食品化学（肖苏尧）水分复习.doc

第2章水分［教学内容］［重点］［难点］、水的功能 、水和冰的结构和性质~:、食品中水的存在形式四、水分活度五、吸湿等温线六、水分活度与食品的稳定性一、水的功能1水在食品工艺学方面的功能a从食品理化性质上讲，水在食品中起着溶解、分散蛋白质、淀粉等水溶性成分 的作用，使它们形成溶液或凝胶b从食品质地方面讲，水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味、耐贮性和加工适 应性都具有重要的影响c从食品安全性讲，水是微生物繁殖的必需条件d从食品工艺的角度讲，水起着膨润、浸透、均匀化等功能2水在食品生物学方面的功能a水是体内化学作用的介质，亦是化学反应的反应物和产物，是组织或细胞所需 养分和代谢物质以及排泄物质转运的载体b水的比热大，是体温良好的稳定剂c水是构成集体的重要成分d水可对体内的机械摩擦产生润滑，减少损伤实例1.水在食品中的作用表1不同含水量面皮制作的速冻水饺的冻裂率加水量（％）3436384042冻裂率（％）7d8.04.00.08.08.014d12.08.04.012.08.0通过表1可以看出，面团含水量较低时面皮容易出现干裂现彖，随着水分的升华食品表面的 水分蒸发，干裂情况逐渐加重；当含水量增加到38%时冻裂率最低，防裂效果最好；当含水 量进一步增加，水结冰以后体积膨胀，冻裂情况有所增加，但储存期间没有加剧现象出现。

表2干燥时间对产品品质的影响干燥吋1'可胚片含水量干燥后膨化口感(h)(%)外观外观064.00平整较湿淡黄色略白大气泡产生柔软125.50略卷曲边缘干燥中心潮湿淡黄色膨胀明显软28.10卷曲基本干燥黄色膨胀明显气泡少酥脆35.20卷曲有裂缝黄色膨胀不明显气泡少较脆43.30容易破碎黄色儿乎不膨胀无气泡硬从表2看出，坏料含水量的不同对蚕豆脆片的膨化有着显著的影响，当含水量在25.5%吋， 经油炸后脆片柔软不脆，而且有大量的气泡鼓出含水量逐渐降低时膨化效果显著提高，但 当含水量在3.3%时膨化率又下降在实验中发现，当蚕豆片含水量在3.3%左右时，蚕豆 片出现裂缝并逐渐破碎，可能与原料的基础配方有关系因此，油炸前干坯的含水量控制在 8%左右干燥时间选择在2 h左右时，制作出的蚕豆膨化脆片膨化效果及口感比较好°二、 水和冰的结构和性质水的熔点、沸点比较高介电常数、表面张力、热容和相变热等物理常数也较高水的密度较低，水结冰时体积增加，表现出异常的膨胀特性，这会导致食品冻结时组织结构 的破坏一般的食物在冻结后解冻往往有大量的汁液流出，其主要原因是冻结后冰的体积比 相同质量的水的体积增大9%,因而破坏了组织结构。

冰的导热系数在0°C时近似为同温度下水的导热系数的4倍，冰的热扩散系数约为水的9 倍，说明在同一环境中，冰比水能更快的改变自身的温度导致了在相同温度下组织材料冻 结的速度比解冻的速度快很多水分子结构中的H-0键间电荷的非对称分布使H-0键具有极性，这种极性使分子之间产生 引力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 冰是水分子靠氢键连接有序排列形成的晶体具有低密度的刚性结构三、 食品中水的存在形式1、 食品中水与非水组分之间的相互作用水与离子基团之间的相互作用离子电荷与水分子的偶极子之间的相互作用，是食品中结合最紧密的水H20-Na+ 83.68kJ/moL H2O-H2O 20.9kJ/moL水与氢键型基团的作用水与非极性基团的作用2、 水的存在形式水与食品中的其他成分发生化学或物理作用，改变了水的性质按照食品中的水与其他成分 之间相互作用强弱可将食品中的水分成结合水、毛细管水和自由水结合水：：又称为束缚水，是指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水，是食品中与 非水成分结合的最牢固的水自由水：是指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水毛细管水：指食品中由于天然形成的毛细管而保留的水分，是存在于牛物体细胞间隙的水。

毛细管的直径越小，持水能力越强，当毛细管直径小于0,lum时，毛细管水实际上已经成 为结合水，而当毛细管直径大于0.lum则为自由水，大部分毛细管水为自由水结合水与自由水的区别：（D：结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系② ：结合水的蒸气压比自由水低得多③ :结合水不易结冰（冰点约-40°C）o®：结合水不能作为溶质的溶剂⑤:由水能为微生物所利用，结合水则不能食品中的结合水的产生除毛细管作用外，大多数结合水是由于食品中的水分与食品中的蛋白 质、淀粉、果胶等物质的竣基、拨基、氨基、亚氨基、疑基、疏基等亲水性基团或水中的无 机离子的键合或偶极作用产生的根据与食品中非水组分Z间的作用力的强弱可将结合水分 成单分子层水和多分子层水单分子层水：指与食品中非水成分的强极性基团如：竣基・、氨基+、轻基等直接以氢键结合 的第一个水分子层在食品中的水分中它与非水成分之间的结合能力最强，很难蒸发，与纯 水相比其蒸发焙大为增加，它不能被微生物所利用一般说来，食品干燥后安全贮藏的水分 含量要求即为该食品的单分子层水若得到干燥后食品的水分含量就可以计算食品的单分子 层水含量四、 水分活度1水分活度的定义水分活度在物理化学上是指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的蒸汽压的比值，可以用公 式aw=P/PO,也可以用相对平衡湿度表示aw=ERH/100o2水分活度与温度的关系由于蒸汽压和平衡相对湿度都是温度的函数，所以水分活度也是温度的两数。

水分活度与温 度的函数可用克劳修斯•克拉伯龙方程来表示但是当食品的温度低于0°C时，直线发生转折，说明其一是在冰点以上温度时，试样成分对 Aw影响较大；其二是在冰点下Aw的变化仅与温度有较大关系五、 吸湿等温线1等温吸湿线：是指在恒定温度下表示食品水分活度与含水量关系的曲线在等温吸湿线中 低水分含量范围内含水量稍增加就会导致水分活度的大幅度增加，把低水分含量区域内的曲 线放大，呈一反S形曲线根据水分活度与含水量的关系可将次曲线分成三个区域A区：aw=0~0.25,水分含量为0~0.07g/g干物质，这部分水是食品中与非水物质结合最为 紧密的水，吸湿时最先吸入，干燥时最后排除，不能使干物质膨润，更不能起到溶解的作用A区最高水分活度对应的含水量就是食物的单分子层水B区：aw=0.25~0.80,水分含量为0.07~0.32g/g干物质,该部分水实际上是多层水,他们将 起到膨润和部分溶解的作用，会加速化学反应的速度C区：aw=0.80~0.99,水分含量大于0.40g/g干物质，起溶解和稀释作用，冻结时可以结冰 一般说来，大多数食品的等温吸湿线都成S形，而含有大量糖及可溶性小分子但不富含高 聚物的水果、糖果以及咖啡提取物的等温吸湿线呈J形。

滞后”现象：一种食物一般有两条等温吸湿线，一条是是食品在吸湿时的等温吸湿线，另 一条是食品在干燥时的等温吸湿线，往往这两条曲线是不重合的，把这种现彖称为原因是 干燥时食品中水分子与非水物质的基团Z间的作用部分地被非水物质的基团之间的相互作 用所代替，而吸湿时不能完全恢复这种代替作用食品的等温吸湿线与温度有关，市于水分活度随温度的升髙而增大，所以同一食品在不同温 度下具有不同的等温吸湿线实例2.吸湿等温线20) 8( O 4 20恂对湿度RH / (%)龙眼干S 2陕西干枣1在同一温度下的吸湿等温线，随着相对湿度的增加，食品的含水暈增加.并在相对湿度为60 °C 以后，出现急剧上升的趋势.2在同一含水量下，随着温度的升高,水分活度随之增大.3三条曲线并没有相交，说明在不同湿度，不同温度下，食品有着不同的贮藏条件.六、水分活度与食品的稳定性食物在未冻结时，食物的稳定性与食物的水分活度有着密切的关系总的趋势是，水分活度 越小的食物越稳定，较少出现腐败变质现彖具体来说从以下几个方面进行阐述： a从微生物活动与食物水分活度的关系来看：各类微生物生长都需要一定的水分活度，换句 话说，只有食物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。

一般说來，细菌为 aw>0.9,酵母为aw>0.87,霉菌为aw>0.8一些耐渗透压微生物除外b从酶促反应与食物水分活度的关系来看：水分活度对酶促反应的影响是两个方面的综合， 一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶的构象食品体系中大多数的酶类 物质在水分活度小于0.85时，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等但 也有一些酶例外,如酯酶在水分活度为0.3甚至0.1时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解 c从水分活度与非酶反应的关系来看：脂质氧化作用：在水分活度较低时则会加速脂肪的氧 化酸败，当水分活度03-0.4时脂肪氧化速度最低，大于0.4水分活度的增加增大了食物中 氧气的溶解加速了氧化，而当水分活度大于0.8反应物被稀释，氧化作用降低Maillard反 应：水分活度太低时，会由于底物浓缩效应加速褐变速率，大于0.7时底物被稀释褐变作用 降低水解反应：水分是水解反应的反应物，所以随着水分活度的增大，水解反应的速度不断增大水分活度与食品安全性的关系图实例3.水分活度对食品中微生物生长的影响5X3、最曲遇»30 90贮裁时间/d1803不同Aw对低糖笋脯贮藏期畫菌数量的影响由图3可以看出，Aw为0.681的笋脯霉菌繁殖速度非常缓慢。

Aw为0.803的笋脯霉菌最 多，并且随着贮藏时间的延长繁殖速度迅速加快低糖笋脯Aw低于0.700时，在整个贮 藏期间，微生物增加速度非常缓慢，说明低Aw具有抑制微生物增长的作用，可明显地延长 笋脯贮藏期。