第二章-水综述.ppt

1、第二章水，本章的主要内容包括：食品中水分的意义和功能，水分活性和状态及其在食品中的组成，水与溶质的相互作用，水分活性和食品的稳定性，分子流动性和食品稳定性，一、食品中水的意义和功能，一、食品工艺学功能从食品理化性质出发， 水在食品中溶解形成它们的溶液和凝胶从食品面料方面，水从对食品的新鲜度、硬度、流动性、呈味性、耐贮藏性和加工适应性有重要影响的食品安全性方面，水从微生物繁殖的必要条件从食品工艺方面，水发挥溶胀、渗透、均匀化等功能2，水从食品生物学方面组织和细胞所需要的养分和代谢物质、排泄物质输送的载体水的比热大，体温好的稳定剂水是构成机体的重要成分水对机体内的机械摩擦产生润滑，减少损伤，二是食

2、品水的组成、食品中水分的存在状态，一是化学结合，二是物理-化学结合，三是食品中水分的存在状态，三是水， 相水自由水游离水、结合毛细管水可冻结，但在冰点下溶解溶质的能力强，干燥时容易除去的与纯水分子相比较，平均运动较近，适合微生物生长和大多数化学反应，容易引起食品的腐败变质，但与食品的风味和功能性密切相关。 40、不冻结的无溶质能力与纯水分子相比，平均运动为零，微生物不利用，四、食品中水分的表示方法、食品中的平衡水分定义为：当食品内部的水蒸气压和外部气体的水蒸气压在一定的温度和湿度下平衡时，食品中的含水量保持一定的值。 干基表示水分相对于食品干物总质量的百分比。 湿基表示水分相对于含水食品总质量

3、的百分率。 五、水分子的缔合，水分子的极性产生分子间的吸引力的水分子间的大吸引力不仅是大的偶极矩，而且是水分子间的缔合合作用水分子的三维空间结构，即水分子能够与其他4个水分子最大形成氢键的三维空间， 由于水分子具有相等数量的氢键供体和受体部分的水的三维氢键能力，水具有特殊性质的水的介电常数高，与氢键有关，六、水溶质的相互作用，宏观水平：宏观反映水与含细胞物质的亲水物质缔合的一般趋势的水键程度显示了这种趋势影响水键程度， 依赖于许多因素：非水成分的本质、盐的组成、pH值和温度保水力：描述由分子组成的机体在物理上捕集大量水阻止水渗出的能力保水力损害导致食品质量下降：凝胶食品脱水收缩冷冻食品解冻时浸

4、水动物宰后的生理变化会降低肌肉pH值使肉制品变质，六、 引起水溶质的相互作用，分子水平：溶质和水混合时同时改变这两种成分的性质亲水溶质改变邻接水的结构和流动性， 反应性疏水溶质只是与邻接的水分子有弱的作用而在反应体系中优先选择的非水环境离子和有机离子的离子基在不阻碍水分子的流动的程度上其他类型的溶质H2O-离子键的强度比氢键大，一方面，水和离子基的相互作用、水和离子、离子基的相互作用， 水和简单无机离子发生偶极子离子的相互作用，作用强度对氢键强，溶质影响水结构的网结构破坏效应(Net structure-breaking effect )是稀水溶液中的一些离子发生网结构破坏效应(Net str

5、ucture-breaking effect )例如krbcsnh4cl-br-I-no3- br o3- io3- clo4-等网络结构形成效果，其他离子为网络结构形成效果这些离子大多为小离子和多价离子，电场强度大，离子半径小，是网结构形成体。 如Li Na Ca 2 Ba 2 Mg 2 Al 3 F - OH -等，如何判断对水结构的影响？ 结论：离子半径小/多价离子产生强电场，产生网结构形成效果离子半径大/一价离子产生弱电场，产生网结构破坏效果，水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用水与非离子， 亲水性溶质之间的相互作用可能比水与离子的相互作用增加(不破坏)可形成氢键的溶质，纯水结构与

6、溶质形成氢键的部位的分布和几何上正常的水的氢键部位不相容，具有结构破坏效应的水能和各种潜在的适当基团形成氢键(羟基、氨基水与非极性物质的相互作用、疏水化(Hydrophobic hydration ) :水与非极性物质混合，显然是不利于热力学的过程(G0)。 由于非极性物质和水分子的斥力，疏水基附近的水分子间的氢键增强，熵减少的过程成为疏水化，疏水化作用的结果是：促进非极性物质间的缔合，水和非极性物质的界面面积减少，这是热力学上有利的过程(G0)，将该过程称为疏水相互作用(hydrrra )和r (水合) r (水合) R 2(水合) H 2 O R是非极性基团，是疏水相互作用(Hydroph

7、obic interaction )的示意图，当水与非极性基团接触时，为了减少水与非极性实体的界面面积，在疏水基团之间进行的该结构中，水为宿主 一般的“宿主”由2074个水分子构成，典型的“客体”有低分量烃、稀有气体、卤代烃等。 生物物质中最典型的是暴露的蛋白质分子中的疏水基周围存在笼状结构。 水与父母分子的相和作用，父母分子的特征是脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂质和核酸水与父母分子亲水部位的羧基、磷酸基羰基或一些含氮基的缔合引起父母分子的“可溶化”现象，水与父母分子的相和作用， 在蛋白质的水合作用等同时存在的a .水分少时，蛋白质中的水合主要缔合存在，含水量为0.38g H2O/g的干蛋白

8、质，Aw为0.85时，达到蛋白质的单分子层水合。 b .随着水分活性度的增加，蛋白质的结构也不同，对蛋白质的食品功能性有很大影响。 c .随着水分活性度的增加，溶菌酶活性也不同，存在相水时才显示明显的酶活性。 这对理解食品的保存和加工有重要意义。七、水活度(Aw )与相对蒸汽压、食品水分含量与其腐败性有一定的关系，除了评价食品中水分含量外，注意水的存在状态的食品加工中，浓缩和脱水的目的与降低食品水分含量的同时提高溶质溶解度，降低食品腐败性的食品水分含量相同。 但是，腐败程度显着不同的水和非水成分的缔合程度有很大差异的水分含量不是食品腐败的确定指标的水分活性度比水分含量更能准确地预测食品的稳定性

9、、安全性和其他性质，食品中的水分活性度和水分含量的关系，Aw=0.7时若干食品中的含水量(g水/g干物质)， 水分活性度(Aw )、p o在同一温度下纯水的饱和蒸气压水分活性度(Aw )与空气的平衡相对湿度： Aw=P/Po=ERH%、水分活性度的物理意义在数值上相等，应用3: Aw=ERH%时必须注意3360， Aw反映了样品的内在品质水与各种非水成分缔合的强度，同时表现了生物组织与食品中各种生理作用相关的水分含量和总含水量的定量关系，8、水分活性度对微生物生长的影响，9、水分吸湿等温线(Moisture Sorption Isotherms，MSI ) 在恒温条件下，当食品的Aw值高于环境

10、的相对湿度时，食品沿着解吸等温线散湿，是一种水分含量范围宽的食品水分吸附等温线，为了深入理解吸附等温线的含义和实用，右图曲线可以分为3个区间。 相当于等温线区间I中的水，是食品中吸附最牢固、最难移动的水，通过水离子和水偶极子相互作用吸附在极性部位，蒸发焓远大于纯水，在-40时不冻结，没有溶质溶解能力，食品的固体物没有塑化效果，微生物低水分含量范围的食品的水分吸附等温线，等温线区间的水分活性度多孔性食品材料吸附多分子层的水分，孔径变细，因此水蒸气在毛细管中自动凝聚。 因此，食品在高水分活性度下相对湿度稍微增大时，食品的含水量急剧增高，曲线强烈地靠近纵坐标。 区间范围内增加的水是食品中最坚固容易流

11、动的水，一般称为相水或自由水。 了解和测定MSI的意义是： a、在食品浓缩干燥过程中除水的难易度与Aw有关；b、调配食品，避免水分在不同材料之间的移动；c、对不同食品包装的包装材料的耐湿性要求；d、预测微生物的生长和食品的稳定性；e、预测食品的化学和物理的稳定性。 由于水分含量范围的食品水分吸附等温线，在低温低湿度的环境条件下，干燥食品比较稳定。 可以简单地将该分水视为固体的一部分，也可以理解为结合水。 包括相当于等温线区间I和区间边界的位置，当食品中的水分量增加时，该分水的增加开始溶解过程，具有促进增塑剂和基质膨胀的作用。 随着溶解作用的开始，体系中的反应物发生移动，很多反应的速度加快。 在

12、含水量高的食品中，属于等温线区间I和区间的水一般占总含水量的5以下。随着水含量的进一步增加，增加部分的水主要通过氢键与相邻水分子和溶质分子结合，增加溶解过程的反应速度，此时区相水被捕获或自由流动，通常占高水分食品总水分的95%以上。 MSI上不同区域的水分特性，上图提示：不同食品由于其化学组成和组织结构的不同，有不同的MSI、糖果(主要成分为蔗糖粉)； 喷雾干燥菊根提取物； 烘后咖啡猪胰脏提取物天然米淀粉注： 1呈40时曲线，其侑预均为20。 十、水分活度与食品稳定性、水分活度与温度的关系：在一定的水分含量范围内： lnAw与1/T呈线性关系。 开始Aw是0.5，温度系数在240的范围内是0.

13、0034/。 由左图可知，1、水分含量从4%到25%，Aw与温度(550 )的关系为直线2 .水分含量少时，随温度的Aw变化小。 (十二)水分吸附等温线与温度的关系表明，MSI与温度有密切的关系，同一食品的水分含量、温度越高，Aw也越大。 也就是说，食品的Aw随着温度的上升而变高，不同温度下马铃薯的水分解吸等温线，左图显示了1、Aw与温度的关系在冰点下呈直线关系。 2 .温度对Aw的影响远大于冰点下冰点上的影响： 3、冰点下发生折断4 .比较冰点下温度对Aw的影响时需要注意的2点： 1是在冰点以下的温度下，试料成分对Aw的影响大；2是冰点下Aw的变化仅对温度大从左图可以看出，除了酶氧化为Aw0

14、.3时有高反应的情况以外，其他反应都是Aw越小速度越小。 也就是说，c对于很多食品来说，低Aw有利于食品的稳定性。 低水分活性度稳定的食品的原因是水和脂质的氧化生成的过氧化氢氢键，保护过氧化氢的分解，阻止氧化的进行。 另外，在Aw=0.33时，该部分的水与金属离子形成水合物，使其催化活性降低。 1、对脂肪酸化酸败的影响，在A w=0- 0.33的范围内，由于A w、反应速度的原因，水分过低，一部分活性基露出，不能使过氧化物和金属离子水合作，脂肪酸化变快，水分过高，脂肪的氧化机理还不成熟。 2、对淀粉老化的影响，食品在高Aw(3060% )时，淀粉老化速度快，Aw下降，老化速度慢，含水量下降到10%，食品中水分形成结合状态，淀粉几乎不老化。 3、对蛋白质改性的影响，水分使蛋白质膨胀，增大体积，暴露长链中的可氧化基团，Aw的增大加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其改性。 4 .对化学及生化反应速度的影响，许多化学反应在水溶液中进行