水分活度在食品加工中的影响

水分活度对食品中主要化学变化的影响

一、食品中水的组成:

食品中的水不是单独存在的，它会与食品中的其他成分发生化学或物理作用，因而改变了水的性质。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，是存在于生物体细胞间隙的水。毛细管的直径越小，持水能力越强，当毛细管直径小于0.1μm 时，毛细管水实际上已经成为结合水，而当毛细管直径大于0.1μm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：结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃时不结冰，而自由水可以作为溶剂，在-40℃会结冰。

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、果胶等物质的羧基、羰基、氨基、亚氨基、羟基、巯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之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：羧基—、氨基+、羟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，与纯水相比其蒸发焓大为增加，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：

A w/m(1-A w) =1/m1 c+(c-1)A w /m1 c

式中：A w—水分活度，m—水分含量，m1—单分子层水含量，c-常数。

多分子层水：是指单分子层水之外的几个水分子层包含的水。

二、水分活度:

自由水和结合水的比例可以用水分活度（Aw）表示，水分活度也可看作食品表面的蒸汽压p与纯水的蒸汽压p0之比。纯水的水分活度为1.0，水分活度越小，自由水所占的比例越小，结合水所占的比例越大。虽然在食物冻结后不能用水分活度来预测食物的安全性，但在未冻结时，食物的安全性确实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象。

三、食品中的化学变化的种类和速度是依赖于各类食品成分而发生的，其化学变化与水分活度关系的一般规律总结如下：

1、对淀粉老化的影响：淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而导致溶解性能、糊化及成面团作用变差的过程。在含水量到30～60%时，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度变慢；当含水量降至10～15%时，淀粉中的水主要为结合水，不会发生老化。

2、对脂肪氧化酸败的影响：影响脂肪品质的化学反应主要为氧化酸败。在Ⅰ区，氧化反应的速度随着水分增加而降低；在Ⅱ区，氧化反应速度随着水分的增加而加快；在Ⅲ区，氧化反应速度随着水分增加又呈下降趋势。

3、对蛋白质变性的影响：水能使多孔蛋白质膨润，暴露可能被氧化的基团，养就容易转移到反应位置。水分活度增大，加速蛋白质氧化，破坏保持蛋白质高级结构的次级键，导致蛋白质变性。据测定，当食品中的水分含量在2%以下时，可以有效的阻止蛋白质的变性；而当达到4%或其以上时，蛋白质变性变得越来越容易。

4、对酶促褐变的影响：是在酶作用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品颜色变劣的过程。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。

5、非酶促褐变指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在0.6～0.7之间时，非酶促褐变最为严重；水分活度下降，褐变速度减慢，在0.2以下时，褐变难以发生。但当水分活度超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质的减少而下降。

6、水溶性色素：一般而言，当食品中的水分活度增大时，水溶性色素（常见的是花青素类）分解的速度就会加快。

以上可以看出食品中的水分对食品的保藏性有重要的影响。水分不仅影响食品的营养成分、风味和外观形态的变化，而且影响微生物的生长发育，食品中的游离水分能被微生物、酶和化学反应所利用。因此，食品的水分含量，特别是水分活度，与食品的保藏性有着十分密切的关系。