第一章 食物的化学成分(1)

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（二）水分活度与微生物生长的控制 微生物是影响食品储藏稳定性的重要因素之 一，要保证食品的质量，最基本的一点就是要防 止微生物在食品上的生长和繁殖。通常控制食品 中微生物生长的技术包括：① 热灭菌；②降低 食品的水分含量(或水分活度)；③ 辐照灭菌； ④ 巴斯德消毒等。对大多数微生物来说，其生 长的最佳水分活度为Aw>0．99。通常人们认为一 个特定的细胞类型有一个限制性水分活度值，低 于这个水分活度．这一特定的细胞类型就不能生 长、代谢和繁殖，最终可能导致死亡。
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微生物可以利用自由水生长繁 殖，各种化学反应也可以在其中进 行，因此自由水的含量直接关系着 食品的储藏和腐败。
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3. 冰冻对食物成分的影响
因为转变成冰的水的体积会大约增加 9％，如对食品缓慢冷冻，动植物组织的细 胞间隙中会形成大的冰晶，导致食品材料 的组织结构受损，解冻后不能恢复到原来 状态，严重时导致组织软化、汁液流出、 风味降低，甚至失去食用价值。
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表2
Aw范围
水分活度与食品中微生物的生长
在Aw的低限下不能生长的微生物 变形菌、芽孢杆菌、埃希氏菌 沙门氏菌、副溶血性弧菌 很多酵母 绝大多数霉菌 绝大多数嗜盐菌 旱生霉菌 耐高渗酵母 任何微生物都不能生长
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1.0～0.95 0.95～0.91 0.90～0.87 0.87～0.80 0.80～0.75 0.75～0.65 0.65～0.60 <0.50
第一章
食物的化学成分及其性质
从原料到食品的过程中可发生物理、 化学、生物化学等多种变化，不论是原料、 半成品还是成品，其风味、色泽、质构等性 质主要是它们的物理和物理化学性质的综合 表象。在加工和储藏中因原料配比变化、机 械处理和环境条件变化，食物就会发生变化 和直组。
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第一节
食物中的水
水是多数食品的主要成分。各种食品 都有其特定的水分含量和分布，因此才能显 示各自的包、香、味、形等特征。由于水分 含量、分布和状态对食品的新鲜度、硬度、 风味、色泽、流动性和保藏性等都有很大影 响．加工和储藏中改变食品的水分含量、分 布和状态的现象非常普遍。
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（一）水分活度（ Aw ）的定义 为食品所显示的水蒸汽压P对在同一温度下 纯水的蒸汽压P0之比: Aw=P / Po 水分子会从水中蒸发跑到空气中成为气体， 即水蒸汽，而气体都有一定压力，水蒸汽的压力 就称为水蒸汽压，一般食品不仅含有水，而且含 有蛋白质，淀粉等固形物，所以它的水相对地就 比纯水少，故其水蒸汽压也就小，即一般有P＜ P0，所以AW值皆小于1。
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4. 水分活度
各种食品都含有一定量水分，在储藏过程 中常会有腐败现象发生。尽管一般来说水分含 量与食品的储藏稳定性之间存在着某些关系， 但并没有必然关系，也就是说虽然有的食品含 水量较高，但储藏寿命却较长(较稳定)，而另 一些食品尽管含水量低，储藏寿命却较短(不 稳定)。 例如在常温条件下土豆淀粉的水分含量高 达2O%时仍较为稳定，而水分含量仅有2%的蔗 糖在同样条件下却不稳定 。
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若选用速冻技术，使食品内部的温度 很快降低到－18℃，这样在冷冻过程中可 以形成数量众多、颗粒细小的冰晶，这些 细小的冰晶均匀地分布在细胞的内外，对 动植物组织结构基本上不会产生破坏作用， 食品解冻后基本可以恢复到原来的状态。 因此速冻是保存食品的良好方法，速 冻应确保食品在0～－5℃停留的时间
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常见的双糖
1）蔗糖 蔗糖广泛分布于植物的果实和汁液中， 尤其在甘蔗和甜菜中含量很高。它是高能量 食物的主要成分。 蔗糖是最重要的甜味剂，但近年来发现 许多疾病可能与过多摄入蔗糖有关，如龋齿、 肥胖、高血压、糖尿病。
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2）乳糖 乳糖是半乳糖和葡萄糖缩合而成的二 糖，它以游离态存在于哺乳动物的乳汁中； 牛乳含4.5％～5.5％，人乳含5.5％～8.0 ％。它是以糖苷形式存在于植物之中，用 酸水解乳酸可得葡萄糖和半乳糖。 乳糖的存在可促进婴儿肠道双歧杆 菌的生长，乳酸菌使乳糖发酵变为乳酸。
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所谓水分活度，就是水分在肌体中能自 由活度的程度，常以水分是否容易“逸出” （蒸发）来衡量，食品的Aw越低，表明食品 保持水分的能力越强(水分不易蒸发)，能提 供给微生物利用的有效水分也就越少。也就 越不利于微生物的繁殖，越有利于食品的保 藏。干燥与高渗食品(盐腌品和糖渍品)之所 以耐藏，是因为水分子在溶质的束缚下，能 为微生物所利用的有效水分随之降低。
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4. 水分活度对食品质构的影响
各种不同的食品都有其表现最佳食用 品质的水分活度。如面包的水分活度比饼 干的高，因此，面包湿润、柔软，而饼干 酥脆。然而，绝大多数食品在进入消化道 时，其水分活度往往超过0.8。这是因为 人们喜欢而且习惯食物湿润、柔软的状态 进入消化道。
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综合以上各方面的分析，可以看出水分 活度高的食品，通常是不太稳定的，容易发 生腐败变质。干制的食品由于含水量低，水 分活度也小，则相对较为稳定。另一种降低 水分活度的办法是加糖，或加盐腌制。蔗糖 和食盐都是亲水物质，食盐溶入水后又电离 成钠离子和氯离子，它们都极易与水结合， 原来食品中的自由水与之结合后就转变为结 合水．结合水难蒸发，食品的蒸汽压(P)因此 下降，水分活度也即随之降低。
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（一）单糖 单糖是指不能再被水解的糖单位，单糖是构成各 种寡糖和多糖的基本构成单位，每分子可含有3～9 个碳原子。在食品中常见的如葡萄糖和果糖。 葡萄糖有D型和L型，人体只能代谢D型葡萄糖而 不能利用L型，所以用L型葡萄糖做甜味剂，可达到 增加食品的甜味而又不增加热能摄入的目的。果糖 主要存在于水果和蜂蜜中。 糖醇是单糖的重要衍生物，常见有山梨醇、甘 露醇、木糖醇等。由于这些糖醇类物质在体内消化、 吸收的速度慢，提供能量较葡萄糖少，已被广泛用 于食品加工中。
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第二节
食物中的碳水化合物
糖类化合物的分子组成可用Cn(H2O)m通 式表示，统称为碳水化合物。但后来发现有 些糖如鼠李糖(C6H12O5）和脱氧核糖（C5H10O4） 并不符合上述通式，而且有些糖还含有氮、 硫、磷等成分，显然碳水化合物的名称已经 不适当，但由于沿用已久，至今还在使用这 个名词。根据糖类的化学结构特征，糖类的 定义应是多羟基醛或酮及其衍生物和缩合物。
（2）环境条件影响微生物生长所需 的水分活度。一般而言，环境条件 越差(如营养物质、pH、O2、压力及 温度等)，微生物能够生长的水分活 度下限越高。
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(3)水分活度能改变微生物对热光线和化 学物质的敏感性。一般来说，在高水分活 度时微生物最敏感，在中等水分活度时最 不敏感。 (4)微生物产生毒素所需的最低水分活度比 微生物生长所需的最低水分活度高。因此， 通过水分活度来控制微生物生长的一些食 品中，虽然可能有微生物生长，但不一定 有毒素的产生。
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3.水分活度对酶活力的影响
从酶促反应与食物水分活度的关系来看：水分 活度对酶促反应的影响是两个方面的综合，一方面 影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶 的构象。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。
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（2）自由水 自由水是指存在于动植物组织的细胞 质、膜、细胞间隙中的水。食品中通常含 有动植物体内天然形成的毛细管，毛细管 有较强的束缚力的能力。自由水具有水的 全部性质，可以以液体形式移动，在气候 干燥时，以蒸气形式逸出，使食品中含水 量降低；在潮湿的环境中食品容易吸收一 定量的水分，使含水量增加。所以食品中 的含水量随着环境湿度的变化而改变。
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各种食物的含水量
食物 猪肉（生的瘦肉） 鱼 樱桃、梨 苹果、桃子 草莓、番茄 豌豆 胡萝卜、马铃薯 含水量（％） 含水量（％） 53～60 65～81 80～85 85～90 90～95 74～80 80～90
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1. 水的结构
1 ）单分子水的结构 水蒸汽中水多以单分子形成存在，化 学式为H20。 2 ）液态水的结构 液态水中虽含有单分子H20，但大多数 水不以单分子状态存在，而是以若干个水 分子缔合形式[(H20)n]存在。
纤维素1.0 纤维素 淀粉7.8 葡萄糖0.85；果糖 葡萄糖 ；果糖0.85； ； 淀粉 蔗糖4.25 蔗糖 纤维素1.0 纤维素 淀粉14 淀粉 纤维素0.5 纤维素 纤维素0.7 纤维素 蔗糖3.78 蔗糖
马铃薯 甜玉米 蜂蜜
17.1 22.1 82.3
蔗糖12～ 蔗糖 ～17 葡萄糖28～ ； 葡萄糖 ～35；果糖 34～41；蔗糖 ～5 ～ ；蔗糖1～
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（二）双糖 双糖是由两分子单糖缩合而成。天然 存在于食品中的双糖，常见的有蔗糖、乳 糖和麦芽糖。蔗糖在甘蔗、甜菜和蜂蜜中 含量较多，日常食用的白糖就是蔗糖，是 从甘蔗或甜菜中提取的。麦芽糖是由两分 子葡萄糖连接而成，淀粉在酶的作用下可 降解生成麦芽糖。乳糖主要存在于奶和奶 制品中。
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（三）低聚糖 又叫寡糖，是由3～9个单糖分子失水 缩合而成的。重要寡糖有棉籽糖、水苏糖、 异麦芽低聚糖、低聚果糖、大豆低聚糖等。 大豆低聚糖是存在于大豆中的可溶性 糖的总称，主要成分是水苏糖、棉籽糖和 蔗糖。除大豆以外，在扁豆、豌豆、绿豆 中均有存在。其甜味特性接近于蔗糖，但 能量仅为蔗糖的50％左右。此外大豆低聚 糖还是肠道双歧杆菌的增殖因子。可部分 代替蔗糖应用于饮料、酸奶等食品中。
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一、糖类的化学结构
单糖带一个以上不对称碳原子，称为 手性碳原子，所以具有D－型及L－型两种 立体异构体。 自然中多为D－型醛糖及酮糖。
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手性和对映体
这两个模型的关系就像左手和右手的关 系一样:不能相互叠合，但互为镜象。互为镜 象的两种构型的分子称为对映异构体。与其 镜象不能叠合和分子称手性分子。
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（四）多糖 多糖是由多个单糖单位通过糖苷键连 接起来的高分子化合物。其聚合度（组成 多糖的单糖个数，DP）多在200～3 000范 围内，有的甚至更高。 食品中多糖有淀粉、糖原、纤维素、 半纤维素、果胶和改性多糖等。