江南大學(xué)食品學(xué)院課件-第二章-水

1、第二章第二章 水水 第一節(jié)第一節(jié) 引引 言言 水的重要功能水的重要功能 n水是最普遍存在的組分，占水是最普遍存在的組分，占50%90% n為生物化學(xué)反應(yīng)提供一個物理環(huán)境為生物化學(xué)反應(yīng)提供一個物理環(huán)境 n代謝所需營養(yǎng)成分和反應(yīng)產(chǎn)物的載體代謝所需營養(yǎng)成分和反應(yīng)產(chǎn)物的載體 n是其它食品組分的溶劑是其它食品組分的溶劑 主要食品的水份含量主要食品的水份含量 食食 品品 水水分分含含量量% % 肉肉 豬豬肉肉、生生的的分分割割瘦瘦肉肉 牛牛肉肉、生生的的零零售售部部分分 雞雞肉肉、各各種種級級別別的的去去皮皮生生肉肉 魚魚、肌肌肉肉蛋蛋白白質(zhì)質(zhì) 水水果果 漿漿果果、櫻櫻桃桃、梨梨 蘋蘋果果、桃桃子子、桔桔

2、子子、葡葡萄萄柚柚 大大黃黃、草草莓莓、蕃蕃茄茄 蔬蔬菜菜 鱷鱷梨梨、香香蕉蕉、豌豌豆豆（綠綠） 甜甜菜菜、莖莖椰椰菜菜、胡胡蘿蘿卜卜、馬馬鈴鈴薯薯 蘆蘆筍筍、菜菜豆豆（綠綠） 、卷卷心心菜菜、花花菜菜、萵萵苣苣 5 53 3- -6 60 0 5 50 0- -7 70 0 7 74 4 6 65 5- -8 81 1 8 80 0- -8 85 5 8 85 5- -9 90 0 9 90 0- -9 95 5 7 74 4- -8 80 0 8 80 0- -9 90 0 9 90 0- -9 95 5 水與食品加工水與食品加工 n了解水在食品中的存在形式是掌握食品加了解水在食品中的存在

3、形式是掌握食品加 工和保藏技術(shù)原理的基礎(chǔ)工和保藏技術(shù)原理的基礎(chǔ) n決定食品的市場品質(zhì)，是食品的法定標(biāo)準(zhǔn)決定食品的市場品質(zhì)，是食品的法定標(biāo)準(zhǔn) n大多數(shù)食品加工的大多數(shù)食品加工的單元操作單元操作都與水有關(guān)都與水有關(guān) 干燥、濃縮、冷凍、水的固定干燥、濃縮、冷凍、水的固定 n復(fù)水、解凍沒有完全成功復(fù)水、解凍沒有完全成功 第二節(jié)第二節(jié) 水和冰的物理性質(zhì)水和冰的物理性質(zhì) n高熔點（高熔點（0）、高沸點（）、高沸點（100） n介電常數(shù)高介電常數(shù)高 n表面張力高表面張力高 n熱容和熱容和相轉(zhuǎn)變熱焓相轉(zhuǎn)變熱焓高高 熔化焓、蒸發(fā)焓、升華焓熔化焓、蒸發(fā)焓、升華焓 n密度低（密度低（1 g/cm3） n凝固時的異常

4、膨脹率凝固時的異常膨脹率 n粘度正常（粘度正常（1 cPas） n水和冰的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散的比較水和冰的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散的比較 第三節(jié)第三節(jié) 水分子水分子 n4個雜化軌道個雜化軌道 2px2 2py1 2pz1 n由于氧的高負(fù)電性，由于氧的高負(fù)電性， O-H共價鍵具有部分共價鍵具有部分 離子特征離子特征 n水的分子結(jié)構(gòu)水的分子結(jié)構(gòu) n18種種HOH分子的同位分子的同位 素變異體素變異體 n33種以上的種以上的HOH的化的化 學(xué)變異體學(xué)變異體 第四節(jié)第四節(jié) 水分子的締合水分子的締合 nO-H鍵具有極性鍵具有極性 n不對稱的電荷分布不對稱的電荷分布 n偶極距偶極距 n分子間吸引力分子間吸引力 n強(qiáng)烈的

5、締合傾向強(qiáng)烈的締合傾向 n形成三維氫鍵形成三維氫鍵 n四面體結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu) n解釋水的不尋常性質(zhì)解釋水的不尋常性質(zhì) 氫鍵供體氫鍵供體 氫鍵受體氫鍵受體 氫鍵供體氫鍵供體氫鍵供體氫鍵供體 氫鍵受體氫鍵受體氫鍵受體氫鍵受體 第五節(jié)第五節(jié) 冰的結(jié)構(gòu)冰的結(jié)構(gòu) n水分子通過四面體之間的作用力結(jié)晶水分子通過四面體之間的作用力結(jié)晶 nO-O核間最相鄰距離為核間最相鄰距離為0.276nm nO-O-O鍵角約鍵角約109(四面體角四面體角10928) n冰的六面體晶格結(jié)構(gòu)冰的六面體晶格結(jié)構(gòu) n在在C軸是單折射，其它方向是雙折射軸是單折射，其它方向是雙折射 n結(jié)晶對稱性：六方晶系的六方形雙錐體組結(jié)晶對稱性：六方晶

6、系的六方形雙錐體組 n溶質(zhì)的種類和數(shù)量影響冰結(jié)晶的結(jié)構(gòu)溶質(zhì)的種類和數(shù)量影響冰結(jié)晶的結(jié)構(gòu) 第六節(jié)第六節(jié) 水的結(jié)構(gòu)水的結(jié)構(gòu) n水的結(jié)構(gòu)模型水的結(jié)構(gòu)模型 混合式混合式 填隙式填隙式 連續(xù)式連續(xù)式 n液態(tài)水通過氫鍵而締合液態(tài)水通過氫鍵而締合 n氫鍵程度取決于溫度氫鍵程度取決于溫度 n冰轉(zhuǎn)變?yōu)樗畷r，密度凈增加冰轉(zhuǎn)變?yōu)樗畷r，密度凈增加 第七節(jié)第七節(jié) 水水- -溶質(zhì)相互作用溶質(zhì)相互作用 一、宏觀水平一、宏觀水平 術(shù)語：術(shù)語： n水結(jié)合（水結(jié)合（Water binding） n水合（水合（Hydration） 水結(jié)合和水合常被用來表示水與包括細(xì)胞物質(zhì)水結(jié)合和水合常被用來表示水與包括細(xì)胞物質(zhì) 在內(nèi)的親水物質(zhì)締合

7、的一般傾向。在內(nèi)的親水物質(zhì)締合的一般傾向。 n 影響水結(jié)合的程度和強(qiáng)度的因素影響水結(jié)合的程度和強(qiáng)度的因素 非水成分的本質(zhì)非水成分的本質(zhì) 鹽的組成鹽的組成 pH 值值 溫度溫度 n持水力（持水力（Water holding capacity） 描述由分子（通常是以低濃度存在的大分子）描述由分子（通常是以低濃度存在的大分子） 構(gòu)成的基體通過物理方式截留大量水而阻止構(gòu)成的基體通過物理方式截留大量水而阻止 水滲出的能力。水滲出的能力。 例如：果膠、淀粉凝膠、動物組織細(xì)胞例如：果膠、淀粉凝膠、動物組織細(xì)胞 特點特點 切割或剁碎時不會流出切割或剁碎時不會流出 性質(zhì)幾乎與純水相同性質(zhì)幾乎與純水相同 易干燥除

8、去、易凍結(jié)為冰，可作為溶劑易干燥除去、易凍結(jié)為冰，可作為溶劑 整體流動被嚴(yán)格控制，但個別分子的運(yùn)動整體流動被嚴(yán)格控制，但個別分子的運(yùn)動 與一般稀鹽溶液中的水分子無異與一般稀鹽溶液中的水分子無異 物理截留水物理截留水 n物理截留水食品質(zhì)量物理截留水食品質(zhì)量 凝膠食品脫水收縮凝膠食品脫水收縮 冷凍食品解凍時滲水冷凍食品解凍時滲水 動物宰后生理變化導(dǎo)致肉制品質(zhì)量下降動物宰后生理變化導(dǎo)致肉制品質(zhì)量下降 二、分子水平二、分子水平 （一）概述（一）概述 溶質(zhì)溶質(zhì)-水水 親水溶質(zhì)改變鄰近水的結(jié)構(gòu)和疏水性親水溶質(zhì)改變鄰近水的結(jié)構(gòu)和疏水性 水會改變親水溶質(zhì)的反應(yīng)性和結(jié)構(gòu)水會改變親水溶質(zhì)的反應(yīng)性和結(jié)構(gòu) 溶質(zhì)的疏水

9、基團(tuán)優(yōu)先選擇非水環(huán)境溶質(zhì)的疏水基團(tuán)優(yōu)先選擇非水環(huán)境 水水-溶質(zhì)相互作用的分類溶質(zhì)相互作用的分類 種 類 實 例 相互作用的強(qiáng)度 與水-水氫鍵比較 偶極-離子 H2O-游離離子 H2O-有機(jī)分子上的帶電基團(tuán) 較強(qiáng) 偶極-偶極 H2O-蛋白質(zhì) NH H2O-蛋白質(zhì) CO H2O-側(cè)鏈 OH 近乎相等 疏水水合 H2O + RR（水合） 遠(yuǎn)低(G0) 疏水相互作用 R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O 不可比較(G0) 熱力學(xué)不能自發(fā)進(jìn)行熱力學(xué)不能自發(fā)進(jìn)行 焓焓 熵熵 G=H-TS （二）結(jié)合水（二）結(jié)合水 爭論爭論 n結(jié)合水是一個樣品在某一個溫度和較低的相對濕結(jié)合水是一個樣品在某一個溫度和較

10、低的相對濕 度下的平衡水分含量；度下的平衡水分含量； n結(jié)合水在高頻電場下對介電常數(shù)沒有重要的貢獻(xiàn)，結(jié)合水在高頻電場下對介電常數(shù)沒有重要的貢獻(xiàn)， 因此它的轉(zhuǎn)動被與它締合的物質(zhì)所限制；因此它的轉(zhuǎn)動被與它締合的物質(zhì)所限制； n結(jié)合水在低溫（結(jié)合水在低溫（-40C 或更低）下不能凍結(jié)；或更低）下不能凍結(jié)； n結(jié)合水不能作為外加溶質(zhì)的溶劑；結(jié)合水不能作為外加溶質(zhì)的溶劑； n結(jié)合水在核磁共振實驗中產(chǎn)生寬帶；結(jié)合水在核磁共振實驗中產(chǎn)生寬帶； n結(jié)合水處在溶質(zhì)和其它非水物質(zhì)的鄰近位置，它結(jié)合水處在溶質(zhì)和其它非水物質(zhì)的鄰近位置，它 的性質(zhì)顯著地不同于同一體系中體相水的性質(zhì)。的性質(zhì)顯著地不同于同一體系中體相水的

11、性質(zhì)。 理論上理論上 n定義：結(jié)合水是存在于溶質(zhì)及其它非水組分鄰定義：結(jié)合水是存在于溶質(zhì)及其它非水組分鄰 近的水，與同一體系中的體相水相比，它們呈近的水，與同一體系中的體相水相比，它們呈 現(xiàn)出與同一體系中體相水顯著現(xiàn)出與同一體系中體相水顯著不同的性質(zhì)不同的性質(zhì)。 （熔點、沸點、流動性）（熔點、沸點、流動性） n具有具有“被阻礙的流動性被阻礙的流動性”，而不是，而不是“被固定化被固定化 的的” n占總水量很小的一部分占總水量很小的一部分 n相當(dāng)于鄰近親水基團(tuán)的第一層水相當(dāng)于鄰近親水基團(tuán)的第一層水 結(jié)合水的分類結(jié)合水的分類 n構(gòu)成水構(gòu)成水(constitutional water) 結(jié)合最強(qiáng)的水，

12、已成為非水物質(zhì)的整體部分結(jié)合最強(qiáng)的水，已成為非水物質(zhì)的整體部分 n鄰近水鄰近水(vicinal water) 占據(jù)著非水成分的大多數(shù)親水基團(tuán)的第一層占據(jù)著非水成分的大多數(shù)親水基團(tuán)的第一層 位置位置 n多層水多層水(multilayer water) 占有第一層中剩下的位置以及形成了鄰近水占有第一層中剩下的位置以及形成了鄰近水 外的幾層外的幾層 三、水與離子及離子基團(tuán)的相互作用三、水與離子及離子基團(tuán)的相互作用 鍵的強(qiáng)度鍵的強(qiáng)度 大大 共價鍵共價鍵 H2O-離子鍵離子鍵 H2O- H2O 小小 水水-溶質(zhì)相互作用的分類溶質(zhì)相互作用的分類 種 類 實 例 相互作用的強(qiáng)度 與水-水氫鍵比較 偶極-離子

13、 H2O-游離離子 H2O-有機(jī)分子上的帶電基團(tuán) 較強(qiáng) 偶極-偶極 H2O-蛋白質(zhì) NH H2O-蛋白質(zhì) CO H2O-側(cè)鏈 OH 近乎相等 疏水水合 H2O + RR（水合） 遠(yuǎn)低(G0) 疏水相互作用 R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O 不可比較(G0) 離子對水的凈結(jié)構(gòu)的影響離子對水的凈結(jié)構(gòu)的影響 與極化力或電場強(qiáng)度緊密相關(guān)與極化力或電場強(qiáng)度緊密相關(guān) n凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng) (forming effect) 小離子或多價離子產(chǎn)生強(qiáng)電場小離子或多價離子產(chǎn)生強(qiáng)電場 Li+, Na+, H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH- 具有比純水較低的

14、流動性和較緊密的堆積具有比純水較低的流動性和較緊密的堆積 n凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng) (breaking effect) 大離子和單價離子產(chǎn)生較弱電場大離子和單價離子產(chǎn)生較弱電場 K+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4- 流動性比純水強(qiáng)流動性比純水強(qiáng) 離子效應(yīng)離子效應(yīng) n通過水合能力，改變水的結(jié)構(gòu)通過水合能力，改變水的結(jié)構(gòu) n影響水的介電常數(shù)影響水的介電常數(shù) n決定膠體粒子周圍雙電層的厚度決定膠體粒子周圍雙電層的厚度 n顯著影響水對其它非水溶質(zhì)和懸浮物質(zhì)的顯著影響水對其它非水溶質(zhì)和懸浮物質(zhì)的 相容程度相容程度 n離子

15、的種類和數(shù)量也影響蛋白質(zhì)的構(gòu)象和離子的種類和數(shù)量也影響蛋白質(zhì)的構(gòu)象和 膠體的穩(wěn)定性膠體的穩(wěn)定性 四、水與具有氫鍵形成能力的中性四、水與具有氫鍵形成能力的中性 基團(tuán)（親水性溶質(zhì)）的相互作用基團(tuán)（親水性溶質(zhì)）的相互作用 鍵的強(qiáng)度鍵的強(qiáng)度 大大 共價鍵共價鍵 H2O-離子離子 H2O- H2O H2O- 親水性溶質(zhì)親水性溶質(zhì) 小小 水水-溶質(zhì)相互作用的分類溶質(zhì)相互作用的分類 種 類 實 例 相互作用的強(qiáng)度 與水-水氫鍵比較 偶極-離子 H2O-游離離子 H2O-有機(jī)分子上的帶電基團(tuán) 較強(qiáng) 偶極-偶極 H2O-蛋白質(zhì) NH H2O-蛋白質(zhì) CO H2O-側(cè)鏈 OH 近乎相等 疏水水合 H2O + RR

16、（水合） 遠(yuǎn)低(G0) 疏水相互作用 R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O 不可比較(G0) 對水結(jié)構(gòu)的影響對水結(jié)構(gòu)的影響 n一般會增加（至少不會破壞）水凈結(jié)構(gòu)一般會增加（至少不會破壞）水凈結(jié)構(gòu) n溶質(zhì)氫鍵部位的分布和定向在幾何上與溶質(zhì)氫鍵部位的分布和定向在幾何上與 水不相容時水不相容時 對水結(jié)構(gòu)具有破壞作用對水結(jié)構(gòu)具有破壞作用 尿素尿素顯著破壞效應(yīng)顯著破壞效應(yīng) n總氫鍵數(shù)沒有顯著改變，對水的凈結(jié)構(gòu)總氫鍵數(shù)沒有顯著改變，對水的凈結(jié)構(gòu) 沒有多大影響沒有多大影響 能與水形成氫鍵的基團(tuán)能與水形成氫鍵的基團(tuán) n羥基羥基 n氨基氨基 n羰基羰基 n?；；?n亞氨基亞氨基 水與蛋白質(zhì)分子的兩種水與

17、蛋白質(zhì)分子的兩種 功能基團(tuán)形成氫鍵功能基團(tuán)形成氫鍵 水橋水橋 五、水與非極性基團(tuán)的相互作用五、水與非極性基團(tuán)的相互作用 非極性物質(zhì)：非極性物質(zhì)：烴、稀有氣體以及脂肪酸、氨基烴、稀有氣體以及脂肪酸、氨基 酸和蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán)酸和蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán) n疏水水合作用（疏水水合作用（hydrophobic hydration） G HTS 0 S 0 H2OR R(水合水合) n疏水相互作用（疏水相互作用（hydrophobic interaction） G 0 熱力學(xué)有利熱力學(xué)有利 R(水合水合)R(水合水合) R2(水合水合)H2O 與疏水基團(tuán)相鄰的水的結(jié)構(gòu)與疏水基團(tuán)相鄰的水的結(jié)構(gòu) 吸引負(fù)電荷吸

18、引負(fù)電荷 排斥正電荷排斥正電荷 “主體主體”物質(zhì)物質(zhì) 水（水（2074個水分子）個水分子） “客體客體”物質(zhì)物質(zhì) 低相對分子質(zhì)量的化合物低相對分子質(zhì)量的化合物 籠狀水合物籠狀水合物 疏水相互作用疏水相互作用 為蛋白質(zhì)的折疊提供為蛋白質(zhì)的折疊提供 了主要推動力了主要推動力 維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu) 疏水基團(tuán)處在蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)處在蛋白質(zhì) 分子的內(nèi)部分子的內(nèi)部 六、水與雙親分子的相互作用六、水與雙親分子的相互作用 n水作為雙親分子的分散介質(zhì)水作為雙親分子的分散介質(zhì) n雙親分子雙親分子 一個分子中同時存在親水和疏水基團(tuán)一個分子中同時存在親水和疏水基團(tuán) 脂肪酸鹽、蛋白脂質(zhì)、糖脂、極性脂質(zhì)、核

19、酸脂肪酸鹽、蛋白脂質(zhì)、糖脂、極性脂質(zhì)、核酸 n膠團(tuán)膠團(tuán) 雙親分子在水中形成大分子聚集體雙親分子在水中形成大分子聚集體 分子數(shù)從幾百到幾千分子數(shù)從幾百到幾千 1 2 3 4 脂肪酸鹽 雙親分子 一般結(jié)構(gòu) 非極性區(qū)非極性區(qū)極性區(qū)極性區(qū) 雙親分子的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)雙親分子的膠團(tuán)結(jié)構(gòu) 非極性非極性 極性極性 水與親水部位的締合導(dǎo)致雙親分子的表觀水與親水部位的締合導(dǎo)致雙親分子的表觀“增增 溶溶” 第八節(jié)第八節(jié) 水分活度和相對蒸汽壓水分活度和相對蒸汽壓 一、引言一、引言 n食品的水分含量食品的腐敗性食品的水分含量食品的腐敗性 存在相關(guān)性存在相關(guān)性 但發(fā)現(xiàn)水分含量相同，腐敗性顯著不同但發(fā)現(xiàn)水分含量相同，腐敗性顯著不

20、同 水分含量不是一個腐敗性的可靠指標(biāo)水分含量不是一個腐敗性的可靠指標(biāo) n水分活度水分活度Aw 水與非水成分締合強(qiáng)度上的差別水與非水成分締合強(qiáng)度上的差別 比水分含量更可靠，也并非完全可靠比水分含量更可靠，也并非完全可靠 與微生物生長和許多降解反應(yīng)具有相關(guān)性與微生物生長和許多降解反應(yīng)具有相關(guān)性 二、水分活度的定義和測定方法二、水分活度的定義和測定方法 f 溶劑（水）的逸度溶劑（水）的逸度 f0純?nèi)軇ㄋ┑囊荻燃內(nèi)軇ㄋ┑囊荻?逸度：溶劑從溶液逃脫的趨勢逸度：溶劑從溶液逃脫的趨勢0 f f Aw o p p Aw o p p f f 0o p p Aw 嚴(yán)格嚴(yán)格 差別差別1%僅適合理想溶液僅適合

21、理想溶液 RVP,相對蒸汽壓相對蒸汽壓 100 0 ERH p p Aw Aw與產(chǎn)品環(huán)境的百分平衡相對濕度（與產(chǎn)品環(huán)境的百分平衡相對濕度（ERH）有關(guān)）有關(guān) lAw是樣品的內(nèi)在品質(zhì)，是樣品的內(nèi)在品質(zhì)，ERH是與樣品平衡的大是與樣品平衡的大 氣的性質(zhì)氣的性質(zhì) l僅當(dāng)產(chǎn)品與環(huán)境達(dá)到平衡時，關(guān)系式才能成立僅當(dāng)產(chǎn)品與環(huán)境達(dá)到平衡時，關(guān)系式才能成立 Aw 測定方法測定方法 n密閉容器達(dá)到表觀平衡后測定壓力或相密閉容器達(dá)到表觀平衡后測定壓力或相 對濕度對濕度 n根據(jù)冰點下降測定根據(jù)冰點下降測定RVP n根據(jù)干、濕球溫度計，查表讀根據(jù)干、濕球溫度計，查表讀RVP n測定精確性為測定精確性為0.02 三、水分

22、活度與溫度的關(guān)系三、水分活度與溫度的關(guān)系 n水分含量相同，溫度不同，水分含量相同，溫度不同，Aw不同不同 nClausius-Clapeyron公式公式 R H Td Awd )/1 ( ln T 絕對溫度絕對溫度 R 氣體常數(shù)氣體常數(shù) H 在樣品的水分含量下等量凈吸附熱在樣品的水分含量下等量凈吸附熱 lnAw1/T n直線關(guān)系直線關(guān)系 n10溫度變化，溫度變化， Aw變化變化0.030.2 1.0 冰點以下食品的冰點以下食品的Aw nPff部分凍結(jié)食品中水的分壓部分凍結(jié)食品中水的分壓 nP0 (scw)純的過冷水的蒸汽壓純的過冷水的蒸汽壓 nP(ice)純冰的蒸汽壓純冰的蒸汽壓 )(0)(0

23、SCW ice SCW ff P P P P Aw 在冰點以下也是線性的在冰點以下也是線性的 溫度對溫度對Aw的影響的影響 冰點以下冰點以上冰點以下冰點以上 直線出現(xiàn)明顯的折斷直線出現(xiàn)明顯的折斷 比較冰點以上和冰點以下比較冰點以上和冰點以下Aw n在冰點以上，在冰點以上，Aw是樣品組成與溫度的函數(shù)，是樣品組成與溫度的函數(shù)， 前者是主要的因素前者是主要的因素 n在冰點以下，在冰點以下，Aw與樣品的組成無關(guān)，而僅與與樣品的組成無關(guān)，而僅與 溫度有關(guān)，即冰相存在時，溫度有關(guān)，即冰相存在時， Aw不受所存在的不受所存在的 溶質(zhì)的種類或比例的影響，不能根據(jù)溶質(zhì)的種類或比例的影響，不能根據(jù)Aw 預(yù)測預(yù)測

24、受溶質(zhì)影響的反應(yīng)過程受溶質(zhì)影響的反應(yīng)過程 n不能根據(jù)冰點以下溫度不能根據(jù)冰點以下溫度Aw預(yù)測冰點以上溫度預(yù)測冰點以上溫度 的的Aw n當(dāng)溫度改變到形成冰或熔化冰時，就食品穩(wěn)定當(dāng)溫度改變到形成冰或熔化冰時，就食品穩(wěn)定 性而言，水分活度的意義也改變了性而言，水分活度的意義也改變了 四、水分吸著等溫線四、水分吸著等溫線 （一）定義和區(qū)（一）定義和區(qū) 水分吸附等溫線水分吸附等溫線 （Moisture sorption isotherms,MSI） 在恒定溫度下，使食品吸濕或干燥，所得到在恒定溫度下，使食品吸濕或干燥，所得到 的食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）的食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）

25、與與Aw的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線。 高水分食品的高水分食品的MSI 從正常至干燥的整個水分含量范圍從正常至干燥的整個水分含量范圍 低水分食品的低水分食品的MSI 加水回吸時，試加水回吸時，試 樣的組成從區(qū)樣的組成從區(qū) （干）移至區(qū)（干）移至區(qū) （高水分）（高水分） 各區(qū)相關(guān)的水的各區(qū)相關(guān)的水的 性質(zhì)存在著顯著性質(zhì)存在著顯著 的差別（實際是的差別（實際是 連續(xù)變化的）連續(xù)變化的） 回吸等溫線回吸等溫線 n繪制方法繪制方法 將水加到預(yù)先干燥的試樣中將水加到預(yù)先干燥的試樣中 n形狀形狀 S形形 J形形 n決定形狀和位置的因素決定形狀和位置的因素 試樣的成分試樣的成分 試樣的物理結(jié)構(gòu)試樣的物理結(jié)構(gòu) 試樣的

26、預(yù)處理試樣的預(yù)處理 溫度溫度 等溫線繪制方法等溫線繪制方法 溶菌酶水合作用溶菌酶水合作用 n水合過程開始時存在于干蛋白質(zhì)中的水水合過程開始時存在于干蛋白質(zhì)中的水 被假設(shè)為構(gòu)成水（被假設(shè)為構(gòu)成水（區(qū)）區(qū)） n水首先吸收在離子化、羧基和氨基酸側(cè)水首先吸收在離子化、羧基和氨基酸側(cè) 鏈部位（鏈部位（A 區(qū)）區(qū)） n水的進(jìn)一步吸收導(dǎo)致較小吸收部位（蛋水的進(jìn)一步吸收導(dǎo)致較小吸收部位（蛋 白質(zhì)主鏈的酰胺羰基）的逐漸水合（白質(zhì)主鏈的酰胺羰基）的逐漸水合（B 區(qū)）區(qū)） BET真實單層真實單層 構(gòu)成水：占據(jù)大分子溶質(zhì)內(nèi)部的特殊位置，構(gòu)成水：占據(jù)大分子溶質(zhì)內(nèi)部的特殊位置， 存在于干蛋白質(zhì)中的水存在于干蛋白質(zhì)中的水

27、自由水：宏觀流動不受大分子基質(zhì)的自由水：宏觀流動不受大分子基質(zhì)的 物理限制物理限制 截留水：宏觀流動受大分子基質(zhì)的截留水：宏觀流動受大分子基質(zhì)的 物理限制物理限制 區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)的水的性質(zhì) w 最強(qiáng)烈地吸附最強(qiáng)烈地吸附 w 最少流動最少流動 w 水離子或水偶水離子或水偶 極相互作用極相互作用 w 在在-40-40不結(jié)冰不結(jié)冰 w 不能作為溶劑不能作為溶劑 w 看作固體的一部分看作固體的一部分 w 構(gòu)成水和鄰近水構(gòu)成水和鄰近水 w 占總水量極小部分占總水量極小部分 BET單層單層 n區(qū)區(qū)和和接界接界 n0.07g H2O/ g干物質(zhì)干物質(zhì) nAw =0.2 n相當(dāng)于一個干制品能相當(dāng)于一個干制品能

28、 呈現(xiàn)最高的穩(wěn)定性時呈現(xiàn)最高的穩(wěn)定性時 含有的最大水分含量含有的最大水分含量 區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)的水的性質(zhì) n通過氫鍵與相鄰的水通過氫鍵與相鄰的水 分子和溶質(zhì)分子締合分子和溶質(zhì)分子締合 n流動性比體相水稍差流動性比體相水稍差 n大部分大部分在在-40-40不結(jié)冰不結(jié)冰 n導(dǎo)致固體基質(zhì)的初步導(dǎo)致固體基質(zhì)的初步 腫脹腫脹 n多層水多層水 n區(qū)區(qū)和區(qū)和區(qū)的水占總的水占總 水分的水分的5%5%以下以下 真實單層真實單層 n區(qū)區(qū)和和接界接界 n0.38g H0.38g H2 2O/ gO/ g干物質(zhì)干物質(zhì) nAw =0.85 n完全水合所需的水分完全水合所需的水分 含量，即占據(jù)所有的含量，即占據(jù)所有的 第一

29、層部位所需的水第一層部位所需的水 分含量。分含量。 BET 真實單層真實單層 鄰近水鄰近水 多層水多層水 區(qū)區(qū)的水的性質(zhì)的水的性質(zhì) n體相水體相水 n被物理截留或自由的被物理截留或自由的 n宏觀運(yùn)動受阻宏觀運(yùn)動受阻 n性質(zhì)與稀鹽溶液中的性質(zhì)與稀鹽溶液中的 水類似水類似 n占總水分的占總水分的95%95%以上以上 （二）（二）MSI與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系 n水分含量一定水分含量一定 T，Aw nAw一定一定 T，水分含量，水分含量 （三）滯后現(xiàn)象（三）滯后現(xiàn)象 n回吸：把水加到干的樣品中回吸：把水加到干的樣品中 n解吸：先使樣品吸水飽和，再干燥解吸：先使樣品吸水飽和，再干燥 n回吸與解吸所得的

30、等溫線不重疊現(xiàn)象即回吸與解吸所得的等溫線不重疊現(xiàn)象即 為為“滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象”（Hysteresis） 滯后環(huán)滯后環(huán) n一般來說，當(dāng)一般來說，當(dāng)Aw一一 定時，解吸過程中食定時，解吸過程中食 品的水分含量大于回品的水分含量大于回 吸過程中水分含量。吸過程中水分含量。 解吸線在上方解吸線在上方 n滯后環(huán)形狀取決于滯后環(huán)形狀取決于 食品品種食品品種 溫度溫度 高糖高糖-高果膠食品高果膠食品 空氣干燥蘋果空氣干燥蘋果 n總的滯后現(xiàn)象明顯總的滯后現(xiàn)象明顯 n滯后出現(xiàn)在真實單層滯后出現(xiàn)在真實單層 水區(qū)域水區(qū)域 nAw0.65時，不存在時，不存在 滯后滯后 高蛋白食品高蛋白食品 冷凍干燥熟豬肉冷凍干燥熟豬

31、肉 nAw0.85開始出現(xiàn)開始出現(xiàn) 滯后滯后 n滯后不嚴(yán)重滯后不嚴(yán)重 n回吸和解吸等溫線回吸和解吸等溫線 均保持均保持S形形 淀粉質(zhì)食品淀粉質(zhì)食品 冷凍干燥大米冷凍干燥大米 n存在大的滯后環(huán)存在大的滯后環(huán) nAw=0.70時最嚴(yán)重時最嚴(yán)重 滯后溫度滯后溫度 nT 滯后程度減輕滯后程度減輕 滯后的滯后的Aw起始點起始點 滯后環(huán)在等溫線上滯后環(huán)在等溫線上 的跨度的跨度 n純蛋白（純蛋白（BSA）滯）滯 后現(xiàn)象與后現(xiàn)象與T無關(guān)無關(guān) 滯后現(xiàn)象的現(xiàn)實意義滯后現(xiàn)象的現(xiàn)實意義 n雞肉和豬肉雞肉和豬肉Aw=0.750.84，解吸時脂肪，解吸時脂肪 氧化速度高于回吸氧化速度高于回吸 nAw一定，解吸樣品的水分高于回吸一定，解吸樣品的水分高于回吸 n高水分樣品粘度低，催化劑流動性好，