酶為催化劑的酶促反應(yīng)，水除了起著一種反應(yīng)物的作用外，還能作為底物向酶擴(kuò)散的輸送介質(zhì)，并且通過水化促使酶和底物活化。當(dāng)Aw值低于0.8時，大多數(shù)酶的活力就受到抑制；若Aw值降低到0.25～0.30的范圍，則食品中的淀粉酶、多酚氧化酶和過氧化物酶就會受到強(qiáng)烈的抑制甚至喪失活力。但脂肪酶，Aw在0.3時，可阻止脂類氧化，使氧化速率變得最小，當(dāng)Aw降低至低于0.1時，其活力反而增大，脂類氧化反應(yīng)很迅速。因此，絕大多數(shù)不利食品品質(zhì)穩(wěn)定的反應(yīng)是在MSI的П區(qū)中后部和Ш區(qū)發(fā)生，因而在具有中高水分活度（Aw=0.7~0.9）的食品中發(fā)生最快。而最小反應(yīng)速度一般首先出現(xiàn)在MSI的區(qū)域Ι區(qū)和П區(qū)之間的邊界（Aw=0.2~0.3），當(dāng)進(jìn)一步降低Aw時，除了脂類氧化反應(yīng)外，其他反應(yīng)的反應(yīng)速度全部保持在最小值，此時的水分含量是單層水分含量。

單分子層水：指與食品中非水成分的強(qiáng)極性基團(tuán)如羧基、氨基、羥基等直接以氫鍵結(jié)合的第一個水分子層。若得到干燥后食品的水分含量就可以計算食品的單分子層水含量。

式中：Aw-水分活度，m-水分含量，m1-單分子層水含量，C-常數(shù)。利用對Aw作圖，可得到一直線(BET直線)。

BET直線在Aw值約大于0.35時，線性關(guān)系開始出現(xiàn)偏差。

單分子層水分含量為：

如：某一食品在某一溫度下，當(dāng)水分活度為0.04，含水量為0.0405；當(dāng)水分活度為0.32，含水量為0.117，求該食品的單分子層水含量。（m1為0.0886g/g干物質(zhì)）(五)降低水分活度的方法

脫水：干燥、冷凍等添加親水性物質(zhì)：鹽（食鹽、乳酸鹽），糖（果糖、葡萄糖），多元醇（甘油、丙二醇、山梨醇）通過化學(xué)修飾或物理修飾，使食品中原來隱蔽的親水基團(tuán)裸露出來，以增加對水分子的約束。二、冷凍與食品穩(wěn)定性（一）冷藏時冰對食品穩(wěn)定性的影響冷凍法是保藏大多數(shù)食品最理想的方法，其作用主要在于低溫，而不是因為形成冰。具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品和食品凝膠中的水結(jié)冰，將出現(xiàn)兩個非常不利的后果：①水結(jié)冰后，食品中非水組分的濃度將比冷凍前變大（濃縮效應(yīng)）；②水結(jié)冰后其體積比結(jié)冰前增加9%。冷凍對反應(yīng)速度有兩個相反的影響，即降低溫度使反應(yīng)變得非常緩慢，而冷凍所產(chǎn)生得濃縮效應(yīng)卻又導(dǎo)致反應(yīng)速度的增大。雖然冷凍有時會使某些反應(yīng)速度加快（在冰點以下較高的溫度），但大多數(shù)反應(yīng)在冷凍時是減速的，因此冷凍仍然是一種有效的保藏方法。隨著食品原料的凍結(jié)、細(xì)胞內(nèi)冰晶的形成，將破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，細(xì)胞壁被穿透發(fā)生機(jī)械損傷；解凍時細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)就會移至細(xì)胞外，致使食品汁液流失；結(jié)合的水減少，使一些食物凍結(jié)后失去飽滿性、膨脹性和脆性，對食品質(zhì)量造成不利影響。采取速凍、添加抗冷凍劑等方法可降低食品在凍結(jié)的不利影響，更有利于凍結(jié)食品保持原有的色、香、味和品質(zhì)。在食品凍藏時,要盡量保持溫度的恒定。因為在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(kuò)散并附著在較大的冰晶表面，造成再結(jié)晶的冰晶體積增大，這樣對組織的破壞性很大。解凍時，采用緩慢解凍的方法較好。（二）玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性無定形態(tài)：物質(zhì)所處的一種非平衡、非結(jié)晶狀態(tài)；玻璃態(tài)：既像固體一樣具有一定的形狀和體積，又像液體一樣分子間排列只是近似有序；橡膠態(tài)：大分子聚合物轉(zhuǎn)變成柔軟而具有彈性的固體，分為玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)域、橡膠態(tài)平臺區(qū)、橡膠態(tài)流動區(qū)；黏流態(tài)：大分子聚合物鏈能自由運動，出現(xiàn)類似一般液體的黏性流動的狀態(tài)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg、Tg′）：指非結(jié)晶態(tài)的食品體系從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變時的溫度。

Tg′是特殊的Tg，是指食品體系在冰形成時具有最大冷凍濃縮效應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度。Tm為熔融溫度。隨著溫度的升高，無定形聚合物可經(jīng)歷3個不同的狀態(tài)即：玻璃態(tài)、橡膠態(tài)、黏流態(tài)。當(dāng)T<Tg

時，大分子聚合物的分子鏈段不能運動，呈玻璃態(tài)；當(dāng)T=Tg

時，鏈段運動開始激發(fā)，處于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)域；當(dāng)Tg<T<Tm時，鏈段可以自由運動，但整個分子鏈的運動受到很大抑制，聚合物柔軟而具有彈性，處于橡膠態(tài)平臺區(qū)；當(dāng)T=Tm時，大分子聚合物整鏈開始滑動，處于橡膠態(tài)流動區(qū)；當(dāng)T>Tm時，大分子聚合物鏈能自由運動，處于黏流態(tài)。狀態(tài)圖：補充的相圖，包含平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)的數(shù)據(jù)。由于干燥、部分干燥或冷凍食品不存在熱力學(xué)平衡狀態(tài)，因此其狀態(tài)圖非常有用。在恒壓下，以溶質(zhì)含量為橫坐標(biāo)，以溫度為縱坐標(biāo)做出二元體系狀態(tài)圖。圖中的粗實線和粗曲線均代表亞穩(wěn)態(tài)。共晶溫度玻璃化轉(zhuǎn)變溫度玻璃態(tài)下未凍結(jié)的水分子被束縛在由極高溶質(zhì)黏度所產(chǎn)生的具有極高黏度的玻璃態(tài)下，水分子不具有反應(yīng)活性，使整個食品體系以不具有反應(yīng)活性的非結(jié)晶固體形式存在。在Tg下，食品具有高度的穩(wěn)定性。低溫冷凍食品的穩(wěn)定性可以用該食品的Tg與貯藏T的差來決定，差值越大，食品的穩(wěn)定就越差。食品中的水分含量和溶質(zhì)種類顯著