第二章 水分与矿物质

第二章水分与矿物质
第一节水分
一、水的作用
人体所必须的六大营养元素包括：糖类，脂类，蛋白质，维生素，矿物质和水。

虽然这些都是活生物体的生存所必须的，但水是食品中最重要的成分之一
(1水是构成人体的重要成分，是调节人体各种生理活动的重要物质
(2作为代谢所需的营养成分和产生的废物的输送介质
(3血液系统内运输
（一）水在生物体内的功能
稳定生物大分子的构象，使之表现出特异的生物活性；
作为体内通用的介质，使各类生物化学反应得以顺利进行；
作为营养物质或代谢废物的载体，把它们输送到生物体的各有关部位；
由于水的热容量大，用来调节温度、平衡温度；
对体内各运动部位起润滑作用。

（二）水在食品中的重要作用
水是食品的重要组成成分，是研究食品加工工艺考虑的重要因素；
水分含量、分布和状态对于食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响；水是引起食品化学变化及微生物作用的重要原因，直接关系到食品的贮藏特性。

水是食品生产中的重要原料之一，食品加工用水的水质直接影响到食品的品质和加工工艺。

（三）人体与水以及食物与人体内水的关系
人体内的水分是处于不断的运动和变化
正常情况下，每人每日需要从食物中获取 1.5～2.7L 的水
以汗、尿、呼吸等形式排出，以维持体内水的平衡
二、水的结构和性质
水的热稳定性很强，但在通电的条件下会离解为氢和氧，具有很大的内聚力和表面张力，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。

熔点：0℃ (273.15k
沸点：100℃ (373.15k(标准大气压
比热：4.184J/（kg.K ）
三、
水的存在状态
(一结合水概念：指食品中的非水成分与水通过氢键结合的水。

通常是指存在于溶质或其他非
水组分附近的那部分水，它与同一体系中的体系水比较，分子的运动减小，并且使水的其他性质明显改变。

(二自由水概念:自由水是指存在于组织、细胞和细胞间隙中容易结冰的水（毛细管水：动植物体内天然形成的毛细管是由亲水物质构成的，毛细管内径很细，毛细管有较强的束缚水的能力，把保留在毛细管的水称为毛细管水，属于自由水）
(三
结合水和自由水主要的区别：
(1 结合水的量与食品中所含极性物质的量有比较固定的关系；
(2 结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变；
(3 结合水不易结冰。

植物的种子和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力；
(4 结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力；同时，不能被微生物所利用
四、水分活度
（一）水分活度的定义
1、定义：水分活度Aw 是指食品样品中水蒸气压p 与同一温度下纯水的饱和蒸汽压p0之
比： Aw= p/p0 （Aw 值的范围为：0～1）（p ——某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸汽分压； P 0 ——在同一温度下纯水的饱和蒸汽压）
物理学意义：一个食物样品中水蒸气分压 p 与同温度下纯水的饱和蒸汽分压p0 之比。

也可以理解为一个物质所含有的自由状态的水分子数与如果是纯水在此同等条件下同等温度与有限空间内的自由状态的水分子数的比值
2、水分活度的大小
纯水Aw ＝1，溶液Aw ﹤1，结合水增多，Aw 下降
a. 水分活度反映了食品中的水分存在形式和被微生物利用的程度
b. 水分活度是食品的内在性质，它决定于食品的内部结构和组成
3、水分活度的测定方法
（1）密闭容器达到表观平衡后测定压力或相对湿度；（2）根据冰点下降测定RVP ；
(3根据干、湿球温度计，查表读RVP, 测定精确性为±0.02
水分活度与食品的稳定性
1、水分活度对微生物生长繁殖的影响：
食品中各种微生物的生长发育是由其水分活度而不是由其含水量决定的。

食品的水分活
度决定了微生物在食品中萌发的时间、生长速率及死亡率
细菌对水分活度最敏感
Aw ﹤0.90时，细菌不能生长；酵母菌次之
Aw ﹤0.80时，大多数霉菌不生长
Aw ﹥0.91时，微生物变质以细菌为主
Aw ﹤0.91时，可抑制一般细菌的生长
在食品原料中加入食盐、糖后，水分活度下降，一般细菌不能生长，但一种嗜盐菌却能生长，就会造成食品的腐败。

有效抑制方法是在10℃以下的低温中贮藏，以抑制这种嗜盐菌的生长。

2、水分活度对酶促反应的影响：
水分活度Aw ﹤0.85时，导致食品原料腐败的大部分酶会失去活性，一些生物化学反应就
不能进行。

酶的反应速率还与酶能否与食品相互接触有关。

当酶与食品相互接触时，反应速率较快；当酶与食品相互隔离时，反应速率较慢。

发面贮存
3、水分活度对食品化学变化的影响：
食品中存在着氧化，褐变等化学变化。

食品中化学反应的速率与水分活度的关系是随着食品的组成、物理状态及其结构而改变的，也受大气组成(特别是氧的浓度、温度等因素的影响
4、水分活度对脂肪氧化酸败的影响：
水分活度增加，脂肪氧化酸败增多。

Aw 为0.3－0.4时速率较慢；Aw ﹥0.4时，氧在水中的溶解度增加，并使含脂食品膨胀，暴露了更多的易氧化部位。

若再增加水分活度，又稀释了反应体系，反应速率开始降低
5、色素的稳定与水分活度：Aw 增加，花青素分解增加
6、水分活度对食品质构的影响：
品，必须在较低的Aw 下，才能保持其酥脆。

Aw 控制在0.35－0.5可保持干燥食品理想性质
对于含水较多的食品，如冻布丁、蛋糕、面包等，它们的Aw 大于周围空气的相对湿度，
保存时需要防止水分蒸发
通过食品的包装创造适宜的小环境，尽可能达到不同食品对水分活度的要求
浓缩与脱水过程的主要目的是减少食品的水分含量，同时增加溶质的浓度，从而减少腐
败变质
降低水分含量的方法
概念：食品干燥是指将食品中的水不断蒸发、不断扩散出去，而使食品水分含量降低方法：自然干燥；热风干燥；真空干燥；喷雾干燥；冷冻干燥
（三）水分的吸湿等温线 Moisture Sorption Isotherms(MSI
1、定义在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw 的关系曲线。

MSI 的实际意义:
（1）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免水分在不同物料间的转移。

（2）据MSI 可预测含水量对食品稳定性的影响。

（3）从MSI 还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。

2、MSI 上不同区水分特性
3、MSI 与温度的关系
水分含量一定：T ↑，Aw ↑
Aw 一定：T ↑，水分含量↓
4、滞后现象
定义：采用向干燥样品中添加水（回吸作用resorption ）的方法绘制水分吸着等温线和按解吸(desorption过程绘制的等温线并不相互重叠的现象称为滞后现象
滞后现象产生的原因：
（1）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
（2）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
（3）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
（四）水分活度与食品的稳定性
1、对脂肪氧化酸败的影响
在Aw ＝0-0.33范围内，随Aw ↑，反应速度↓的原因
1、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。

2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。

在Aw ＝0.33-0.73范围内，随Aw ↑，反应速度↑的原因
1、水中溶解氧增加
2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化
3、催化剂和氧的流动性增加当 Aw>0.73 时，随Aw↑，反应速度增加很缓慢的原因：催化剂和反应物被稀释 2、对淀粉老化的影响食品在较高 Aw 的（30％－60％）的情况下，淀粉老化速度最快；如果降低 Aw ，则老化速度减慢，若含水
量降至 10％－15%，则食品中水分多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。

3、对蛋白质变性的影响水分能使蛋白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团， Aw 的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。

4、对化学及生物化学反应速度的影响大多数化学反应在水溶液中进行， Aw 愈大，自由水增多，有利于反应进行：许多酶促反应需要水的介入和活化。