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1、1理解水与冰的结构及在食品中的性质；理解水与冰的结构及在食品中的性质；掌握掌握食品中食品中水的存在状态水的存在状态；掌握掌握水分活度的定义水分活度的定义和和水分吸着等温线水分吸着等温线水分吸着等温线水分吸着等温线；掌握水分活度对温度的相依性，掌握水分活度对温度的相依性，水分活度与食品的水分活度与食品的稳定性的关系稳定性的关系；了解在冰点温度以下，冰与食品质量的关系及其在了解在冰点温度以下，冰与食品质量的关系及其在储藏和加工中的运用。储藏和加工中的运用。基本要求基本要求重点难点重点难点水分活度的概念及其与食品稳定性的关系。水分活度的概念及其与食品稳定性的关系。2本本章章主主要要内内容容水分活度与
2、食品稳定性的关系水分活度与食品稳定性的关系水的功能水的功能水的结构与性质水的结构与性质食品中水的存在状态食品中水的存在状态水分活度和水分吸着等温线水分活度和水分吸着等温线食品中的水含量食品中的水含量3生命之源生命之源组成机体，维持生命活动，调节代谢组成机体，维持生命活动，调节代谢4一、食品中的水含量一、食品中的水含量r 水是食品中非常重要的一种成分，是构成大多数食水是食品中非常重要的一种成分，是构成大多数食品的主要组成，也是形成食品加工工艺考虑的重要因品的主要组成，也是形成食品加工工艺考虑的重要因素。素。食品名称水分食品名称水分%食品名称水分食品名称水分%食品名称水分食品名称水分%番茄番茄 9
3、5莴苣莴苣 95卷心菜卷心菜 92啤酒啤酒 90柑橘柑橘 87苹果汁苹果汁 87牛奶牛奶 87马铃薯马铃薯 78香蕉香蕉 75鸡鸡 70肉肉 65面包面包 35果酱果酱 28蜂蜜蜂蜜 20奶油奶油 16稻米面粉稻米面粉 12奶粉奶粉 4食用油食用油 0表表2.1 某些代表性食品的含水量某些代表性食品的含水量5一、食品中的水含量一、食品中的水含量r 各种食品都有显示其品质的特征含水量，如各种食品都有显示其品质的特征含水量，如: : 果蔬：果蔬：75%95%； 肉类：肉类：50%80%； 面包：面包：35%45%； 谷物：谷物：10%15%； 鱼类：鱼类：70%80%。6二、水的功能二、水的功能水
4、水在在食食品品工工艺艺学学方方面面的的功功能能食品理化性质：食品理化性质：起着溶解、分散蛋白质、起着溶解、分散蛋白质、淀粉等水溶性成分的作用淀粉等水溶性成分的作用 食品质地方面：食品质地方面：对食品的新鲜度、硬度、对食品的新鲜度、硬度、风味、流动性、色泽、耐风味、流动性、色泽、耐贮性和加工适应性有影响贮性和加工适应性有影响食品安全性：食品安全性：水是微生物繁殖的必需条件水是微生物繁殖的必需条件食品工艺角度：食品工艺角度：水起着膨润、浸透、均匀水起着膨润、浸透、均匀 化等功能；化等功能；大多数食品加工的大多数食品加工的单元操单元操 作作都与水有关，如干燥、都与水有关，如干燥、 浓缩、冷冻等浓缩、
5、冷冻等7二、水的功能二、水的功能水水在在食食品品生生物物学学方方面面的的功功能能水是良好的溶剂；水是良好的溶剂；水为必须的生物化学反应水为必须的生物化学反应提供一个物理环境提供一个物理环境水是体内物质运输的载体；水是体内物质运输的载体；水是维持体温的载温体；水是维持体温的载温体；水是体内摩擦的润滑剂；水是体内摩擦的润滑剂；8三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质水是唯一的以三种物理状态广泛存在的物质。水是唯一的以三种物理状态广泛存在的物质。固态固态液态液态气态气态91.在气态状态下在气态状态下n水主要以水主要以单个分子单个分子的形式存在。的形式存在。三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构
6、与性质水分子几何构型水分子几何构型10三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质水分子的结构水分子的结构成键轨道成键轨道Structure of water and ice112.在液态状态下在液态状态下n水主要以水主要以缔合缔合状态（状态（H2O）n存在，存在，n可变。可变。 不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。靠靠偶极力偶极力相互吸引相互吸引靠靠氢键氢键相互相互吸引吸引三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质12三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质1. H-O键间电荷的非对称分键间电荷的非对称分布使布使H-O键具有极性，
7、这键具有极性，这种极性使分子之间产生引种极性使分子之间产生引力。力。2. 由于每个水分子具有数目由于每个水分子具有数目相等的氢键供体和受体，相等的氢键供体和受体，因此可以在三维空间形成因此可以在三维空间形成稳定的多重氢键。稳定的多重氢键。氢键供体氢键供体氢键受体氢键受体氢键供体氢键供体氢键供体氢键供体氢键受体氢键受体氢键受体氢键受体水分子的缔合水分子的缔合Association of water molecules13n水以水以分子晶体分子晶体的形式存在。的形式存在。3.在固态（冰）状态下在固态（冰）状态下三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质 冰是水分子通过氢键相互结合冰是水分子通过氢
8、键相互结合、有序排列形成的低密度、具有、有序排列形成的低密度、具有一定刚性的六方形晶体结构。普一定刚性的六方形晶体结构。普通冰的晶胞可如图所示：通冰的晶胞可如图所示：还有不规则还有不规则树枝状、粗树枝状、粗糙球状、易糙球状、易消失的球晶消失的球晶等等14三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质水水异异常常的的物物理理性性质质1、高熔点、高熔点(0)， 高沸点高沸点(100)；2、介电常数大；、介电常数大；3、表面张力高；、表面张力高；4、热容和相转变热焓高；、热容和相转变热焓高；熔化热、蒸发热和升华热熔化热、蒸发热和升华热 5、密度低，凝固时的异常膨胀率、密度低，凝固时的异常膨胀率; 6、
9、粘度正常；、粘度正常；15三、水和冰的结构与性质三、水和冰的结构与性质 纯水是具有一定结构的液体。液体水的结构与冰的结构的纯水是具有一定结构的液体。液体水的结构与冰的结构的区别在于它们的配位数和两个水分子之间的距离（下表）。区别在于它们的配位数和两个水分子之间的距离（下表）。水与冰结构中水分子之间的配位数和距离水与冰结构中水分子之间的配位数和距离状态和温度状态和温度配位数配位数O-HO距离距离冰（冰（0 ）水（水（1.5 ）水（水（83）4.04.44.90.276nm0.290nm0.305nm 液体水的结构是不稳定的，并不是单纯的由氢液体水的结构是不稳定的，并不是单纯的由氢键构成的四面体形
10、状。通过键构成的四面体形状。通过“H-H-桥桥”的作用，水分可的作用，水分可形成短暂存在的多边形结构；形成短暂存在的多边形结构； 水分子中氢键可被溶于其中的盐及具有亲水水分子中氢键可被溶于其中的盐及具有亲水/ /疏水基团分子破坏。疏水基团分子破坏。注注意意16四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态 理解食品中水的存在状态是掌握水在食品中的作用理解食品中水的存在状态是掌握水在食品中的作用及各种与水相关的加工技术的关键。而水在食品中的存及各种与水相关的加工技术的关键。而水在食品中的存在状态说到底是水在食品中和各类食品物质之间的关系在状态说到底是水在食品中和各类食品物质之间的关系及水的存在量。
11、及水的存在量。当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质时，这些物质由于在水中可以溶解而且解离出带类物质时，这些物质由于在水中可以溶解而且解离出带电荷的离子，因而可以固定相当数量的水。例如食品中电荷的离子，因而可以固定相当数量的水。例如食品中的食盐和水之间的作用：的食盐和水之间的作用：4.1 4.1 水与溶质的相互作用水与溶质的相互作用4.1.1 4.1.1 与离子或离子基团的相互作用与离子或离子基团的相互作用17四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态 由于离子带有完整的电荷，因此它们和水分子之间的由于离子带有完整的电荷，因此它们和水分
12、子之间的极性作用比水分子之间的氢键连接还要强，如极性作用比水分子之间的氢键连接还要强，如Na+与水分子与水分子之间的结合能力大约是水分子间氢键连接力的之间的结合能力大约是水分子间氢键连接力的4倍。正是由倍。正是由于自由离子和水分子之间的强的相互作用，导致破坏原先水于自由离子和水分子之间的强的相互作用，导致破坏原先水分子之间的缔合关系，使一部分水固定在了离子的表面，此分子之间的缔合关系，使一部分水固定在了离子的表面，此即离子水合作用。即离子水合作用。18随着离子种类的变化及所带电荷的不同，与水之间的随着离子种类的变化及所带电荷的不同，与水之间的相互作用也有所差别。大致可以分作两类：相互作用也有所
13、差别。大致可以分作两类：1能阻碍水分子之间网状结构的形成（能阻碍水分子之间网状结构的形成（净结构破坏效净结构破坏效应应），其溶液的流动性比水大，此类离子一般为），其溶液的流动性比水大，此类离子一般为负离子和负离子和大的正离子大的正离子，如：，如：K+、Rb+、Cs+、NH4+、Cl-、Br-、I-、NO3、BrO3-等；等；2有助于水分子网状结构的形成（有助于水分子网状结构的形成（净结构形成效应净结构形成效应），），溶液的流动性小于水，此类离子一般为溶液的流动性小于水，此类离子一般为离子半径小、电场离子半径小、电场强度大或多价离子强度大或多价离子，如：，如：Li+、Na+、H3O+、Ca2+、
14、Ba2+、Mg2+、Al3+、OH-等。等。四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态19许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等，其结构中含有大量的极性基团，如羟基、羧基、果胶等，其结构中含有大量的极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分子通过氢键相互氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分子通过氢键相互结合。因此通常在这些物质的表面总有一定数量的被结合、结合。因此通常在这些物质的表面总有一定数量的被结合、被相对固定的水。被相对固定的水。 不同的极性基团与水的结合能力有所差别。一般情况不同的极性基团与水的结合能力有所
15、差别。一般情况下，氨基、羧基等在生理条件下可以呈解离状态的极性基下，氨基、羧基等在生理条件下可以呈解离状态的极性基团均与水有较强的结合，而羟基、酰胺基等非解离基团与团均与水有较强的结合，而羟基、酰胺基等非解离基团与水之间的结合较弱。水之间的结合较弱。四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态4.1.2 4.1.2 与具有氢键键合能力的中性分子或基团的相互作用与具有氢键键合能力的中性分子或基团的相互作用20四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态 带有极性基团的有机物质由于和水能够通过氢键相带有极性基团的有机物质由于和水能够通过氢键相互结合，因此互结合，因此对纯水的正常结构都有一定程度的破
16、坏对纯水的正常结构都有一定程度的破坏，而且也可降低冰点。而且也可降低冰点。带极性基团的食品分子不但可以通过氢键结合并固带极性基团的食品分子不但可以通过氢键结合并固定水分子在自己的表面，而且通过静电引力定水分子在自己的表面，而且通过静电引力还可还可吸引一吸引一些水分子处于些水分子处于结合水结合水的外围，这些水称为的外围，这些水称为邻近水邻近水。尽管。尽管结合或附着在分子上的水分子数量并不多，但其作用和结合或附着在分子上的水分子数量并不多，但其作用和性质常常非常重要。它们常是一些酶保持活性结构并能性质常常非常重要。它们常是一些酶保持活性结构并能发挥作用的重要因素；也常是食品保持正常结构的重要发挥作
17、用的重要因素；也常是食品保持正常结构的重要因素。因素。21四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态v 在生物大分子的在生物大分子的两个部位或两个大两个部位或两个大分子之间也可形成分子之间也可形成由几个水分子所构由几个水分子所构成的成的“水桥水桥”。木瓜蛋白酶中的三分子水桥木瓜蛋白酶中的三分子水桥22四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态4.1.3 4.1.3 与非极性物质的相互作用与非极性物质的相互作用水中加入疏水性物质水中加入疏水性物质疏水基团与水分子疏水基团与水分子产生斥力，从而使产生斥力，从而使疏水基团附近的水疏水基团附近的水分子之间的氢键键分子之间的氢键键合增强合增强, ,结
18、构更为有结构更为有序。序。疏水基团之间相互疏水基团之间相互聚集，从而使它们与聚集，从而使它们与水的接触面积减小，水的接触面积减小，结果导致自由水分子结果导致自由水分子增多。增多。23四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态水在疏水表面的取向水在疏水表面的取向 大多数蛋白质分子中大约大多数蛋白质分子中大约40%的氨基酸含有非极性基团。的氨基酸含有非极性基团。 蛋白质的非极性基团包括丙蛋白质的非极性基团包括丙氨酸的甲基、苯丙氨酸的苄基、氨酸的甲基、苯丙氨酸的苄基、缬氨酸的异丙基、半胱氨酸的巯缬氨酸的异丙基、半胱氨酸的巯基、亮氨酸的仲丁基和异丁基。基、亮氨酸的仲丁基和异丁基。其他化合物例如醇类、
19、脂肪酸和其他化合物例如醇类、脂肪酸和游离氨基酸的非极性基团也参与游离氨基酸的非极性基团也参与疏水相互作用。疏水相互作用。排斥正电荷排斥正电荷吸引负电荷吸引负电荷24非极性物质具有两种特殊的性质非极性物质具有两种特殊的性质：四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态蛋白质分子产生的蛋白质分子产生的疏水相互作用疏水相互作用 和水形成和水形成笼形水合物笼形水合物25四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态疏水水合疏水水合& 向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子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，
20、使得熵减小，此过程成为疏的氢键键合增强，使得熵减小，此过程成为疏水水合。水水合。疏水相互作用疏水相互作用疏水相互作用疏水相互作用26四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态疏水相互作用疏水相互作用& 当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性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。用成为疏水相互作用。疏水相互作用疏水相互作用疏水相互作用疏水相互作用27四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态球状蛋白质的疏水相互作用球状蛋白质的疏水相互作用n疏水基团缔合或发疏水基团缔合或发生生“疏水
21、相互作用疏水相互作用”，引起了蛋白质，引起了蛋白质的折叠。的折叠。n疏水相互作用是蛋疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱白质折叠的主要驱动力。同时也是维动力。同时也是维持蛋白质三级结构持蛋白质三级结构的重要因素。的重要因素。疏水相互作用疏水相互作用疏水相互作用疏水相互作用28四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态笼形水合物笼形水合物& 是象冰一样的包含化合物，水为是象冰一样的包含化合物，水为“宿主宿主”，它，它们靠氢键键合形成像笼一样的结构，通过物理方们靠氢键键合形成像笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼内，被截留的物质称为式将非极性物质截留在笼内，被截留的物质称为“客体客体”。一
22、般。一般“宿主宿主”由由20-74个水分子组成，个水分子组成，较典型的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃较典型的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等。等。笼形水合物笼形水合物笼形水合物笼形水合物294.2 4.2 食品中水的存在状态食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态 根据食品中水与非水物质之间的相互关系，可根据食品中水与非水物质之间的相互关系，可以把食品中的水分作不同的类型（如下页图）。以把食品中的水分作不同的类型（如下页图）。30也称也称束束缚水缚水、固定水固定水也称也称体体相水相水，游离水游离水31四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态结合水和自由水之间结
23、合水和自由水之间很难作截然的划分很难作截然的划分，其主要的区别，其主要的区别在于：在于：a.结合水的量与食品中所含结合水的量与食品中所含极性物质的量极性物质的量有比较固定的关有比较固定的关系，如系，如100g蛋白质大约可结合蛋白质大约可结合50g 的水，的水，100g淀粉的持水能力淀粉的持水能力在在3040g；b.结合水对食品结合水对食品品质和风味品质和风味有较大的影响，当结合水被强有较大的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变；行与食品分离时，食品质量、风味就会改变； c.结合水不易结合水不易结冰结冰，由于这种性质使得植物的种子和微生，由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢
24、子得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰晶所破坏，解冻后组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰晶所破坏，解冻后组织不同程度的崩溃；不同程度的崩溃；d.结合水不能作为可溶性成分的结合水不能作为可溶性成分的溶剂溶剂，也就是说丧失了溶，也就是说丧失了溶剂能力；剂能力；e.体相水可被体相水可被微生物所利用微生物所利用，结合水则不能。，结合水则不能。32n n结合水结合水结合水结合水按照与食品中非水组分氢键结合强弱可分按照与食品中非水组分氢键结合强弱可分为：为：n单分子层水单分子层水 与非水组分中强极性基团直接以氢键
25、结合的第一个水与非水组分中强极性基团直接以氢键结合的第一个水分子层中的水，与非水组分结合的最为牢固，蒸发的能力分子层中的水，与非水组分结合的最为牢固，蒸发的能力很弱，不能被微生物利用，不能作为介质进行生物化学反很弱，不能被微生物利用，不能作为介质进行生物化学反应。应。n多分子层水多分子层水 强极性基团单分子层外的几个水分子层中所含的水，强极性基团单分子层外的几个水分子层中所含的水，以及与非水组分中弱极性基团以氢键结合的水，向外蒸发以及与非水组分中弱极性基团以氢键结合的水，向外蒸发的能力也较弱。干燥的食品吸收了这部分水后，非水组分的能力也较弱。干燥的食品吸收了这部分水后，非水组分开始膨胀。开始膨
26、胀。四、食品中水的存在状态四、食品中水的存在状态33五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线n食品的水分含量食品的腐败性食品的水分含量食品的腐败性 存在相关性存在相关性 但发现水分含量相同，腐败性显著不同但发现水分含量相同，腐败性显著不同 水分含量不是一个腐败性的可靠指标水分含量不是一个腐败性的可靠指标 n水分活度水分活度Aw 水与非水成分缔合强度上的差别水与非水成分缔合强度上的差别 比水分含量更可靠，也并非完全可靠比水分含量更可靠，也并非完全可靠 与微生物生长和许多降解反应具有相关性与微生物生长和许多降解反应具有相关性 34水分活度水分活度（water activitywat
27、er activity） 是指食品中水的蒸汽压与是指食品中水的蒸汽压与该温度下该温度下纯水的饱纯水的饱和蒸汽压的比值，可用下式表示和蒸汽压的比值，可用下式表示: :1.Aw1.Aw的定义的定义五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线35Aw与产品环境的百分平衡相对湿度（与产品环境的百分平衡相对湿度（ERH）有关）有关lAw是样品的内在品质，是样品的内在品质，ERH是与样品平衡时大是与样品平衡时大气的性质。气的性质。 l仅当产品与环境达到平衡时，关系式才能成立。仅当产品与环境达到平衡时，关系式才能成立。 五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线特点：特点： 一般，
28、物一般，物质溶于水后，溶于水后，该溶液的蒸汽溶液的蒸汽压总要低要低于于纯水的蒸汽水的蒸汽压，故，故Aw值总是在是在01之之间！36n水分含量相同，温度不同，水分含量相同，温度不同，AwAw不同，温度对于水分活度不同，温度对于水分活度的值有较大的影响。的值有较大的影响。 n物理化学中的克劳修斯物理化学中的克劳修斯- -克拉贝龙方程精确表示了水分克拉贝龙方程精确表示了水分活度与绝对温度（活度与绝对温度（T T）之间的关系：）之间的关系： dlnAw/d(1/T)=-H/RdlnAw/d(1/T)=-H/R.(1).(1) 其中其中R R为气体常数，为气体常数，H H为样品中水分的等量净吸附热。为样
29、品中水分的等量净吸附热。 整理此式可得：整理此式可得： lnAw=-kH/R(1/T)lnAw=-kH/R(1/T)(2)(2)2.2.水分活度与温度的关系水分活度与温度的关系五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线37 其中：此处的其中：此处的H H 可用纯水的汽化潜热表示，是常数，可用纯水的汽化潜热表示，是常数，其值为其值为40537.2J/mol40537.2J/mol，K K的意义可以用下式表示：的意义可以用下式表示： K K的直观意义是在达到同样水蒸气压时，食品的温度比的直观意义是在达到同样水蒸气压时，食品的温度比纯水温度高出的比值，本质反映了食品中非水成分对水活性纯
30、水温度高出的比值，本质反映了食品中非水成分对水活性的影响。食品中非水成分越多并且与水的结合能力越强，的影响。食品中非水成分越多并且与水的结合能力越强，k k值越大，相同温度时值越大，相同温度时AwAw值越小；反之亦然。值越小；反之亦然。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线38lnAw1/T从左图可以得出如下结论：从左图可以得出如下结论：A：从水分含量从水分含量4到到25，Aw与温度（与温度（550）关系）关系为直线；为直线；B：水分含量少时，温度所引水分含量少时，温度所引起的起的Aw变化小。变化小。上述关系是：在一定的水上述关系是：在一定的水分含量范围内，分含量范围内，ln
31、Aw与与1/T是一种线性关系。是一种线性关系。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线39在冰点以下也是线性的在冰点以下也是线性的 温度对温度对AwAw的影响的影响 冰点以下冰点以上冰点以下冰点以上 温度下降到开始结冰时，温度下降到开始结冰时， 直线出现明显的折断直线出现明显的折断五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线在较大的温度范围内作图时在较大的温度范围内作图时现在讨论冰点以下的现在讨论冰点以下的Aw40nP Pffff部分冻结食品中水的分压部分冻结食品中水的分压 nP P0 0 (scw) (scw)纯的过冷水的蒸汽压纯的过冷水的蒸汽压 nP(ice)P
32、(ice)纯冰的蒸汽压纯冰的蒸汽压 基于冷冻食品中水的分压等于相同温度下冰的蒸汽压。基于冷冻食品中水的分压等于相同温度下冰的蒸汽压。由于过冷水的蒸汽压已能测到由于过冷水的蒸汽压已能测到-15-15，而冰的蒸汽压可测到，而冰的蒸汽压可测到更低的温度，因此，精确地计算冷冻食品的更低的温度，因此，精确地计算冷冻食品的AwAw值是可能的。值是可能的。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线41比较冰点以上和冰点以下比较冰点以上和冰点以下Aw: :n在冰点以上，在冰点以上，AwAw是样品组成与温度的函数，前者是主要的是样品组成与温度的函数，前者是主要的因素因素; ;n在冰点以下，在冰点以
33、下，AwAw与样品的组成无关，而仅与温度有关，即与样品的组成无关，而仅与温度有关，即冰相存在时，冰相存在时，AwAw不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据不能根据AwAw预测受溶质影响的反应过程；预测受溶质影响的反应过程； n不能根据冰点以下温度的不能根据冰点以下温度的AwAw预测冰点以上温度的预测冰点以上温度的AwAw； n当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品稳定性而言，水当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品稳定性而言，水分活度的意义也改变了。分活度的意义也改变了。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线423.3.水分吸着等温线的定
34、义水分吸着等温线的定义 水分吸着等温线水分吸着等温线 (Moisture sorption isotherms,MSI)： 在恒温条件下，食品的水分含量（每克干物质中水的质在恒温条件下，食品的水分含量（每克干物质中水的质量）与量）与AwAw的关系曲线。的关系曲线。 等温吸湿线分回吸（吸附）和解吸两种。等温吸湿线分回吸（吸附）和解吸两种。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线43高高水分食品的水分食品的MSIr从正常至干燥的整个水从正常至干燥的整个水分含量范围分含量范围五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线44低低水分食品的水分食品的MSIv加水回吸时，试样的
35、水从加水回吸时，试样的水从区区（干）移至区（干）移至区（高（高水分）水分） v各区相关的水的性质存在各区相关的水的性质存在着显著的差别（实际是连着显著的差别（实际是连续变化的）续变化的）五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线区：是食品中与非水物质区：是食品中与非水物质结合最为紧密的水，吸湿时结合最为紧密的水，吸湿时最先吸入，干燥时最后排除，最先吸入，干燥时最后排除，不能使干物质膨润，更不能不能使干物质膨润，更不能起到溶解作用。起到溶解作用。区：进一步加水进入区：进一步加水进入区，区，此区的水包括区间此区的水包括区间的水和的水和区间区间内的所增加的水，实内的所增加的水，实际上为
36、多层水；可起到膨润际上为多层水；可起到膨润和部分溶解的作用（和部分溶解的作用（B），会），会增加反应的速率。增加反应的速率。区：是食品中与非水物质结合最区：是食品中与非水物质结合最不牢固的，最容易流动的水，也称不牢固的，最容易流动的水，也称自由水，起到膨润和溶解作用。自由水，起到膨润和溶解作用。45BETBET单层：单层：n区区和和接界接界 n0.07g H0.07g H2 2O/ gO/ g干物质干物质 nAw =0.2 Aw =0.2 n相当于一个干制品能呈现相当于一个干制品能呈现最高的稳定性时含有的最最高的稳定性时含有的最大水分含量大水分含量五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分
37、吸着等温线46小结：小结：五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线分区是相对的！没有准确的区间分界线！分区是相对的！没有准确的区间分界线！47不同食品类型的不同食品类型的MSIMSI五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线湿度非常低时：湿度非常低时：- -水分与溶质间作用强烈水分与溶质间作用强烈- -不可利用不可利用-Aw-Aw低低当水分逐渐增加时：当水分逐渐增加时：- -水分不再受束缚水分不再受束缚- -可利用可利用-Aw-Aw上升。上升。484. MSI4. MSI与温度的关系与温度的关系n水分含量一定水分含量一定 T T，Aw Aw 五、水分活度与水分吸着
38、等温线五、水分活度与水分吸着等温线495.5.滞后现象滞后现象回吸：回吸：把水加到干的样品中把水加到干的样品中 解吸：解吸：先使样品吸水饱和，再干燥先使样品吸水饱和，再干燥 滞后现象滞后现象： 回吸与解吸所得的等温线不重叠现象回吸与解吸所得的等温线不重叠现象即为滞后现象。即为滞后现象。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线50滞后环滞后环n一般来说，当一般来说，当AwAw一定时，一定时，解吸过程中食品的水分解吸过程中食品的水分含量大于回吸过程中水含量大于回吸过程中水分含量。分含量。 解吸线在上方解吸线在上方 n滞后环形状取决于滞后环形状取决于 食品品种食品品种 温度温度五、水
39、分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线51引起食品解吸和回吸出现滞后现象的主要原因有引起食品解吸和回吸出现滞后现象的主要原因有： A.A.解吸过程中一些水分与非水物质相互作用导致释放速解吸过程中一些水分与非水物质相互作用导致释放速度减缓；度减缓； B. B.物料不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽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气压；空水分需要不同的蒸气压； C. C.解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合解吸作用时，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。由水分，由此可导致回吸相同水量时处于
40、较高的水分活度。由于滞后现象的存在，由解吸制得的食品必需保持更低的水分于滞后现象的存在，由解吸制得的食品必需保持更低的水分活度才能与由回吸制得的食品保持相同的稳定性。活度才能与由回吸制得的食品保持相同的稳定性。 滞后现象的研究对于滞后现象的研究对于食品脱水食品脱水和和复水复水过程有重要的指导过程有重要的指导意义，然而滞后现象的本质和应用中还有许多不清楚的地方。意义，然而滞后现象的本质和应用中还有许多不清楚的地方。五、水分活度与水分吸着等温线五、水分活度与水分吸着等温线52六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性Aw范围范围在此范围内的最低在此范围内的最低Aw所能抑制的所能抑制的微生物种
41、类微生物种类在此水分活度范围内的食品在此水分活度范围内的食品1.000.950.950.910.910.870.870.800.800.750.750.650.650.60小于小于0.50 假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏菌属、克霍伯氏菌属、芽孢杆菌、产气菌属、克霍伯氏菌属、芽孢杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母菌属、足球菌、一些霉菌、酵母许多酵母、小球菌许多酵母、小球
42、菌大多数霉菌、金黄色葡萄球菌、大多数大多数霉菌、金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属酵母菌属大多数嗜盐细菌、产真菌毒素的曲霉大多数嗜盐细菌、产真菌毒素的曲霉嗜旱霉菌、二孢酵母嗜旱霉菌、二孢酵母耐渗透压酵母、少数霉菌耐渗透压酵母、少数霉菌微生物不增殖微生物不增殖极易腐败变质（新鲜）的食品、罐头水果、蔬菜、极易腐败变质（新鲜）的食品、罐头水果、蔬菜、肉、鱼及牛奶，熟香肠和面包，含有约肉、鱼及牛奶，熟香肠和面包，含有约40%(w/w)蔗糖或蔗糖或7%食盐的食品食盐的食品一些干酪、腌制肉、一些水果汁浓缩物，含有一些干酪、腌制肉、一些水果汁浓缩物，含有55%蔗糖（饱和）或蔗糖（饱和）或12%食盐的食品食盐的食
43、品发酵香肠、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含发酵香肠、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含65%蔗糖（饱和）或蔗糖（饱和）或15%食盐的食品食盐的食品大多数浓缩果汁、甜炼乳、巧克力糖浆、槭糖浆大多数浓缩果汁、甜炼乳、巧克力糖浆、槭糖浆和水果糖浆，面粉，米，含有和水果糖浆，面粉，米，含有1517%水分的豆水分的豆类食品水果蛋糕，家庭自制火腿等类食品水果蛋糕，家庭自制火腿等果酱、加柑橘皮丝的果冻、杏仁酥糖、糖渍水果、果酱、加柑橘皮丝的果冻、杏仁酥糖、糖渍水果、一些棉花糖一些棉花糖含含10%水分的燕麦片、砂性软糖、棉花糖等水分的燕麦片、砂性软糖、棉花糖等含含1520%水的果干、蜂蜜等水的果干、蜂蜜等食品中食
44、品中AwAw与微生物生长与微生物生长53从右图可知：从右图可知：除非酶氧化在除非酶氧化在Aw0.3Aw0.3时有较时有较高反应外，其它反应均是高反应外，其它反应均是AwAw愈小反应速度愈小。愈小反应速度愈小。也就是说，对多数食品而言也就是说，对多数食品而言, ,低低AwAw有利于食品的稳定性。有利于食品的稳定性。首次出现最低反应速度时水首次出现最低反应速度时水分含量相当于分含量相当于“BETBET”水分含水分含量量 几类重要反应与几类重要反应与AwAw的关系的关系54六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性AwAw与食品化学变化的关系与食品化学变化的关系 影响脂肪品质的化学反应主要为酸
45、败，而酸败过程的化影响脂肪品质的化学反应主要为酸败，而酸败过程的化学本质是空气氧的自动氧化。脂类和各种含脂食品的氧化速学本质是空气氧的自动氧化。脂类和各种含脂食品的氧化速度很大程度上取决于水分活度。在水分含量很低（度很大程度上取决于水分活度。在水分含量很低（Aw小于小于0.1）的干燥食品中，氧化进行得非常快。水分含量增加到）的干燥食品中，氧化进行得非常快。水分含量增加到Aw约为约为0.3时，脂类氧化减慢，并达到一个最低速度；水分时，脂类氧化减慢，并达到一个最低速度；水分活度（活度（Aw0.550.85）较高时，氧化速度再度增加，这可）较高时，氧化速度再度增加，这可能是提高了体系中催化剂的流动性
46、而造成的。能是提高了体系中催化剂的流动性而造成的。脂脂 肪肪55六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性 淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。 当食品中大量存在糖、盐以及其他强烈结合水的组分当食品中大量存在糖、盐以及其他强烈结合水的组分时，能与水强烈结合，使时，能与水强烈结合，使Aw下降，导致淀粉不能糊化或下降，导致淀粉不能糊化或者糊化的程度非常低。者糊化的程度非常低。 老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而导老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而导致溶解性能、糊化及成面团作用变差的过程。在含水量致溶解性能、糊化及成面团作用变差的
47、过程。在含水量3060%时，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度变时，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度变慢；当含水量降至慢；当含水量降至1015%时，淀粉中的水主要为结合水，时，淀粉中的水主要为结合水，不会发生老化。不会发生老化。淀淀 粉粉56六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性 据测定，当食品中的水分含量在据测定，当食品中的水分含量在2%以下时，可以有以下时，可以有效的阻止蛋白质的变性；而当达到效的阻止蛋白质的变性；而当达到4%或其以上时，蛋白或其以上时，蛋白质变性变得越来越容易。水促使蛋白质变性的原因是，质变性变得越来越容易。水促使蛋白质变性的原因是，水能使多孔蛋白质润
48、胀，暴露出长链中可能被氧化的基水能使多孔蛋白质润胀，暴露出长链中可能被氧化的基团，导致氧化反应的发生，破坏保持蛋白质高级结构的团，导致氧化反应的发生，破坏保持蛋白质高级结构的弱键，从而使蛋白质变性。弱键，从而使蛋白质变性。蛋白质蛋白质57 褐变反应是影响食品质量和外观特性的重要的化学反褐变反应是影响食品质量和外观特性的重要的化学反应，包括应，包括酶促褐变酶促褐变和和非酶褐变非酶褐变两类。酶促褐变是在酶作两类。酶促褐变是在酶作用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品颜色变劣的过程。当食品中的水分活度在颜色变劣的过程。当食品中的水分活度在0.
49、250.30之间之间时，酶促褐变可被有效防止；但当水分活度在此基础上时，酶促褐变可被有效防止；但当水分活度在此基础上增加时，酶促反应就会明显发生。增加时，酶促反应就会明显发生。六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性酶酶58六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性 指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在0.60.7之间时，非酶褐变最为严重；水分活度下降，褐变之间时，非酶褐变最为严重；水分活度下降，褐变速度减慢，在速度减慢，在0.2以下时，
50、褐变难以发生。但当水分活度以下时，褐变难以发生。但当水分活度超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质的减少而下降。的减少而下降。 非酶褐变非酶褐变59 一般而言，当食品中的水分活度增大时，一般而言，当食品中的水分活度增大时，会引起水溶性营养物质的损失。会引起水溶性营养物质的损失。六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性水溶性营养物质水溶性营养物质60 总之，降低食品中的水分活度，可以延缓酶总之，降低食品中的水分活度，可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少营养成分的破坏，促褐变和非酶褐变的进行，减少营养成分的破坏，防止水溶性色素
51、的分解。但水分活度太低，反而防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而会加速脂肪的氧化酸败。要使食品具有最高的稳会加速脂肪的氧化酸败。要使食品具有最高的稳定性，最好将水分活度保持在结合水范围内定性，最好将水分活度保持在结合水范围内（0.350.350.500.50）。这样，既可使化学变化难以发）。这样，既可使化学变化难以发生，同时又不会使食品丧失吸水性和持水性。生，同时又不会使食品丧失吸水性和持水性。 六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性61六、水分活度与食品稳定性六、水分活度与食品稳定性食物储藏食物储藏怎么降低水分活度？怎么降低水分活度？-降低水分含量（脱水）降低水分含量（脱水）
52、-增加亲水性溶质增加亲水性溶质-冷藏食品冷藏食品加工成的食品（果酱）加工成的食品（果酱）火腿火腿冰难参与变质反应冰难参与变质反应62七、冰在提高食品稳定性中的作用七、冰在提高食品稳定性中的作用n冷藏是食品加工及贮运过程中的主要技术，这是冷藏是食品加工及贮运过程中的主要技术，这是因为在低温的条件下，食品的稳定性提高。因为在低温的条件下，食品的稳定性提高。n低温提高食品稳定性的主要原因是降低了大多数低温提高食品稳定性的主要原因是降低了大多数化学反应的速度。但是在低温条件下，并不是所化学反应的速度。但是在低温条件下，并不是所以反应都被抑制，相反有些反应的速度或在某种以反应都被抑制，相反有些反应的速度
53、或在某种程度上被提高。例如一些维生素程度上被提高。例如一些维生素C C、维生素、维生素A A、胡、胡萝卜素、蛋白质等的氧化、磷脂的水解等反应。萝卜素、蛋白质等的氧化、磷脂的水解等反应。63n低温提高一些食品化学反应速度的原因有两个方低温提高一些食品化学反应速度的原因有两个方面：面：n其一，在冻结情况下，由于结冰导致自由水的含量减少及其一，在冻结情况下，由于结冰导致自由水的含量减少及产生的浓缩效应，使得自由水中的非水物质的浓度大大提产生的浓缩效应，使得自由水中的非水物质的浓度大大提高，其高，其pHpH值、离子强度、黏度、表面和界面张力及氧化值、离子强度、黏度、表面和界面张力及氧化还原电位的发生大
54、的改变，促进了非水物质之间的接触机还原电位的发生大的改变，促进了非水物质之间的接触机会，为一些反应创造了合适的反应条件；会，为一些反应创造了合适的反应条件；n其二，使酶的浓度提高，酶与激活剂、底物之间的接触机其二，使酶的浓度提高，酶与激活剂、底物之间的接触机会大大提高。会大大提高。七、冰在提高食品稳定性中的作用七、冰在提高食品稳定性中的作用64本章习题本章习题一、名词解释一、名词解释1. 结合水结合水2. 自由水自由水3. 毛细管水毛细管水 4. 水分活度水分活度5. “滞后滞后”现象现象 6. 食品的水分吸着等温线食品的水分吸着等温线 7. 单分子单分子层水层水 二、问答题二、问答题1.食品中水的存在状态有哪些？各有何特点？食品中水的存在状态有哪些？各有何特点？2.食品的含水量和水分活度有何区别？食品的含水量和水分活度有何区别？ 3.什么是什么是水分吸着等温线水分吸着等温线？各区有何特点？各区有何特点？4.水与溶质作用有哪几种类型？每类有何特点？水与溶质作用有哪几种类型？每类有何特点？5.为什么说不能用冰点以下食品为什么说不能用冰点以下食品Aw预测冰点以上预测冰点以上Aw的性质？的性质？6.试述水分活度与脂肪氧化的关系如何？试述水分活度与脂肪氧化的关系如何？
