水的性能及检测

1、食品中水的性能与控制食品中水的性能与控制性性 质质数数 值值相对分子量相对分子量18.0153相转变性质相转变性质 熔点（熔点（0.1Mpa）0.000 沸点（沸点（0.1Mpa）100.000 临界温度临界温度 373.99 临界压力临界压力22.064MPa(218.6atm) 三相点三相点0.01和和611.73Pa(4.589mmHg) 熔化焓（熔化焓（0）6.012kJ(1.436kcal)/mol 蒸发焓（蒸发焓（100） 40.657kJ(9.711kcal)/mol 升华焓（升华焓（0）50.91kJ(12.16kcal)/mol其他性质其他性质温温 度度 20 0 0（冰）（

2、冰） -20密度密度/(g/cm3) 0.99821 0.99984 0.9168 0.9193粘度粘度/(Pas) 1.00210-3 1.79310-3 表面张力表面张力(空气空气-水界面水界面)/(N/m) 72.7510-3 75.6410-3 蒸汽压蒸汽压/kPa 2.3388 0.6113 0.6113 0.103比热容比热容/J/(gK) 4.1818 4.2176 2.1009 1.9544热导率热导率(液体液体)/W/(mK) 0.5984 0.5610 2.240 2.433热扩散热扩散/(m2/s) 1.410-7 1.310-7 11.7 10-7 1.810-7 介电

3、常数介电常数 80.20 87.90 90 98水和冰的物理常数水和冰的物理常数食品名称水分食品名称水分%食品名称水分食品名称水分%食品名称水分食品名称水分%番茄番茄 95莴苣莴苣 95 卷心菜卷心菜 92 啤酒啤酒 90 柑橘柑橘 87 苹果汁苹果汁 87 牛奶牛奶 87 马铃薯马铃薯 78 香蕉香蕉 75 鸡鸡 70 肉肉 65 面包面包 35 果酱果酱 28 蜂蜜蜂蜜 20 奶油奶油 16稻米面粉稻米面粉 12 奶粉奶粉 4 酥油酥油 0某些代表性食品的含水量某些代表性食品的含水量食品中水分存在的形式食品中水分存在的形式 根据水在食品中所受束缚根据水在食品中所受束缚力的不同可分为两大类：

4、力的不同可分为两大类：自由水自由水Free Water（游离水）（游离水）结合水结合水Bound Water（束缚水）（束缚水）自由流动水自由流动水(Fluidal water)毛细管水毛细管水(Capillarywater)不可移动水不可移动水 (immobilized water)1.1.自由水自由水Free WaterFree Water（游离水）（游离水）自由流动水（自由流动水（Fluidal waterFluidal water）：）： 指动物的血浆、淋巴和尿液以及植物指动物的血浆、淋巴和尿液以及植物导管和细胞内液泡等内部的水；溶液的分导管和细胞内液泡等内部的水；溶液的分散介质中的水

5、，如：食盐、砂糖的水溶液的水；散介质中的水，如：食盐、砂糖的水溶液的水；毛细管水（毛细管水（Capillary waterCapillary water）：指在生物组织的）：指在生物组织的细胞间隙和食品的结构组织中通过毛细管力所系留细胞间隙和食品的结构组织中通过毛细管力所系留的水；的水；不可移动水或滞化水（不可移动水或滞化水（Immobilized waterImmobilized water）：指）：指被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水。自由水的特点：自由水的特点：能结冰，但冰点有所下降能结冰，但冰点有所下降溶解溶质的能力强，干燥时易被除去溶

6、解溶质的能力强，干燥时易被除去与纯水分子平均运动接近与纯水分子平均运动接近适合微生物生长和大多数的化学反应，与食品适合微生物生长和大多数的化学反应，与食品的风味和功能性紧密相关，易引起食品的腐败的风味和功能性紧密相关，易引起食品的腐败变质。变质。2.2.结合水结合水Bound WaterBound Water（束缚水）（束缚水） 与食品中蛋白质、淀粉、果胶与食品中蛋白质、淀粉、果胶物质、纤维素等成分通过氢键而结合物质、纤维素等成分通过氢键而结合的水，有如下特点：的水，有如下特点：不易结冰不易结冰( (冰点冰点-40)-40)不能作为溶质的溶媒，干燥时很难除去不能作为溶质的溶媒，干燥时很难除去与

7、纯水比较分子平均运动大大减少与纯水比较分子平均运动大大减少不能被微生物利用，不易引起食品的腐败变质不能被微生物利用，不易引起食品的腐败变质食品中水的存在形式构成水定义：与非水物质呈紧密结合状态的水特点：非水物质必要的组分，-40度部结冰， 无溶剂能力，不能被微生物利用；邻近水定义：处于非水物质外围，与非水物质 呈缔合状态的水；特点：-40度不结冰，无溶剂能力，不 能被微生物利用；多层水定义：处于邻近水外围的，与邻近水以氢 键或偶极力结合的水；特点：有一定厚度(多层)，-40度基本不结 冰，溶剂能力下降，可被蒸发；单分子层水，0.5%5%结合水自由水被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水滞化

8、水不能自由流动，与非水物质没关系毛细管水由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水物理及化学性质与滞化水相同自由流动水以游离态存在的水可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用定义特点定义特点定义特点食品中哪些水分是易除去的？食品中哪些水分是易除去的？ 食品干燥、蒸发时去掉的水分主要为自由水。食品干燥、蒸发时去掉的水分主要为自由水。 很难用蒸发的方法分离除去结合水。很难用蒸发的方法分离除去结合水。食品中水分测定的意义食品中水分测定的意义 水是食品的重要组成成分之一水是食品的重要组成成分之一 水是重要的营养素之一水是重要的营养素之一 控制食品的水分含量，对于保持食品的感官性状，控制食品的水分含量，对于保持

9、食品的感官性状，维持食品中其他组分的平衡关系，保证食品具有维持食品中其他组分的平衡关系，保证食品具有一定的保存期等均起着重要的作用一定的保存期等均起着重要的作用食品中水分含量的测定食品中水分含量的测定 食品中的水，是以自由态、水合态、胶体吸润态、表面吸附态等状态存在的。 水之所以能以各种形态存在于动植物组织中，是由于水能被两种作用力即氢键结合力和毛细管力联系着。 第二节第二节 食品中的水分状态食品中的水分状态一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成的溶液，因此其结冰温度均低于0。把食品中水完全结晶的温度叫低共熔点，大多数食品的低共熔点在-55-65之间。但冷藏食品一般不需要如此低的温度，如

10、我国冷藏食品的温度一般定为-18,这个温度离低共熔点相差甚多，但已使大部分水结冰，且最大程度的降低了其中的化学反应。现代食品冷藏技术中提倡速冻，这是因为速冻形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活动受到更大限制，从而保证了食品品质。视频：速冻金鱼复活水分活度一、概念一、概念 食品中水的蒸汽压与同温下纯水的食品中水的蒸汽压与同温下纯水的 饱和蒸汽压的比值。饱和蒸汽压的比值。 water activity, Aw二、水分活度与温度的关系二、水分活度与温度的关系 Clausius-Claperon(克劳修斯克劳修斯-克拉贝龙）克拉贝龙） 方程式方程式: lnAw = -kH/R(1/T) R 气

11、体常数气体常数 T 绝对温度绝对温度 H 食品某一水分含量下的等量净吸附热食品某一水分含量下的等量净吸附热 k 常数常数温度升高，温度升高， AwAw增大增大比较冰点以上和冰点以下比较冰点以上和冰点以下Aw 在冰点以上，Aw是样品组成与温度的函数，前者是主要的因素 在冰点以下，Aw与样品的组成无关，而仅与温度有关，即冰相存在时， Aw不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据Aw 预测受溶质影响的反应过程 不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度的Aw 当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品稳定性而言，水分活度的意义也改变了 三、水分活度与水分含量的关系三、水分活度与水分含量的关系 在恒定温度

12、下，以食品的水分含量在恒定温度下，以食品的水分含量对它的水分活度绘图形成的曲线。对它的水分活度绘图形成的曲线。等温吸湿曲线（吸湿等温线）等温吸湿曲线（吸湿等温线） 1.水分的吸附等温线水分的吸附等温线（Moisture sorption isotherms，MSI）图图 广泛水分含量范围食品的广泛水分含量范围食品的MSI （从正常至干燥的整个水分含量范围）（从正常至干燥的整个水分含量范围）图图 低水分含量范围食品的低水分含量范围食品的MSIMSI与温度的关系：与温度的关系：水分含量一定：水分含量一定： TT，AwAwAwAw一定：一定： T,T,水分含量水分含量分分 3个区个区:区区: Aw

13、00.25 含水量含水量 07% 水水-离子离子,水水-偶极偶极 构成水、单分子层水构成水、单分子层水区区: Aw 0.250.85 含水量含水量 727.5 水水- -水水, ,水水- -溶质氢键溶质氢键 多层水多层水,微毛细管水微毛细管水 区：区：Aw 0.85Aw 0.85，含水量，含水量 27.5 27.5 体相水体相水 回吸等温线（吸湿曲线）回吸等温线（吸湿曲线） 解吸等温线（解吸曲线）解吸等温线（解吸曲线）2. 等温线的滞后现象等温线的滞后现象MSI的实际意义的实际意义 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

14、的转移。 据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响。 从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。2.5 2.5 水与食品的稳定性水与食品的稳定性水分活度越小，食品越稳定水分活度越小，食品越稳定一、水分活度与食品的稳定性一、水分活度与食品的稳定性大多数细菌大多数细菌 0.94 0.94 0.99 0.99 霉菌霉菌 0.80 0.80 0.940.94 耐盐细菌耐盐细菌 0.750.75 耐干燥霉菌、耐高渗透压酵母耐干燥霉菌、耐高渗透压酵母 0.600.600.650.65 Aw 0.60Aw 0.60，绝大多数微生物无法生长，绝大多数微生物无法生长1.1.水分活度与微生物生命活动的关系水

15、分活度与微生物生命活动的关系aw范围在此范围内的最低aw所能抑制的微生物种类在此水分活度范围内的食品1.000.950.950.910.910.870.870.800.800.750.750.650.650.6小于0.5 假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏菌属、克霍伯氏菌属、芽孢杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母许多酵母、小球菌大多数霉菌、金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属大多数嗜盐细菌、产真菌毒素的曲霉嗜旱霉菌、二孢酵母耐渗透压酵母、少数霉菌微生物不增殖极易腐败变质（新鲜）的食品、罐头水果、蔬菜、肉

16、、鱼及牛奶，熟香肠和面包，含有约40%(w/w)蔗糖或7%食盐的食品一些干酪、腌制肉、一些水果汁浓缩物，含有55%蔗糖（饱和）或12%食盐的食品发酵香肠、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含65%蔗糖（饱和或15%食盐的食品大多数浓缩果汁、甜炼乳、巧克力糖浆、槭糖浆和水果糖浆，面粉，米，含有1517%水分的豆类食品水果蛋糕，家庭自制火腿等果酱、加柑橘皮丝的果冻、杏仁酥糖、糖渍水果、一些棉花糖含10%水分的燕麦片、砂性软糖、棉花糖等含1520%水的果干、蜂蜜等大多数酶：大多数酶： Aw 0.8Aw 0.8，活性受抑制，活性受抑制 0.250.250.30,0.30,活性明显减弱活性明显减弱（但脂酶（但

17、脂酶: Aw 0.05: Aw 0.050.10.1，保持活性），保持活性）(1)(1)水分活度和酶促反应水分活度和酶促反应2.2.水分活度与食品劣变化学反应的关系水分活度与食品劣变化学反应的关系AwAw在一定范围内，在一定范围内，Aw,Aw,褐变褐变，0.60.60.70.7最严重。最严重。 再再，褐变，褐变Aw,Aw,褐变褐变,Aw 0.2,Aw 0.73 0.73， 氧化速度降低氧化速度降低(5)(5)对蛋白质变性的影响对蛋白质变性的影响 Aw Aw ，蛋白质变性，蛋白质变性视频：水分活度对蛋白质的影响视频：水分活度对蛋白质的影响(6)(6)对水溶性色素分解的影响对水溶性色素分解的影响

18、Aw Aw ，水溶性色素分解，水溶性色素分解 （1）以水为介质的反应难以发生）以水为介质的反应难以发生（2）离子型反应的速度降低）离子型反应的速度降低（3）有水参加的反应速度降低）有水参加的反应速度降低（4）水影响酶的活性及酶促反应中底物）水影响酶的活性及酶促反应中底物 的输送的输送（5）食品中微生物的生长繁殖要求一定）食品中微生物的生长繁殖要求一定最低限度的最低限度的Aw3.3.降低水分活度提高食品稳定性的机理降低水分活度提高食品稳定性的机理最大反应速度：最大反应速度： AwAw 0.7 0.9最小反应速度：最小反应速度： AwAw 0.2 0.3 吸湿等温线吸湿等温线区和区和区区 边界附近边界附近单分子层水的值单分子层水的值预测干燥产品最大预测干燥产品最大稳定性时