目录第第2 2章章 水水 目录 目录引言引言§1-1 §1-1 水水( (冰冰) )的结构的结构§1-2 §1-2 水和冰的物理性质及水和冰的物理性质及 在食品中的应用在食品中的应用§1-3 §1-3 冷冻对食品稳定性的影响冷冻对食品稳定性的影响§1-4 §1-4 水和溶质的相互作用水和溶质的相互作用§1-5 §1-5 食品中水的类型食品中水的类型§1-6 §1-6 水分活度水分活度§1-7 §1-7 中间水分食品中间水分食品 （（Intermediate Intermediate moisture foods,IMFmoisture foods,IMF）） 目录引言引言第一章第一章 水水 名称名称 含水量（含水量（%））人体血浆人体血浆 90肌肉肌肉 80骨骼、牙齿骨骼、牙齿 10植物根、茎、叶植物根、茎、叶 ～～75猪肉、牛肉、鸡肉猪肉、牛肉、鸡肉 60 ～～80微生物孢子微生物孢子 ～～14水母水母 98生生物物体体含含水水量量水的水的生理生理功能功能…水与三大类水与三大类营养素营养素… 目录¬水在生物体内的生理功能水在生物体内的生理功能¬1、化学作用的介质，也是化学反应的反应物或生成物。
2、水是一种溶剂，能够作为体内营养素运输、吸收和废弃物排泄的载体3、是维持体温的载温体4、是生物体内减缓磨擦的润滑剂 目录食品中的水1.主要组成成分2.水分子的含量和分布直接影响到食品的外观、色泽、风味、质量、状态、贮藏时间及其对腐败的敏感性等3.不同的食品有其特征性的水分含量如:面包35～45％；奶粉4％；肉80％；谷物，10～15％等 目录§1-1 水水(冰冰)的结构的结构第一章第一章 水水 目录一、一、水分子的结构水分子的结构第一章第一章 水水§1-1 水水(冰冰)的结构的结构 目录二、水分子的缔合二、水分子的缔合第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构缔合体缔合体(H2O)n氢键的形成氢键的形成是动态的是动态的，，所以，水表所以，水表现出流动性、现出流动性、低黏度低黏度 目录1. H-O键间电荷的非对称分布使H-O键具有极性，这种极性使分子之间产生引力2. 由于每个水分子具有数目相等的氢键供体和受体，因此可以在三维空间形成多重氢键 解释水的许多性质？低蒸汽压 高沸点 高熔化点 高蒸发热水分子缔合的原因: 目录三、冰的结构三、冰的结构1、晶格单元、晶格单元第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 目录三、冰的结构三、冰的结构 2、、“基本平面基本平面” 第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 目录三、冰的结构三、冰的结构第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 3、扩大的普通冰结构、扩大的普通冰结构 目录三、冰的结构三、冰的结构4、冰的同质多晶型、冰的同质多晶型第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 按冷冻速度和对称要素（对称面、对称轴、对称中心对称面、对称轴、对称中心），冰可分为四大类：o 六方型冰晶：是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式，它是一种高度有序的普通结构。
o不规则树枝状结晶o粗糙的球状结晶o 易消失的球状结晶及各种中间体 目录 ① 在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻 ② 溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁移六方冰晶形成的条件： 目录三、冰的结构三、冰的结构4、冰的同质多晶型、冰的同质多晶型第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 在正常压力及在正常压力及0℃时，只有普通的时，只有普通的六方形冰是六方形冰是稳定的 冷冻速度、溶质的种类及浓度等会影响冰结冷冻速度、溶质的种类及浓度等会影响冰结晶的结构例，随着冷冻速度增大或明胶浓度的晶的结构例，随着冷冻速度增大或明胶浓度的提高，主要形成立方形和玻璃状冰结晶提高，主要形成立方形和玻璃状冰结晶 显然，像明胶这类大而复杂的亲水性分子，显然，像明胶这类大而复杂的亲水性分子，不仅限制水分子的运动，而且阻碍水形成高度有不仅限制水分子的运动，而且阻碍水形成高度有序的六方形结晶序的六方形结晶 目录第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 冰形成动力学冰形成动力学研究了过冷水（230K）体系中冰的形成 K=℃+273.15 目录第一章第一章 水水§1-1 水（冰）的结构水（冰）的结构 目录四、液态水分子的结构特征四、液态水分子的结构特征n水是呈四面体的网状结构；水是呈四面体的网状结构；n水分子之间的氢键网络是动态水分子之间的氢键网络是动态的；的；n水分子氢键键合程度取决于温水分子氢键键合程度取决于温度。
度返回返回 目录§1-2 水和冰的物理性质水和冰的物理性质及及 在食品中的应用在食品中的应用第一章第一章 水水 目录 目录第一章第一章 水水 （一）（一）高沸点高沸点(bp)(H2O)n，，打破氢键需额外能量打破氢键需额外能量 压力压力P下降，下降，bp降低降低 高海拔处烹煮食物难熟高海拔处烹煮食物难熟浓缩热敏性物料，可减压或真空浓缩果浓缩热敏性物料，可减压或真空浓缩果汁、牛乳等汁、牛乳等常压烹煮不易熟烂之物料，可高压蒸煮常压烹煮不易熟烂之物料，可高压蒸煮 目录第一章第一章 水水 （二）（二）高比热，高蒸发热高比热，高蒸发热水为优良的冷却剂水为优良的冷却剂食物脱水干燥时，耗能多食物脱水干燥时，耗能多 目录 （三）（三）冰的导热率、热扩散率大于水冰的导热率、热扩散率大于水水为优良的传热介质水为优良的传热介质湿热灭菌比干热灭菌的温度低，时间短湿热灭菌比干热灭菌的温度低，时间短湿热灭菌时物料中若有空气泡则影响灭菌湿热灭菌时物料中若有空气泡则影响灭菌效果冷冻速度快于解冻速度。
冷冻速度快于解冻速度冷冻时，冰传热冷冻时，冰传热解冻时，水传热解冻时，水传热 目录 （四）（四）水的介电常数大，是优良的溶剂水的介电常数大，是优良的溶剂（五）（五）水具有水具有三相点三相点压力压力(Pa)固固液液气气 609.3Pa(4,52mmHg)BACD0.0098℃温度温度AB：：升华曲线升华曲线AC：：溶解曲线溶解曲线AD：：汽化曲线汽化曲线食品冷冻干燥食品冷冻干燥——水由固态升华为液态而脱除水由固态升华为液态而脱除 目录§1-3 冷冻对食品稳定性的影响冷冻对食品稳定性的影响 第一章第一章 水水两个冷冻负效应：两个冷冻负效应：q水结冰时体积膨胀水结冰时体积膨胀（约增加（约增加9%））；；q非冻结相中的非水组分（溶质）的浓度非冻结相中的非水组分（溶质）的浓度比冷冻前增大比冷冻前增大 目录 q对于肉类、果蔬等生物组织类食物，普通冷冻对于肉类、果蔬等生物组织类食物，普通冷冻（食品通过最大冰晶生成带的降温时间超过（食品通过最大冰晶生成带的降温时间超过30min））时形成的冰晶较粗大，冰晶刺破细胞，时形成的冰晶较粗大，冰晶刺破细胞，引起细胞内容物外流（流汁），导致营养素及其引起细胞内容物外流（流汁），导致营养素及其它成分的损失；冰晶的机械挤压还造成蛋白质变它成分的损失；冰晶的机械挤压还造成蛋白质变性，食物口感变硬。
性，食物口感变硬 目录 Ø 速冻：为了不使冷冻食品产生粗大冰晶，速冻：为了不使冷冻食品产生粗大冰晶，冷冻时须迅速越过冰晶大量形成的低温阶段，冷冻时须迅速越过冰晶大量形成的低温阶段，即在几十分钟内越过－即在几十分钟内越过－3.9～～0℃Ø 冷冻食品中的冰晶细小则口感细腻（冰淇冷冻食品中的冰晶细小则口感细腻（冰淇淋），冰晶粗大则口感粗糙淋），冰晶粗大则口感粗糙q 食品冷藏利用的是低温而非结冰食品冷藏利用的是低温而非结冰冷冻冷冻具有双重效应具有双重效应，，低温下食品成分间的化学反应低温下食品成分间的化学反应变慢变慢，但，但结冰则使食品成分浓缩到未结冰的那结冰则使食品成分浓缩到未结冰的那少部分水中，相当于溶质被浓缩，使食品成分少部分水中，相当于溶质被浓缩，使食品成分之间的反应性加强之间的反应性加强 目录 §1-4 食品中水的类型食品中水的类型第一章第一章 水水 目录食品中的水分状态食品中的水分状态第一章第一章 水水§1-3 食品中的水分状态食品中的水分状态 食品（包括生物组织）中水分子与食品成分有相互作用，食品（包括生物组织）中水分子与食品成分有相互作用，作用强度不同，水分子受到的束缚程度也不同，可据此作用强度不同，水分子受到的束缚程度也不同，可据此对水进行分类。
对水进行分类 结合水结合水（束缚水）（束缚水） bound water 自由水（自由水（游离水、体相水）游离水、体相水）Free water, bulk water化合水化合水（构成水，结晶水）（构成水，结晶水）constitutional water单分子层水单分子层水（邻近水）（邻近水）vicinal water多分子层水多分子层水（多层水，半结合水）（多层水，半结合水）ultilayerwater水水 水与食品成分间相互作用力：水与食品成分间相互作用力：氢键，毛细管力氢键，毛细管力 目录第一章第一章 水水§1-3 食品中水的类型食品中水的类型 结合水结合水：：存在于溶质及其他非水组分临近的水，与同一存在于溶质及其他非水组分临近的水，与同一体系中体系中“体相体相”水相比，它们呈现出低的流动性和其他显著水相比，它们呈现出低的流动性和其他显著不同的性质，这些水在不同的性质，这些水在-40℃下不结冰下不结冰 化合水化合水：构成非水物质组成的水，结合最牢固，构成非水物质组成的水，结合最牢固，Aw≈0 ，，例例，， Protein, Starch, Pectin,Cellulose等大分子空隙等大分子空隙 内的水或内的水或作为化学水合物的那部分水。
作为化学水合物的那部分水 单分子层水（邻近水）单分子层水（邻近水）：处在非水组分亲水性最强的基处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置，与团周围的第一层位置，与—COO－－，， —NH3+等离子或离子基等离子或离子基团缔合 多分子层水多分子层水：与与—OH ，，—CONH2形成氢键，结合力稍形成氢键，结合力稍弱的那部分水邻近水的外层形成的几个水层）弱的那部分水邻近水的外层形成的几个水层） 自由水自由水：食品中的部分水，被以毛细管力维系在食品空：食品中的部分水，被以毛细管力维系在食品空隙中，能自由运动隙中，能自由运动, 这种水称为自由水这种水称为自由水 结合水与自由水结合水与自由水 目录第一章第一章 水水§1-3 食品中水的类型食品中水的类型 结合水的性质：结合水的性质：－－40℃不结冰，不不结冰，不能作为溶剂，能作为溶剂，100 ℃时不能从食品时不能从食品中释放出来，不能被微生物利用，中释放出来，不能被微生物利用，决定食品风味决定食品风味自由水的性质：自由水的性质：0℃时结冰，能作为溶时结冰，能作为溶剂，剂，100 ℃时能从食品中释放出来很时能从食品中释放出来很适于微生物生长和大多数化学反应，适于微生物生长和大多数化学反应，易引起易引起Food的腐败变质，但与食品的的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。
风味及功能性紧密相关 目录§1-5 Water –solute interactions水与溶水与溶质相互作用相互作用 目录p水与溶质混合时两者性质均会发生变化，这种变水与溶质混合时两者性质均会发生变化，这种变化与溶质的性质有关，也就是与水同溶质的相互化与溶质的性质有关，也就是与水同溶质的相互作用有关作用有关Ø亲水性溶质可以改变溶质周围邻近水的结构和淌度，同时亲水性溶质可以改变溶质周围邻近水的结构和淌度，同时水也会引起亲水性溶质反应性改变，有时甚至导致结构变水也会引起亲水性溶质反应性改变，有时甚至导致结构变化Ø添加疏水性物质到水中，溶质的疏水基团仅与邻近水发生添加疏水性物质到水中，溶质的疏水基团仅与邻近水发生弱微的相互作用，而且优先在非水环境中发生弱微的相互作用，而且优先在非水环境中发生 目录种类 实例 相互作用强弱 （与H2O-H2O氢键比较） 偶极-离子 H2O-游离离子 较强 H2O-有机分子带电基团 偶极-偶极 H2O-PR-NH， H2O-PR-CO 近乎相等 H2O-侧链OH 疏水水合 H2O+R→R（水合） △G＞0 疏水相互作用 R（水合）＋R（水合） →R2（水合）+ H2O △G＜0自由能自由能 = 能量能量 - 温度温度 ×熵熵 G=H-TS, H=E+PV, H是焓，是焓，E 是分子的内能是分子的内能 水与溶质相互作用的分类 目录1、水与离子基团的相互作用Interaction of water with Ionic groups食品体系中有电解质，便存在有离子或离食品体系中有电解质，便存在有离子或离子基团子基团, ,离子电荷与水分子的偶极子之间的离子电荷与水分子的偶极子之间的相互作用相互作用——离子水合作用离子水合作用。
目录 另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect),这些离子大多是电场强度大，离子半径小的离子，或多价离子如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等Net structure- forming effect与极化力（电荷除以半径）或电场强度紧密相关与极化力（电荷除以半径）或电场强度紧密相关有助水形成网状结构，有助水形成网状结构，粘度增加，流动性变小粘度增加，流动性变小 目录 主要是一些小离子或多价离子，之间可以形成比较强烈的主要是一些小离子或多价离子，之间可以形成比较强烈的电场，由于一些小离子直径比较小，所以能紧密地结合水电场，由于一些小离子直径比较小，所以能紧密地结合水分子，形成比较强的电场，那么像这里面列举出的一些离分子，形成比较强的电场，那么像这里面列举出的一些离子，我们可以看到直径比较小，或者所带电荷的价数比较子，我们可以看到直径比较小，或者所带电荷的价数比较高，那么这些离子加到水中同样会对水的净结构产生破坏高，那么这些离子加到水中同样会对水的净结构产生破坏作用，打断原有水分子与水分子通过氢键相连的结构，另作用，打断原有水分子与水分子通过氢键相连的结构，另一方面，正因为它与水分子形成的结合力更强烈，远远超一方面，正因为它与水分子形成的结合力更强烈，远远超过对水结构的破坏，就是说正面影响超过负面影响，整体过对水结构的破坏，就是说正面影响超过负面影响，整体来说，使水分子与水分子结合的更紧密，可以想象，这些来说，使水分子与水分子结合的更紧密，可以想象，这些水流动性比纯水流动性更差，因为拉的更紧，堆积密度更水流动性比纯水流动性更差，因为拉的更紧，堆积密度更大。
大 目录 在稀盐溶液中一些离子具有净结构破坏效应（Net structure-breaking effect), 这些离子大多为负离子和大的正离子(电场强度大)，如：K+, Rb+, Cs+, NH4+, Cl-, Br-，I-,NO3-,BrO3-,IO3-，ClO4-等Net structure-breaking effect阻碍水形成网状结构，阻碍水形成网状结构，粘度变小，流动性增加粘度变小，流动性增加 目录 这些是大离子或单价离子，它和水分子之间形成这些是大离子或单价离子，它和水分子之间形成的作用力，形成的电场强度非常弱，比方直径越的作用力，形成的电场强度非常弱，比方直径越大，与周围水分子结合越松散，不那么紧密，对大，与周围水分子结合越松散，不那么紧密，对水分子破坏作用更大于对水分子正面作用，入不水分子破坏作用更大于对水分子正面作用，入不敷出，破坏更厉害，弥补不强烈，总体上对水的敷出，破坏更厉害，弥补不强烈，总体上对水的净结构产生破坏效应，水分子结合比原来水分子净结构产生破坏效应，水分子结合比原来水分子结合来的松散，水分子受到束缚更少了，流动性结合来的松散，水分子受到束缚更少了，流动性更强。
更强 目录2、水与有氢键键合能力中性基团的相互作用Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilitiesp水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱氢键作用的强度与水分子之间的氢键相作用弱氢键作用的强度与水分子之间的氢键相近p水能与某些基团，例如羟基、氨基、羰基、酰氨水能与某些基团，例如羟基、氨基、羰基、酰氨基和亚氨基等极性基团，发生氢键键合基和亚氨基等极性基团，发生氢键键合 目录p在生物大分子的两个部位或两个大分子之间可形成由几个在生物大分子的两个部位或两个大分子之间可形成由几个水分子所构成的水分子所构成的“水桥水桥” 目录对水结构的影响对水结构的影响p一般会增加一般会增加(至少不会破坏至少不会破坏)水净结构水净结构p总氢键数没有显著的改变，对水的净结构总氢键数没有显著的改变，对水的净结构没多大的影响没多大的影响p例外，溶质氢键部位的分布和定向在几何例外，溶质氢键部位的分布和定向在几何上与水不相容时上与水不相容时对水的净结构有破坏作用尿素-显著的破坏效应 目录水分子与蛋白质的二级结构结合，不仅决定蛋水分子与蛋白质的二级结构结合，不仅决定蛋白质二级结构的精细结构，而且还决定特定的白质二级结构的精细结构，而且还决定特定的分子振动。
通分子振动通glucoamylase的蛋白水解片段的蛋白水解片段x射射线衍射数据，得到线衍射数据，得到以下结论以下结论如下图所示：如下图所示：¬十个水分子链将十个水分子链将一个一个α-helix(helix9, 211-227)的一端的一端与另一个与另一个α-helix (helix11, 272-285)的中段连接的中段连接起来 下图所示为位于中心的水分子将下图所示为位于中心的水分子将RNA酶中三个分酶中三个分离的残基联系起来在微生物离的残基联系起来在微生物RNA酶家族中，这酶家族中，这些水分子和他们的结合位点都保留了下来些水分子和他们的结合位点都保留了下来The above centrally-placed water molecule makes strong hydrogen bonds to residues in three separated parts of the ribonuclease molecule holding them together. This water molecule and its binding site are conserved across the entire family of microbial ribonucleases 目录3、水与疏水基团的相互作用Interaction of water with nonpolar substances 非极性分子非极性分子-烃、稀有气体、脂肪酸。
氨基酸和烃、稀有气体、脂肪酸氨基酸和蛋白质的非极性基团等蛋白质的非极性基团等 疏水水合疏水水合(Hydrophobic hydration)：：向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，此过程成为疏水水合不能自发形成） 目录 当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用成为疏水相互作用热力学有利，自发发生，油水分层）疏水相互作用疏水相互作用( Hydrophobic interaction) 目录与疏水基团相邻的水的结构排斥正电荷排斥正电荷吸引负电荷吸引负电荷 目录p 我们可以用笼形水合物的概念来描述水和我们可以用笼形水合物的概念来描述水和非极性基团之间的相互作用非极性基团之间的相互作用笼形水合物笼形水合物(Clathrate hydrates)是象冰一样的是象冰一样的包含化合物，水为包含化合物，水为“宿主宿主”，它们靠氢键键合，它们靠氢键键合形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼内，被截留的物质称为物质截留在笼内，被截留的物质称为“客体客体”。
一般一般“宿主宿主”由由20-74个水分子组成，较典型的个水分子组成，较典型的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等 目录笼形水合物笼形水合物(Clathrate hydrates)¬“主体主体”物质物质—— 水（水（20～～74个水分子）个水分子）¬“客体客体”物质物质—— 低相对分子质量的化合低相对分子质量的化合物物 目录第一章第一章 水水 目录p疏水相互作用的推动力疏水相互作用的推动力是水和这些疏水物是水和这些疏水物质尽可能的少接触，尽可能减少接触面积质尽可能的少接触，尽可能减少接触面积所导致的疏水相互作用对一些大分子的所导致的疏水相互作用对一些大分子的结构和构像是非常重要的例如蛋白子的结构和构像是非常重要的例如蛋白子的疏水相互作用疏水相互作用 目录疏水相互作用疏水相互作用n为蛋白质的折叠提供了主要推动力n维持蛋白质的四级结构n疏水基团在蛋白质分子内部 目录§1-6 水分活度水分活度第一章第一章 水水 目录一、什么是水分活度一、什么是水分活度第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 不同食品，即使含水量相同，保藏性可能不同，食品中不同食品，即使含水量相同，保藏性可能不同，食品中结合得最不牢固的水对食品的稳定性起决定作用。
食品总结合得最不牢固的水对食品的稳定性起决定作用食品总含水量不能准确反应食品的性质含水量不能准确反应食品的性质 水分活度水分活度(Water activity，，Aw，，aw) ：： 食品的食品的水蒸汽分压水蒸汽分压(P)与同条件下纯水蒸汽压与同条件下纯水蒸汽压(P0)之比它表示食品中水的游离程度，水分被微生物利用它表示食品中水的游离程度，水分被微生物利用的程度也可以用相对平衡湿度表的程度也可以用相对平衡湿度表aw=ERH/100 Aw=P/P0=ERH/100p食品的相对平衡湿度食品的相对平衡湿度是指食品中的水分蒸汽压达是指食品中的水分蒸汽压达到平衡后，食品周围的水汽分压与同温度下水的到平衡后，食品周围的水汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比饱和蒸汽压之比 目录 水分活度的物理意义水分活度的物理意义是表征生物组织和食品是表征生物组织和食品中能参与各种生理作用的水分含量与总含水量中能参与各种生理作用的水分含量与总含水量的定量关系的定量关系 应用应用aw =ERH/100时必须注意时必须注意:①① aw 是是样品样品的内在品质，而的内在品质，而ERH是与样品中的水蒸气平衡是与样品中的水蒸气平衡时的时的 大气性质大气性质②②仅当食品与其环境达到平衡时仅当食品与其环境达到平衡时才能应用。
才能应用 注意事项注意事项 目录可用克劳修斯可用克劳修斯-克拉伯龙方程来表示克拉伯龙方程来表示㏑aw=-K△H/RTT-热力学温度R-摩尔气体常量△H-样品中水分的等量净吸附热T ↑则则aw↑，， ㏑㏑aw -1/T 为一直线为一直线水分活度与温度的关系(temperature dependence)可用克劳修斯可用克劳修斯-克拉伯龙方程来表示克拉伯龙方程来表示 目录pT ↑则则aw↑，， ㏑㏑aw -1/T 为一直线为一直线pT ↑ ，，不利于水和非水组分的相互作用不利于水和非水组分的相互作用p水分含量增加时，水分含量增加时， T对对aw的影响程度提高的影响程度提高马铃薯淀粉的㏑马铃薯淀粉的㏑aw -1/T 关系图关系图 目录p三个结论：三个结论：p冰点以下，冰点以下，Logaw-1/T 的的线性关系继续存在；线性关系继续存在；p温度温度对对aw的影响在冰点下远大于在冰点以上（冰的影响在冰点下远大于在冰点以上（冰冻冷藏的依据），温度下降，导致冻冷藏的依据），温度下降，导致aw下降很快，下降很快，有利于降低温度，抵抗败坏；有利于降低温度，抵抗败坏；p在试样的冰点此直线出现明显的转折在试样的冰点此直线出现明显的转折。
目录当食品的温度低于0℃时，直线发生转折 目录 比较高于和低于冻结温度下比较高于和低于冻结温度下的的aw时应注意时应注意两个重要差别：两个重要差别： （１）冰点以上，食物的水分活度是食物组成（１）冰点以上，食物的水分活度是食物组成和食品温度的函数，并且主要与食品的组成有和食品温度的函数，并且主要与食品的组成有关；而在冰点以下，水分活度与食物的组成没关；而在冰点以下，水分活度与食物的组成没有关系，而仅与食物的温度有关有关系，而仅与食物的温度有关 （２）冰点上下食物的水分活度的大小与食物 （２）冰点上下食物的水分活度的大小与食物的理化特性的关系不同如在的理化特性的关系不同如在-15℃时，水分时，水分活度为活度为0.80，微生物不会生长，化学反应缓慢，，微生物不会生长，化学反应缓慢，在在20℃时，水分活度为时，水分活度为0.80 时，化学反应快速时，化学反应快速进行，且微生物能较快的生长进行，且微生物能较快的生长 目录第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 等温吸附曲线等温吸附曲线：在恒温条件下，以食品：在恒温条件下，以食品含水量（含水量（gH2O/g干物质）对干物质）对Aw作图所得的作图所得的曲线。
又称等温吸湿曲线、等温吸着曲线、曲线又称等温吸湿曲线、等温吸着曲线、水分回吸等温线（水分回吸等温线（Moisture sorption isotherms，，MSI）二、等温吸附曲线二、等温吸附曲线（一）定义和分区（一）定义和分区 目录二、等温吸附曲线二、等温吸附曲线（一）定义和分区（一）定义和分区第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 区区Ⅰ：化合水：化合水区区Ⅰ与区与区Ⅱ边界：单分子层边界：单分子层水水区区Ⅱ：多分子层水：多分子层水区区Ⅲ：自由水或体相水：自由水或体相水结合水、自由水常以结合水、自由水常以Aw 0.75为界，但无绝对界限为界，但无绝对界限 目录polts interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature 目录pⅠ区区：是低湿度范围，水分子和食品成分中的羧基和氨基等离子基团：是低湿度范围，水分子和食品成分中的羧基和氨基等离子基团牢固结合，结合水最强，所以牢固结合，结合水最强，所以aw也最低，一般在也最低，一般在0~0.2之间，相当于之间，相当于物料含水量物料含水量0~0.07g/g的干物质。
它可以简单地看作为固体的一部分的干物质它可以简单地看作为固体的一部分(结合水结合水)p区间区间I和区间和区间Ⅱ的分界位置的这部分水可看成是在物质强极性基团周围的分界位置的这部分水可看成是在物质强极性基团周围形成一个形成一个单分子水层单分子水层 ¬这区的水不能溶解溶质，对食品的固形物不产生增塑效应（增塑剂可这区的水不能溶解溶质，对食品的固形物不产生增塑效应（增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工型微增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工型微生物不能利用，因此在低湿度的环境条件下，干燥食品是比较稳定的生物不能利用，因此在低湿度的环境条件下，干燥食品是比较稳定的 ¬区区Ⅰ及及Ⅰ、、Ⅱ边界：边界：Aw＜＜0.2，食品含水量＜，食品含水量＜7%例：含水量例：含水量2%～～3%的全脂奶粉、含水量的全脂奶粉、含水量5%的脱水蔬菜的脱水蔬菜根据水分活度与含水量的关系可将根据水分活度与含水量的关系可将MSI曲线分成三个区域：曲线分成三个区域： 目录pⅡ区区：水分占据固形物表面第一层的剩余位置和水分占据固形物表面第一层的剩余位置和亲水基团周围的另外几层位置，形成亲水基团周围的另外几层位置，形成多分子层结多分子层结合水合水，主要靠水，主要靠水—水和水水和水—溶质的氢键键合作用溶质的氢键键合作用与邻近的分子缔合，同时还包括直径与邻近的分子缔合，同时还包括直径<1μm的毛细的毛细管中的水。
管中的水paw在在0.2~0.85之间，相当于物料含水量在之间，相当于物料含水量在0.07g~0.32g/g干物质他们将起到干物质他们将起到膨润膨润和和部分溶部分溶解解的作用，会的作用，会加速化学反应加速化学反应的速度 区区Ⅱ：：Aw0.2 ～～0.85，含水量，含水量7% ～～30%，，例，大多数浓缩果汁、面条例，大多数浓缩果汁、面条 目录pⅢ区区：：是毛细管凝聚的自由水是毛细管凝聚的自由水aw在在0.85~0.99之之间，水分含量大于间，水分含量大于0.40g/g 干物质p这部分水是食品中结合最不牢固和最容易流动的这部分水是食品中结合最不牢固和最容易流动的水，起到溶解和稀释作用，冻结时可以结冰，并水，起到溶解和稀释作用，冻结时可以结冰，并且还有利于化学反应的进行和微生物的生长且还有利于化学反应的进行和微生物的生长 区区Ⅲ：：Aw＞＞0.85，含水量＞，含水量＞40%，例，水，例，水果，肉、鱼等果，肉、鱼等 目录 区区 I区区 II区区 III区区Aw 0-0.2 0.2-0.85 ＞＞0.85含水量含水量% 1-6.5 6.5-27.5 ＞＞ 27.5冷冻能力冷冻能力 不能冻结不能冻结 不能冻结不能冻结 正常正常溶剂能力溶剂能力 无无 轻微轻微-适度适度 正常正常水分状态水分状态 单分子层水单分子层水 多分子层水多分子层水 体相水体相水微生物利用微生物利用 不可利用不可利用 部分可利用部分可利用 可利用可利用 MSI上不同区水分特性上不同区水分特性 目录p由于水的转移程度与由于水的转移程度与aw有关，从有关，从MSI图可以看图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看出如何组合出食品脱水的难易程度，也可以看出如何组合食品才能避免水分在不同物料间的转移。
食品才能避免水分在不同物料间的转移p据据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响可预测含水量对食品稳定性的影响p从从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱MSI的实际意义的实际意义 目录二、等温吸附曲线二、等温吸附曲线（一）定义和分区（一）定义和分区第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度等温吸附曲线的形等温吸附曲线的形状：状：S形，形，J形形不同的食品由 于其化学组成和组织结构 的不同，具有不同的MSI一般说来，大多数食品的等一般说来，大多数食品的等温线都成温线都成S 形，而含有大量形，而含有大量糖及可溶性小分子但不富含糖及可溶性小分子但不富含高聚物的水果、糖果以及咖高聚物的水果、糖果以及咖啡提取物的水分吸附等温线啡提取物的水分吸附等温线呈呈J 形 目录第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 等温吸附曲线与等温吸附曲线与温度的关系温度的关系:在一定的含水量，在一定的含水量，Aw随温度的升随温度的升高而增大高而增大 目录 二、等温吸附曲线二、等温吸附曲线（二）等温吸附曲线的滞后性（二）等温吸附曲线的滞后性第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 定义定义：如果向干燥样品中添加水（回吸作：如果向干燥样品中添加水（回吸作用）的方法绘制水分吸附等温线和按解吸用）的方法绘制水分吸附等温线和按解吸过程绘制的等温线并不相互重叠，这种不过程绘制的等温线并不相互重叠，这种不重叠性称为重叠性称为滞后现象滞后现象。
在一定在一定aw时，食品时，食品的解吸过程一般比回吸过程时含水量更高的解吸过程一般比回吸过程时含水量更高 目录第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 在一定的含水在一定的含水量量，，解吸过程解吸过程中的试样的中的试样的Aw小于吸附小于吸附过程的过程的Aw 目录（二）等温吸附曲线的滞后性（二）等温吸附曲线的滞后性第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 滞后现象与食品表面的结构、内部性质等有关滞后现象与食品表面的结构、内部性质等有关滞后环滞后环(Hysteresis loop)的形状取决于食品类型与温度的形状取决于食品类型与温度空气干燥的苹果片空气干燥的苹果片冷冻干燥熟猪肉冷冻干燥熟猪肉冷冻干燥大米冷冻干燥大米 目录滞后现象产生的原因p解吸过程中一些水分与非水溶液成分作解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分用而无法放出水分p不规则形状产生毛细管现象的部位，欲不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压填满或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出要抽出需需P内内＞＞P外外，要填满则需，要填满则需P外外＞＞ P内内)p解吸作用时，因组织改变，当再吸水时解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的水分含量时处于较高的aw。
目录三、三、Aw与食品稳定性与食品稳定性 目录三、三、Aw与与食品稳定性食品稳定性第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 （（一）一）Aw与微生物的生长繁殖与微生物的生长繁殖降低降低Aw：：食品干制、食品干制、盐腌、糖滞（蜜饯、果盐腌、糖滞（蜜饯、果脯、腌菜、干菜脯、腌菜、干菜） 目录p食品水分与微生物生命活动的关系食品水分与微生物生命活动的关系 不同类群微生物生长繁殖的最低水分活度范不同类群微生物生长繁殖的最低水分活度范围是：大多数细菌为围是：大多数细菌为0.99~0.94，大多数霉，大多数霉菌为菌为0.94~0.80，大多数耐盐细菌为，大多数耐盐细菌为0.75，耐，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母干燥霉菌和耐高渗透压酵母0.65~0.60在水分活度低于水分活度低于0.60时，绝大多数微生物就无时，绝大多数微生物就无法生长 目录三、三、Aw与食品稳定性与食品稳定性第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 （二）（二）Aw与酶促反应与酶促反应酚酶、过氧化物酶、淀粉酶酚酶、过氧化物酶、淀粉酶：：Aw＜＜ 0.3时，酶促反应极慢，可作为溶剂的自由水少。
时，酶促反应极慢，可作为溶剂的自由水少Aw增加，酶促反应加快增加，酶促反应加快Aw较大时，酶促反应减慢，稀释效应，不利于酶与底物接触较大时，酶促反应减慢，稀释效应，不利于酶与底物接触中间水分食品（中间水分食品（Aw0.60-0.85,含水量约含水量约20%-50%）稳定性差）稳定性差 目录 在中等至高水分含量食品中在中等至高水分含量食品中，，当水分活度增加时，当水分活度增加时，有时反应速度下降，对于这一点有时反应速度下降，对于这一点 已提出两种可能的解释：已提出两种可能的解释： (1)水是这些反应中的一种产物，增加水分的含量水是这些反应中的一种产物，增加水分的含量能造成产物的抑制作用能造成产物的抑制作用 (2)当样品中水分含量对溶质的溶解度、大分子的当样品中水分含量对溶质的溶解度、大分子的表面的可接近性以及流动性不再成为限制因素时，表面的可接近性以及流动性不再成为限制因素时，进一步加入水将稀释增加速度的成分，并减慢反进一步加入水将稀释增加速度的成分，并减慢反应速度 目录第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 （三）（三）Aw与非酶反应与非酶反应脂肪酸自动氧化脂肪酸自动氧化Aw＜＜0.1时，氧化非时，氧化非常快，常快，∵∵O2进入食进入食品无阻力。
品无阻力Aw0.3～～0.4时，氧化时，氧化慢，慢， ∵∵为单分子层为单分子层水，单分子层水既不水，单分子层水既不被微生物利用，又可被微生物利用，又可阻止阻止O2进入Aw ＞＞0.55，，氧化快，氧化快， ∵∵催化剂流动性大催化剂流动性大三、三、Aw与食品稳定性与食品稳定性 目录第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 （三）（三）Aw与非酶反应与非酶反应Maillard反应反应Aw＜＜0.5(含水量含水量＜＜10%））时，反应慢，时，反应慢，∵∵自由水少自由水少Aw0.5～～0.8时（含水时（含水量量10%—15%），反），反应快，应快， ∵∵溶剂水利溶剂水利于反应物之间相互接于反应物之间相互接触Aw ＞＞0.8，，反应慢，反应慢， ∵∵稀释效应稀释效应三、三、Aw与食品稳定性与食品稳定性 目录¬水活性、食品稳定性水活性、食品稳定性和吸着等温线之间的和吸着等温线之间的关系关系（1） 微生物生长与aw的关系； （2） 酶水解与aw的关系； （3） 氧化反应（非酶）与aw的关系；（4） 麦拉德褐变与aw的关系； （5） 各种反应的速度与aw的关系； （6） 含水量与aw的关系。
从右图可知，除非酶从右图可知，除非酶 氧化在氧化在 Aw≤0.3时有较时有较高反应外，其他反应高反应外，其他反应均是均是Aw愈小、速度愈愈小、速度愈小也就是说，有利小也就是说，有利于食品于食品 的稳定性的稳定性 目录第一章第一章 水水§1-5 水分活度水分活度 小结小结◆◆ Aw比水分含量更能准确的预测食品的贮藏性比水分含量更能准确的预测食品的贮藏性（化学反应性，微生物安全性）（化学反应性，微生物安全性）◆◆单分子层水时（单分子层水时（Aw≈0.3），），食品的稳定性较好食品的稳定性较好除了控制水分活度来提高食品的稳定性，还可综合除了控制水分活度来提高食品的稳定性，还可综合应用其它方法，如，添加食品添加剂、适宜的包装应用其它方法，如，添加食品添加剂、适宜的包装等◆◆一般，含水量一般，含水量5%-15%的食品可称为干燥食品的食品可称为干燥食品◆◆对于冻干食品，在实际作业中常将对于冻干食品，在实际作业中常将2%的残余水的残余水分含量作为干燥冻结的指导原则分含量作为干燥冻结的指导原则三、三、Aw与食品稳定性与食品稳定性 目录第一章第一章 水水 1 名词解释名词解释 (1)结结合合水水 (2)自自由由水水 (3)等等温温吸吸附附曲曲线线 (4)等温吸附曲线的滞后性等温吸附曲线的滞后性 (5)水分活度水分活度2 结合水、自由水各有何特点？结合水、自由水各有何特点？3 分分析析冷冷冻冻时时冰冰晶晶形形成成对对果果蔬蔬类类、、肉肉类类食食品品的的影响。
影响4水与溶质相互作用分类水与溶质相互作用分类5 浄浄结结构构形形成成效效应应 浄浄结结构构破破坏坏效效应应 疏疏水水相相互作用推动力互作用推动力思考题思考题 目录第一章第一章 水水 5 水分活度与温度的关系水分活度与温度的关系6 等温吸湿线定义、三个区域含义等温吸湿线定义、三个区域含义7 滞后现象定义，滞后现象产生的原因滞后现象定义，滞后现象产生的原因8 降降低低水水分分活活度度可可以以提提高高食食品品的的稳稳定定性性，，其其机机理是什么？如何减少水分活度？理是什么？如何减少水分活度？ 目录1、降低水分活度，使食品中许多可能发生的化学反应、酶、降低水分活度，使食品中许多可能发生的化学反应、酶促反应受到抑制促反应受到抑制①①很多化学、生物反应必须有水分子参加才能进行，就必很多化学、生物反应必须有水分子参加才能进行，就必须有足够的自由水，那么降低水分活度就减少了参加反须有足够的自由水，那么降低水分活度就减少了参加反应的自由水的数量，化学反应的速度也就变慢应的自由水的数量，化学反应的速度也就变慢②②许多以酶为催化剂的酶促反应，水除了起着一种反应物许多以酶为催化剂的酶促反应，水除了起着一种反应物的作用外，还能作为底物向酶扩散的输送介质，且通过的作用外，还能作为底物向酶扩散的输送介质，且通过水化促使酶和底物活化水化促使酶和底物活化2、一般可用干燥、盐腌和糖渍等方法减少水分活度。
一般可用干燥、盐腌和糖渍等方法减少水分活度。