食品中水PPT課件

1、 概述 水和冰的結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 食品中水的存在狀態(tài) 水分活度 吸濕等溫線 水分活度與食品穩(wěn)定性 冰在食品穩(wěn)定性中的作用 含水食品的水分轉(zhuǎn)移 分子流動性對食品穩(wěn)定性的影響主要內(nèi)容第1頁/共72頁2.1 概述 是食品的主要組成成分，因而食品中水的含量、分布和狀態(tài)對食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風味、新鮮度產(chǎn)生極大的影響。 食品中水分是引起食品化學性或微生物性變質(zhì)的重要原因，直接關(guān)系到食品的儲藏特性。第2頁/共72頁第3頁/共72頁2.1.1 水在食品中的作用 1 水在食品工藝學方面的功能及作用a 從食品理化性質(zhì)上講，水在食品中起著溶解、分散蛋白質(zhì)、淀粉等說溶性成分的作用，使它們形成溶液或凝膠。b 從食品質(zhì)地

2、方面講，水對食品的鮮度、硬度、流動性、呈味、耐貯性和加工適應性都具有重要的影響。c 從食品安全性講，水是微生物繁殖的必需條件，但水能去除食品加工過程中的有害物質(zhì)。d 從食品工藝的角度講，水起著膨潤、浸透、均勻化等功能。 第4頁/共72頁 2 水在食品生物學方面的功能和作用a 水是食品中的介質(zhì)，亦是化學反應的反應物和產(chǎn)物，是組織或細胞所需養(yǎng)分和代謝物質(zhì)以及排泄物質(zhì)轉(zhuǎn)運的載體。b 穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象，使之表現(xiàn)出特異的生物學活性。c水的比熱大，可用來調(diào)節(jié)溫度、平衡溫度。d水是構(gòu)成機體的重要成分。e水可對體內(nèi)的機械摩擦產(chǎn)生潤滑，減少損傷。第5頁/共72頁水和冰的物理性質(zhì) 1 水的三態(tài) 水是地球上唯一

3、的以三種物理狀態(tài)同時存在的物質(zhì)。第6頁/共72頁 潛熱：在冰融化為水和水汽化為水蒸汽的過程中，熱量的加入，只使水的相態(tài)發(fā)生了變化，沒有溫度的升高，在食品工程上，此類熱量均稱為潛熱。 顯熱：與潛熱相對應，無相變時，使冰、水、汽溫度升高的熱量則稱為顯熱。第7頁/共72頁 2 水和冰的物理性質(zhì) 第8頁/共72頁水和冰的物理常數(shù)第9頁/共72頁 a.水的熔點、沸點、介電常數(shù)、表面張力、熱容和相變熱均比質(zhì) 量和組成相近的分子高得多，這些特性將對食品加工中的冷凍和干燥過程產(chǎn)生很大的影響； b.水的密度較低，水在凍結(jié)時體積增加，表現(xiàn)出異常的膨脹行為，這會使得含水的食品在凍結(jié)的過程中其組織結(jié)構(gòu)遭到破壞； c.

4、水的熱導率較大，然而冰的熱導率卻是水同溫度下的4倍。這說明冰的熱傳導速度比非流動水（如動、植物組織內(nèi)的水）快得多；因此水的凍結(jié)速度比熔化速度要快得多； d.冰的熱擴散速度是水的9倍，因此在一定的環(huán)境條件下，冰的溫度變化速度比水大得多。第10頁/共72頁水和冰的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)水分子的結(jié)構(gòu)第11頁/共72頁單個水分子的結(jié)構(gòu)特征a 水分子的四面體結(jié)構(gòu)有對稱性。b HO共價鍵有離子性。C 氧的另外兩對孤對電子有靜電力。d HO鍵具有電負性。第12頁/共72頁2.2.2 水分子的締合 由于水分子的極性及兩種組成原子的電負性差別，導致水分子之間可以通過形成氫鍵而呈現(xiàn)締合狀態(tài)。OHHOHHOHH第13頁/共72

5、頁 由于每個水分子上有四個形成氫鍵的位點，因此每個水分子的可以通過氫鍵結(jié)合4個水分子。由于水分子之間可以以不同數(shù)目和不同形式結(jié)合，因此締合態(tài)的水在空間有不同的存在形式，如：OHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHH由于水分子之間除了通過氫鍵結(jié)合外，還有極性的作用力，因此水分子之間的締合數(shù)可能大于4。第14頁/共72頁2.2.3 冰的結(jié)構(gòu) 1 純冰 冰是水分子通過氫鍵相互結(jié)合、有序排列形成的低密度、具有一定剛性的六方形晶體結(jié)構(gòu)。 2 冰的分類（按冷凍速度和對稱要素分） a六方形冰晶； b不規(guī)則樹枝狀冰晶； C粗糙的球狀冰晶； d易消失的球狀冰晶及各種中間體。第15頁/共72頁第16頁

6、/共72頁2.2.4 液態(tài)水的結(jié)構(gòu) a水是呈四面體的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)； b水分子之間的氫鍵網(wǎng)絡是動態(tài)的； C水分子氫鍵鍵合程度取決于溫度.第17頁/共72頁 水部分地保留了冰的敞開、氫鍵和四面體排列 例證：冰的融化熱是可kJ/mol, 而水分子間氫鍵的鍵能為13-25 kJ/mol,因此即使融化熱全部用來打斷冰中的氫鍵，至多也只有0.5 mol氫鍵被打斷，因此冰融化為水后，原存在與于冰內(nèi)的大量氫鍵依然保存在液態(tài)水中。 水和冰的結(jié)構(gòu)分析，可解釋水和冰物理性質(zhì)上的眾多異常（水與結(jié)構(gòu)相似的化合物相比，具有較高的熔點、沸點、熱容、相變熱）和差異（水的密度比冰大，冰的熱傳導系數(shù)比同溫度下的水大）。這些與打破分子

7、間氫鍵所需的額外能量及冰與水的結(jié)構(gòu)有關(guān)。第18頁/共72頁食品中水的存在狀態(tài)2.3.1 水與溶質(zhì)的相互作用1 食品中水與離子和食品中水與離子和離子基團的相互作離子基團的相互作用用 即離子水合作用，即離子水合作用，是結(jié)合最緊密的水是結(jié)合最緊密的水Cl-Na+第19頁/共72頁水與離子和離子基團的相互作用第20頁/共72頁許多食品成分，如蛋白質(zhì)、多糖（淀粉或纖維素）、果膠等，其結(jié)構(gòu)中含有大量的極性基團，如羥基、羧基、氨基、羰基等，這些極性基團均可與水分子通過氫鍵相互結(jié)合。因此通常在這些物質(zhì)的表面總有一定數(shù)量的被結(jié)合、被相對固定的水。2 與具有氫鍵鍵合能力的中性分子或基團的相互作用第21頁/共72頁

8、水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團的相互作用第22頁/共72頁3 與非極性物質(zhì)的相互作用 非極性的分子通常包括烴類、脂類、甾萜類等，通過化學的手段也可在一些含極性基團的分子（如蛋白質(zhì)等）中引入非極性部分（基團）。當水中存在非極性物質(zhì)，即疏水性物質(zhì)時，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，可以導致疏水分子附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強。第23頁/共72頁食品中水的存在狀態(tài)及性質(zhì) 結(jié)合水：包括化合水、鄰近水和多層水； 自由水：包括滯化水、毛細管水和自由流動水。第24頁/共72頁食品中水的存在形式構(gòu)成水定義：與非水物質(zhì)呈緊密結(jié)合狀態(tài)的水特點：非水物質(zhì)必要的組分，-40度部結(jié)冰， 無溶劑能力，不能被微生物利用；鄰近水

9、定義：處于非水物質(zhì)外圍，與非水物質(zhì) 呈締合狀態(tài)的水；特點：-40度不結(jié)冰，無溶劑能力，不 能被微生物利用；多層水定義：處于鄰近水外圍的，與鄰近水以氫 鍵或偶極力結(jié)合的水；特點：有一定厚度(多層)，-40度基本不結(jié) 冰，溶劑能力下降，可被蒸發(fā)；單分子層水，0.5%5%結(jié)合水自由水被組織中的顯微結(jié)構(gòu)或亞顯微結(jié)構(gòu)或膜滯留的水滯化水不能自由流動，與非水物質(zhì)沒關(guān)系毛細管水由細胞間隙等形成的毛細管力所系留的水物理及化學性質(zhì)與滯化水相同自由流動水以游離態(tài)存在的水可正常結(jié)冰，具有溶劑能力，微生物可利用定義特點定義特點定義特點第25頁/共72頁2.4 水分活度第26頁/共72頁 水分活度是食品中水的蒸汽壓和該溫

10、度下純水的飽和蒸汽壓的比值，其計算： aw=P/P0=ERH/100=N=n1/(n1+n2) aw：水分活度 P：某種食品在密閉容器中達到平衡時的水蒸氣分壓， P0 ：相同溫度下的純水蒸汽壓 ERH: 樣品周圍的空氣平衡相對濕度 N: 水的摩爾分數(shù) n1 ：水的摩爾數(shù) n2 ：溶質(zhì)的摩爾數(shù)水分活度的定義與測定方法第27頁/共72頁 n2 可通過測定樣品的冰點，計算得到 n2=G. Tt/1000Kt G:樣品中溶劑克數(shù) Tt：冰點降低 Kt：水的摩爾冰點降低常數(shù)（）第28頁/共72頁水分活度的測定方法 冰點測定法 測定樣品的冰點降低和含水量，計算水分活度。精確度好。 相對濕度傳感器測定方法

11、將已知含水量的樣品置于恒溫密閉的小容器中，使其達到平衡，測得密閉容器中空氣的平衡相對濕度即可計算水分活度。 恒定相對濕度平衡室法 樣品置于恒溫密閉的小容器內(nèi)，用飽和鹽溶液使容器內(nèi)樣品的環(huán)境空氣的相對濕度恒定，待平衡后測樣品的含水量變化，即可計算得樣品的水分活度。 水分活度儀測定樣品的Aw第29頁/共72頁水分活度和溫度的關(guān)系水分活度和溫度的關(guān)系上邊對于水分活度定義及測定方法的敘述中，均強調(diào)了在一定的溫度下。也就是說溫度對于水分活度的值有較大的影響。物理化學中的克勞修斯-克拉貝龍方程精確表示了水分活度與絕對溫度（T）之間的關(guān)系：dlnaw/d(1/T)=-H/R.(1)其中R為氣體常數(shù)，H為樣品

12、中水分的等量凈吸附熱。整理此式可得： lnaw=-kH/R(1/T)(2) 其中：此處的H 可用純水的汽化潛熱表示，是常數(shù)，其值為；k=樣品的絕對溫度純水的蒸氣壓為樣品蒸氣壓(p)時的絕對溫度純水的蒸氣壓為樣品蒸氣壓(p)時的絕對溫度K的直觀意義是在達到同樣水蒸氣壓時，食品的溫度比純水溫度高出的比值，本質(zhì)反映了食品中非水成分對水活性的影響。食品中非水成分越多并且與水的結(jié)合能力越強，k值越大，相同溫度時aw值越??；反之亦然。討論：a.由公式(2)可知， lnaw-1/T之間為一直線關(guān)系，其意義在于：一第30頁/共72頁水分活度與溫度的關(guān)系實例第31頁/共72頁定樣品水分活度的對數(shù)在不太寬的溫度范

13、圍內(nèi)隨絕對溫度的升高而正比例升高。 b.但在較大的溫度范圍內(nèi)， lnaw-1/T之間并非始終為一直線關(guān)系；當冰開始形成時，lnaw-1/T曲線中出現(xiàn)明顯的折點，冰點以下lnaw-1/T的變化率明顯加大了，并且不再受樣品中非水物質(zhì)的影響；這是因為此時水的汽化潛熱應由冰的升華熱代替，也就是說前述的aw與溫度的關(guān)系方程中的H值大大增加了。要解釋冰點以下aw與樣品的組成無關(guān)，現(xiàn)在的觀點認為，在冰點以下樣品的蒸氣分壓等于相同溫度下冰的蒸氣壓，并且水分活度的定義式中的p0此時應采用過冷純水的蒸氣壓。 由b可以得出結(jié)論：在比較冰點以上或冰點以下的水分活度值時應該注意到以下兩個重要的區(qū)別。第一，在冰點以上，水

14、分活度是樣品組成和溫度的函數(shù)，并且樣品組成對于水分活度值有明顯的影響；而在冰點以下時，水分活度與樣品的組成無關(guān)，僅與溫度有關(guān)。因此不能根據(jù)冰點以上水分活度值來預測體系中溶質(zhì)種類和含量對冰點以下體系發(fā)生變化的影響。第二，冰點以上和以下時，就食品而言，水分活度的意義是不一樣的。例如：在水分活度為的-15的食品中，微生物不再生長，其它化學反應的速度也很慢；但在同樣的水分活度而溫度是20情況下，一些化學反應將快速進行，一些微生物也將中等速度生長。第32頁/共72頁第33頁/共72頁2.5 吸濕等溫曲線定義及測定方法1定義：在恒定溫度下，食品的水含量（以g水/g干物質(zhì)表示）對其活度形成的曲線稱為等溫吸濕

15、曲線（MSI）。大多數(shù)食品或食品原料的吸濕等溫線為S型，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸濕等溫線為J型。如圖：第34頁/共72頁2 測定方法：在恒定溫度下，改變食品中的水分含量，測定相應的活度，以水分含量為縱軸、Aw為橫軸畫出曲線。第35頁/共72頁2.5.2 MSI中的分區(qū)一般的MSI均可分為三個區(qū)，如下圖所示：第36頁/共72頁區(qū)：為構(gòu)成水和鄰近水區(qū)，即與食品成分中的羧基、氨基等基團通過水-離子或氫鍵、靜電引力相互結(jié)合的那部分水。由于這部分水比較牢固的與非水成分結(jié)合，因此aw較低，一般在0之間，相當于物料含水量0干物質(zhì)。這種水不能作為溶劑而且在-40不結(jié)冰

16、，對固體沒有顯著的增塑作用，可以簡單的看作固體的一部分。 值得注意的是，一般把區(qū)和區(qū)交界處的水分含量稱為食品的“單分子層”水含量，這部分水可看成是在干物質(zhì)可接近的強極性基團周圍形成一個單分子層所需水量的近似值。第37頁/共72頁食品單分子層水含量的意義及計算：意義：由于一般食品當其含水量接近單層值時，有最大的穩(wěn)定性，因而根據(jù)具體對象確定其單層值，對于食品的有效保存是非常重要的。計算：a.公式法：BET（Brunaer, Emmett, Teller)方程式： 其中：m：水分含量（g水/g干物質(zhì)） m1：單層值 C：常數(shù)b.作圖法：以Aw/m(1-Aw)Aw作BET圖，在一定范圍內(nèi)有較好的 線性

17、關(guān)系。由圖上可以直接測量出Y軸截距及斜率；通過下式求出M1值。Awm1=Cm1+()-Aw-1C1m1CAwm1=1Y軸截距 斜率+第38頁/共72頁區(qū)： 多層水區(qū)，即占據(jù)固形物表面第一層的剩余位置和親水基團的另外幾層位置，主要以水溶質(zhì)、水水以氫鍵和締合作用與鄰近的分子結(jié)合，也包括直徑小于1m的毛細管的水；這部分水的aw一般在之間，相當于物料含水量在干物質(zhì)至干物質(zhì)。 當食品中的水分含量相當于區(qū)和區(qū)的邊界時，水將引起溶解過程，它還起了增塑劑的作用并且促使固體骨架開始溶脹。溶解過程的開始將促使反應物質(zhì)流動，因此加速了大多數(shù)的食品化學反應。第39頁/共72頁區(qū)：自由水區(qū)，aw在之間，物料最低含水量在

18、0.33 g/g干物質(zhì)。這部分水是食品中與非水物質(zhì)結(jié)合最不牢固、最容易流動的水，也稱為體相水。其蒸發(fā)焓基本上與純水相同，既可以結(jié)冰也可作為溶劑，并且還有利于化學反應的進行和微生物的生長。 在凝膠和細胞體系中，體相水以物理的方式被截留，其宏觀流動性受到影響，但它與稀鹽溶液中水的性質(zhì)相似。第40頁/共72頁 按照吸濕等溫線將食品中所含的水分作三個區(qū)，對于食品中水的應用及防腐保鮮具有重要的意義。 分區(qū)是相對的。因為除化學吸附結(jié)合水外，等溫線每一個區(qū)間內(nèi)和區(qū)間與區(qū)間之間的水都可以發(fā)生交換。另外，向干燥物質(zhì)中增加水雖然能夠稍微改變原來所含水的性質(zhì)，即基質(zhì)的溶脹和溶解過程，但是當?shù)葴鼐€的區(qū)間增加水時，區(qū)間

19、水的性質(zhì)幾乎保持不變；同樣在區(qū)間內(nèi)增加水，區(qū)間的性質(zhì)也幾乎保持不變。 食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對食品的穩(wěn)定起著重要的作用。第41頁/共72頁滯后現(xiàn)象第42頁/共72頁回吸等溫線：在恒定條件下，把水逐步滲透到干燥的食品中，在測定了不同吸濕階段的水分活度后繪制出來的等溫線 滯后現(xiàn)象即向干燥的樣品中添加水（回吸作用）后繪制的吸濕等溫線和由樣品中取出一些水（解吸作用）后繪制的吸濕等溫線并不完全重合，這種不重合性稱為滯后現(xiàn)象，可用上頁圖表示。解吸等溫線：在恒定條件下，把高水分含量的食品逐步脫水干燥的食品中，在測定了不同脫水階段的水分活度后繪制出來的等溫線第43頁/共72頁滯后現(xiàn)象的研究對于食品脫水

20、和復水過程有重要的指導意義，然而滯后現(xiàn)象的本質(zhì)和應用中還有許多不清楚的地方。第44頁/共72頁 與水相關(guān)的食品學問題及相關(guān)技術(shù)原理 水分活度與食品的穩(wěn)定性下面幾張圖說明了食品中的化學反應及微生物的活性與水分活度有密切的關(guān)系，因此食品的水分活度對食品的穩(wěn)定性產(chǎn)生著巨大的影響。第45頁/共72頁 水分活度與微生物生命活動的關(guān)系食品質(zhì)量及食品加工工藝的確定與微生物有密切的關(guān)系。而食品中微生物的存活及繁殖生長與食品中水分的活度有密切的關(guān)系。下表列出了不同微生物生長與食品水分活度的關(guān)系。表3.1 食品中水分活度與微生物生長aw范圍在此范圍內(nèi)的最低aw所能抑制的微生物種類在此水分活度范圍內(nèi)的食品1.000

21、.950.950.910.910.870.870.800.800.750.750.650.650.6小于0.5 假單胞菌、大腸桿菌變形桿菌、志賀氏菌屬、克霍伯氏菌屬、芽孢桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌、一些酵母沙門氏桿菌屬、溶副血紅蛋白弧菌、肉毒梭狀芽孢桿菌、沙雷氏桿菌、乳酸桿菌屬、足球菌、一些霉菌、酵母許多酵母、小球菌大多數(shù)霉菌、金黃色葡萄球菌、大多數(shù)酵母菌屬大多數(shù)嗜鹽細菌、產(chǎn)真菌毒素的曲霉嗜旱霉菌、二孢酵母耐滲透壓酵母、少數(shù)霉菌微生物不增殖極易腐敗變質(zhì)（新鮮）的食品、罐頭水果、蔬菜、肉、魚及牛奶，熟香腸和面包，含有約40%(w/w)蔗糖或7%食鹽的食品一些干酪、腌制肉、一些水果汁濃縮物，含有5

22、5%蔗糖（飽和）或12%食鹽的食品發(fā)酵香腸、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含65%蔗糖（飽和或15%食鹽的食品大多數(shù)濃縮果汁、甜煉乳、巧克力糖漿、槭糖漿和水果糖漿，面粉，米，含有1517%水分的豆類食品水果蛋糕，家庭自制火腿等果醬、加柑橘皮絲的果凍、杏仁酥糖、糖漬水果、一些棉花糖含10%水分的燕麥片、砂性軟糖、棉花糖等含1520%水的果干、蜂蜜等第46頁/共72頁由上表可以看出：a.不同種類的微生物其正常生長繁殖所需要的水分活度不同，由此可以正確推斷影響不同含水量食品質(zhì)量的主要微生物；b.表中每一個水分活度區(qū)間的下限為相應微生物正常生長的水分活度閾值，即在此水分活度以下，該類微生物不能正常生長。

23、不同種類的微生物其存活和生長與水分活度有關(guān)系，同一種類微生物在不同的生長階段也要求不同的水分活度。一般講，細菌形成芽孢時比繁殖時所需的水分活度要高；產(chǎn)毒微生物在產(chǎn)生毒素時所需的水分活度高于不產(chǎn)毒時所需的水分活度。由以上討論可以得出結(jié)論，當食品的水分活度降低到一定的限度以下時，就會抑制要求水分活度閾值高于此值的微生物的生長、繁殖或產(chǎn)生毒素，使食品加工和貯藏得以順利進行。當然發(fā)酵技術(shù)中要求所用微生物能正?？焖僭鲋?，此時則要給予合適的、必要高的水分活度；另外，利用水分活度控制食品質(zhì)量或加工工藝時還要考慮pH、營養(yǎng)成分、氧氣等因素對于微生物的影響。第47頁/共72頁2.6.3 水分活度與食品化學變化的

24、關(guān)系 食品中的水分活度與食品中所發(fā)生的化學變化的種類和速度有密切的關(guān)系；而食品中的化學變化是依賴于各類食品成分而發(fā)生的。以各類食品成分為線索，其化學變化與水分活度關(guān)系的一般規(guī)律總結(jié)如下：第48頁/共72頁淀粉： 淀粉的食品學特性主要體現(xiàn)在老化和糊化上。在含水量達3060%時，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度變慢；當含水量降至1015%時，淀粉中的水主要為結(jié)合水，不會發(fā)生老化。第49頁/共72頁 影響脂肪品質(zhì)的化學反應主要為酸敗，而酸敗過程的化學本質(zhì)是空氣中氧的自動氧化。 脂類的氧化反應與水分含量之間的關(guān)系為： 在區(qū)，氧化反應的速度隨著水分增加而降低； 在區(qū)，氧化反應速度隨著水分的增加而加

25、快； 在區(qū)，氧化反應速度隨著水分增加又呈下降趨勢。脂肪：第50頁/共72頁原因：a 水與脂肪自由基氧化中形成的氫過氧化合物通過氫鍵結(jié)合，降低了氫過氧化合物分解的活性，從而降低了脂肪氧化反應的速度；b水與金屬的結(jié)合還可使金屬離子對脂肪氧化反應的催化作用降低。c當含水量超過、區(qū)邊界時，較大量的水通過溶解作用可以有效地增加氧的含量，還可使脂肪分子通過溶脹而更加暴露；d當含水量到達區(qū)時，大量的水降低了反應物和催化劑的濃度，氧化速度又有所降低。第51頁/共72頁蛋白質(zhì)及酶： 據(jù)測定，當食品中的水分含量在2%以下時，可以有效的阻止蛋白質(zhì)的變性；而當達到4%或其以上時，蛋白質(zhì)變性變得越來越容易。水促使蛋白質(zhì)

26、變性的原因是，水能使多孔蛋白質(zhì)潤脹，暴露出長鏈中可能被氧化的基團，導致氧化反應的發(fā)生，破壞保持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的弱鍵，從而使蛋白質(zhì)變性。 褐變反應是影響食品質(zhì)量和外觀特性的重要的化學反應，包括酶促褐變和非酶褐變兩類。酶促褐變是在酶作用下，食品中的酚類化合物發(fā)生特殊的氧化反應使食品顏色變劣的過程。當食品中的水分活度在之間時，酶促褐變可被有效防止；但當水分活度在此基礎上增加時，酶促反應就會明顯發(fā)生。第52頁/共72頁非酶褐變指食品通過一些非酶氧化而導致食品變色的反應。也與水分活度有密切的關(guān)系，當食品中的水分活度在之間時，非酶褐變最為嚴重；水分活度下降，褐變速度減慢，在以下時，褐變難以發(fā)生。但當水分活

27、度超過褐變高峰要求的值時，其褐變速度又由于體系中溶質(zhì)的減少而下降。水溶性色素：一般而言，當食品中的水分活度增大時，水溶性色素（常見的是花青素類）分解的速度就會加快?？傊档褪称分械乃只疃?，可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進行，減少營養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但水分活度太低，反而會加速脂肪的氧化酸敗。要使食品具有最高的穩(wěn)定性，最好將水分活度保持在結(jié)合水范圍內(nèi)。這樣，既可使化學變化難以發(fā)生，同時又不會使食品喪失吸水性和持水性。第53頁/共72頁水分活度影響食品穩(wěn)定性的機理：水分活度降低食品中自由水含量降低以水為介質(zhì)的反應難以發(fā)生離子型反應的速度降低水參加的反應速度降低水影響酶的活性及酶促

28、反應中底物的輸送第54頁/共72頁2.6.4 冰在提高食品穩(wěn)定性中的作用 冷藏是食品加工及貯運過程中的主要技術(shù)，這是因為在低溫的條件下，食品的穩(wěn)定性提高。 低溫提高食品穩(wěn)定性的主要原因是降低了大多數(shù)化學反應的速度。但是在低溫條件下，并不是所以反應都被抑制，相反有些反應的速度或在某種程度上被提高。例如一些Vc、Va、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)等的氧化、磷脂的水解等反應。 低溫提高一些食品化學反應速度的原因有兩個方面。其一，在凍結(jié)情況下，由于結(jié)冰導致自由水的含量減少及產(chǎn)生的濃縮效應，使得自由水中的非水物質(zhì)的濃度大大提高，其pH值、離子強度、黏度、表面和界面張力及氧化還原電位的發(fā)生大的改變，促進了非水物質(zhì)之間

29、的接觸機會，為一些反應創(chuàng)造了合適的反應條件；其二，使酶的濃度提高，酶與激活劑、底物之間的接觸機會大大提高。第55頁/共72頁含水食品的水分轉(zhuǎn)移 水分的位轉(zhuǎn)移= （T,p) +RTlnaw 水分的相轉(zhuǎn)移 1 水分蒸發(fā) 2 水蒸汽凝結(jié)第56頁/共72頁2.8 分子流動性（Mm)對食品穩(wěn)定的影響 除了aw是預測食品穩(wěn)定性的重要指標外，分子流動性也是一個重要的參數(shù)，如在預測冷凍食品的物理性質(zhì)、冷凍干燥的最佳條件、結(jié)晶作用、膠凝作用及淀粉老化等物理變化時， Mm較為有效。第57頁/共72頁 玻璃態(tài)（glass state）是聚合物的一種狀態(tài)，它既象固體一樣有一定的形狀，又象液體一樣分子間排列只是近似有序

30、，是非晶態(tài)或無定形態(tài)。處于此狀態(tài)的聚合物只允許小尺寸的運動，其形變很小，類似于玻璃，因此稱玻璃態(tài)。 橡膠態(tài)：高聚物轉(zhuǎn)變成柔軟而具有彈性的固體稱為 玻璃化溫度（glass transition temperature, Tg）：非晶態(tài)食品從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變稱玻璃化轉(zhuǎn)變，此時的溫度稱玻璃化溫度。 無定形（Amorphous）：是物質(zhì)的一種非平衡，非結(jié)晶態(tài)。 分子流動性（Mm）：是分子的旋轉(zhuǎn)移動和平轉(zhuǎn)移動性的總度量。決定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。 大分子纏結(jié)（Macromoleculerentanglement）：指大的聚合物以隨機的方式相互作用，沒有形成化學鍵，有或

31、沒有氫鍵。2.8.1 幾個概念第58頁/共72頁2.8.2 Mm與食品穩(wěn)定性的關(guān)系1 大多數(shù)物理變化和一部分化學變化由Mm 控制；2 Tg與食品的擴散限制性質(zhì)的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系；3在Tm Tg范圍內(nèi)，Mm和擴散限制性的食品性質(zhì)與溫度之間具有一定關(guān)系；4水的含量強烈影響Tg；5溶質(zhì)種類烈影響Tg和Tg。第59頁/共72頁 二者相互補充，非相互競爭； aw法主要注重食品中水的有效性，如水作為溶劑的能力； Mm法主要注重食品的微觀黏度（Microviscosity）和化學組分的擴散能力。6 aw和Mm方法研究食品穩(wěn)定性的比較第60頁/共72頁 在快速、正確、經(jīng)濟地測定食品的Mm、 Tg技術(shù)完善之

32、前， Mm方法無法在實用性上達到或超過aw方法。目前使用的測定儀器是DSC (Differential Scanning Calorimeter).第61頁/共72頁本章小結(jié)1.水分子的結(jié)構(gòu)特征：水是呈四面體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水分子之間的氫鍵網(wǎng)絡是動態(tài)的水分子氫鍵鍵合程度取決于溫度2.水分子的締合：由于每個水分子具有相等數(shù)目的氫鍵給體和受體，能夠在三維空間形成氫鍵網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。3.冰是由水分子有序排列形成的結(jié)晶，有11種晶型，其中六方冰晶是最穩(wěn)定的。第62頁/共72頁4. 水的結(jié)構(gòu)模型： 混合模型 連續(xù)結(jié)構(gòu)模型 填隙結(jié)構(gòu)模型5.化合水：與非水組分緊密結(jié)合并作為食品組分的那部分水。 特點：在-40下不結(jié)冰。

33、無溶解溶質(zhì)的能力。與純水比較分子平均運動為0。 第63頁/共72頁不能被微生物利用。6.鄰近水：與非水組的特異親水部位通過水-離子和水-偶極產(chǎn)生強烈相互作用的水。 特點：在-40下不結(jié)冰。無溶解溶質(zhì)的能力。與純水比較分子平均運動大大減少。不能被微生物利用。此種水很穩(wěn)定，不易引起Food的腐敗變質(zhì)。7.多層水：占據(jù)第一層鄰近水剩余位置和圍繞非水組分親水基團形成的另外幾層水。 特點： 大多數(shù)多層水在-40下不結(jié)冰，其余可結(jié)冰，但冰點大大降低。 有一定溶解溶質(zhì)的能力。 與純水比較分子平均運動大大降低。 部分能被微生物利用。第64頁/共72頁8.體相水：距離非水組分位置最遠，水-水氫鍵最多。它與稀鹽水

34、溶液中水的性質(zhì)相似。 特點： 能結(jié)冰，但冰點有所下降。 溶解溶質(zhì)的能力強，干燥時易被除去。 與純水分子平均運動接近。很適于微生物生長和大多數(shù)化學反應，易引起食物的腐敗變質(zhì)，但與食品的風味及功能性緊密相關(guān)。9.水分活度的測定方法：冰點測定法；相對濕度傳感器測定法；恒定相對濕度平衡法。10.水與溶質(zhì)的相互作用：與離子基團、極性基團、非極性基團，兩親分子的相互作用。11.水活性的定義：指某種食品在密閉容器中達到平衡狀態(tài)時的水蒸汽分壓；與同一溫度下純水的飽和蒸汽壓之比。12.吸著等溫線在恒溫條件下，以食品的含水量（用每單位干物質(zhì)質(zhì)量中水的質(zhì)量表示）對水活性繪圖形成的曲線，稱為水分吸著等溫線（moisture sorption isotherms,MSI）。13.滯后現(xiàn)象：采用向干燥樣品中添加水（回吸作用）的方法繪制水分吸著等溫線和按解吸過程繪制的等溫線并不相互重疊，這種不重疊性稱為滯后現(xiàn)象(hysteresis)。第65頁/共72頁本章重點內(nèi)容：1.與水的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、在食品