第二章 40 水.ppt

第二章水 2 1食品中的水分含量及功能 2 1 1水分含量一般生物体及食品中水分含量为3 97 1 水在生物体内的含量约70 80 水在动物体内的含量特点 随动物年龄的增加而减少 成人含水量为58 67 不同部位水分含量不同 皮肤60 70 肌肉及器脏70 80 骨骼12 15 水在植物体内的含量特点 营养器官组织 根 茎 叶的薄壁组织 含量最高70 90 繁殖器官组织 种子 微生物的孢子 含量最低12 15 某些食品的水分含量表2 1 食品水分含量 白菜 菠菜90 95猪肉53 60新鲜蛋74奶88冰淇淋65大米12面包35饼干3 8奶油15 20 2 2水的功能 2 2 1水在生物体内的功能1 稳定生物大分子的构象 使其表现特异的生物活性2 体内化学介质 使生物化学反应顺利进行3 营养物质 代谢载体4 热容量大 调节体温5 润滑作用此外 水还具有镇静 强壮效果 保护眼睛 降脂减肥和美容作用 2 2 2水的食品功能 1 食品的组成成分2 显示色 香 味 形 质构特征3 分散蛋白质 淀粉 形成溶胶4 影响鲜度 硬度5 影响加工 起浸透 膨胀作用6 影响储藏性 2 3水的物理性质 2 3 1水的三态1 以水 汽 100 1个大气压 2 水 冰 0 1个大气压 3 汽 冰 0 611Pa以下 特点 具有水 汽 冰三相共存 0 0098 611Pa 2 3 2水的重要物理性质 水的许多物理性质 如熔点 沸点 比热容 熔化热 蒸发热 表面张力和界电常数都明显偏高 原因 水分子间存在着三维氢键缔合的缘故 水的密度在4 最大 为1 0 时冰密度为0 917 水结冰时 体积膨胀约9 1 62ml L 实际应用 这种性质易对冷冻食品的结构造成机械损伤 是冷冻食品行业中应关注的问题 水的沸点与气压呈正相关关系 当气压升高时 则其沸电升高 当气压下降 则沸点降低 实际应用 1 热敏性的食品如牛奶 肉汁 果汁等的浓缩通常采用减压或真空方式来保护食品的营养物质 2 不易煮烂的食物 如动物的筋 骨 牛肉等可采用高压蒸煮 低酸性的罐头的杀菌 3 高原上做饭应采用高压 3 水的比热较大水的比热大是因为当温度升高时 除了分子动能需要吸收热量外 同时缔合的分子转化为单分子时也需要吸收热量所致 使得水温不易随气温的变化而异 比如海洋性气候就是如此 4 水的介电常数很高 水的溶解能力强20 时 水为80 36 生物体的干物质的介电常数为2 2 4 0 介电常数高 可促进电解质的解离 所以对酸 碱 盐等电解质和蛋白质在水中的溶解是非常重要的 冰的导电系数与热传递系数均比水的大 分别大3倍与4倍也就是说 在一定的环境中 冰改变自身的温度要比水的快得多 所以同一食物的解冻要比冻结快得多 2 4食品中的水分状态及与溶质间的相互关系 1 2 4 1水分状态2 4 1 1结合水 束缚水 boundwater 化学结合水 作用力 配位键 氢键 部分离子键特点 在 40 以上不结冰 不能作为外来溶质的溶剂 单分子层水 monolayerwater 与食物的非水组分中离子或强极性基团如氨基 羧基等直接以离子键或氢键结合的第一个水分子层中的水称之 约为总水量的0 5 多分子层水 multilayerwater 处于单分子层水外的几层水分子或与非水组分所含的弱极性基团如羟基 酰胺基等形成的氢键的水分子 2 4食品中的水分状态及与溶质间的相互关系 2 2 4 1 2自由水 freewater 体相水 游离水 吸湿水 作用力 物理方式截留 生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留 毛细管力特点 可结冰 溶解溶质 测定水分含量时的减少量 可被微生物利用 毛细管水 毛细管径 0 1um 约为几 几十um时 其内的水属于自由水 自由流动水 截留水 自由水 2 4食品中的水分状态及与溶质间的相互关系 3 2 4 2水溶质间的相互关系2 4 2 1水与离子和离子基团的相互作用作用力 极性结合 偶极 离子相互作用阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质 水 离子键的强度大于水 水氢键 破坏水的正常结构 阻止水在0 时结冰 对冰的形成造成一种阻力 2 4食品中的水分状态及与溶质间的相互关系 4 2 4 2 水与可形成氢键的中性基团的相互作用水可以与羟基 氨基 羰基 酰基 亚氨基等形成氢键 作用力小于水与离子间作用力 流动性小 对水的网状结构影响小 阻碍水结冰 大分子内或大分子间产生 水桥 2 4食品中的水分状态及与溶质间的相互关系 5 2 4 1 3水与非极性物质的相互作用笼形水合物的形成 由于非极性基团与水分子产生斥力 使疏水基团附近的水分子间氢键键合力 笼形水合物 20 74个水分子将 客体 包在其中作用力 范德华力 少量静电力 疏水基团间的缔合作用 2 5水分活度与食品稳定性 1 2 5 1水分活度的意义问题 1 含水18 的果脯与含水18 的小麦比较 哪种耐储藏 水分活度 食品中水的蒸汽分压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示Aw P Po 2 5水分活度与食品稳定性 2 对于纯水 P PoAw 1 而对于食品中的水分 因其中溶有其它物质 所以P总是 P 故Aw 1 根据拉乌尔定律 Aw还可用平衡相对湿度 ERH 表示 Aw P Po ERH 100 2 5水分活度与食品稳定性 3 2 5 2Aw与温度的关系Aw是温度的函数 而且与温度成正比原因 P Po RH与温度有关 故Aw P Po ERH 100也与其有关 当含水量相等时 温度越高 Aw越大 除此之外 Aw还与食品的组成有关 2 5水分活度与食品稳定性 4 低于冰点时 Aw与温度的关系由于冰的存在 Aw不再象冻结前那样受其内容物组成与含量的影响 只纯粹与温度有关 例如 某食品Aw 0 86 在20 时 由于该温度是微生物和酶较适宜的生长或作用温度 Aw又较高 故微生物易繁殖生长 化学反应也容易进行 因此食品就容易腐败变质 在 15 时 由于低温 本身抑制了微生物的繁殖 钝化了酶 所以化学反应几乎不进行 故食品在该温度下可以保持不坏 结论 冰点以上或以下 Aw对食品稳定性影响是不同的 高于冰点时 Aw与食品组成及 有关 其中食品组成是主要因素 当组成水 相同时 上升 则Aw上升 低于冰点时 Aw仅与温度有关 与食品组成无关 2 5 3吸湿等温线 2 5 3 1定义及意义 1 定义 在等温条件下 以食品含水量为纵坐标 以Aw为横坐标作图 所得曲线称为吸湿等温线 不同食品 因其化学组成和组织结构不同 对水束缚能力不一样 有不同的吸湿等温线 但都为 型 2 意义 吸湿等温线表示了食品的Aw与含水量对应关系 除去水 浓缩 干燥 的难易程度与Aw有关 1 配制食品混合应注意水在配料间的转移2 测定包装材料的阻湿性质3 测定一定水分含量与微生物生长的关系4 预测食品稳定性与水分含量的关系 5 3 2 吸湿等温线与温度的关系 升高 则Aw升高 对同一食品 升高 形状近似不变 曲线位置向下方移动 不同温度下马铃薯的吸湿等温线如下页 不同温度下马铃薯的吸湿等温线 2 5 3 3吸湿等温线的滞后现象 测定水加入到干燥食品的吸湿 吸附 等温线与测定高水分食品 脱水的解吸等温线 二线不完全重合 显示吸湿等温线滞后环吸湿等温线的滞后现象 吸湿 吸附 等温线与解吸等温线不完全重合的现象 水分含量相同时 对应的Aw 解湿 吸湿原因 吸湿到食品内的水 还未充分被食品组分束缚 没有使食品完全 复原 影响因素 食品品种不同 滞后环不同同一食品 不同温度 滞后环也不同不同的解吸方法 滞后环也不同 2 5 3 4吸湿等温线分区 1 为了说明吸湿等温线的内在含义 并与水的存在状态紧密联系 可以将其分为 区 区Aw 0 0 25约0 0 07g水 g干物质作用力 H2O 离子 H2O 偶极 配位键属单分子层水 含水合离子内层水 不能作溶剂 40 以上不结冰 与腐败无关 2 5 3 4吸湿等温线分区 2 区Aw 0 25 0 8 加 区 0 45gH2O g干 作用力 氢键 H2O H2O H2O 溶质属多分子层水 加上 区约占高水食品的5 不作溶剂 40 以上不结冰 但接近0 8 Aw 的食品 可能有变质现象 2 5 3 4吸湿等温线分区 3 区 新增的水为自由水 截留 流动 多者可达20gH2O g干物质可结冰 可作溶剂划分区不是绝对的 可有交叉 连续变化 2 5 4Aw与微生物繁殖的关系 微生物的生长繁殖需要水 适宜的Aw一般情况如下 Aw 0 90大多数细菌 0 87大多酵母 0 80大多霉菌0 8 0 6耐盐 干 渗透压细菌 酵母 霉菌 0 50任何微生物均不生长繁殖 2 5 5Aw与酶促反应的关系 水可作为介质 活化底物和酶Aw 0 8大多数酶活力受到抑制Aw 0 25 0 3淀粉酶 多酚氧化酶 过氧化物酶抑制或丧失活力但脂肪酶在Aw 0 1 0 3仍保持其活性 如肉脂类 因为活性基团未被水覆盖 易与氧作用 2 5 6Aw与非酶反应的关系 1 2 6 3 1Aw与非酶褐变Aw0 7V降低 因为H2O稀释了反应物浓度 2 5 6Aw与非酶反应的关系 2 2 6 3 2Aw与脂肪的氧化Aw对脂肪的非酶氧化反应的影响比较复杂 Aw0 4Aw V H2O溶解O2 溶胀后催化部位暴露 氧化V Aw 0 8Aw V 稀释浓度 2 5 6Aw与非酶反应的关系 3 Aw与水溶性色素分解 维生素分解Aw V分解 2 6结冰对食品稳定性影响 1 食品结冰时1 非冻结相中 溶质变浓 产生浓缩效应未冻结的pH 粘度 离子强度 氧化还原电位 胶体性质等发生变化 加速一些化学反应 蔗糖在酸催化下水解反应 肌红蛋白褐变蛋白质变性S 2 6结冰对食品稳定性影响 2 2 冰的体积增加9 导致机械伤害 发生错位现象氧化反应 VC 脂肪 VA VE 胡萝卜素 酶催化反应 糖原损失 乳酸 高能磷酸盐降解 2 7水对食品质构的影响 1 水 Aw对干 半干 中湿食品质构有影响低Aw 饼干脆性油炸土豆片脆性硬糖防粘固体饮料防结块中湿 软糖防变硬蛋糕防变硬面包防变硬 2 7 1降低Aw的方法 添加吸湿剂可在水分含量不变条件下 降低Aw值 吸湿剂应该含离子 离子基团或含可形成氢键的中性基团 羟基 羰基 氨基 亚氨基 酰基等 即有可与水形成结合水的亲水性物质 如 多元醇 丙三醇 丙二醇 糖无机盐 磷酸盐 水分保持剂 食盐动 植物 微生物胶 明胶 卡拉胶 黄原胶 2 7水对食品质构的影响 2 冷冻方式对质构的影响速冻 小晶体破坏小 慢冻 大冰晶破坏大干燥方法对质构的影响空气干燥质构破坏冷冻干燥相似质构如脱水蔬菜高温脱水质构破坏 2 8分子流动性与食品稳定性 1 无定形 非平衡 非结晶状态 过饱和溶液 玻璃态 以无定形固体存在的物质于玻璃态玻璃化温度 过饱和溶液转变成玻璃态时的温度 2 8分子流动性与食品稳定性 2 食品的物理变化和化学变化的速度由分子流动性所决定分子流动性与温度有相依性大多数食品具有玻璃化温度溶质类型影响玻璃化温度分子的缠结能影响食品的性质 因为阻碍水分的迁移 有助于保持谷物食品的脆性 减缓冷冻食品的结晶速度目前 测定分子流动性有困难 在实际应用上不能达到或超过Aw方法的水平 2 9食品水分与食品物理性质的关系 1 2 9 1食品干燥食品的干燥或脱水统称为干制物理性状的改变 质量的减少和体积的缩小 色泽的变化 溶液浓度增加 使食品的冰点下降 2 9食品水分与食品物理性质的关系 2 2 9 2食品浓缩指从液态食品中除去一定数量的水分 目的1 减小食品体积和重量 2 干燥前 除去大量水分 减轻干制的负担 2 9食品水分与食品物理性质的关系 3 1 蒸发浓缩 是将液态食品的温度提高到沸点 使食品的自由水蒸发 常用真空浓缩 2 冷冻浓缩 是将液态食品部分冷冻而将纯的冰晶体移走 如啤酒的浓缩 3 薄膜浓缩 在食品和水之间放置一薄膜 并利用外加能量使水从液态食品一侧通过薄膜到达另一侧被除去 2 9食品水分与食品物理性质的关系 4 2 9 3中间水分食品 中湿食品 Aw在0 60 0 85 其水分含量在20 40 中间食品具有如下特征 能象干燥食品那样抵制微生物的繁殖生长 不必复水 且口感良好 能够长期保存 营养成分容易调整 包装经济 2 10含水食品的水分转移 1 含水食品的水分转移有两种情况 1 水分的位转移 指水分在同一食品的不同部位或不同食品之间发生转移 发生的条件 1 由于温差引起的 水分从高温方向低温方向转移 2 水分活度不同 水分从高Aw向低Aw方向转移 2 10含水食品的水分转移 2 2 水分的相转移 主要指食品中的气相和液相水的相互转移 导致食品含水量的改变 发生条件 1 外界环境的空气湿度改变2 温度变化 相转移的形式 1 水分蒸发 食品中水分由液相变为气相而散失 提问 水分蒸发有何正副作用 2 10含水食品的水分转移 3 2 蒸汽凝结 空气中的水蒸汽在食品表面凝结为液体水或被吸湿 产生条件 1 同一温度时 空气湿度过饱和 2 不同温度时 低温物体的表面上 提问 对于此现象 在哪类食品加工与贮藏时 应引起注意 任何防止 2 11分子流动性对食品稳定性的影响 1 分子流动性也是预测食品稳定性的另一个重要指标 重要的相关定义 1 玻璃态 glassstate 是聚合物的一种状态 它像固体一样有一定的形状和体积 又像液体一样分子间只是近似有序 属于非晶态或无定形态 2 11分子流动性对食品稳定性的影响 2 2 玻璃化温度 glasstransitiontemperature Tg 食品从非晶态到橡胶态发生转变时的温度 此种变化称为玻璃化转变 注意 食品发生玻璃化转变时 可引起其物理和力学性能上的急剧变化 如 食品的比热 膨胀系数 折光系数 2 11分子流动性对食品稳定性的影响 3 影响Tg的因素 1 水分含量 与Tg呈负相关关系 一般食品中每增加1 重量的水分时 Tg可降低5