第二章-食品的干制保藏

水分含量与Aw的关系
食品中的水分含量与水分活度是两个不同的概念，下表的数据 可以帮助大家理解这两种概念
Aw=0.7时，若干食品中的含水量（g水/g干物质） 食品 凤梨 苹果 香蕉 含水量 0.28 0.34 0.25 食品 干淀粉 干马铃薯 大豆 含水量 0.13 0.15 0.10 食品 鱼肉 鸡肉 含水量 0.21 0.18
己醛
2-甲基-1-丁醇 反-2-己烯醛 己酸乙酯 乙酸己酯 乙酸反-2-己烯酯 己醇
0.01±0.003a
0.09±0.01a n.d 0.3±0.04a n.d 0.7±0.06d
tr
0.08±0.005a n.d 0.3±0.06a n.d 3.2±0.2c
tr
0.01±0.002b tr 0.2±0.04b 0.01±0.005b 7.6±0.3b
第二章
食品的脱水
主讲: 黄略略 短号: 897113 QQ: 646300556
典型的干制食品
面条
肉类 休闲食品 粮谷类
水果
茶叶
乳制品
蔬菜
速溶粉
不列入干制范畴
水
自然界中水分存在的形式
水的三相图
概述
食品干制保藏的概念
脱水干制品在其水分被降低到足以防止腐 败变质的程度后，并始终保持低水分可进
化学变化
——营养成分的损失
碳水化合物
美拉德反应出现褐变； 温度较高时碳水化合物极易焦化； 分解。
脂肪
氧化酸败
蛋白质
蛋白质对高温敏感，在高温下蛋白质易变性； 蛋白质降解。
维生素
各种维生素是加温干燥中损失比例最大的成分。
化学变化
——色泽变化
色泽随物料本身的物化性质改变（反射、 散射等）
导湿性：水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩 散，即从内部不断向表面方向移动，这种水分迁移的 现象称为导湿性。 导湿温性：在对流干燥中，物料表面受热高于它的中 心，因而在物料内部会建立一定的温度梯度，温度梯 度将促使水分（无论是液态还是气态）从高温向低温 处转移，这种现象称为导湿温性。 湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在，因此 ，水分迁移的方向有导湿性和导湿温性共同作用
MSI滞后效应
Aw与食品保藏性的关系(重点）
微生物 生长
AW
非酶 褐变
脂肪 氧化
酶活力
Aw与微生物生长的关系
微生物（m）
大多数细菌 大多数酵母菌 大多数霉菌
最低Aw
0.9 0.88 0.8
危害较大m
肉毒梭状芽孢杆菌 大肠杆菌 普鲁兰丝孢酵母
最低Aw
0.97 0.96 0.91
嗜盐细菌
嗜渗透压酵母菌 嗜干燥霉菌
在-40℃以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂
与纯水比较,分子平均运动大大减少
不能被微生物利用
化学结合水通常食品干燥也不能也不需要除去这部分水（除
煅烧）
化学结合水的含量通常是干制品含水量的极限标准
举例（渗透压结合水）
结论：
食品中结合水的含量高，则食品不易腐 败，货架期则长；反之，如果食品中自 由水的含量高，则食品极易腐败，不耐 贮藏。
横坐标作图，所得曲线称为等温吸湿曲线。
MSI
吸湿等温线分区
为了说明吸湿等 温线内在含义，
并与水的存在状
态紧密联系，可
以将其分为Ⅰ、
Ⅱ、Ⅲ区。 （P27）
区Ⅰ的水的性质
构成水和邻近水，最强烈地 吸附，最少流动


水－离子或水－偶极相互作 用

在-40℃不结冰
不能作为溶剂，看作固体的

一部分，占总水量极小部分
1-脂质氧化作用
2-Maillard 反应
3-水解反应
4-酶活力 5-霉菌生长 6-酵母生长 7-细菌生长
第二节 食品的干制机理
一 食品的干燥机制---湿热传递(重点）
表面水分扩散到空气中
内部水分转 移到表面 热量从空气
传到表面，
由表面再传 到食品内部
Food H2O
热量传递
水分转移
第二节 食品的干制机理
0.75
0.75 0.61
Echinulatus 曲霉
Xeromycesbisporu s(耐干酶)
0.64
0.61
一般把Aw0.70-0.75作为m生长的下限值
Aw 与酶活性
0.60-0.80 酶活性达到最大
＜0.60时
酶活性降低或者减弱
要抑制酶的活性， Aw要在0.10以下
通过Aw来抑制酶活性不是很有效
实例
冷冻干燥
褐变
褐变
化学变化
——风味变化
增香 芳香物质的损失 异味、煮熟味
实例
表1 不同干燥方式苹果片的风味比较
风味物质 新鲜样品 均值±方差 (mg/l) 乙酸乙酯 乙酸丙酯 丁酸乙酯 2-甲基丁酸乙酯 预处理样品 均值±方差 (mg/l) FD 均值±方差 (mg/l) FD+VMD 均值±方差 (mg/l) VMD+FD 均值±方差 (mg/l)
AD VD FD 喷雾干燥
40
20
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
水分活度
图5-1 不同干燥方式甘蓝粉等温吸湿曲线（弓志青. 速溶杨梅-甘蓝固体饮料的加工及贮藏工艺研究 [D]:[博士学位论文].无锡:江南大学食品学院 ,2008 ）
实例
含水率（%，wb）
70 60 50 40 30 20 10 0
水分含量的表达公式
干基水分
Md ms md
湿基水分 M W
ms md ms
其中：ms——水分重量
md——干物质重量
水分含量与Aw的关系 食品Aw与水分含量的关系—水分吸附等温线 （MSI)
(Moisture sorption isotherms, MSI)，

MSI：在等温条件下，以食品含水量为纵坐标，以Aw为
二 干制过程曲线
干燥曲线
第一临界水分（C） 平衡水分（DE）
干燥速率曲线
干燥过程临界点（C〞）
表面气化
内部扩散
食品温度曲线
影响干制的因素
外部蒸发， 内部扩散 饱和水蒸气层； 不必要的反应
A. 温度 B 空气流速 C 空气相对湿度
流速越快，干燥越快? 越低越快；降速期没影响， 内部质量传递
D 大气压力和真空度
E.食品性质
气压小，沸点低，干燥快；
内部质量传递
表面积；组织定向；细胞结构； 溶质类型和浓度
问题：
在北方生产的紫菜片，运到南方，出现霉变，是什么 原因？
第三节 食品在干制过程中的品 质变化（重点） 物理变化
干缩与干裂； 表面硬化； 多孔性组织的形成； 热塑性的出现：加热会软化的物料
0 0.11 0.224 0.33 0.427 0.476 0.737 0.901
38℃
25℃
8℃
百度文库
水分活度
图5-3 杨梅甘蓝混合粉在不同温度下的等温吸附线（ 弓志青.速溶杨梅-甘蓝固体饮料的加工及贮藏工艺 研究[D]:[博士学位论文].无锡:江南大学食品学院 ,2008 ）
MSI滞后效应
原因：食品重新吸 水时与水的结合力 减弱。 影响：导致干制品 复水性减小。
0.01±0.002b
0.01±0.003b n.d n.d 0.8±0.02a 0.6±0.03c 1.7±0.11a
0.01±0.001b
0.01±0.002b n.d n.d 0.1±0.02d 0.2±0.04d 0.2±0.02c
0.01±0.003b
0.01±0.004b n.d n.d 0.1±0.03d n.d 0.2±0.02c
问题：
什么可以作为衡量干制品货架期/腐败变质 的指标呢？ 与水分的结合程度有关
衡量水结合力的大小或者区分自由水和结合水，可用 水分子的逃逸趋势（逸度）来反映。 食品中水的逸度(f)与纯水的逸度(f0)之比称为水分活度
（Water activity, Aw)
水分活度(Aw)的定义
仅当产品与环境达到平衡时，关系式才能成立
水分活度(Aw)测定
影响水分活度的因素
不同的食品，组分不同，Aw也不同； 同一种食品，水分含量相同，但在不同温度下Aw也 不同。
1.样品组成 2.温度
影响水分活度的因素
由于蒸汽压和平衡相对湿度都是温度的函数，所以水 分活度也是温度的函数。水分活度与温度的函数可用 克劳修斯-克拉伯龙方程来表示： dlnaw/d(1/T)=-Δ H/R lnaw=-Δ H/RT+c T-绝对温度，R-气体常数。Δ H-样品中水分的等量净吸 着热
BET单层
区Ⅰ和Ⅱ接界 0.07g H2O/ g干物质 Aw =0.2 相当于一个干制品能呈现最 高的稳定性时含有的最大水 分含量

区Ⅱ的水的性质
多层水，通过氢键与相邻的
水分子和溶质分子缔合，流
动性比体相水稍差
大部分在-40℃不结冰
导致固体基质的初步肿胀
区Ⅰ和区Ⅱ的水占总水分的
（一般来说只有干制品的水分降低到1%以下时，酶的活性才会完全消失）
酶在湿热的情况下容易钝化 可用接触酶和过氧化物酶作为指示酶
Aw与化学反应速度
影响比较复杂
一般情况，Aw↑，反应速度↑
Aw与脂质氧化
(1) Aw： 0-0.33范围内
随Aw↑,反应速度↓ 过分干燥，食品稳定性下降

(2) Aw：0.33-0.73范围内
5%以下
真实单层
区Ⅱ和Ⅲ接界
0.38g H2O/ g干物质
Aw =0.85
完全水合所需的水分含量，
即占据所有的第一层部位
所需的水分含量。
区Ⅲ的水的性质
体相水 被物理截留或自由的，宏
观运动受阻，性质与稀盐 溶液中的水类似
占总水分的95%以上
小结：MSI上不同区水分特性

随Aw↑,反应速度↑
(3) Aw ＞0.8

随Aw↑,反应速度增加很缓慢
Aw不能抑制氧化反应，即使
水分活度很低
Aw与非酶褐变
Aw≤0.15，酶活力才完全丧失；
中等至高Aw（0.6-0.8），反
应速度最高； 水是一个产物，水含量继续增
加，会稀释中间产物的浓度，导
致产物抑制作用。
Aw与食品安全性的关系
0.01±0.003b
0.01±0.002b 0.01±0.005a 0.03±0.005a 0.4±0.07b 1.3±0.1b 0.7±0.04b
0.03±0.005a
0.05±0.006a 0.01±0.002a 0.025±0.005a 0.2±0.03c 1.6±0.08a 0.2±0.03c
tr
tr n.d 0.03±0.004c 0.05±0.002a 8.6±0.2a
又称游离水，体相水，吸湿水； 可结冰，可溶解溶质； 很适宜微生物的生长和大多数化学反应； 易引起食品的腐败变质,但与食品的风味和功能性紧 密相关 ；
这部分水与食品非水组分的结合力可视为0。
食品中的水分状态
结合水（bound water ）
又称被束缚水（化学、吸附、结构、渗透压结合水）
天然色素成分发生变化：类胡萝卜素、 花青素、叶绿素； 褐变：酶促、美拉德、焦糖化
化学变化
——色泽变化
食品褐变：分为酶促反应与非酶促反应 酶促反应是指在多酚氧化酶作用下使食品中的酚类物氧化成红 棕色物质。 非酶促反应是由蛋白质、氨基酸和以及脂肪氧化的醛、酮等羰 基所发生的反应。也称羰氨基反应或美拉德反应。 焦糖化：赋予食品特有的色调与香味。温度小于150 ℃ 糖分子 不断裂，产生一系列异构化，分子间分子内脱水，产生寡聚糖、 无水糖；温度大于150 ℃ 糖分子碳链断裂，产生低分子挥发物 如麦芽醇及某些酮类。
f Aw f0 f p f 0 po
低压或室温时， 差别＜1%
f ——溶剂（水）的逸度 f0——纯溶剂（水）的逸度
逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势
p Aw po
严格
p Aw po
仅适合理想溶液
水分活度(Aw)的定义
Aw与产品环境的平衡相对湿度（ERH）有关
p Aw ERH p0
ERH (Equlibrium Relative Humidity) Aw是样品的内在品质，ERH是与样品平衡的大气的性质
行长期保藏食品的一种方法。
问题：
什么可以作为衡量干制品货架期/腐败变质 的指标呢？ 是水分含量吗？
第一节 食品干制保藏原理

食品的水分含量
存在相关性
食品的腐败性
水分含量相同，有时腐败性却显著不同
水分含量不是一个腐败性的可靠指标
食品中的水分状态
自由水（ free water）
区 Aw 含水量% 冷冻能力 溶剂能力 水分状态 Ⅰ区 0-0.2 ＜1 不能冻结（-40℃） 无 相当于单分子层水 Ⅱ区 0.2-0.85 ＜4 不能冻结（-40℃） 轻微-适度 相当于多分子层水 Ⅲ区 ＞0.85 ＞95 正常 正常 相当于体相水
微生物利用
不可利用
部分可利用
可利用
实例
80
60
含水率（%，wb）