食品化学课件(第二章)

Aw很低：V很慢； Aw >0.35: Aw↑→V↑↑ Aw=0.2-0.3（I、II边界，单分子层水，可准确预 测干燥产品最大稳定性时含水量）：化学反应、酶 促反应速度最小 Aw<0.2:反应速度保持最小（氧化反应除外）

Aw=0.6～0.7，反应达最大值 水是反应物：水↓ →反应↓ ； 水是生成物：水含量 ↑ ， 阻止反应进行 → 抑制水 产生，反应速度↓ 当样品中水的含量对溶质的溶解度、大分子表面的 可及度和反应物的迁移率（流动性）等不再是限速 因素时，进一步增加水的含量，将会对提高反应速 度的组分产生稀释效应，使反应速度降低。
根据测定方法分类——

吸附等温线：在恒温条件下，把水逐步渗 透到干燥的食品中，在测定了不同吸湿阶 段的水分活度后绘制的等温线
解吸等温线：把高水分含量的食品逐步脱 水，在测定了不同脱水阶段的水分活度后 绘制的等温线


定义——同一食品吸附等温线和解吸等温 线不完全重合，在中低水分含量部分张开 一细长眼孔

结合水的蒸汽压比自由水高
结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃以上不能 结冰；自由水在食品中可以作溶剂，在-40℃以上 可以结冰


自由水能为微生物所利用，适于微生物繁殖及进行 化学反应，是发生食品腐败变质的适宜环境；结合 水不能 结合水对食品风味其重要作用


5.1 水分活度的定义 水含量不能作为判断食品稳定性的指标： 1）水分含量的测定受温度、湿度等外界 条件的影 响 2）各非水组分与水氢键键合的能力和大小均不相 同，与非水组分结合牢固的水不可能被食品中的微 生物生长和化学水解反应所利用


个别单分子层上的水分子可脱离开强极性 基团，进入到外面的多分子层水内，与多 分子层中的水分子交换 含量：在高水分食品中，占总水量的0.5% 不能被微生物利用，不能用作介质进行生 化反应


邻近水：与非水物质结合强度较次的结合水 位置：强极性基团单分子层外的几个水分子 层 结合基团：非水组分中弱极性基团 结合方式：氢键 键能：小，不牢固 被束缚强度：稍弱 蒸发能力：较弱



因此，用水分活度作为食品易腐败变性的 指标比水含量更为恰当，且与食品中许多 降解反应的速度有良好的相关性
水分活度： 食品的蒸汽压与同温下纯水的蒸汽压的比 值，即Aw=P/P0，

Aw=水分活度；P=食品中水的蒸汽分压； P0=指定温度下纯水的蒸汽压

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
纯水P=P0，Aw=1 食品中P总小于P0，故Aw<1


平衡相对湿度（ERH） 食品中水分蒸发达到平衡时食品上空已恒 定的水蒸气分压与在此温度时水的饱和蒸 汽压的比值


Aw=P/P0=ERH/100

定义——在恒定温度下，表示食品的水含 量（g水/g干物质）与它的水分活度之间关 系的曲线称为稀释等温曲线（MSI） 即以食品中的水分含量为纵坐标，以水分 活度为横坐标作图，所得的曲线为稀释等 温曲线
细菌对低水分活度最敏感 酵母菌次之 霉菌的敏感性最差
Aw<0.9，细菌不生长 Aw<0.87,大多数酵母菌受抑制 Aw<0.80，大多数霉菌不生长

微生物 发育所必需的最低AW 普通细菌 0.90 普通酵母 0.87 普通霉菌 0.80 嗜盐细菌 ≤0.75 耐干性酵母（细菌） 0.65 耐渗透压性酵母 0.61

区段划分不绝对 1）区段Ⅰ：靠近Ⅱ→多分子层水 区段Ⅱ：靠近Ⅰ →单分子层水 2）除结合水外，其余水能在区域内/间进 行交换 故用区带表示相互交叉过程 区段Ⅱ/Ⅲ水↑→区段Ⅰ/Ⅱ水性质几乎不变 →食品中结合得最不牢固的那部分水对食 品的稳定性起着重要作用


Aw对微生物繁殖及化学反应的影响 酶促反应与水分活度的关系 非酶反应（Maillard）与Aw的关系 脂类氧化与Aw的关系


吸湿性：最强

新增加的水：属于自由水中直径>1μm毛 细管凝聚的水和生物大分子凝结成的网状 结构截留水，结合最不牢固和最易流动的 水（体相水）
Aw: 0.8~0.99

与非水组分间的结合力极弱 蒸发焓：基本与纯水相同，即可结冰也可 作为溶解，在很多方面与纯水相似，因而 有利于化学反应及微生物生长 物料含水量：最低为0.14~0.33g/g干物质， 增加的水最多20g干物质 在高水分食品中一般占总含水量的95%以 上

Aw=0.01～0.4: Aw↑→V↓ Aw=0.4: V↓↓ Aw>0.4: Aw↑→V↑ Aw=0.7～0.8: V↑↑ Aw>0.7～0.8: Aw↑→V↓



原因： Aw极低： 空气中O更易进入食品与脂类接触发生反应 低Aw较低： 加入到干燥样品中的水干扰氧化，与氢过氧化 物结合并阻止其分解，从而阻碍氧化进行； 催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著 降低金属离子的催化效力；

水分活度越小，食品越稳定，较少出现腐败变质的问题； 毛细管水能溶解反应物质，起溶剂作用，有助于反应物 质的移动，从而促进化学变化； 过分干燥→氧化、脂肪酸败、非酶褐变↓ 最高稳定性所必需的水分含量：保持在结合水范围内 （即最低Aw） →防止氧对活性基团的作用，阻碍蛋白 质和碳水化合物的相互作用，化学变化难于发生，不会 丧失吸水性和复原性。

食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的 网络所截留 主要存于富水的细胞中火凝胶块内 只能在被截留的区域内流动，单个水分子 可通过生物膜或大分子网络向外蒸发 在高水分食品中，占总水量的90%以上 与食品的风味、硬度和韧性有关，应防止 流失


结合水的量与食品有机大分子的极性基团的数量有 比较固定的比例关系




酶促褐变： 食品中的酚类物在酚氧化酶的作用下，经氧化 后聚合成黑色素所致。 条件：酚类物、氧、酶 酶的催化活性：酶分子的构像—环境—水介质 水的作用： 维持酶分子活性构像的各种作用力，特别是非极性 侧链间的疏水作用力； 有利于酶和底物分子在食品内的移动，使之充分靠 拢，溶解并增加基质流动性等。

新增多的这部分水不能做溶剂，在-40℃时 也不结冰 Aw=0.8时增加水，溶解作用使多数反应加 速，并具有增塑剂和促进基质溶胀的作用 （引发固态组织溶胀） Aw：0.25~0.8，相当于物料含水量0.07 至0.33~0.4g水/g干物质，最高为20g的 干物，占总水量的5%以下 Aw接近0.8，常温可能霉烂变质

难以蒸发，蒸发焓较纯水大很多 -40℃时不结冰 不能溶解溶质 与食品腐败无关 对食品的固形物不产生增塑效应，相当于 固形物的组成部分 高水分末端（区间Ⅰ和区间Ⅱ的分界线） 位置的这部分水相当于食品的单分子层水 含量

多分子层水、毛细管水 与水结合基团：酰胺基（-CONH2)、羟基 (-OH)等 键型：水-水、水-溶质的氢键键合作用与 邻近分子缔合，形成多分子层结合水或称 为半结合水 结合力：稍差 蒸发能力：比水弱，蒸发焓比纯水大
Food Chemistry 北京商贸学校 梁佳

1、 概述
·六大营养素之一，是维持人类正常生命活动必需的基本 物质 ·存在于动植物体内、食品当中
·赋予了食品色、香、味、形等特征
·分散蛋白质和淀粉等，使其形成凝胶
·新鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等

2.1 水和冰的结构（单分子）
水蒸气中水：多以单分子形式存在 化学式：H2O 组成：一个氧原子和两个氢原子 形状：折线形 H-O结合方式：共价键 键角：104.5° 分子类型：极性分子
目的： 深刻理解含义和实际应用 与食品内水的类别紧密联系

根据： 水分含量和Aw的关系 MSI图形特点

单分子层的结合水：为构成水和邻近水 连接基团：羧基和氨基等离子基团 连接方式：水-离子或水-偶极相互作用 连接部位：吸附在极性部位 结合力：最强、吸附最牢固和最不易移动 Aw：最低 在食品中占比例：Aw=0~0.25，相当于物 料含水量的0~0.07g/g干物质

2.2 液体水的结构（水分子的缔合）
存在形式：若干个水分子缔合[(H2O)n] 缔合原因——H-O键具有极性→分子中电荷非对称 分布→分子具有较大偶极矩；极性→吸引力→强 度缔合 键能大小：共价键>氢键>偶极间静电吸引力 结构不稳定 动态平衡：水分子得失




熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、表面张力 和介电常数等明显偏高 压力降低，沸点降低 比热越大，越不易随外界气温变化 水密度低，黏度小 导热率高 冰的导热系数>水的导热系数，冻结速度>解冻速 度 水的密度大于冰
影响因素—— ·食品组成结构、性质 ·食品除去和添加水所发生的物理变化 ·温度 ·吸湿与解吸速度和脱水程度


在同一Aw下，所对应的水分含量，都是解 吸大于吸湿，说明吸湿到食品内的水，还 没有充分地被非水组分束缚，没有使食品 复原

水分含量一定，t℃↑→Aw↑

同一食品不同温度下绘制的吸湿等温线， t℃↑，曲线形状基本不变，位置顺序向右下 方移动

除结合水外剩余的部分水 连接力：毛细管力 位置：占据与非水组分相距很远位置 性质：与稀溶液中水相似，宏观流动不受 阻碍或仅受凝胶或组织骨架阻碍；在食品 中可以作溶剂 在-40℃以上可以结冰 含量：在高水分食品中，略低于总水量的 5%

动植物体中毛细管保留的水 存在于细胞间隙中 只能在毛细管内流动，加压可使水压出体 外