食品化學第二章水

食品化學第二章水優(yōu)選食品化學第二章水根本要求：理解水與冰的構造及在食品中的性質；理解水與溶質間的相互作用；掌握水分活度的定義和吸濕等溫線；掌握水分活度與溫度的關系，水分活度與食品的穩(wěn)定性的關系；了解在冰點溫度以下，冰與食品質量的關系及其在儲藏和加工中的運用。重點難點：水分活度的概念及其與食品穩(wěn)定性的關系、吸濕等溫線。

第一節(jié)引言生命之源組成機體，維持生命活動、調節(jié)代謝。人及動物體的機體中：水的含量:約占60％，有機物:約占30％，礦物質:約占5％。水在食品中的重要作用a.水是食品的重要組成成分，是形成食品加工工藝和保藏技術考慮的重要因素；主要食品的水分含量果蔬：75%-95%；肉類：50%-80%；面包：35%-45%；谷物：10%-15%；魚類：70％-80％。b.天然或加工食品的水分含量、分布和存在狀態(tài)決定著食品的構造、特性、新鮮程度、品質管理水平和儲藏期；c.水起著分散蛋白質、脂類和淀粉，使其形成溶膠的作用。d.水是引起食品化學變化及微生物作用的重要原因，直接關系到食品的貯藏和平安特性。第二節(jié)水和冰的物理性質水是一種特殊的溶劑，其物理性質和熱行為有與其它溶劑顯著不同的方面：a.水的熔點、沸點、介電常數(shù)、外表張力、熱容和相變熱均比質量和組成相近的分子〔CH4、NH3、HF、H2S〕高得多。如CH4的b.p：-162℃，m.p：-183℃，而水在0.1MPa下b.p：100℃，m.p：0℃；這些特性將對食品加工中的冷凍和枯燥過程產(chǎn)生很大的影響；b.水的密度較低，水在凍結時體積增加，表現(xiàn)出異常的膨脹行為，這會使得含水的食品在凍結的過程中其組織構造遭到破壞；例如：一般的食物在凍結后解凍往往有大量的汁液流出，其主要原因是凍結后冰的體積比一樣質量的水的體積增大9%，因而破壞了組織構造。c.水的熱導率較大，然而冰的熱導率卻是同溫度下水的4倍，冰的熱擴散系數(shù)〔熱擴散速度〕是水的9倍，這說明在同一環(huán)境中，冰比水能更快的改變自身的溫度，冰的熱傳導速度比非流動水〔如動、植物組織內(nèi)的水〕快得多，水和冰的導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)上較大的差異，就導致了在一樣溫度下組織材料凍結的速度比解凍的速度快很多。第3-6節(jié)水和冰的構造一、水分子的構造斯陶特模型2p2ssp3雜化軌道構型↘→單個水分子的構造特征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構造。H2O分子的四面體構造有對稱型H-O共價鍵有離子性氧的另外兩對孤對電子有靜電力H-O鍵具有電負性單個水分子的鍵角為104.5°，接近正四面體的角度109.28°，O-H核間距0.096nm，氫和氧的范德華半徑分別為0.12nm和0.14nm。二、水分子的締合

1、HOH分子呈V字樣的形狀，H-O鍵間電荷的非對稱分布使H-O鍵具有極性，產(chǎn)生的分子偶極矩為1.84D(庫.米)。HOH分子極性使水分子之間產(chǎn)生引力。2、氫鍵作用

氫原子幾乎成為裸露的帶正電荷的質子，這個半徑很小且?guī)д姾傻馁|子能夠和帶相對負電荷的另一水分子中的氧原子之間產(chǎn)生靜電引力，這種作用力產(chǎn)生的能量一般在2-40kJ／mol的范圍，比化學鍵弱，但比純分子間力強，稱之為氫鍵。

每個水分子最多能夠與4個水分子通過氫鍵結合。每個水分子在三維空間有相等數(shù)目的氫鍵供體和受體，因此水分子在三維空間形成多重氫鍵鍵合?？藥炖漳Ｐ停核肿油ㄟ^氫鍵形成四面體構型

3、水分子之間還可以以靜電力相互結合，因此締合態(tài)的水在空間有不同的存在形式，如：不同的締合形式，可導致水分子之間的締合數(shù)大于4。水分子締合的原因：①H-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(chǎn)生引力。②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。③靜電效應。

與打破分子間氫鍵所需額外能量有關的水的性質低蒸汽壓高沸點高熔化熱(80cal/g,335J/g)

高蒸發(fā)熱

(539cal/g,2257J/g)三、冰的構造冰是水分子通過氫鍵相互結合、有序排列形成的低密度、具有一定剛性的六方形晶體構造。在冰的晶體構造中，每個水和另外4個水分子相互締合，O－O之間的最小距離為0.276nm，O－O－O之間的夾角為109°。(1)純冰普通冰屬于六方晶系中的六方形雙錐體型。冰還可能以其他9種多晶型構造存在，也可能以無定形或無一定構造的玻璃態(tài)存在。但是在總的11種構造中，只有普通的六方形冰在0℃和常壓下是穩(wěn)定的?！?〕溶質存在時①六方冰晶形成的條件：

在最適度的低溫冷卻劑中緩慢冷凍；溶質的性質及濃度均不嚴重干擾水分子的移動。②按冷凍速度和對稱要素分，冰可分為四大類：六方型冰晶不規(guī)那么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過冷溫度盡管純水冰點是0℃，但常并不在0℃結凍，而是出現(xiàn)過冷狀態(tài)，只有當溫度降低到零下某一溫度時才可能出現(xiàn)結晶〔參加固體顆粒或振動可促使此現(xiàn)象提前出現(xiàn)〕,即過冷現(xiàn)象；出現(xiàn)冰晶時溫度迅速上升到0℃。把開場出現(xiàn)穩(wěn)定晶核時的溫度叫過冷溫度，也叫臨界溫度。如果外加晶核，不必到達過冷溫度就能結冰，但此時生產(chǎn)的冰晶粗大，因為冰晶主要圍繞有限數(shù)量的晶核成長。

低共熔點一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成的溶液，因此其結冰溫度均低于0℃。把食品中水完全結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。但冷藏食品一般不需要如此低的溫度，如我國冷藏食品的溫度一般定為-18℃,這個溫度離低共熔點相差甚多，但已使大局部水結冰，且最大程度的降低了其中的化學反響?，F(xiàn)代食品冷藏技術中提倡速凍，這是因為速凍形成的冰晶細小，呈針狀，凍結時間短且微生物活動受到更大限制，從而保證了食品品質。四、水的構造液體水具有構造，某個水分子的定向與流動性受到與它相鄰分子的影響，水局部地保存了冰的敝開、氫鍵和四面體排列。三種模型：混合、填隙和連續(xù)〔均一〕模型。⑴混合模型：分子間氫鍵短暫地濃集在龐大成簇的水分子中，后者與其他更稠密的水分子處在動態(tài)平衡中。⑵連續(xù)模型：分子間氫鍵均勻地分布在整個水樣中，原存在于冰中的許多鍵在冰熔化時簡單地扭曲而不是斷裂。此模型認為存在著一個由水分子構成的連續(xù)網(wǎng)，具有動態(tài)本質。⑶填隙模型：水保存一種似冰或籠形物構造，而個別水分子填充在籠形物的間隙中。水分子的締合與溫度水是呈四面體的立體網(wǎng)狀構造，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。溫度（℃）配位數(shù)分子間距nm040.2761.54.40.290834.90.305水在3.98℃時密度到達最大〔？〕冰向水轉變伴隨著最接近的水分子間的距離的增加，最接近的水分子的平均數(shù)目的增加。

在0℃和3.98℃之間，配位數(shù)增加的效應占優(yōu)勢，密度增加；超過3.98℃后，最接近的水分子間的距離增加的效應〔熱膨脹〕占優(yōu)勢，密度下降。水是流動的，又是固定的。〔？〕水是固定的是指水具有一定的黏度，因為水分子在大多數(shù)情況下是締合的，而水具有流動性是因為水分子之間的締合是動態(tài)的。當水分子在納秒ns至皮秒ps這樣短的時間內(nèi)改變它們與臨近水分子之間的氫鍵鍵合關系時，會增加水的運動和流動。第七節(jié)水-溶質相互作用一、食品中水的存在形式食品中的水不是單獨存在的，它會與食品中的其他成分發(fā)生化學或物理作用，因而改變了水的性質。按照食品中的水與其他成分之間相互作用強弱可將食品中的水分成：

自由水

結合水水滯化水毛細管水自由流動水構成水鄰近水多層水第七節(jié)水-溶質相互作用一、持水力持水力〔waterholdingcapacity,WHC〕：以分子構成的基體通過物理方式截留大量水而防止它滲出的能力。例：果膠和淀粉凝膠。1.物理截留的大局部水在食品枯燥時可以被除去；2.在凍結時易于轉變成冰；3.可以作為溶劑；持水力的損害會造成食品質量下降。例子：凝膠食品脫水收縮，食品解凍時滲水。二、食品中水的存在形式食品中的水不是單獨存在的，它會與食品中的其他成分發(fā)生化學或物理作用，因而改變了水的性質。按照食品中的水與其他成分之間相互作用強弱可將食品中的水分成：

自由水

結合水水滯化水毛細管水自由流動水構成水鄰近水多層水單分子層結合水多分子層結合水結合水：又稱為束縛水，是食品中與非水成分結合的最結實的水。在復雜的體系中存在不同結合程度的水，即其由構成水或化合水、鄰近水和多層水所組成。特點在-40℃下根本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此種水很穩(wěn)定，不易引起食品的腐敗變質。⑴構成水：與非水物質呈嚴密結合狀態(tài)的水，已成為非水物質的整體局部。如存在于蛋白質分子的空隙區(qū)域的水和成為化學水合物的一局部的水。⑵臨近水:處于非水物質外圍與非水物質呈締合狀態(tài)的水。如與離子或離子基團相締合的水。⑶多層水:處于臨近水外圍的，與臨近水以氫鍵或偶竭力結合的水。雖然結合程度不如鄰近水，仍與非水組分靠得足夠近，其性質大大不同于純潔水的性質。自由水:又稱體相水，是指食品中與非水成分有較弱作用或根本沒有作用的水。通常是指存在于動植物組織的細胞質、膜、細胞間隙中的水和凝膠的網(wǎng)狀構造束縛的水。水分子可以自由運動，但在宏觀上它是被束縛的。特點：能結冰，但冰點有所下降溶解溶質的能力強，枯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)化學反響，易引起食品的腐敗變質，但與食品的風味及功能性嚴密相關。冰還可能以其他9種多晶型構造存在，也可能以無定形或無一定構造的玻璃態(tài)存在。自由水:又稱體相水，是指食品中與非水成分有較弱作用或根本沒有作用的水。盡管純水冰點是0℃，但常并不在0℃結凍，而是出現(xiàn)過冷狀態(tài)，只有當溫度降低到零下某一溫度時才可能出現(xiàn)結晶〔參加固體顆?；蛘駝涌纱偈勾爽F(xiàn)象提前出現(xiàn)〕,即過冷現(xiàn)象；在生物物質中存在類似于結晶籠狀水合物的構造，這些構造可能影響如蛋白質這樣的分子的構象、反響性和穩(wěn)定性。解吸作用時，因組織改變，當再吸水時無法嚴密結合水分，由此可導致回吸一樣水量時處于較高的水分活度。但在同樣的水分活度而溫度是20℃情況下，一些化學反響將快速進展，一些微生物也將中等速度生長。因為水與非水成分締合強度上存在差異，參與強締合的水比起弱締合的水在較低程度上支持降解活力——如微生物生長和水解化學反響。n1：稀溶液中水的mol數(shù)；結合水不是一種均一的和易于識別的實體。如：K+,Rb+,Cs+,NH4+,Cl-,Br-，I-,NO3-,BrO3-,IO3-，ClO4-等。按照食品中的水與其他成分之間相互作用強弱可將食品中的水分成：②這局部水能與金屬離子形成水合物，降低了其催化氧化的效率。1μm那么為自由水，大局部毛細管水為自由水。p0：同溫純水蒸汽壓；持水力〔waterholdingcapacity,WHC〕：以分子構成的基體通過物理方式截留大量水而防止它滲出的能力。n1：稀溶液中水的mol數(shù)；在生物大分子的兩個部位或兩個大分子之間可形成由幾個水分子所構成的“水橋〞。自由水:又稱體相水，是指食品中與非水成分有較弱作用或根本沒有作用的水。圖2-15復雜食品在冰點以上和冰點以下時Aw和溫度的關系在復雜的體系中存在不同結合程度的水，即其由構成水或化合水、鄰近水和多層水所組成。⑴滯化水：被組織中的顯微構造或亞顯微構造或膜滯留的水。⑵毛細管水：指食品中由于天然形成的毛細管而保存的水分，是存在于生物體細胞間隙的水。毛細管的直徑越小，持水能力越強，當毛細管直徑小于0.1μm時，毛細管水實際上已經(jīng)成為結合水，而當毛細管直徑大于0.1μm那么為自由水，大局部毛細管水為自由水。⑶自由流動水：以游離態(tài)存在的水。一般說來，食品枯燥后平安貯藏的水分含量要求即為該食品的單分子層水。假設得到枯燥后食品的水分含量就可以計算食品的單分子層水含量。單分子層水的意義注意

結合水不是一種均一的和易于識別的實體。解釋很困難。這個術語常引起爭議，并被誤用，科學家建議終止它的使用。但是目前很多文獻中經(jīng)常見到它。如何理解及定義見教材14頁。作者提出，結合水與體相水比較，具有“被阻礙的流動性〞而不是“被固定化的〞。三、水-溶質相互作用⑴水與離子基團的相互作用

食品體系中有電解質，便存在有離子或離子基團,離子電荷與水分子的偶極子之間的相互作用—離子水合作用。與離子或離子基團相互作用的水是食品中結合最嚴密的一局部水。(構成水或化合水)H2O-Na＋83.68kJ/moLH2O-H2O20.9kJ/moL

影響這種作用力的因素有：解離程度以及食品的酸度。離子對水構造的影響一種離子改變水的凈構造的能力與它的極化力〔電荷除以半徑〕或電場強度嚴密相關。凈構造破壞效應：稀鹽溶液中一些離子具有破壞水的網(wǎng)狀構造效應,這些離子大多為大離子和單價負離子，產(chǎn)生較弱電場。如：K+,Rb+,Cs+,NH4+,Cl-,Br-，I-,NO3-,BrO3-,IO3-，ClO4-等。這些離子打破水的正常構造，而新的構造又缺乏以補償這種構造上的損失。結果：粘度變小，流動性增加凈構造形成效應：另外一些離子有助于水形成網(wǎng)狀構造,這些離子大多是小離子或多價離子，產(chǎn)生強電場。如：Li+,Na+,Ca2+,Ba2+,Mg2+,Al3+，F(xiàn)-,OH-,等。這些離子強烈地與4至6個第一層水分子相互作用，導致它們比純水中的HOH具有較低的流動性和包裝得更嚴密。結果：粘度增加，流動性變?、扑c有氫鍵鍵合能力極性基團的相互作用H2O-溶質之間的氫鍵強度弱于H2O-離子之間的相互作用，H2O-H2O之間氫鍵的強度相近。極性基團〔親水性溶質〕：水能與各種潛在的極性基團如羥基、羧基、氨基、羰基、酰胺基等形成氫鍵，這些極性基團存在于蛋白質、多糖〔淀粉或纖維素〕、果膠的構造中。因此通常在這些物質的外表總有一定數(shù)量的被結合、被相對固定的水。

對水的正常構造的影響：然而，在某些情況下，H2O-溶質氫鍵部位的分布和定向在幾何上與正常H2O-H2O的氫鍵部位是不相容的。于是，這些溶質對水的正常構造往往具有一種破壞作用，而且也可降低冰點。當H2O-溶質氫鍵取代了被破壞的H2O-H2O氫鍵，具有這種性質的溶質對水的凈構造沒有多大影響。對生物大分子的影響：它們常是一些酶保持活性構造并能發(fā)揮作用的重要因素，也常是食品保持正常構造的重要因素。H2O-溶質相互作用在一些情況下，結晶大分子的親水基團間的距離與純水中最鄰近兩個氧原子間的距離相等。如果在水合大分子中這種間隔占優(yōu)勢，這將會促進第一層水和第二層水之間相互形成氫鍵。在生物大分子的兩個部位或兩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⑶水與非極性物質的相互作用水中參加疏水性物質疏水基團與水分子產(chǎn)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，構造更為有序，疏水基團之間相互聚集，從而使它們與水的接觸面積減小。水與非極性基團對抗的結果是在疏水基團相鄰處形成了籠形水合物，水促進蛋白質疏水基團之間的締合。①疏水水合：向水中添加疏水物質時，由于它們與水分子產(chǎn)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，使得熵減小，此過程成為疏水水合。②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，疏水基團之間進展締合，這種作用成為疏水相互作用。

籠形水合物是象冰一樣的包合物，水為“主人〞，它們靠氫鍵鍵合形成想籠一樣的構造，通過物理方式將非極性物質截留在籠內(nèi)，被截留的物質稱為“客人〞?；\狀水合物是水力圖防止與疏水基團接觸而形成的特殊產(chǎn)物。籠狀水合物代表了水對非極性物質的最大程度的構造形成效應。一般“宿主〞由20-74個水分子組成，較典型的客體有低分子量烴，稀有氣體，鹵代烴，短鏈第一、第二和第三胺等。在生物物質中存在類似于結晶籠狀水合物的構造，這些構造可能影響如蛋白質這樣的分子的構象、反響性和穩(wěn)定性。水在疏水外表的取向球狀蛋白質的疏水相互作用疏水基團締合或發(fā)生“疏水相互作用〞，引起了蛋白質的折疊。疏水相互作用是蛋白質折疊的主要驅動力。同時也是維持蛋白質三級構造的重要因素?！鹗鞘杷鶊F，圓球周圍的“L－形”物質根據(jù)疏水表面定向的水分子，●代表與極性基團締合的水分子⑷水與雙親分子的相互作用水也能作為雙親分子的分散介質雙親分子：一個分子中同時存在親水和疏水基團。脂肪酸鹽、蛋白質、脂質、糖脂、極性脂類、核酸等。膠團：雙親分子在水中形成大分子聚集體。分子數(shù)從幾百到幾千。七、水分活度與相對蒸汽壓〔一〕引言食品的水分含量和它的腐敗性之間存在著一定的關系，但水分含量不是一個易腐性的可靠指標。因為水與非水成分締合強度上存在差異，參與強締合的水比起弱締合的水在較低程度上支持降解活力——如微生物生長和水解化學反響。水分活度能反映水與各種非水成分締合的強度，與微生物生長和許多降解反響的速度具有很好的相關性，成為一個產(chǎn)品穩(wěn)定性和微生物平安的有用指標。水分活度的物理意義是表征食品和生物組織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?！捕乘只疃鹊亩x和測定方法1、定義：一定溫度下樣品水分蒸汽壓與純水蒸汽壓的比值；用公式表示即為：Aw=f/f0=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)其中：Aw：水份活度；f：溶劑〔水〕的逸度；f0：純?nèi)軇┑囊荻龋籶：樣品中水的蒸汽分壓；p0：同溫純水蒸汽壓；ERH：樣品周圍空氣不與樣品換濕時的平恒相對濕度；N：稀溶液中溶劑的mol分數(shù)；n1：稀溶液中水的mol數(shù)；n2：稀溶液中溶質的mol數(shù)。相對平衡濕度：大氣水汽分壓與一樣溫度下純水的飽和蒸汽壓之比。食品的平衡相對濕度是指食品中的水分蒸汽壓到達平衡后，食品周圍的水汽分壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓之比。注意：⑴逸度：溶劑從溶液逃脫的趨勢,在低壓〔例如室溫〕下，f/f0和p/p0之間的差異小于1%，Aw=p/p0成立的前提是溶液是理想溶液并到達熱力學平衡，食品體系一般不符合這個條件，因此上式嚴格講，只是近似的表達。⑵應用Aw=ERH/100時必須注意:①Aw是樣品的內(nèi)在品質，而ERH是與樣品中的水蒸汽平衡時的大氣性質；②僅當食品與其環(huán)境到達平衡時才能應用。⑶公式中的前兩項，即Aw=p/p0=ERH/100，是根據(jù)水分活度定義給出的；而后兩項是拉烏爾定律所確定的，其前提是稀溶液且溶質是非電解質。所以前兩項和后兩項之間也應該是近似的關系。⑷由于p/p0和n1/n1+n2，因此，Aw的值在0~1之間。2、Aw測定方法a.冰點測定法先測樣品的冰點降低和含水量,根據(jù)以下兩式計算Aw:Aw=n1/n1+n2，n2=G△Tf/1000Kf(G：溶劑克數(shù)，△Tf：冰點降低〔℃〕，Kf：水的摩爾冰點降低常數(shù)1.86)。此法的誤差很小，準確度較高。b.相對濕度傳感器測定法將含水量的樣品置于恒溫密閉的小容器中，使其蒸汽壓和環(huán)境蒸汽充分作用，到達平衡；用濕度傳感器測定其空間的濕度，即可得出ERH，這時可得到樣品的水分活度。c.利用水分活度儀測定樣品的Awd.康維氏微量擴散器測定法/恒定相對濕度平衡法：康維氏微量擴散器可如右圖示意：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平衡時樣品吸收或失去水的質量，利用下式求算樣品的水分活度：Aw=(Ax+By〕/(x+y)其中：Ax：活度低的鹽溶液活度；By：活度高的鹽溶液活度x：使用B時的凈增值；y：使用A時的凈減值；

康維氏微量擴散器〔三〕水分活度和溫度的關系物理化學中的克勞修斯-克拉貝龍方程準確表示了水分活度與絕對溫度〔T〕之間的關系：dlnAw/d(1/T)=-△H/R……………….(1)其中R為氣體常數(shù)，△H為樣品中水分的等量凈吸附熱。整理此式可得：lnAw=-kΔH/R(1/T)………(2)其中：此處的ΔH可用純水的汽化潛熱表示，是常數(shù)，其值為40537.2J/mol；K值K的直觀意義是在到達同樣水蒸汽壓時，食品的溫度比純水溫度高出的比值，本質反映了食品中非水成分對水活性的影響。食品中非水成分越多并且與水的結合能力越強，K值越大，一樣溫度時Aw值越??；反之亦然。圖2-15

復雜食品在冰點以上和冰點以下時Aw和溫度的關系討論：a.由公式(2)可知，lnAw與-1/T之間為一直線關系，T↑那么Aw↑。其意義在于：一定樣品水分活度的對數(shù)在不太寬的溫度范圍內(nèi)隨絕對溫度的升高而呈比例升高。Aw隨溫度變化的程度是水分含量的函數(shù)〔右圖〕，水分含量增加時，T對Aw的影響程度提高。b.但在較大的溫度范圍內(nèi)，lnAw與-1/T之間并非始終為一直線關系；當冰開場形成時，lnAw與-1/T曲線中出現(xiàn)明顯的折點。冰點以下lnAw與-1/T的變化率明顯加大了，并且不再受樣品中非水物質的影響〔這是因為此時水的汽化潛熱應由冰的升華熱代替，也就是說前述的Aw與溫度的關系方程中的△H值大大增加了〕。溫度對Aw的影響在冰點下遠大于在冰點以上〔冰凍冷藏的依據(jù)〕，溫度下降，導致Aw下降很快，有利于抵抗食品敗壞。要解釋冰點以下Aw與樣品的組成無關，現(xiàn)在的觀點認為，在冰點以下樣品的蒸汽分壓等于一樣溫度下冰的蒸汽壓，并且水分活度的定義式中的p0此時應采用過冷純水的蒸汽壓。

冰點以下食品水分活度定義：其中：Pff：部分冷凍食品中水的蒸汽分壓

P0(scw)：純的過冷水的蒸汽壓Pice：純冰的蒸汽壓在比較冰點以上或冰點以下的水分活度值時應該注意到以下兩個重要的區(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)，并且樣品組成對于水分活度值有明顯的影響；而在冰點以下時，水分活度與樣品的組成無關，僅與溫度有關。因此不能根據(jù)冰點以上水分活度值來預測體系中溶質種類和含量對冰點以下體系發(fā)生變化的影響。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，其它化學反響的速度也很慢；但在同樣的水分活度而溫度是20℃情況下，一些化學反響將快速進展，一些微生物也將中等速度生長?！菜摹澄鼭竦葴厍€1、定義及測定方法定義：在恒定溫度下，食品的水含量〔以g水/g干物質表示〕對其活度形成的曲線稱為等溫吸濕曲線〔MSI〕。

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。如圖。測定方法：在恒定溫度下，改變食品中的水分含量，測定相應的活度，以水分含量為縱軸、Aw為橫軸畫出曲線。2、MSI中的分區(qū)一般的MSI均可分為三個區(qū)，如以下圖所示：Ⅰ區(qū)：為構成水和鄰近水區(qū)，一般把Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)交界處的水分含量稱為食品的“單分子層〞水含量〔BET值〕，這局部水可看成是在干物質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。食品單分子層水含量的意義及計算：意義：由于一般食品當其含水量接近單層值時，有最大的穩(wěn)定性，因而根據(jù)具體對象確定其單層值，對于食品的有效保存是非常重要的。

計算：a.公式法：BET方程式：其中：m:水分含量（g水/g干物質）；m1:單層值；C:常數(shù)

b.作圖法：以Aw/[m(1-Aw)]~Aw作BET圖，在一定范圍內(nèi)有較好的線性關系。由圖上可以直接測量出Y軸截距及斜率；通過下式求出m1值。從圖2-23得到Y截距為0.6，斜率為10.7，于是

m1=

在這個實例中，BET單層值相當于0.2P/P0。Ⅱ區(qū)：多層水區(qū)，即主要通過氫鍵與相鄰的水分子和溶質分子締合，它的流動性比體相水稍差，其中大局部在-40℃不結冰，當水增加至靠近Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的邊界時，對溶質起到了顯著的增塑作用，導致固體基質的初步腫脹，是大多數(shù)化學反響的速度增加。Ⅲ