食品化学水2全解
55页1、第二章水 2 五 水分活度 不同种类的食品即使水分含量相同 其腐败变质的难易程度也有明显的差异 食品的品质和贮藏性能与水分活度有密切的关系 水分活度的定义 食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度AW wateractivity 可表示为 一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值 用公式表示即为 aw p p0其中 aw 水份活度 p 样品中水的蒸气分压p0 同温纯水蒸气压 ERH 样品周围的空气平衡相对湿度N 溶剂的摩尔分数n1 溶剂的摩尔数 n2 溶质的摩尔数 水分活度是指食品中水的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值 注意 1 水分活度的物理意义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的定量关系 应用aw ERH 100时必须注意 aw是样品的内在品质 而ERH是与样品中的水蒸气平衡时的大气性质 仅当食品与其环境达到平衡时才能应用 2 只有当溶质是非电解质且浓度小于1mol L的稀溶液时 其水分活度才可以按aw n1 n1 n2 计算 水分活度的测定方法MeasurementmethodsofAw 1 冰点测定法先测样品的冰点降低和含水量 据下两式计算a
2、w 其误差很小 0 001aw aw n1 n1 n2 n2 G Tt 1000 Kt G 溶剂克数 Tt 冰点降低 Kt 水的摩尔冰点降低常数 1 86 将已知含水量的样品置于恒温密闭小容器中 使其达到平衡 然后用电子或湿度测定仪测样品和环境空气的平衡相对湿度 即可得aw 2 相对湿度传感器测定法 通常温度恒定在25 扩散时间为20min 样品量为1g 并且是在一种水分活度较低 A 和另一种水分活度较高 B 的饱和盐溶液下分别测定样品的吸收 x 或散失水分 y 的重量 然后安下式计算 aw Ax By x y 置样品于恒温密闭的小容器中 用一定种类的饱和盐溶液使容器内的样品的环境空气的相对湿度恒定 待恒定后测样品含水量的变化 然后再求aw 水分活度与温度的关系 测定样品水活性时 必须标明温度 因为aW值随温度而改变 马铃薯淀粉的水分活度与温度的关系 温度系数 初始的水分活度为0 5时 在2 40 的温度范围内 湿度系数是0 0034 研究结果表明 高碳水化合物食品或高蛋白质食品的aw的温度系数 温度范围5 50 起始的aw为0 5 范围为0 003 0 02 对于不同的产品 温度改变
3、10 则aw的变化从0 03 0 2 于是 温度变化对水分活度的影响能改变密封在袋内或罐内的食品的稳定性 冰点以下水活度与温度的关系 Pff部分冷冻食品中水的分压P0 scw 纯的过冷水的蒸汽压P0 ice 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 由于过冷水的蒸汽压已能测到 15 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aw值是可能的 高于和低于冻结温度下aw的重要差别 冻结温度以上和以下aw对食品稳的影响是不同的 在 15 的产品中 aw为0 86 微生物不再生长 而且化学反应缓慢进行 但是在20 与aw为0 86时 一些化学反应将快速进行 一些微生物将以中等速度生长 六 水分吸湿等温线MoistureSorptionIsotherms 定义 在恒定的温度下 食品的水分含量 用单位干物质质量中水的质量表示 g水 g干物质 与它的水分活度之间的关系图称为吸附等温线 简称MSI 高含水量食品的吸湿等温线 低水分含量范围食品的水分吸着等温线 MSI的实际意义 由于水的转移程度与aw有关 从MSI图可以看出食品脱水的难易程度 也可以看出如何组合食品才能避
4、免水分在不同物料间的转移 据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响 从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱 MSI上不同区水分特性 大多数食品的吸湿等温线为S形 而水果 糖制品 含有大量糖和其它可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸湿等温线为J形 七 滞后现象Hysteresis 定义 把水加到干的样品中 回吸 所得的水分吸附等温线与解吸所得的等温线不一定重叠 这种不重叠现象即为滞后现象 Hysteresis 对于食品体系 滞后现象增加了复杂性 即不能从回吸等温线来预测解吸等温线 等温线的滞后现象 冷冻干燥苹果片的吸着滞后现象 冷冻干燥熟猪肉的吸着滞后现象 冷冻干燥大米的吸着滞后现象 滞后现象产生的原因 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 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 要抽出需P内 P外 要填满则需P外 P内 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水分含量时处于较高的aw 水分活度与食品的稳定性 Wateractivityandfoodstability 水分活度与食品化学变化的关系 1 对脂肪氧化酸败
5、的影响在Aw 0 0 35范围内 随Aw的增加 反应速度降低的原因 水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合 保护氢过氧化物的分解 阻止氧化进行 这部分水能与金属离子形成水合物 降低了其催化性 在Aw 0 35 0 8范围内 随Aw增加 反应速度增加的原因 水中溶解氧增加 大分子物质溶胀 活性位点暴露加速脂类氧化 催化剂和氧的流动性增加 当Aw 0 8时 随Aw增加 反应速度增加很缓慢的原因 催化剂和反应物被稀释 2 对淀粉老化的影响 在含水量达30 60 时 淀粉老化的速度最快 如果降低含水量则淀粉老化速度减慢 若含水量降至10 15 时 则水分基本上以结合水的状态存在 淀粉不会发生老化 3 对蛋白质变性的影响 蛋白质变性是改变了蛋白质分子多肤链特有的有规律的高级结构 使蛋白质的许多性质发生改变 因为水能使多孔蛋白质膨润 暴露出长链中可能被氧化的基团 氧就很容易转移到反应位置 所以 水分活度增大会加速蛋白质的氧化作用 破坏保持蛋白质高级结构的副键 导致蛋白质变性 据测定 当水分含量达4 时 蛋白质变性仍能缓慢进行 以下 则不发生变性 4 对酶促褐变的影响EnzymaticChanges
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