第二章___水

食品干燥、如干制食品 食品水分与Байду номын сангаас品物理性质的关系
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，冰点下降
食品浓缩——指从液态食品中除去一定数量水分
目的 减小食品体积和重量


干燥前，除去大量水分，减轻干制的负担
蒸发浓缩: 将液态食品的温度提高到沸点，食品的自由水蒸发。
皮肤：60-70%
肌肉及器脏：70-80% 骨骼：12-15%
水在植物体内的含量特点
营养器官组织含量最高，70-90%
如根、茎、叶的薄壁组织
繁殖器官组织含量最低，12-15% 如种子、微生物的孢子
水的功能－在生物体内的功能
稳定生物大分子的构象，使其表现特异的生物活性


体内化学介质，使生物化学反应顺利进行
#食品中水分状态
结合水(bound water)： 又称束缚水，
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

单分子层水（monolayer water）:
与食物的非水组分中离子或强极性基团如氨基、羧基等直接以离子
键或氢键结合的第一个水分子层中的水。约为总水量的0.5% 多分子层水（multilayer water）: 处于单分子层水外的几层水分子或与非水组分所含的弱极性基团如 羟基、酰胺基等形成氢键的水分子
特点： 属多分子层水，加上Ⅰ区约占高水食品的5%
不作溶剂，－40℃以上不结冰
但Aw接近0.8的食品，可能有变质现象 会使溶解开始，具有增塑剂和促进基质溶胀作用

Ⅲ区：
新增的水为自由水 ，(截留+流动)多者可达20g水/g干物质

特点：可结冰，可作溶剂

划分区不是绝对的，可有交叉，连续变化
Aw与酶促反应的关系
蔗糖在酸催化下水解反应 肌红蛋白褐变

蛋白质变性
S↓
* * 结冰对食品稳定性影响
2. 冰的体积增加9% ，导致机械伤害，发生错位现象
氧化反应
如：VC、脂肪、VA、VE、β-胡萝卜素…… 酶催化反应： 如糖原损失、乳酸↑，高能磷酸盐降解……
吸湿剂降低Aw的方法


概念： 可在水分含量不变条件下，降低Aw值
按冰和过冷纯水的蒸汽压计算冷冻食品的aw符合克劳休斯公式
低于冻结温度时，温度对水活性的影响比在冻结温度以上要大得多
样品在冰点时，图中直线徒然不连续出现断点
高于和低于冻结温度的水活性区别
高于冻结温度，aw是样品组成和温度的函数；低于冻结温度，aw只是温
度的函数
高于和低于冻结温度水活性对食品稳定性影响是不同的 低于冻结温度的aw不能用来预测高于冻结温度同一食品的aw
Aw > 0.8
Aw↑ V ↓ (稀释浓度)
Aw与非酶反应的关系
3. Aw与水溶性色素分解、维生素分解 Aw ↑ V分解 ↑
* *
结冰对食品稳定性影响
结冰时食品发生变化
1.非冻结相中，溶质变浓、产生浓缩效应 未冻结的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。例如：
气压↑ 其沸点升高↑；
实际应用:
气压↓ ，沸点↓
(1) 热敏性食品如牛奶、肉汁、果汁等的浓缩
通常采用减压或真空方式
(2) 不易煮烂食物如动物的筋、骨、牛肉等 可采用高压蒸煮
(3) 高原上做饭应采用高压

水的比热：
较大
原因： 分子动能 缔合的分子转化为单分子 结果：

水温不易随气温的变化而异，如海洋性气候
本章主要内容
食品中水分含量、状态和功能
水的主要物理性质
水分活度与食品稳定性 结冰对食品稳定性影响
水对食品质构的影响
分子流动性对食品稳定性的影响 食品水分与食品物理性质的关系 含水食品的水分转移
水在动物体内的含量特点
随动物年龄的增加而减少 成年动物：58-67% 不同部位水分含量不同
# 吸湿等温线
* * 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
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Ｓ型
# 吸湿等温线
意义： 表示食品的Aw与含水量对应关系 浓缩、干燥等除去水的难易程度与Aw有关
配制食品混合应注意水在配料间的转移
#食品中水分与溶质间的相互关系
1. 水与离子和离子基团的相互作用
作用力： 极性基团、偶极—离子相互作用 特点： 阻碍水分子流动的能力大于其它溶质 水—离子键＞水—水氢键 破坏水的正常结构，阻碍冰的形成
产生水合离子作用的离子分类
结构破坏离子:
能阻碍水形成网状结构，这类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
非极性基团与水分子产生斥力，疏水基团附近水分子间氢键键合力↑
是水分子之间企图避免与疏水基团接触所产生的结果 笼形水合物结构
20～74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
疏水性基团特殊性质
能和水形成笼形水合物(clathrate hydrates)
营养物质，代谢载体 热容量大，调节体温

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
水的功能－水对食品品质的影响
食品组成成分


显示色、香、味、形、质构特征
分散蛋白质、淀粉、形成溶胶 影响鲜度、硬度 影响加工，起浸透、膨胀作用 影响储藏性
* * 水的重要物理性质
浓缩方式
常用真空浓缩
冷冻浓缩: 将液态食品部分冷冻而将纯的冰晶体移走，如啤酒的 浓缩 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
中间水分食品(中湿食品)
概念： Aw在0.60-0.85 ，其水分含量在20-40% 特征： 1）抵制微生物的繁殖生长 2）不必复水，且口感良好 3）能够长期保存 4）营养成分容易调整 5）包装经济
时对应的Aw，
解湿 <吸湿
吸湿等温线的滞后现象
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” 影响因素: 食品品种不同，滞后环不同 同一食品，不同温度，滞后环也不同 不同的解吸方法,滞后环也不同
吸湿等温线分区
分区目的： 为了说明吸湿等温
线的内在含义、并
水分的位转移
指水分在同一食品的不同部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
水分的相转移
指食品中的气相和液相水的相互转移
发生条件： 1）外界环境的空气湿度改变
2）温度变化
相转移的形式
能与蛋白质分子产生疏水相互作用
水分活度与食品稳定性
* * 水分活度的意义 问题: 含水18%的果脯与含水18%的小麦比较，哪种耐储藏？ 定义: 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=Po ，Aw=1
对于食品中水分：P<P。，故Aw<1 根据拉乌尔定律，Aw还可用样品周围环境的平衡相对湿度(ERH)表 示 ： Aw=P/Po=ERH/100=n1/(n1+n2) n1：溶剂物质的量 n2：溶质物质的量
要求：应含离子、离子基团或含可形成氢键的中性基团 种类
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
水对食品质构的影响
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

干燥方法对质构的影响
空气干燥：质构破坏 冷冻干燥：质构几乎未破坏，如脱水蔬菜 高温脱水：质构破坏
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

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%(1.62ml/L)

实际应用:
冷冻食品的结构造成机械损伤

水的沸点与气压关系


当含水量相等时，温度越高，aw越大
温度变化对水活性产生的效应影响密封袋装或罐 装食品的稳定性 aw还与食品组成有关
较大温度范围，lnaw对1/T并非为直线
在0℃时有拐点
在冰点温度以下时，水活性的定义需重新考虑
在低于冰点，用过冷纯水的蒸气压表示P0
冰点温度以下的aw值才能与冰点温度以上aw值精确比较 如果冰的蒸汽压表示P0，那么含有冰晶的样品在冰点温度 以下的aw值都是相同的
#食品中的水分与溶质间的相互关系
2. 与可形成氢键的中性基团的相互作用 作用方式：
与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键
特点： 作用力小于水与离子间作用力，流动性小


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”
# 食品中水分状态溶质间的相互关系
3. 与非极性物质的相互作用 笼形水合物的形成
Aw = 0.6～0.7 V最大（羰氨反应达到最大值）
* *
Aw与非酶反应的关系
2. Aw与脂肪的氧化 Aw对脂肪的非酶氧化反应的影响比较复杂 Aw < 0.4 Aw > 0.4 Aw↑ V ↓( MO2—H2O 减缓V) Aw↑ V ↑（H2O溶解O2，溶胀后催化部位暴露，氧化V↑）

水的介电常数很高， 如： 20℃时，水为80.36；生物体的干物质为2.2-4.0 结果：
溶解能力强
意义： 促进电解质的解离，对酸、碱、盐等电解质和蛋白质在水中的溶 解非常重要

冰与水的导电系数、热传递系数 均为前者大，分别大3倍与4倍

结果： 在一定的环境中，冰改变自身的温度要比水的快得多，所以同一食 物的冻结要比解冻快得多
水活性的测定
相对湿度传感器法： 用电子或湿度测定仪测定样品和环境空气平衡相对湿度：
Aw=P/Po=ERH/100
恒定相对湿度平衡室法： 用一定种类的饱和盐溶液使容器内样品环境空气的相对湿度恒定，再
测样品的含水量
水活性的测定
冰点测定法：
先测定样品的冰点降低和含水量，利用
Aw=n1/(n1+n2) ；n2=(G∆Tf ) /1860 G：样品中溶剂的量(g)；∆Tf：冰点降低(℃)
与水的存在状态紧 密联系
Ⅰ区 ：
Aw=0～0.25 ，约0～0.07g水/g干物质 作用力：
H2O—离子，H2O—偶极，配位键
特点： 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

Ⅱ区： Aw ＝ 0.25～0.8 作用力：
H2O-H2O、 H2O-溶质氢键
测定包装材料的阻湿性质 测定一定水分含量与微生物生长的关系 预测食品稳定性与水分含量的关系
吸湿等温线与温度的关系


T升高，则Aw升高
对同一食品，T升高， 形状近似不变，曲线位
置向下方移动
#
吸湿等温线的滞后现象
干燥食品的吸
湿（吸附）等
温线与高水分 食品脱水（解
吸）等温线不
完全重合 水分含量相同
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 = 0.25～0.3 淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力
脂肪酶在Aw = 0.1～0.3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）
* * Aw与非酶反应的关系
1 . Aw与非酶褐变 Aw < 0.2 Aw < 0. 6 Aw > 0.7 V最小，褐变难于发生 V升高 V降低（因为水稀释了反应物浓度）
1.水分蒸发：食品中水分由液相变为气相而散失 问题：水分蒸发有何正副作用
2.蒸汽凝结：空气中水蒸汽在食品表面凝结或被吸湿
食品中的水分状态
自由水(free water)：
又称体相水、游离水、吸湿水
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；毛细管内

特点：
可结冰、溶解溶质 相当于测定水分含量时减少的重量
可被微生物利用
毛细管水：

又称截留水、自由水
特点： 毛细管径>0.1 μm、约为1-100μm时，其内部水属于自由水