第一章食品中的水分

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1、食品化学第一章 食品中的水分 【知识目标知识目标】 1.了解水和溶质间的相互作用。 2.掌握水和冰的结构及其在食品中的性质。 3.了解食品中水与食品质构的关系。 4.掌握水分活度与食品稳定性的关系。 5.理解等温吸湿曲线的意义。 【技能目标技能目标】 1.在理解水对食品鲜嫩、色泽、风味等质构的具体影响基础上，能够根据不同原料选择适宜的加工方法。 2.能够根据水分活度值与食品稳定性的关系，选择合适的食品保藏方法。第一节 概述 一、食品中水的含量 动植物性食品都含有水，食物的含水量一般都比较高（60%90%），水是食物各种组分中数量最多的组分。 食品的含水量与其风味及腐败和发霉等现象有极大关系，食

2、品中水分含量的变化也常引起食品的物理性质变化 。 二、食品中水的结构二、食品中水的结构v水分子具有极性：因为水分子呈V字形，O-H 键是极性键，所以水分子有极性。v缔合态的水以不同的形式存在：水分子中O的电负性较大，故水分子间可以通过氢键而呈缔合状态；水分子间可以不同数目和不同形式结合，还可以以静电力相互结合，因此缔合态的水在空间有不同的存在形式。v水的存在状态与水分子间的缔合程度有关：气态时，水分子间的缔合程度很小，可看作以自由的形式存在；液态时，几乎没有游离的水分子，故水的沸点高；结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个水分子都固定在相应的晶格里，所以水的熔点高。 三、食品中冰的结构 冰

3、点为0；在冰的晶体结构中，每个水分子和另外4个水分子相互缔合；冰的晶体结构有4种类型：六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶，其中六方形是最常见的结晶形式。 过冷温度 低共熔点 四、食品中水和冰的物理性质 1.水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容和相变热均比质量和组成相近的分子高得多。 2.水的密度较低，水在冻结时表现出异常的膨胀行为，体积反而增加。 3.水的热导率较大，冰的热导率是水同温度下的4倍。 4.冰的热扩散速度是水的9倍。 五、食品中水的存在状态 1.1.水与溶质的相互作用水与溶质的相互作用 （1）与离子或离子基团的相互作用 作用力：极性结合，偶极离子相互作用 阻碍水分子的流

4、动的能力大于其它溶质；水离子键的强度大于水水氢键；破坏水的正常结构,阻止水在0时结冰，对冰的形成造成一种阻力；改变水的结构的能力与离子的极化力有关。 （2）与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用 水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键； 作用力小于水与离子间作用力；流动性小；对水的网状结构影响小；阻碍水结冰； 大分子内或大分子间产生“水桥” （3）与非极性物质的相互作用 笼形水合物的形成：由于非极性基团与水分子产生斥力，使疏水基团附近的水分子间氢键键合力， 熵值s，2074个水分子将“客体”包在其中，形成“笼形水合物”。 作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用疏水水合疏水

5、相互作用 2.2.食品中的水分状态食品中的水分状态 （1）结合水可分为单分子层水，多分子层水 作用力：配位键，氢键，部分离子键 特点：在-40以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂,与纯水比较分子平均运动大大减少,不能被微生物利用。 （2）自由水可分为滞化水、毛细管水、自由流动水（截留水、自由水） 作用力：物理方式截留，生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留；毛细管力 特点： 可结冰，溶解溶质；测定水分含量时的减少量；可被微生物利用。第二节 水和食品品质 一、水对食品一、水对食品“嫩嫩”的影响的影响 含水量的多少是许多食品原料及其成品鲜嫩的重要标志 ，食物的含水量多，则质感鲜嫩；含水量少，则质感柴

6、老。 二、水对食品的色泽和风味的影响二、水对食品的色泽和风味的影响 水分对食品的色泽具有很重要的影响。如果食品含水量不足，就会显得干瘪皱缩，色彩暗淡；反之，就会显得饱满光润，新鲜悦目。 水对食品色泽的影响既有化学方面的，也有物理方面的。 食品的含水量与其味感也有密切关系，因为呈味物质只有溶解在水中，最终才能产生味感。 第三节 食品中水含量的表示方法 一、水分活度 1. 1. 概念概念 问题：(1)含水18%的果脯与含水18%的小麦比较，哪种耐储藏？ (2)含水量标准：大豆、油菜籽9%，玉米14% 水分活度：食品中水分逸出的程度 ，可以用食品中水的蒸气压与同温度下纯水饱和蒸气压之比表示，也可以用

7、平衡相对湿度表示。 Aw = P（食品中水的蒸气压）/Po（纯水饱和蒸气压） 因为纯水的水分活度=1,所以溶液的水分活度1 2.2.水分活度与食品含水量的关系水分活度与食品含水量的关系 水分活度反映了食品中水分与其它非水组分的结合程度。结合程度越高，则水分活度值越低；反之，则水分活度值越高。同种食品中，水分含量越高则水分活度值越大，不同种食品即使水分含量相同水分活度往往也不同。 二、等温吸湿曲线（MSI） 1 1、概念及意义、概念及意义 概念：在等温条件下，以食品含水量为纵坐标，以Aw为横坐标作图，所得曲线称为吸湿等温线。不同食品，因其化学组成和组织结构不同，对水束缚能力不一样，有不同的吸湿等

8、温线，但大多为型，也有些为J形 。 意义：吸湿等温线表示了食品的Aw与含水量对应关系，除去水（浓缩、干燥）的难易程度与Aw有关，配制食品混合应注意水在配料间的转移，测定包装材料的阻湿性质，测定一定水分含量与微生物生长的关系，预测食品稳定性与水分含量的关系。不同温度下马铃薯的等温吸湿曲线 2.2.吸湿等温线中的分区吸湿等温线中的分区 为了说明吸湿等温线内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为、区。 区 Aw=00.25 约00.07g水/g干物质； 作用力：H2O离子，H2O偶极，配位键； 属单分子层水（含水合离子内层水），不能作溶剂，-40以上不结冰，与腐败无关。区 Aw=0.250.

9、8（加区，0.45g H2O /g干物质）； 作用力：氢键： H2OH2O H2O溶质； 属多分子层水，加上区约占高水食品的5%，不作溶剂，-40以 上不结冰，但接近0.8（Aw）的食品，可能有变质现象。 区 新增的水为自由水，（截留+流动）多者可达20g H2O /g干物质，可结冰，可作溶剂 。 划分区不是绝对的，可有交叉，连续变化。 3.3.滞后现象滞后现象 （1）概念 向干燥的样品中添加水（回吸作用）后绘制的等温吸湿曲线和由样品中取出一些水（解吸作用）后绘制的等温吸湿曲线并不完全重合，显示吸湿等温线滞后环，这种不重合性称为滞后现象 。 （2）产生滞后现象的原因 解吸过程中一些水分与非水物

10、质相互作用导致释放速率减缓； 物料不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需要不同的蒸汽压； 解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水分，由此可导致回吸相同水量时处于较高的水分活度。 第四节 水分活度与食品稳定性的关系 一、水分活度与微生物的生长繁殖关系 微生物的生长繁殖需要水，适宜的微生物的生长繁殖需要水，适宜的AwAw一般情一般情况如下，况如下，Aw 0.90 Aw 0.90 大多数细菌大多数细菌 0.87 0.87 大多酵母大多酵母 0.80 0.80 大多霉菌大多霉菌 0.80.80.6 0.6 耐盐、干、渗透耐盐、干、渗透 压细菌、酵母、霉菌压细菌、酵母、霉菌 0.5

11、0 0.50 任何微生物均不生长繁殖任何微生物均不生长繁殖 二、水分活度与酶促反应的关系 水可作为介质，活化底物和酶。水可作为介质，活化底物和酶。 水分活度影响酶促反应主要通过以下途径：水分活度影响酶促反应主要通过以下途径： 水作为运动介质促进扩散作用；水作为运动介质促进扩散作用； 稳定酶的结构和构象；稳定酶的结构和构象； 水是水解反应的底物；水是水解反应的底物； 破坏极性集团的氢键；破坏极性集团的氢键； 从反应复合物中释放底物。从反应复合物中释放底物。 Aw 0.8 大多数酶活力受到抑制 Aw= 0.250.3 淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力 而脂肪酶在Aw=0.10.5仍保持

12、其活性，如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖，易与氧作用） 三、水分活度与非酶促化学反应的关系 1.1.Aw 与非酶促反应 Aw 0.7Aw 0.7 vAw 0.7 v降低（因为降低（因为H H2 2O O稀释了反应物浓度）稀释了反应物浓度） 2.Aw 与脂肪氧化酸败 影响复杂：Aw 0.4 Aw V （H2O溶解O2，溶胀后催化部位暴露，氧化V） Aw 0.8 Aw V (稀释浓度) 3.Aw与水溶性色素分解，维生素分解 Aw V分解 四、水分活度与食品质构的关系 水%、Aw对干、半干、中湿食品质构有影响 低Aw： 饼干 脆性 油炸土豆片 脆性 硬糖 防粘 固体饮料 防结块 中湿：软糖 防变硬 蛋糕 防变硬 面包 防变硬 冷冻方式对质构的影响 速冻、小晶体破坏小；慢冻，大冰晶破坏大 干燥方法对质构的影响 空气干燥 质构破坏 冷冻干燥 相似质构 如脱水蔬菜 高温脱水 质构破坏 五、食品在贮藏中水分活度的控制与应用 可以通过不同的食品包装来创造适宜的小环境，以达到不同食品对Aw的不同要求。要求Aw低的食品，可采用水不能透过的密闭容器包装；要求Aw高的食品，需要能防止水分挥发的包装材料，以减少水分散失。如果一个包装袋中同时存放Aw要求不一致的食品，须将各自分装后再合在一起。