第一章-水PPT课件

.,1,第一章食品营养成分的基本组成及加工特性,.,2,第一节水分（4学时）教学目的：1.理解水的基本性质及其与食品加工的关系；2.了解食品中水分的性质，理解自由水和结合水的特性；了解平衡水分的概念；3.理解水分活度的概念、意义；4.理解等温吸湿曲线的意义；5.理解水分活度与食品稳定性的关系；6.了解食品加工中水分的变化。,.,3,教学重点：自由水和结合水的概念和特性；水分活度的含义；等温吸湿曲线的含义；水分活度对食品稳定性的影响。教学难点：水分活度的定义教学方法：水的基本性质联系其对食品加工的影响；水分活度的定义以形象化说明加以解释（存在量与受束缚程度）。等温吸湿曲线讲清实际意义；水分活度对食品稳定性的影响以实例说明（高浓度糖、盐对食品的保藏作用）。注意课程引入和小结。,.,4,第一节水分,.,5,水是生命之源,在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活动都是起源于水的。人体内的水分，大约占到体重的65%。其中，脑髓含水75%，血液含水83%，肌肉含水76%，连坚硬的骨胳里也含水22%呢!没有水，食物中的养料不能被吸收，废物不能排出体外，药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水，后果是很严重的。缺水1%-2%，感到渴；缺水5%，口干舌燥，皮肤起皱，意识不清，甚至幻视；缺水15%，往往甚于饥饿。没有食物，人可以活较长时间（有人估计为两个月），如果连水也没有，顶多能活一周左右。人如果不摄入某一种维生素或矿物质，也许还能继续活几周或带病活上若干年，但人如果没有水，却只能活几天。人体细胞的重要成分是水，水占成人体重的6070%，占儿童体重的80%以上。,Water,.,6,Importance,水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。因此，我们每天都应该喝水。特别是饭前喝水，以下就是饭前喝水的好处-,1.提高注意力：能帮助大脑保持活力，把新信息牢牢存到记忆中去。2.提高免疫力：可以提高免疫系统的活力，对抗细菌侵犯。3.抗抑郁：能刺激神经生成抗击抑郁的物质。4.抗失眠：水是制造天然睡眠调节剂的必需品。5.抗癌：使造血系统运转正常，有助于预防多种癌症。6.预防疾病：能预防心脏和脑部血管堵塞。,.,7,喝水日程表,6:30经过一整夜的睡眠，身体开始缺水，起床之际先喝250CC的水，可帮助肾脏及肝脏解毒。8:30清晨从起床到办公室的过程，时间总是特别紧凑，情绪也较紧张，身体无形中会出现脱水现象，所以到了办公室后，先别急着泡咖啡，给自己一杯至少250CC的水!11:00在冷气房里工作一段时间后，一定得趁起身动动的时候，再给自己一天里的第三杯水，补充流失的水分，有助于放松紧张的工作情绪!12:50用完午餐半小时后，喝一些水，可以加强身体的消化功能。15:00以一杯健康矿泉水代替午茶与咖啡等提神饮料吧!能够提神醒脑。17:30下班离开办公室前，再喝一杯水，增加饱足感，待会吃晚餐时，自然不会暴饮暴食。22:00睡前1至半小时再喝上一杯水!今天已摄取2000CC水量了。不过别一口气喝太多，以免晚上上洗手间影响睡眠质量。,.,8,水在食品中有哪些作用？,同学们思考,.,9,1.水对食品的外观形态、色泽、硬度、风味、鲜度等性质具有重要的影响。如蔬菜水果等。蔬菜含水量8591%，水果8090%。2.水是微生物生长繁殖和生物体内化学反应的必需条件，关系到食品腐败变质的问题，影响到食品的耐贮性。如奶粉要求水分为3.05.0%，若为46%，也就是水分提高到3.5%以上，就造成奶粉结块，则商品价值就低，水分提高后奶粉易变色，贮藏期降低。,.,10,3.水是食品加工中的重要原料，水在食品中起着膨润、浸透、溶解、分散、均匀化等多种作用。如面包和饼干类的变硬就不仅是失水干燥，而且也是由于水分变化造成淀粉结构发生变化的结果，此外，在肉类加工中，如香肠的口味就与吸水、持水的情况关系十分密切，4.水可以除去食品加工中的部分有害物质。如煮过面的汤要倒掉，引住过面的汤中含有磷酸盐和卤水等食品添加剂；如菠菜在热水中焯一下。5.食品是人们获得水的重要途径之一。6.大多数食品加工的单元操作都与水有关,.,11,第一节引言,水在食品中的作用,1.部分食品的含水量,.,12,一、水的基本性质,（一）水和冰的结构,1.水的结构,O-H距离0.96埃，H-H距离1.54埃，H-O-H的键角为104.5水分子中氧的6个价电子参与杂化，形成4个SP3杂化轨道，有近似四面体的结构。,H,H,水分子的轨道构型,水分子的几何构型,.,13,图中：氧原子；氢原子；键；氢键,由于水分子的极性及两种组成原子的电负性差别，导致水分子之间可以通过氢键，能够在三维空间形成较稳定的氢键网络结构水分子的缔合作用,2.水分子的缔合作用,水分子中氧原子上2个未配对的电子与其他2分子水上氢形成氢键,水分子上2个氢与另外2个水分子上氧形成氢键,.,14,水的三维空间结构,.,15,3.冰的结构,1.冰的结构,水分子通过氢键形成稀疏刚性结构（结晶），O-O核间的最小距离为2.76埃，O-O-O之间的夹角为109每个水分子能够缔合另外4个水分子（配位数4），即1、2、3和W，形成四面体结构食品中溶质的种类和数量对冰晶的数量、大小、结构、位置和取向有影响,冰的晶胞结构,.,16,（a）沿c轴方向观察到的六方形结构（b）基础平面的立体图圆圈代表水分子的氧原子,冰的基础平面,.,17,冰结晶比较常见4种类型：六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶,六方形冷冻食品中冰结晶形式形成条件：缓慢冷冻合适的低温冷却剂溶质的性质和浓度对水分子的迁移干扰不严重,.,18,（二）水的基本性质1.密度的变化-4oC密度最大，速冻食品的体积与包装2.沸点与熔点-加热浓缩与冷却冻结（溶质的影响）、过冷与晶核的形成3.比热大-（与氢键有关）保温4.介电常数大-促进电解质的电离5.溶剂作用-离子型化合物和非离子型化合物（氢键）,.,19,二.食品中水分存在状态,食品中水：自由水和结合水,.,20,1.自由水和结合水：自由水（游离水）：借助毛细管作用力存在于细胞间隙、细胞液中以及制成食品的结构组织中。性质：具有普通水的性质，可被微生物利用、直接影响食品的保藏性。,.,21,结合水（束缚水）：是指与食品中一些化合物的活性基团以氢键等形式结合的水。与蛋白质、淀粉、果胶物质、纤维素等成分结合。,.,22,单分子层结合水：与氨基、羧基（蛋白质、果胶物质）结合的水，氢键作用力大，结合较牢固；多分子层结合水（半结合水）：与酰胺基（蛋白质）、羟基（淀粉、果胶物质、纤维素）结合的水，氢键弱，不牢固。,.,23,自由水和结合水的区别：（1）结合水的量与有机大分子极性基团的数量有比较固定的比例关系。据测定，每100g蛋白质可结合的水分平均高达50g、每100g淀粉的持水能力在3040g之间。,.,24,（2）结合水的沸点高于普通水，一般加热手段不能将其从食品分离出来；而结合水的冰点低于普通水，使其不易结冰，甚至环境温度低于-20时还不结冰，冰点可下降至-40，,.,25,（3）结合水不起溶剂的作用，也不能被微生物利用；一般加热操作不易去除结合水。所以在食品干燥操作中只有很少一部分的结合水被去除。,.,26,（4）结合水对食品的风味起着重大的作用不易去除的结合水如果被强行与食品分离时，往往使食品的风味质量造成很大的改变。注意:自由水和结合水的相对性；两者合称为食品中的含水量，可以干基表示或湿基表示，通常以质量分数来表示。,.,27,2.平衡水分与环境有关。在一定温度和湿度条件下，与一定状态的空气相平衡的食品中的水分含量，即为食品的平衡水分。特点：食品中水分蒸汽压与空气的水分蒸汽压相等。,.,28,三、水分活度(Wateractivity),（一）水分活度1.水分活度(aw)的定义水分活度(wateractivity)：指食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。p:食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸气分压p0：在同一温度下纯水的饱和蒸汽压ERH:样品周围的空气平衡相对湿度,.,29,在数值上，食品水分活度等同于空气的平衡相对湿度，应用必须注意：aw是样品的内在品质，而ERH是与样品平衡的大气的性质；仅当食品与环境达到平衡时，关系式才成立；纯水的Aw=1，食品的aw总在01之间。,（4）aw随着温度而改变，测定样品aw时，必须标明温度。水分含量相同，温度不同，aw不同,.,30,2.水分活度的意义,食品在平衡状态下的自由水分的多少食品的稳定性和微生物繁殖的可能性能引起食品品质变化的化学、酶及物理变化的情况,.,31,3.食品中水分活度与食品水分含量的关系,食品的水分活度与食品水分含量是两个不同的概念，通常食品含水量越高，水分活度也越高，但不不绝对。,aw=0.7时，不同食品的含水量（g水/g干物质）,.,32,食品的含水量与水分活度之间的关系可用曲线表示，当食品的含水量很低时（低含水量区），水分含量的微小变化即可引起水分活度极大的变动；当水分活度大于0.8时，即使含水量急剧变化，水分活度的变化也不大。低含水量区的曲线为常用的等温吸湿曲线。,（二）等温吸湿曲线,.,33,水分等温吸着（湿）线,1.定义吸湿等温线是指在温度不变的条件下，以样品中的水分含量为纵坐标，以Aw为横坐标作图，所得曲线（MSI）。它表示在恒温条件下，食品的平衡含水量与aw的关系。,.,34,.,35,水分等温吸湿曲线的制作,（1）高水分食品，通过测定脱水过程中水分含量和aw的关系，制作解吸等温线；（2）低水分食品，通过向干燥的样品中逐渐加水，然后测定加水过程中水分含量与aw的关系，制作回吸等温线。注意：同一样品不同的制作方法，其等温线形状不同；等温线形状和位置的影响因素：试样组成、质构、处理方法、温度和制作方法,.,36,高水分食品的MSI,从正常至干燥的整个水分含量范围食品中含水量10%时，含水量有较大变化，aw只有微小变化。,.,37,低水分食品的MSI,为说明吸湿等温线的内在含义及与水存在状态的关系，将MSI分为3区各区相关的水的性质存在显著的差别（实际是连续变化的）加水回吸时，试样的组成从区（干）移至区（高水分）,.,38,曲线构成：3个区域：A（I）区域：低水分区，AW=00.25，相当于含水量在00.07g/g干物质，单分子层结合水，-40不结冰，不能作为溶剂。B（II）区域：AW=0.250.80之间，相当于含水量在0.070.33g/g干物质,这部分水为多分子层结合水或称准结合水。C（III）区域：为高湿度区,AW=0.80.99之间，含水量低可至0.140.33g/g干物质,高可达20g/g干物质，自由水，可以结冰，也可作为溶剂。从上述分区可以看出，AW=0.8自由水和结合水之间的一个临界值。,.,39,水分吸着等温线与温度的关系,在不同温度下马铃薯的水分解吸等温线,MSI与温度有密切的关系：在一定水分含量时，aw随温度的上升而增大MSI随温度的上升向高aw方向迁移,.,40,如果食品的aw值低于环境的相对湿度，则食品沿着吸附等温线吸湿；aw值高于环境的相对湿度，则食品沿着解吸等温线散湿。,.,41,滞后现象（Hysteresis）,滞后现象定义同一种食品采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和采用解吸(desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象。,在一定的aw时，解吸过程中试样的水分含量大于吸附过程中的水分含量滞后现象的结果，形成滞后环。,.,42,空气干燥苹果片,高糖-高果胶食品滞后现象明显滞后出现在单分子层水区域Aw0.65时，不存在滞后,滞后环的形状食品品种,滞后环形状取决于食品品种和温度,.,43,冷冻干燥熟猪肉,高蛋白食品Aw0.85开始出现滞后滞后不严重回吸和解吸等温线均保持S形,滞后环的形状食品品种,.,44,冷冻干燥大米,淀粉质食品存在较大的滞后环Aw=0.70时最严重,滞后环的形状食品品种,.,45,2.滞后现象产生的主要原因,（1）解吸过程中，一些水分与非水成分相互作用而无法释放出水分或释放速度慢于吸收速度。（2）物料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(抽出需P内P外,填满则需P外P内)。（3）解吸作用后因组织改变,当再吸水时,无法紧密结合水,由此可导致回吸至相同水分含量时处于较高的aw。,.,46,3.了解和测定MSI的意义,在浓缩和干燥食品过程中，除去水的难易程度与aw的关系确定干燥食品的最佳空气湿度和温度确定食品混合后的含水量及AW的关系测定包装材料阻湿性的要求；测定抑制微生物生长的食品水分含量；预测食品的理化稳定性与水分含量的关系。,为食品的加工工艺、条件控制和贮藏提供科学参考,.,47,四、水分活度与食物的稳定性,1.微生物活动与食物aw的关系各类微生物生长都需要一定的最低限度的水分活度。如aw0.9，细菌生长，aw0.87酵母生长，aw0.8霉菌生长。见表1-2,.,48,食品中水分活度与微生物生长的关系（一）,.,49,食品中水分活度与微生物生长的关系（二）,.,50,测出食物aw，能预知哪种微生物是导致食物腐败的潜在原因aw=0.910.95细菌最多通常细菌：AW0.9时不能生长；酵母菌：在AW0.87时受到抑制；霉菌：AW0.80时不能生长。,.,51,2.食物aw与食品中化学变化的关系,食物aw与酶促反应的关系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在aw0.80时，活性大幅度降低，而当水分活度在0.25-0.30时，淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶的活性会受到强烈的抑制甚至丧失。例外，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。,.,52,中、低水分活度（0.3-0.7）食品中，美拉德褐变反应可发生；低Aw(0.2)，反应速度极低或不反应。aw较低时，水多呈水-水和水-溶质的氢键键合作用与邻近分子缔合，不利于反应物和产物移动，限制褐变进行。随着aw增大，有利于反应物向产物移动，促进褐变进行Aw继续增大，反应物被稀释，褐变,食品中aw与美拉德褐变（非酶促反应）的关系,.,53,低水分活度能抑制食品化学变化的机理,1.大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行，降低食品的水分活度，则食品中结合水的比例增加，自由水的比例减少，而结合水是不能作为反应物的溶剂的，所以降低水分活度，能使食品中许多可能发生的化学反应、酶促反应受到抑制。2.很多化学反应是属于离子反应，该反应发生的条件是反应物首先必须进行离子化或水化作用，而发生离子化或水化作用的条件必须有足够的自由水才能进行。,.,54,3.很多化学反应和生物化学反应都必须有水分子参加才能进行(如水解反应）。若降低水分活度，就减少了参加反应的自由水的数量,反应物(水)的浓度下降，化学反应的速度也就变慢。4.许多以酶为催化剂的酶促反应,水除了起着一种反应物的作用外，还能作为底物向酶扩散的输送介质，并且通过水化促使酶和底