食品生物化学-第1章水和冰
食品生物化学---第1章
三、水分活度
1.水分活度的概念 水分活度(Aw)是指食品的水蒸汽分压（P）和在同一温度下 纯水的蒸汽压（P0）之比:
P Aw P 0
食品生物化学
对纯水来说，因P和P0相等，故Aw为l，而食品中的水溶解 有食品成分，如糖、氨基酸、无机盐以及一些可溶性的高分子 化合物等，因而总会有一部分水分是以结合水的形式存在，而 结合水的蒸气压远比纯水的蒸气压低，因此食品的Aw 总是小 于l。 水分活度也可用平衡相对湿度（ERH）这一概念来表示：
食品生物化学
第一章
• 第一节
• 第二节
水和矿物质
水分与水分活度
矿物质
食品生物化学
学习目标
1.了解水在生物体内的含量和水的生理作用。 2.掌握食品和生物组织中水的状态。
3.理解水分活度的概念，了解水分活度与食品稳定性的关系。 4.掌握成碱食物与成酸食物的概念。 5.掌握影响矿物质生物有效性的因素。
食品生物化学
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图1-3
在不同温度下马铃薯的等温吸湿曲线
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图1-4
等温吸湿线的分区
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I区是单分子层结合水区，水分多与食品成分中的羧基和氨 基等离子基团结合，且结合力最强，形成单分子层结合水。该 区Aw最低，在0～0.25之间，相当于物料含水量0～0.07g/g的 干物质。
II区是多分子层结合水区，水分多与食品成分中的酰胺基 和羟基等极性较弱的基团结合，形成多分子层结合水或称半结 合水，Aw在0.25～0.8之间，相当于物料含水量0.07至0.14～ 0.33g/g的干物质。
1.食品中水分状态 （1）游离态 容易结冰，也能溶解溶质的水称之为游离态 的水。游离态的水存在于细胞质、细胞膜、细胞间隙、任何组 织的循环液以及制成食品的组织结构中。
食品化学
（4）将这方面的知识应用在解决食品配制、加工和贮藏中出现的
各种问题。
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三、食品科学
3.1 内涵
食品科学的基础是基础科学知识或基础知识。基础知识包
括数学原理、物理现象的概念和化学结构与反应性。
肪、灰分和氮，氮乘6.25得蛋白质含量。
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1871年Jean Baptiste Dumas提出：仅由蛋白质、碳水化合物和脂
肪组成的膳食不足以维持人类生命。
20世纪前半期已发现大部分基本的食用物质，并对它们的性质作 了鉴定。这些物质是维生素、矿物质、脂肪酸和一些氨基酸。 20世纪中期：日益广泛地使用化学物质帮助增长、制造和销售食 品是一个特别值得关注和有争议的事件。
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19世纪中期英国的Arthur Hill Hassall将食品的微观分析提高至
重要地位，他和助手们绘制了一套比较详尽的显示纯净食品材
料和掺杂食品材料的微观形象示意图。 1860年在德国的Weede建立了第一个由政府资助的农业试验站。 W. Hanneberg和F. Stohman发展了一种用来常规测定食品中主要 成分的重要方法。将样品分为几个部分，测定其中的水、粗脂
多糖的合成； 糖酵解； 脂类水解 脂类氧化
蛋白质变性；
蛋白质交联； 蛋白质水解；
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非酶促褐变； 酶促褐变； 天然色素的降解；
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4.2 改变食品品质的一些反应及产生的效果
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食品可能发生的二次变化及其产生的影响
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食品中物质的变化可能对食品属性产生的影响
食品生物化学--水
7.新陈代谢与水在人体内的代谢
❖ 新陈代谢的定义： 新陈代谢就是生物体与外界环境之间物质和
能量的交换以及生物体内物质和能量的转变过程。
包括合成代谢（同化作用）和分解代谢（异 化作用）。
自养型
需氧型
同化作用
异化作用
异养型
厌养型
同化作用和异化作用不间断进行着，共同组成了生物体组织 和能量新旧更替的过程，即新陈代谢。
皮肤
500
代谢水
300
粪便
150
肾
1 500
总计
2 500
2 500
正常需水量 2 500ml；最低需水量 1 200ml。 正常尿量 1 500ml；最低尿量 500ml。
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(二)水分活度与酶促反应的关系
❖ 水分在酶反应中起着溶解基质和增加基质流动性 等的作用，食品中水分活度极低时，酶反应几乎 停止，或者反应极慢。
❖ 一般水分活度在0.3以下， 淀粉酶、酚氧化酶、 过氧化酶失活，只有脂肪酶在0.1—0.5时仍能保 持活力
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(三)水分活度与生物化学反应的关系
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Aw=ERH/100
ERH--物料既不吸湿也不 散湿时的大气（空气）相对湿度。
7
❖水分活度的大小：
纯水Aw＝1，溶液Aw﹤1，结合水↑ Aw↓ 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。 如：叶菜与根菜的结合水比例是不同的。
重点难点： ➢ 水分活度的概念及其与食品稳定性的关系。
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食 品 中 水 分 的 表 示 方 法
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食品含水量（或水分含量）
❖ 食品含水量是指温度、湿度一定时，与外界环境处 于处于平衡状态时食品的总含水量（结合水与自由 水的总和），它与食品腐败性之间存在着一定的关 系。
第1章 第2节矿物质 (食物中矿物质成分的生物有效性)
第一章 水和矿物质
• 第二节 矿物质
一、食品中矿物质的分类、存在形式及其功能 二、矿物质对食品性质的影响 三、食物中矿物质成分的生物有效性 四、影响食品中矿物质成分的因素 五、几种重要的矿物质营养素
食品生物化学
学习目标 1.了解水在生物体内的含量和水的生理作用。 2.掌握食品和生物组织中水的状态。 3.理解水分活度的概念，了解水分活度与食品稳定性的关系。 4.掌握成碱食物与成酸食物的概念。 5.掌握影响矿物质生物有效性的因素。
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三、食物中矿物质成分的生物有效性
生物有效性是指代谢中可被利用的营养素的量与摄入的营 养素的量的比值。对于矿物质，生物有效性主要通过从肠道到 血液的吸收效率来确定。
影响矿物质生物有效性的因素：
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一般来说，食物营养的生物有效性与食物的可消化性成正比 关系。动物性食物中矿物质的生物有效性优于植物性食物。
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5．个体生理状态
机体的自我调节作用对矿物质生物有效性有较大影响。矿 物质摄入不足时会促进吸收，摄入充分时会减少吸收。吸收功 能障碍会影响矿物质的吸收，胃酸分泌少的人对铁和钙的吸收 能力下降。个体年龄不同，也影响矿物质的生物有效性，一般 随年龄增长吸收功能下降，生物有效性也随之降低。
6．加工方法
加工方法也能改变矿物质营养的生物有效性。磨碎的细度 可提高难溶矿物质的生物有效性。添加到液体食物中的难溶性 铁化合物、钙化合物，经加工并延长贮存期就可变为具有较高 生物有效性的形式；发酵后的面团，植酸含量减少了15%～ 20%，锌、铁的有效性可显著提高，其中锌的溶解度增加2～3 倍，锌的可利用率增加30%～50%。
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3．矿物质与其他营养素的相互作用
第1章 第2节矿物质(食品中矿物质的分类、存在形式及其功能)
15 150 11.5 50 2.0 1.5 50 3.5 60
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续表1-3 中国居民膳食常量、微量元素参考摄入量（DRIs）
镁 钙 Ca 磷 P 钾 K 钠 Na Mg 年 龄 / AI AI AI AI AI 岁 /mg /mg /mg /mg /mg
铁 Fe AI /mg
锰钼 碘 I 锌 Zn 硒 Se 铜 Cu氟 F铬 Cr Mn Mo RNI RNI RNI AI AI AI AI AI /g /mg /g /mg g /g /mg /g
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（2）按对人体健康的影响分 食物中含有的矿物质，按其 对人体健康的影响可分为三类：必需元素、非必需元素和作用 尚未确定元素以及有毒元素。必需元素是指这类元素正常存在 于机体的健康组织中，对机体自身的稳定起着重要作用，缺乏 它可使机体的组织或功能出现异常，补充后可恢复正常。必需 微 量 元 素 有 1 4 种 ， 即 铁 （ Fe）、 锌 （ Zn）、 铜 （ Cu）、 碘 （ I）、 锰 （ Mn）、 钼 （ Mo）、 钴 （ Co）、 硒 （ Se）、 铬 （Cr）、镍（Ni）、锡（Sn）、硅（Si）、氟（F）、钒（V）。
孕妇 早期 800 700 2500 2200 400 中期 1000 700 2500 2200 400 晚期 1200 700 2500 2200 400
15 200 11.5 50 25 200 16.5 50 35 200 16.5 50
乳母 1200 700 2500 2200 400 25 200 21.5 65
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第二节 矿物质
一、食品中矿物质的分类、存在形式及其功能
1.食品中矿物质元素的分类
（1）按矿物质元素在人体内的含量和人体对膳食中矿物质 的需要量分 分为两大类：常量元素和微量元素。人体含量在 0.01%以上，人体的日需要量在100mg以上的元素，称为常量 元素或大量元素。钙（Ca）、磷（P）、硫（S）、钾（K）、 钠（Na）、氯（Cl）和镁（Mg）七种元素属于常量元素。含 量和需要量皆低于上述值的其他元素则称为微量元素或痕量元 素。如铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、碘（I）、锰（Mn） 等。
专业基础知识——食品化学和食品生物化学
食品专业考试大纲掌握：在理解准确、透彻的基础上，能熟练自如的运用并分析解决实际问题；熟悉：能说明其要点，解决实际问题；了解：概略知道其原理及应用范畴。
第一部分专业基础知识一、食品化学和食品生物化学（一）水1、熟悉水的结构特征；水在食品中的存在形式。
食品中含的水有二种存在形式，一种是与普通水一样能自由流动的水，称为自由水或游离水。
另一种是与食品中蛋白质、碳水化合物等以氢键结合而不能自由运动的结合水。
结合水（束缚水、固定水）：1）化合水；2）邻近水；3）多层水自由水（体相水）：1）滞化水；2）毛细管水结合水与自由水的性质差异结合水与自由水的不同：不易蒸发；不易冻结(-40˚C)；不能作为溶剂；不能为微生物所利用自由水则具有上述的各种能力。
食品的含水量，是指其中自由水与结合水的总和。
2、掌握水分活度；水分活度对食品加工的影响。
水分活度(water activity，Aw)：即某含水体系中的水蒸汽压p和相同温度下纯水蒸汽压p0的比值。
Aw = p/p0Aw反映了水与各种非水成分缔合的强度，能够更可靠地预测食品的稳定性、安全和其他性质。
它是微生物生长、酶活性和化学反应与水分之间相关性的最佳表达方式。
水分活度的测定：可以采用冰点降低法、相对湿度传感器法和恒定相对湿度平衡室法。
通常用水分活度计测定。
水分活度与食品稳定性：（1）水分活度与微生物活动的关系各种微生物的活动都有一定的A W阈值（最低值）如：细菌≥0.90 酵母≥0.88 霉菌≥0.80（2）水分活度与食品化学变化的关系对淀粉老化的影响：对脂肪氧化酸败的影响，脂类氧化速度在A W值极低时保持较高，随着A W值增加而降低，直到A W值接近MSI的区域Ⅰ和Ⅱ的边界。
进一步加水氧化速度又增加，直到A W值接近MSI的区域Ⅱ和Ⅲ的边界。
再进一步加水引起氧化速度有一定程度的降低；对蛋白质变性的影响：对酶促褐变的影响：酶促反应在A W值很低时速度也很慢，但A W高于0.35后，随A W继续提高，酶促反应速度迅速提高；对非酶褐变的影响，美拉德反应和维生素B1分解的速度都是在A W值达到中等至较高时呈现最高对水溶性色素的影响：（3）A W对干燥和半干燥食品的质构也有影响如果想要保持饼干、爆米花以及油炸土豆片的脆性，避免粒状糖粉及速溶咖啡的结块，防止硬糖的发粘等，或需要使产品具有相当低的水分活度。
2、食品生物化学第一章--(1)水分
Aw范围 0.750.80
在此Aw范围内所能 在此Aw范围内食品 抑制的微生物 大多数嗜盐细菌、 果酱、杏仁酥糖、糖渍水果 产真菌毒素的曲霉
0.650.75
0.600.65 0.50 0.40 0.30 0.20
嗜干霉菌、二孢酵 母
耐渗透压酵母 微生物不增殖 微生物不增殖 微生物不增殖 微生物不增殖
相当低的Aw。另外，饼干、爆米花等市售的各种脆性食
品，必须在较低的Aw时才能保持酥脆。
（2）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繁殖，主要是由其水分活度而不是由其总 含水量所决定的。不同的微生物生长都有其事宜的水分活度范围，
其中细菌对低水分活度最敏感，酵母菌次之，霉菌的敏感性最差。
细胞间液增多，机体出现水肿。
（3）人体内水的代谢平衡
• 人体内的液体是一种溶解有多种无机盐和有机物的水溶 液，被称为“体液”。在正常情况下，人体内的体液处 于相对稳定状态，即平衡状态。即摄入的水与排出的水 基本相等。
液态食物（饮用水等），约1200mL
• 体内水分来源
固态食物，约1000mL
有机物在体内氧化产生的水（代谢水）， 约300mL
（2）水在细胞间液与血浆之间的交换
• 在机体内，虽然细胞间液与血浆之间相隔着一层毛
细管壁，但是水与小分子化合物的通过都不受影响。
一般地，水在毛细血管动脉端渗出血管，在毛细血
管静脉端返回血管。水的渗出和回收主要由血压和
血浆胶体渗透压决定。当静脉压升高或血浆胶体渗
透压降低时，将发生细胞间液回流障碍，从而导致
• 水分活度对干燥和半干燥食品的品质有较大的影响。当 Aw从0.2增加到0.65时，大多数半干或干燥食品的硬度 及黏性增加。控制Aw在0.35-0.5可保持干燥食品的理想 品质。Aw在0.4-0.5时，肉干的硬度及耐嚼性最大；Aw
食品化学课堂重点内容(老师强调)
食品化学课堂重点内容（老师强调）第一章绪论食品化学是从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养和安全性质，以及食品在加工、储藏和运销过程中发生的变化及其对食品品质（色、香、味、质构、营养）和安全性影响的科学。
食品科学的四大支柱学科：食品化学、微生物学、生物化学、食品工程思考题1．比较食品化学和生物化学等相关学科研究内容的异同点，正确理解其定义。
第二章水分1. 水与食品品质的关系（1）储藏: 保水、保鲜(温度、湿度保持、保持原有色泽)（2）加工: 水分的转移①除水: 干制品、浓缩果菜汁、焙烤食品②改变水分状态: 冷冻食品、冻结浓缩食品③复水:冻干果菜、方便面等方便食品2.在温差相等时，生物组织的冷冻速度快还是解冻速度快？在温差相等时，生物组织的冷冻速度比解冻速度快。
冷冻过程靠冰传热——冰是冷源与水的传热介质解冻过程靠水传热——水是热源与冰的传热介质3、水与溶质的相互作用：偶极-离子（H2O-游离离子、H2O-有机分子的带电基团）、偶极-偶极（H2O-蛋白质NH、H2O-蛋白质CO、H2O-蛋白质OH）、疏水水合、疏水相互作用（H2O + R→R(水合)、R(水合) + R(水合) →R2(水合) ＋H2O）4、水的存在形式：结合水（化合水、邻近水、多层水）、自由水（滞化水、毛细管水、自由流动水）5、水分活度:食品中水分逸出的程度，可以用食品中水的蒸汽压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示，也可以用平衡相对湿度表示6、lnAw与1/T呈直线关系7、冰点以上，A w是样品组成与温度的函数，前者是主要的因素；冰点以下，A w与样品组成无关，而仅与温度有关，即冰相存在时，A w不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据A w预测受溶质影响的反应过程；8、对于食品体系，水分回吸等温线(将水加入一个干燥的试样)很少与解吸等温线重叠，这两条曲线的不一致现象称为滞后现象9、水分含量一定时，温度上升，Aw上升；Aw一定时，温度上升，水分含量降低。
食品化学-第1章+水-本科2019 53页PPT文档
水分活度与温度的相依性
测定样品水分活度时，必须标明温度，因为αw值随 温度而改变。经修改的克劳修斯－克拉伯龙(ClausiusClapeyron)方程，精确地表示了αw对温度的相依性。
T 绝对温度； R 气体常数； △H 样品中水分的等量净吸着热
ln αw = -kΔH/R(1/T)
αw
以lnαw对1/T作图（当水分含量一定时）应该是一条直线。
74-80 80-90 90-95
食品
谷物 全粒谷物 面粉
乳制品 奶油 羊奶 奶酪
焙烤食品 面包 饼干
糖制品 蜂蜜 果冻、果酱 砂、硬糖、巧克力
含水量%
10-12 10-13
15 87 40-75
35-45 5-8
20 ≦35 ≦1
基本物理性质
高熔点（0℃）、高沸点（100℃） 介电常数高 表面张力高 热容和相转变热焓高
食品中的结合水
多层水：是指位于以上所说的第一层的剩余位置的水和邻近 水的外层形成的几个水层。尽管多层水不像邻近水那样牢 固地结合，但仍然与非水组分结合得非常紧密，且性质也 发生明显的变化，所以与纯水的性质也不相同。 主要是水-水和水-溶质形成氢键。
水与离子和离子基团的相互作用
与离子或有机分子的 离子基团相互作用的水是 食品中结合得最紧密的一 部分水。由于水中添加可 解离的溶质，使纯水靠氢 键键合形成的四面体排列 的正常结构遭到破坏。对 于既不具有氢键受体又没 有给体的简单无机离子， 它们与水相互作用时仅仅 是离子-偶极的极性结合。
不同离子基团对水的作用
在稀盐溶液中，离子对水结构的影响是不同的： K+、Rb+ 、Cs+ 、NH4+ 、Cl-、Br-、I-、NO3-、BrO3-、
食品生物化学第一章水
（a）水
（b）食品
水分活度的意义
❖ ❖ ❖
1、水分活度表示食品中的水分可以被微生物利用的程度，大多数新鲜食品的水分活度在0.95—1之间； 2、对于纯水来说，p和p0相等，故水分活度为1； 3、食品中结合水含量越高，水分活度越低；
❖ 4、一般来说，食品中的水分活度越大，水分含量越多。
食品中水分活度与食品水分含量的关系
2、表中每一个水分活度区间的下限为相应微生物正常生长的水分活度阈值，即在此水分活度以下，该类微 生物不能正常生长；
3、微生物需要的最低水分活度：大多数细菌为0.99～0.94>大多数霉菌为0.94～0.80 >大多数耐盐细菌为 0.75 >耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.65～0.60。低于0.60绝大多数微生物无法生长；
用Aw比用水分含量能更好的反应食品的稳定性。究其原因与下列因素有关： 1、Aw对微生物生长有更为密切的关系。 2、Aw与引起食品品质下降的诸多化学反应、酶促反应及质构变化有高度的相关性。 3、用Aw比用水分含量更清楚地表示水分在不同区域移动情况。 4、另外，Aw比水分含量易测，且又不破坏试样。
（三）水分活度与食品的稳定性
❖ 植物：不同品种之间，同种植物不同的组织，器官之间，同种植物不同的成熟度之间，在水分含 量上都存在着较大的差异。
❖ 一般来说，叶菜类较根茎类含水量要高的多；营养器官(如植物的叶、茎、根)含水较高通常为70 ％～90％；繁殖器官(如植物的种子)含水量较低，通常为12％～15％。
猜猜看
Q1：猪肉和鸡肉哪个的含水量高？
二、食品中水分状态与分类
1、食品中水分状态 （1）游离态 相对自由地存在 （2）水合态 不能自由移动的水 （3）凝胶态 不能自由流动的水 （4）表面吸附态
《食品生物化学》课程笔记
《食品生物化学》课程笔记第一章绪论一、食品生物化学的定义与研究内容1. 定义：食品生物化学是一门交叉学科，它结合了生物学、化学和食品科学的原理，专注于研究食品中的生物大分子（如蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸）以及它们在食品中的功能、相互作用、代谢过程和食品品质的变化。
2. 研究内容：（1）生物大分子的结构与功能：- 蛋白质：研究氨基酸的组成、蛋白质的一级、二级、三级和四级结构，以及蛋白质的折叠、稳定性、酶活性等。
- 碳水化合物：探讨单糖、寡糖和多糖的结构，以及它们的物理和化学性质。
- 脂质：研究脂肪酸、甘油、磷脂、固醇等脂质的结构和功能。
- 核酸：分析核苷酸组成、DNA和RNA的结构，以及它们在遗传信息传递中的作用。
（2）生物化学反应：- 探索酶促反应的机理、动力学和调控。
- 研究代谢途径中的关键酶和调控因子。
- 分析食品加工和储藏过程中的化学反应。
（3）代谢途径：- 碳水化合物的代谢：如糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径等。
- 脂质代谢：包括脂肪酸的合成、分解和氧化。
- 氨基酸代谢：涉及氨基酸的合成、分解和转化。
- 核酸代谢：包括DNA和RNA的合成、修复和降解。
（4）生物活性物质：- 研究食品中的功能性成分，如抗氧化剂、抗炎剂、益生元等。
- 分析这些成分的生物活性及其对健康的影响。
（5）食品加工与营养：- 研究食品加工过程中生物大分子的变化，如加热、冷却、压力处理等对食品成分的影响。
- 探讨食品营养成分的消化、吸收和代谢。
二、食品生物化学的发展历程1. 起源阶段（19世纪末至20世纪初）：- 早期的研究主要集中在食品的化学组成上，如糖类、蛋白质和脂肪的分析。
- 生物化学家开始关注酶的作用和食品腐败的过程。
2. 形成阶段（20世纪30年代至50年代）：- 食品生物化学作为一门独立学科逐渐形成，研究重点转向生物大分子的结构和功能。
- 发展了多种分析技术和方法，如色谱、电泳、光谱分析等。
3. 发展阶段（20世纪60年代至今）：- 研究领域不断拓展，涉及分子生物学、遗传工程、生物技术在食品中的应用。
食品生物化学
食品生物化学绪论1．食品生物化学定义：是研究食品的组成，结构、性质、形成、食品贮藏和加工及在人体内代谢过程中化学变化规律的一门学科。
2．食品生物化学的主要研究任务是食品成分的结构、性质、营养价值及食品在贮藏加工中的化学变化及其被人体消化吸收后参与人体代谢的规律，研究食品原料采摘或屠宰前品质形成的规律，确定食品组分间的互相作用及其对食品营养、感官品质和安全性造成的影响。
第一章水分1．速冻是保存食品的良好方法，速冻应确保食品在-5~0℃停留的时间不超过30min，-18℃是冷藏食品最理想的温度。
第二章矿物质2．矿物质的生理功能：（1）矿物质成分是构成机体组织的重要材料。
（2）酸性、碱性的无机离子适当配合，加上碳酸盐和蛋白质的缓冲作用，维持人体的酸碱平衡。
（3）各种无机离子，特别是保持一定比例k+,Na+,Ca2+，Mg2+是维持神经、肌肉兴奋性和细胞膜通透性的必要条件。
（4）无机盐与蛋白质协同维持组织细胞的渗透压。
（体液的渗透压恒定主要由NaCl来维持。
）（5）维持原生质的生机状态。
f.参与体内的生物化学反应。
3.成酸食品：通常含有丰富的蛋白质、脂肪和碳水化合物，成酸元素（Cl,S,P）较多，在体内代谢后形成酸性物质。
大部分的谷类及其制品、肉类、蛋类及其制品呈酸性。
4.碱性食品：在体内代谢后则生成碱性物质，如蔬菜、水果。
5.矿物质的生物有效性是指食品中矿物质实际被机体吸收、利用的程度第三章糖类1.复合糖:与非糖物质结合的糖。
如糖蛋白、糖脂。
2.目前已证实具有特殊保健功能的寡糖主要有寡果糖、乳果聚糖、低异聚麦芽糖、低聚木糖、低聚氨基葡萄糖。
3．淀粉是植物营养物质的一种贮存形式。
分子式（C6H10O5）n.4.(复合糖)糖蛋白的结构：一类由糖和多肽或蛋白质以共价键连接而成的结合蛋白，是糖同蛋白质的共价结合物。
5糖蛋白的生理功能：（1）具有酶或激素活性。
（2）具有转运金属离子和激素的作用。
（3）参加血液凝结作用。
2-食品化学_水和冰
微生物的活动与水分活度的关系
微生物的生长繁殖离不开水，需水程度可用水分活度表示：
细菌对水分活度的要求：Aw>0.9
酵母菌对水分活度的要求：Aw>0.87 大多数霉菌对水分活度的要求：Aw>0.8 在食品中，微生物赖于生存的水主要是自由水，食品内自由水 含量越多，水分活度越大，故水分活度大的食品易受微生物污
食品化学
第二章 水和冰
1
一、概述
生物体系的基本成分：蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸、矿物 质和水。其中水是最普遍存在的，它往往占植物、动物质量或食 品质量的50%~90%。
而且水分的分布不均，动物体内以血液、脑等器官最多，其次是
皮肤，而骨骼中较少；植物中一般以叶、茎、根等部位含水量高， 种子中含量少。
在样品的冰点时，此直线
出现明显的折断。
图2-10在冰点以上及以下时样品的水分 活度与温度之间的关系
26
冰点以下水分活度和温度的关系 冰点以下食品的水分活度的定义：
Aw = Pff / P0(scw) = Pice / P0(scw)
Pff ：部分冻结食品中水的蒸汽分压 P0(scw) ： 纯的过冷水的蒸汽压 Pice ： 纯冰的蒸汽压
19
四、水分活度与食品腐败
在实际贮存食品的过程中，我们会发现，有的食品看起来水 分含量并不大，却很容易腐败。或者：两类有相同含水量的 食品，其保藏性不一定相同。
说明：食品的保藏性不与水分的绝对含量相关。那么，如何
体现水分与食品质量的关系呢？我们引入新的关于水分活度 的概念。 与水分含量相比，应用水分活度的大小，更能说明食品发生 腐败的问题。
5
1.4 水和冰的物理性质
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水将引起
。Ⅱ区增加了多层水区即通过水溶质、水水以氢键被相对固定的水也包括直径小于1μm的毛细管
的水。Ⅲ区水量增加至自由水区
特点与非水物质结合最不牢
固、最容易流动的水其蒸发
焓基本上与纯水相同既可以
结冰也可作为溶剂并且还有
利于化学反应的进行和微生物的生长。这种分区是相对的。?水分子在区内和区间快速地交换。从区Ⅰ至区Ⅲ水的性质是连续变化的。
到样品的水分活度。c.恒定相对湿度平衡室法康维微量扩散器测定法饱和盐
溶液
样品恒温密闭小容器、样品和
饱和盐溶液两种以上
样品量一般为1g恒温温
度一般为25℃康维氏微量扩散器测定达平衡时样品吸收/失去水的质量用下式求算Aw=(Ax+By/(x+y)其中A活度低的盐溶液活度
?在冰点以下Aw与样品的组成无关而仅与
温度有关即冰相存在时Aw不受所存在的
溶质的种类或比例的影响不能根据Aw 预测
受溶质影响的反应过程
?不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度
的Aw
?当温度改变到形成冰或熔化冰时就食品稳定
性而言水分活度的意义也改变了一些常见食品的水分活度高水分食品水分活度中等水分食品水分活度低水分食品水分活度
是以浓缩为主加速了多种反应进一步降温温度效应
为主导温度越低反应速度越慢综合节能和保质采取
-18 ℃一冰冻影响二水-溶质相互作用的分类
种
类 实 例 相互作用的强度
与水-水氢键比较
偶极-离子
H2O
-游离离子
H2O
-有机分子上的带电基团
避免水分在不同物料间的转移。?据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响。?从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。MSI区I区II区III区Aw 0-0.2 0.2-0.85 0.85 含水量% 1-6.5 6.5-27.5 27.5冷冻能力 不能冻结 不能冻结 正常溶剂能力 无 轻微-适度 正常水分状态 单分子层水 多分子层水 体相水
休眠种
子9780
8578
65 90
6080 10以下?水虽无直接的营养价值但具有某些特殊性能如溶解力强介电常数大比热高
粘度小等是维持生理活性和进行新陈代谢不可缺少的物质。?水是体内化学作用的介质同时也是生物
化学反应的反应物及组织和细胞所需的养
分和代谢物在体内运转的载体。二、?熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容、相
特点有一定厚度(多层)-40度基本不结
冰溶剂能力下降可被蒸发
单分子层
水0.5%
5%结合水
自由水被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水
滞化水
不能自由流动与非水物质没关系
毛细管水
由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水
物理及化学性质与滞化水相同
0.90
嗜盐细菌
≤0.75
普通酵母
0.87
耐干性酵母、
细菌
0.65 普通霉菌
0.80
耐渗透压性酵母0.61 微生物发育时必需的水分活度注a.不同种类的微生物其正常生长繁殖所需要的水分活度不同
与其水分活度之间的关系图称为水分吸附等温线或吸湿等温线MSImoisture sorption isotherms。?形状不同食品的MSI具有不同的形状。S形是大多数食品的特征。糖果和咖啡提取物含有大量糖和其它可溶性小
分子而聚合物含量不高它们的MSI呈J形。MSI中的分区一般的MSI均可分为三个区如下图所示Ⅰ区为化合水和邻近水区即与食品成分中的羧基、氨基等基团通过水-离子或水-偶极相互结合的那
其前提是稀溶液。所以也是近似的关系。
3.Aw是样品的内在品质而ERH是样品的环境性质仅当样品与它的环境达到平衡时上式才能成立。Aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)Aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)<1?a.冰点测定法通过测定样品冰点的降低值△Tf
液中溶剂的摩尔数n2稀溶液中溶质的摩尔数。
自由水1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平
衡食品体系一般不符合这个条件因此上式严格讲只是近似的表达。2.公式中的前两项即Aw=p/p0是根据水分活度定义给出的而后两项Aw=N=n1/(n1+n2)是拉乌尔定律所推导的
较强
偶极-偶极
H2O
-蛋白质NH
H2O
-蛋白质CO
H2O
-侧链OH
近乎相等
疏水水合 H2O + R
R水合 远低(△G0)
疏水相互作用 R(水合)+R(水合)R2(
水合)+H2O 不可比较(△G0) 焓
热力学不能自发进行
无溶剂能力不能被微生物利用邻近水定义处于非水物质外围与非水物质
呈缔合状态的水
特点-40度不结冰无溶剂能力不
能被微生物利用多层水定义处于邻近水外围的与邻近水以氢
键或偶极力结合的水
自由流动水
以游离态存在的水
可正常结冰具有溶剂能力微生物可利用
定义
特点
定义
特点
定义
特点化合水(一) 结合水?结合水是与食品中蛋白
质、淀粉、果胶物质、
纤维素等成分通过氢键
而结合着的。
?根据各种有机分子的不
同极性基团与水形成氢
键的牢固程度有所不同。
相互作用而无法放出水分b.物料不规则形状产生毛细管现象的部位欲填满或抽空水分需要不同的蒸气压
c.解吸时因组织改变当再吸水
时无法紧密结合水分由此可导致回吸相同水量时处于较高的水分活度。MSI?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
及含水量求出n1,根据公式Aw=N=n1/(n1+n2) n2= G △Tf/1000KfKf水的摩尔冰点下降常数即可求出样品的水分活度。b.相对湿度传感器测定法
将已知含水量的样品置于恒温密闭的小容器中达到平衡用湿度传感器测
定其空间的湿度即可得
出ERHAw=ERH/100得
B活度高的盐溶液活度
x使用B时的净增值
y使用A时的净减值水分含量相同温度不同Aw不同
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。In Aw = -ΔH /RT + CT-绝对温度R-气体常数ΔH-样品中水分的吸湿热Aw?在冰点以上Aw是样品组成与温度的函数前者是主要的因素
熵△G=△H-T△S键的强度大共价键
H2O-离子键H2O- H2O
小(1)键的强度大
共价键
H2O-离子
H2O- H2O
H2O-亲水性溶质
小(2)水与具有氢键形成能力的中性基团亲水性溶质的相互作用(3)疏水水合(Hydrophobic hydration)向水中添加疏水物质时由于它们与水分子产生斥力从而使疏水基团附
=ERH/100equilibrium relative humidity =n1/(n1+n2) Aw=p/p0其中Aw水份活度p食品中水的蒸气分压p0同温下纯水蒸气压
?水分活度测定公式
Aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)ERH样品周围空气不与样品换湿时的平衡相对湿度N稀溶液中溶剂摩尔分数n1稀溶
近的水分子之间的氢键键合增强使得熵减小此过程成为疏水水合。油脂烃类分层。(4)水作为双亲分子的分散介质双亲分子
–一个分子中同时存在亲水和疏水基团–脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂质、核酸水中存在同时含有多个亲水性和疏水性侧链基团
的生物大分子其分子中的疏水基团以色散力相互吸引避开与水的接触疏水基团包埋在分子内部亲水基与水以氢键结合这种现象称疏水
生鱼
0.99
糖蜜
0.76
干面条
0.5
苹果
0.99
重盐渍鱼
0.70
饼干
0.1
牛奶
0.98
面粉
0.70
熏火腿
0.87
果酱
0.80
面包
0.95
果脯
0.70
酱油
0.80
三、水分活度和食品含水量的关系水分吸附等温线定义在恒定温度下食品的水分含量以g水/g干物质表示
微生物利用 不可利用 部分可利用 可利用?各种食品在一定条件下都各有其一定的水
分活度各种微生物的活动和各种化学与生物化学反应也都需要有一定的Aw值。只要计算出微生物、化学以及生物化学反应
所需要的Aw值就可能控制食品加工的条
件和预测食品的耐藏性。( )微 生 物
发育所必需的最低Aw 微 生 物发育所必需的最低Aw 普通细菌
?第一节 概述?第二节食品中的水
?第三节 水分活度授课主要内容陆地生物机体化学物质组成的大致比例水
蛋பைடு நூலகம்质
核酸
糖类
脂质
无机盐蛋
白
质
15%核
酸
7%
糖
类
3%脂
质
2
%
无
机
盐
1%
水
70
%第一节概述一、水在生物体内的含量及生理功用水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
(100℃)下结合水不能从食品中分离出来。?结合水对食品的可溶性成分不起溶剂的作用。?自由水能为微生物所利用结合水则不能。
?结合水在低温-40C或更低下不能冻结。
?结合水在核磁共振实验中产生宽带。定义和测定方法水分活度(water activity)是指食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值,可用下式表示Aw =P/P0