食品化学-水和冰的结构

第四节 水分活度与食品的稳定性
Water activity and food stability
几
类
重
要
除非酶氧化在Aw＜
的 反
0.3时有较高反应速
应
度外，其它反应均
速wenku.baidu.com度
是逾小反应速度愈
与
小。也就是说愈小
有利于食品的稳定
的 关
性。
系
Aw
一、对脂肪氧化酸败的影响
在Aw＝0-0.33范围内，随Aw↑，反应速度↓的原因 1、水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分
产品
水分/％
产品
水分/％
产品
水分/％
番茄
85
牛奶
87
果酱
28
莴苣
95
马铃薯
78
蜂蜜
20
卷心菜
92
香蕉
75
奶油
16
啤酒
90
鸡
70
稻米、面粉
12
柑橘
87
肉
65
奶粉
4
苹果汁
87
面包
35
酥油
0
第一节 概述
Introduction
二、水和冰的物理特性
水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相 变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻 和干燥过程有重大影响。
相互作用的强度 与水-水氢键比较
较强
近乎相等
远低(△G＞0) 不可比较(△G＜0)
二、水与离子和离子基团的相互作用
Interaction of water with Ionic groups 净结构形成效应 (Net structure forming effect)
➢小离子或多价离子产生强电场
➢Li+, Na+, H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH➢具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积
水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等 可与一些生物大分子构成“水桥”
木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥
四、水与非极性物质的相互作用
Interaction of water with nonpolar substance
二、滞后现象
Hysteresis
1、定义：采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和按解吸 (desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象。
在一指定的Aw时，解 吸过程中试样的水分含量大于 回吸过程中的水分含量
高糖-高果胶食品
空气干燥苹果 总的滞后现象明显 滞后出现在真实单层水区域 Aw＞0.65时，不存在滞后
高蛋白食品
冷冻干燥熟猪肉 Aw＜0.85开始出现滞后 滞后不严重 回吸和解吸等温线均保持S形
淀粉质食品
冷冻干燥大米 存在大的滞后环 Aw=0.70时最严重
2、滞后现象产生的原因
（1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水 分。 （2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分 需不同的蒸汽压(要抽出需P内＞P外， 要填满则需P外＞ P内)。 （3）解吸作用时，因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水， 由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw。
食品化学
第二章 水与冰
第一节 概述 第二节 水与冰的结构 第三节 食品中水的存在形式 第四节 水分活度与吸着等温线 第五节 分子的移动性与食品的稳定性
第一节 概述
Introduction
一、水在食品中的作用
水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品
的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。 某些代表性食品的典型水分含量
二、对淀粉老化的影响
食品在较高Aw的（30％－60％）的情况下，淀粉老化速度最快；如 果降低Aw ，则老化速度减慢，若含水量降至10％－15%，则食品中水分 多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。
三、对蛋白质变性的影响
水分能使蛋白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团， Aw 的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。
2 、要想长时间地储存一种含脂肪的食品，希望其微观水分处于 什么状态为好？
A 高于多分子层吸附水状态 B 处于多分子层吸附水状态 C 处于单分子层吸附水状态 D 低于单分子层吸附水状态
四、对化学及生物化学反应速度的影响
大多数化学反应在水溶液中进行， Aw愈大，自由水增多，有利于 反应进行：许多酶促反应需要水的介入和活化。
第五节 分子的移动性与食品的稳定性
Molecular mobility and food stability
本节自学
分子淌度(Mn) 玻璃态(Glass state) 玻璃化温度(Glass transition temperature,Tg) 无定形(Amorphous) 大分子缠结(Macromolecular entanglement)
思考题
1、葡萄中的汁可以用压榨法挤出来，而鸡肉中的水不能挤出来 A这说明葡萄中的水是自由水，而鸡肉中的水是结合水。 B这说明葡萄中的水大部分是自由水，而鸡肉中的水大部分是结合水。 C从以上事实中可以判断，葡萄中自由水的比例比鸡肉中更高。 D从以上事实尚不能判断葡萄和鸡肉中哪一种的自由水比例更高。
思考题
I区
0-0.2 1-6.5 不能冻结 无 单分子层水 不可利用
II区
0.2-0.85 6.5-27.5 不能冻结 轻微-适度 多分子层水 部分可利用
III区 ＞0.85 ＞27.5 正常 正常 体相水 可利用
MSI与温度的关系
❖ 水分含量一定 T↑，Aw↑
❖ Aw一定 T↑，水分含量↓
在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线
疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用。
R(水合)＋R(水合)
R2(水合)＋H2O
球 状 蛋 白 质 的 疏 水 相 互 作 用
第三节 水分吸着等温线
Moisture Sorption Isotherms(MSI)
一、定义 Definition
在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关 系曲线。
疏水水合作用（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
水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程称为
疏水水合。
H2O＋R
R(水合)
疏水相互作用（hydrophobic interaction）
当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，
第二节 水与溶质的相互作用
Water-solute ineractions
一、水与溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子
偶极-偶极 疏水水合 疏水相互作用
实例
H2O-游离离子 H2O-有机分子上的带电基团 H2O-蛋白质 NH H2O-蛋白质 CO H2O-侧链 OH H2O + RR（水合） R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O
净结构破坏效应 (Net structure breaking effect)
➢大离子和单价离子产生较弱电场
➢K+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4➢流动性比纯水强
三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用
Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities
MSI的实际意义:
1、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避免水分在不同物料间 的转移。
2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的 影响。
3、从MSI还可看出食品中非水组分与水 结合能力的强弱。
MSI上不同区水分特性
区
Aw 含水量% 冷冻能力 溶剂能力 水分状态 微生物利用
解，阻止氧化进行。 2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。
在Aw＝0.33-0.73范围内，随Aw↑，反应速度↑的原因 1、水中溶解氧增加 2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化 3、催化剂和氧的流动性增加
当Aw>0.73时，随Aw↑，反应速度增加很缓慢的原因 催化剂和反应物被稀释