第二章水.ppt

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1、第二章 水分,一、食品中的水分含量,一般生物体及食品中水分含量为397%，水在生物体内的含量 约7080%。,1、水在动物体内的含量特点,随动物年龄的增加而减少，成人含水量为5867%。 不同部位水分含量不同： 皮肤 6070%； 肌肉及器脏 7080%； 骨骼 1215%。,2、水在植物体内的含量特点,营养器官组织（根、茎、叶的薄壁组织）含量最高 7090%。 繁殖器官组织（种子、微生物的孢子）含量最低 1215%。,某些食品的水分含量表1,食品 水分含量 ( % ) 白菜，菠菜 9095 猪肉 5360 新鲜蛋 74 奶 88 冰淇淋 65 大米 12 面包 35 饼干 38 奶油 15-

2、20,二、水的功能,1 、水在生物体内的功能 1）稳定生物大分子的构象，使其表现特异的生物活性 2）体内化学介质，使生物化学反应顺利进行 3）营养物质，代谢载体 4）热容量大，调节体温 5）润滑作用 此外，水还具有镇静、强壮效果；保护眼睛，降脂减肥和美容作用。,2、 水的食品功能,1）食品的组成成分 2）显示色、香、味、形、质构特征 3）分散蛋白质、淀粉，形成溶胶 4）影响鲜度、硬度 5）影响加工，起浸透、膨胀作用 6）影响储藏性,三、水分子,每个HO键的离解能力为4.614*102kJ/mol。 两个HO键间夹角为104.5。 OH核间距为0.096nm。,四、水的物理性质,1 、水的三态

3、1）以水汽（100/1个大气压） 2）水冰（0/1个大气压） 3）汽冰（0/611Pa以下） 特点: 具有水、汽、冰三相共存（0.0098/611Pa）,* * 2、水的重要物理性质,水的许多物理性质：如熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、表面张力和界电常数都明显偏高. * *原因: 水分子间存在着三维氢键缔合的缘故P1415,（1）水的密度在4最大，为1；0时冰密度为0.917,水结冰时,体积膨胀约9%. 实际应用: 这种性质易对冷冻食品的结构造成机械损伤,是冷冻食品行业中应关注的问题,（2）水的沸点与气压呈正相关关系.当气压升高时,则其沸电升高;当气压下降，则沸点降低。 实际应用: 热敏性

4、的食品如牛奶、肉汁、果汁等的浓缩通常采用减压或真空方式来保护食品的营养物质 不易煮烂的食物，如动物的筋、骨、牛肉等可采用高压蒸煮，低酸性的罐头的杀菌 高原上做饭应采用高压,（3）水的比热较大 水的比热大是因为当温度升高时，除了分子动能需要吸收热量外，同时缔合的分子转化为单分子时也需要吸收热量所致。使得水温不易随气温的变化而异。比如海洋性气候就是如此。,（4）冰的导电系数与热传递系数均比水的大，分别大3倍与4倍。 也就是说，在一定的环境中，冰改变自身的温度要比水的快得多。,# 五、食品中的水分状态 及与溶质间的相互关系,1、水分状态 1 ）结合水（束缚水，bound water，化学结合水） 定

5、义：P21 作用力：配位键，氢键，部分离子键 特点：在-40以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂,化合水：与非水物质结合得最牢固的并构成非水物质整体的那部分非水物质部分水。 邻近水: 指处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置。 约为总水量的0.5%。 多分子层水: 指位于第一层的剩余位置的水和在单分子层水的外层形成的另外几层水。,2 ）自由水（ free water）（体相水，游离水，吸湿水） 定义：P22 作用力：物理方式截留，生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留；毛细管力 特点： 可结冰，溶解溶质；测定水分含量时的减少量；可被微生物利用。,滞化水：被组织中的显微和亚显微结构及膜所阻碍

6、留住的水。 毛细管水:在生物组织的细胞间隙和食品结构组织中，由毛细管力所截留的水，在生物组织中又称为细胞间水。 自由流动水（截留水、自由水）：指动物的血浆、淋巴和尿液，植物的导管和细胞内液泡中的水以及食品中肉眼可见的水，系可以自由流动的水。,结合水与体相水的区分：P22,2、水溶质间的相互关系 1）水与离子和离子基团的相互作用 作用力：极性结合，偶极离子相互作用 阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质； 水离子键的强度大于水水氢键； 破坏水的正常结构,阻止水在0时结冰，对冰的形成造成一种阻力,与水产生水合离子作用的离子根据它们对水结构的影响分为两类:P19 结构破坏离子:能阻碍水形成网状结构，这类

7、盐的溶液比纯水的流动性大。 特点：离子半径大，电场强度较弱。如K+、Cl-、Rb+、NH4+、Br-、I-等。,结构促进离子：有助于水形成网状结构，这类盐的溶液比纯水的流动性小。 特点：离子半径小，电场强度较强。如Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。,2） 水与可形成氢键的中性基团的相互作用 水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键； 作用力小于水与离子间作用力；对水的网状结构影响小；阻碍水结冰； 大分子内或大分子间产生“水桥” P19 ,3 ）水与非极性物质的相互作用 笼形水合物的形成：由于非极性基团与水分子产生斥力，使疏水基团附近的水分子间氢键键合。 “笼形水

8、合物” :2074个水分子将“客体”包在其中 作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用 。,笼形水合物的形成是水分子之间企图避免与疏水基团接触所产生的离奇的结果. 疏水性基团具有两种特殊的性质: 1.能和水形成笼形水合物; 2.能与蛋白质分子产生疏水相互作用。,六、水分活度,* * 1、水分活度的意义 水分活度: 食品中水的蒸汽分压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示：Aw=P/Po,对于纯水： P= P0 Aw=1； 而对于食品中的水分，因其中溶有其它物质，所以P总是P0,故Aw1。 根据拉乌尔定律：Aw还可用平衡相对湿度（ERH)表示 ：Aw=P/Po=ERH/100P23,# 2、

9、Aw与温度的关系P24 Aw是温度的函数，而且与温度成正比 原因： P、P0、RH与温度有关，故 Aw=P/P0=ERH/100也与其有关。 当含水量相等时，温度越高，Aw越大。 除此之外，Aw还与食品的组成有关。,低于冰点时，Aw与温度的关系P2425 由于冰的存在，Aw不再象冻结前那样受其内容物组成与含量的影响，只纯粹与温度有关。,例如：某食品Aw=0.86， 在20时，由于该温度是微生物和酶较适宜的生长或作用温度，Aw又较高，故微生物易繁殖生长，化学反应也容易进行，因此食品就容易腐败变质。 在-15时，由于低温，本身抑制了微生物的繁殖，钝化了酶，所以化学反应几乎不进行，故食品在该温度下可

10、以保持不坏。,结论,冰点以上或以下，Aw对食品稳定性影响是不同的。 高于冰点时，Aw与食品组成及有关，其中食品组成是主要因素，当组成水相同时，上升，则Aw上升。 低于冰点时， Aw仅与温度有关，与食品组成无关。,冰点以上与冰点以下的AW值的3个重要区别：P2526,# 3 吸湿等温线,（1）定义 在等温条件下，以食品含水量为纵坐标，以Aw为横坐标作图，所得曲线称为吸湿等温线（MSI）。 不同食品，因其化学组成和组织结构不同，对水束缚能力不一样，有不同的吸湿等温线，但都为型。P26,（2 ）吸湿等温线与温度的关系,升高，则Aw升高，对同一食品，升高，形状近似不变，曲线位置向下方移动. 不同温度下

11、马铃薯的吸湿等温线如下页,不同温度下马铃薯的吸湿等温线,# （3） 吸湿等温线的滞后现象,测定水加入到干燥食品的吸湿（吸附）等温线与测定高水分食品脱水的解吸等温线；二线不完全重合，显示吸湿等温线滞后。 吸湿等温线的滞后现象：吸湿（吸附）等温线与解吸等温线不完全重合的现象,水分含量相同时，对应的Aw ，解湿 吸湿 原因： 吸湿到食品内的水，还未充分被食品组分束缚，没有使食品完全“复原”，水分还处于自由水状态。 滞后作用的大小、曲线的形状以及滞后回线的起始点和终点的影响因素:P28,（4） 吸湿等温线分区,为了说明吸湿等温线的内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为、区。 区 Aw=00.

12、25 约00.07g水/g干物质 作用力： H2O离子，H2O偶极，配位键 属单分子层水（含水合离子内层水） 不能作溶剂，-40以上不结冰，与腐败无关,区Aw=0.250.8 作用力：氢键、H2O H2O、H2O 溶质 属多分子层水 不作溶剂，- 40以上不结冰，但接近0.8（Aw）的食品，可能有变质现象,区，新增的水为自由水， 多者可达20g H2O/g干物质 可结冰，可作溶剂 划分区不是绝对的，可有交叉，连续变化,七、水分活度与食品稳定性 * * 1、Aw与微生物繁殖的关系,微生物的生长繁殖需要水，适宜的Aw一般情况如下： Aw 0.90 大多数细菌 0.87 大多酵母 0.80 大多霉菌

13、 0.80.6 耐盐、干、渗透压细菌、 酵母、霉菌 0.50 任何微生物均不生长繁殖,* * 2、 Aw与酶促反应的关系,水可作为介质，活化底物和酶 Aw 0.8 大多数酶活力受到抑制 Aw= 0.250.3 淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力 但脂肪酶在Aw=0.10.3仍保持其活性，如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖，易与氧作用）,* * 3、Aw与非酶反应的关系,（1） Aw与非酶褐变 Aw 0.7 V降低（因为H2O稀释了反应物浓度）,（2 ） Aw与脂肪的氧化 P31 Aw对脂肪的非酶氧化反应的影响比较复杂。 Aw 0.4 Aw V （H2O溶解O2，溶胀后催化部位暴露，氧化

14、V） Aw 0.8 Aw V (稀释浓度),（3）Aw与水溶性色素分解，维生素分解 Aw V分解 维生素B P32,* * 八、结冰对食品稳定性影响,食品结冰时 1.非冻结相中，溶质变浓，产生浓缩效应 未冻结组分的pH、粘度、离子强度、氧化还原电位、胶体性质等发生变化。 加速一些化学反应： 蔗糖在酶催化下水解反应，肌红蛋白褐变 蛋白质变性 P34,2. 冰的体积增加9% ,导致机械伤害,发生错位现象 氧化反应（VC、脂肪、VA、VE、-胡萝卜素） 酶催化反应（糖原损失、乳酸，高能磷酸盐降解）,九、水对食品质构的影响,1、水%、Aw对干、半干、中湿食品质构有影响： 低Aw： 饼干 脆性 油炸土豆

15、片 脆性 硬糖 防粘 固体饮料 防结块 中湿： 软糖 防变硬 蛋糕 防变硬 面包 防变硬,降低Aw的方法,添加吸湿剂可在水分含量不变条件下，降低Aw值。 吸湿剂应该含离子、离子基团或含可形成氢键的中性基团（ 羟基，羰基，氨基，亚氨基，酰基等），即有可与水形成结合水的亲水性物质。 如：多元醇：丙三醇、 丙二醇、 糖 无机盐 ：磷酸盐（水分保持剂）、食盐 动、植物、微生物胶：明胶、卡拉胶、黄原胶,2、冷冻方式对质构的影响 速冻、小晶体破坏小； 慢冻，大冰晶破坏大 3、干燥方法对质构的影响 空气干燥 质构破坏 冷冻干燥 相似质构 如脱水蔬菜 高温脱水 质构破坏,十、分子流动性对食品稳定性的影响,分子

16、流动性是是预测食品稳定性的另一个重要指标. 重要的相关定义: 1.玻璃态(glass state): 是聚合物的一种状态,它像固体一样有一定的形状和体积，又像液体一样分子间只是近似有序，属于非晶态或无定形态。,2、橡胶态（rubbery state） 指大分子聚合物转变成柔软而具有弹性的固体时状态，分子具有相当的形变，它也是一种无定形态。 3、玻璃化温度（glass transition temperature ，Tg）： 食品从非晶态到橡胶态发生转变时的温度。此种变化称为玻璃化转变。,影响Tg的因素： ( 1) 水分含量 与Tg呈负相关关系。 一般食品中每增加1%重量的水分时， Tg可降低5

17、-10 。但对于冷冻食品，由于水分冻结成冰，则溶质浓度大幅度提高， Tg也明显增大。 当Tg高与环境温度时，该食品体系在常温下也是稳定的。,(2)溶质种类 溶质种类显著影响Tg及其特定值Tg Tg是特定溶质的最大 冷冻浓缩溶液 的玻璃化温度。,4、分子流动性（Mm） 是分子的旋转移动和平动移动性的总度量。 影响因素： 1）水分 2）非水物质 特例： 物质处于完全结晶状态和完全玻璃化状态时的Mm均为零。 但绝大多数食品是介于两者之间，故Mm不等与零。,分子流动性（Mm）在预测食品稳定性上的应用： 在预测由扩散限制的性质，如冷冻食品的物理性质、冻干的最佳条件以及结晶作用、凝胶作用和淀粉老化作用等物

18、理变化时，采用Mm比Aw有效。,食品的物理变化和化学变化的速度由分子流动性所决定 分子流动性与温度有相依性 大多数食品具有玻璃化温度 溶质类型影响玻璃化温度 分子的缠结能影响食品的性质（因为阻碍水分的迁移，有助于保持谷物食品的脆性，减缓冷冻食品的结晶速度,目前，测定分子流动性有困难，在实际应用上不能达到或超过Aw方法的水平。,十一、食品水分与食品物理性质的关系,1、食品干燥 食品的干燥或脱水统称为干制 物理性状的改变: 质量的减少和体积的缩小； 色泽的变化； 溶液浓度增加，使食品的冰点下降。,2、食品浓缩 指从液态食品中除去一定数量的水分. 目的 a.减小食品体积和重量. b.干燥前，除去大量

19、水分，减轻干制的负担.,1)蒸发浓缩: 是将液态食品的温度提高到沸点，使食品的自由水蒸发。常用真空浓缩. 2)冷冻浓缩: 是将液态食品部分冷冻而将纯的冰晶体移走 ,如啤酒的浓缩。 3)薄膜浓缩: 在食品和水之间放置一薄膜，并利用外加能量使水从液态食品一侧通过薄膜到达另一侧被除去。,3、中间水分食品（中湿食品） Aw在0.600.85 ,其水分含量在2040%。 中间食品具有如下特征： 能象干燥食品那样抵制微生物的繁殖生长； 不必复水，且口感良好； 能够长期保存; 营养成分容易调整; 包装经济。,十二、含水食品的水分转移,含水食品的水分转移有两种情况: 1、水分的位转移：指水分在同一食品的不同部

20、位或不同食品之间发生转移。 发生的条件： 1）由于温差引起的，水分从高温方向低温方向转移。 2）水分活度不同，水分从高Aw向低Aw方向转移。,2、水分的相转移：主要指食品中的气相和液相水的相互转移，导致食品含水量的改变。 发生条件： 外界环境的空气湿度改变 相转移的形式： 1）水分蒸发：食品中水分由液相变为气相而散失。 提问：水分蒸发有何正副作用？P38,2）蒸汽凝结：空气中的水蒸汽在食品表面凝结为液体水或被吸湿。 产生条件： （1）同一温度时，空气湿度过饱和。 （2）不同温度时，低温物体的表面上。 提问：对于此现象，在哪类食品加工与贮藏时，应引起注意？P39,思考题,1、试列举水在食品中的的重要作用。 2、简述食品体系中水的存在类型与特点。 3、水的物理性质中有哪些与食品加工有关的？分别有何应用？ 4、冻结对食品保藏有何不利的影响？ 5、为什么水分活度与食品的稳定性密切相关？ 6、解释：水分活度、 玻璃态、玻璃化温度、分子流动性、吸湿等温线。,Thank you!,