水PPT学习教案

1、会计学1水水第1页/共87页引言1-1 水(冰)的结构1-2 水和冰的物理性质及 在食品中的应用1-3 冷冻对食品稳定性的影响1-4 水和溶质的相互作用1-5 食品中水的类型1-6 水分活度1-7 中间水分食品 （Intermediate moisture foods,IMF）第2页/共87页第一章 水 名称 含水量（%）人体血浆 90肌肉 80骨骼、牙齿 10植物根、茎、叶 75猪肉、牛肉、鸡肉 60 80微生物孢子 14水母 98生物体含水量水的生理功能水与三大类营养素第3页/共87页第4页/共87页1.主要组成成分2.水分子的含量和分布直接影响到食品的外观、色泽、风味、质量、状态、贮藏时

2、间及其对腐败的敏感性等。3.不同的食品有其特征性的水分含量。如:面包3545；奶粉4；肉80；谷物，1015等第5页/共87页第一章 水 第6页/共87页第一章 水1-1 水(冰)的结构 第7页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构缔合体(H2O)n氢键的形成是动态的，所以，水表现出流动性、低黏度第8页/共87页第9页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 第10页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 第11页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 3、扩大的普通冰结构第12页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 按冷冻速度和对称要素（对称面、对称轴、对称中心对称面、对

3、称轴、对称中心），冰可分为四大类：o 六方型冰晶：是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式，它是一种高度有序的普通结构。o不规则树枝状结晶o粗糙的球状结晶o 易消失的球状结晶及各种中间体。第13页/共87页第14页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 在正常压力及0时，只有普通的六方形冰是稳定的。 冷冻速度、溶质的种类及浓度等会影响冰结晶的结构。例，随着冷冻速度增大或明胶浓度的提高，主要形成立方形和玻璃状冰结晶。 显然，像明胶这类大而复杂的亲水性分子，不仅限制水分子的运动，而且阻碍水形成高度有序的六方形结晶。 第15页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 冰形成动力学研究了过冷水（230

4、K）体系中冰的形成 第16页/共87页第一章 水1-1 水（冰）的结构 第17页/共87页返回第18页/共87页第一章 水 第19页/共87页 第20页/共87页第一章 水 （一）高沸点(bp)(H2O)n，打破氢键需额外能量。 压力P下降，bp降低 。高海拔处烹煮食物难熟。浓缩热敏性物料，可减压或真空浓缩。果汁、牛乳等。常压烹煮不易熟烂之物料，可高压蒸煮。第21页/共87页第一章 水 （二）高比热，高蒸发热水为优良的冷却剂。食物脱水干燥时，耗能多。第22页/共87页 （三）冰的导热率、热扩散率大于水水为优良的传热介质。湿热灭菌比干热灭菌的温度低，时间短。湿热灭菌时物料中若有空气泡则影响灭菌效

5、果。冷冻速度快于解冻速度。冷冻时，冰传热解冻时，水传热第23页/共87页 （四）水的介电常数大，是优良的溶剂（五）水具有三相点压力(Pa)固液气 (4,52mmHg)BACD0.0098温度AB：升华曲线AC：溶解曲线AD：汽化曲线食品冷冻干燥水由固态升华为液态而脱除。第24页/共87页 第一章 水两个冷冻负效应：q水结冰时体积膨胀（约增加9%）；q非冻结相中的非水组分（溶质）的浓度比冷冻前增大。第25页/共87页 q对于肉类、果蔬等生物组织类食物，普通冷冻（食品通过最大冰晶生成带的降温时间超过30min）时形成的冰晶较粗大，冰晶刺破细胞，引起细胞内容物外流（流汁），导致营养素及其它成分的损失

6、；冰晶的机械挤压还造成蛋白质变性，食物口感变硬。第26页/共87页 速冻：为了不使冷冻食品产生粗大冰晶，冷冻时须迅速越过冰晶大量形成的低温阶段，即在几十分钟内越过0。 冷冻食品中的冰晶细小则口感细腻（冰淇淋），冰晶粗大则口感粗糙。q 食品冷藏利用的是低温而非结冰。冷冻具有双重效应，低温下食品成分间的化学反应变慢，但结冰则使食品成分浓缩到未结冰的那少部分水中，相当于溶质被浓缩，使食品成分之间的反应性加强。第27页/共87页 第一章 水第28页/共87页第一章 水1-3 食品中的水分状态 食品（包括生物组织）中水分子与食品成分有相互作用，作用强度不同，水分子受到的束缚程度也不同，可据此对水进行分类

7、。 结合水（束缚水） bound water 自由水（游离水、体相水）Free water, bulk water化合水（构成水，结晶水）constitutional water单分子层水（邻近水）vicinal water多分子层水（多层水，半结合水）ultilayerwater水 水与食品成分间相互作用力：氢键，毛细管力第29页/共87页第一章 水1-3 食品中水的类型 结合水：存在于溶质及其他非水组分临近的水，与同一体系中“体相”水相比，它们呈现出低的流动性和其他显著不同的性质，这些水在-40下不结冰。 化合水：构成非水物质组成的水，结合最牢固，Aw0 ，例， Protein, Star

8、ch, Pectin,Cellulose等大分子空隙 内的水或作为化学水合物的那部分水。 单分子层水（邻近水）：处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置，与COO， NH3+等离子或离子基团缔合。 多分子层水：与OH ，CONH2形成氢键，结合力稍弱的那部分水。（邻近水的外层形成的几个水层） 自由水：食品中的部分水，被以毛细管力维系在食品空隙中，能自由运动, 这种水称为自由水。 第30页/共87页第一章 水1-3 食品中水的类型 结合水的性质：40不结冰，不能作为溶剂，100 时不能从食品中释放出来，不能被微生物利用，决定食品风味自由水的性质：0时结冰，能作为溶剂，100 时能从食品中释放

9、出来很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起Food的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。第31页/共87页第32页/共87页第33页/共87页水与溶质相互作用的分类第34页/共87页食品体系中有电解质，便存在有离子或离子基团,离子电荷与水分子的偶极子之间的相互作用离子水合作用。第35页/共87页有助水形成网状结构，粘度增加，流动性变小第36页/共87页第37页/共87页阻碍水形成网状结构，粘度变小，流动性增加第38页/共87页第39页/共87页第40页/共87页第41页/共87页第42页/共87页第43页/共87页第44页/共87页第45页/共87页第46页/共87页排斥正电荷吸引负电

10、荷第47页/共87页笼形水合物笼形水合物(Clathrate hydrates)是象冰一样的是象冰一样的包含化合物，水为包含化合物，水为“宿主宿主”，它们靠氢键键合，它们靠氢键键合形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼内，被截留的物质称为物质截留在笼内，被截留的物质称为“客体客体”。一般一般“宿主宿主”由由20-74个水分子组成，较典型个水分子组成，较典型的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等。的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等。第48页/共87页第49页/共87页第一章 水 第50页/共87页第51页/共87页疏水相互作用n为蛋白质的

11、折叠提供了主要推动力n维持蛋白质的四级结构n疏水基团在蛋白质分子内部 第52页/共87页第一章 水 第53页/共87页第一章 水1-5 水分活度 不同食品，即使含水量相同，保藏性可能不同，食品中结合得最不牢固的水对食品的稳定性起决定作用。食品总含水量不能准确反应食品的性质。 水分活度(Water activity，Aw，aw) ： 食品的水蒸汽分压(P)与同条件下纯水蒸汽压(P0)之比。它表示食品中水的游离程度，水分被微生物利用的程度。也可以用相对平衡湿度表aw=ERH/100。 Aw=P/P0=ERH/100p食品的相对平衡湿度是指食品中的水分蒸汽压达到平衡后，食品周围的水汽分压与同温度下水

12、的饱和蒸汽压之比。第54页/共87页第55页/共87页第56页/共87页马铃薯淀粉的aw -1/T 关系图第57页/共87页第58页/共87页当食品的温度低于0时，直线发生转折第59页/共87页第60页/共87页第一章 水1-5 水分活度 等温吸附曲线：在恒温条件下，以食品含水量（gH2O/g干物质）对Aw作图所得的曲线。又称等温吸湿曲线、等温吸着曲线、水分回吸等温线（Moisture sorption isotherms，MSI）。第61页/共87页第一章 水1-5 水分活度 区：化合水区与区边界：单分子层水区：多分子层水区：自由水或体相水结合水、自由水常以为界，但无绝对界限。第62页/共8

13、7页polts interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature第63页/共87页根据水分活度与含水量的关系可将MSI曲线分成三个区域：第64页/共87页第65页/共87页第66页/共87页区区 I区区 II区区 III区区Aw 0-0.2 0.2-0.85 0.85含水量含水量% 1-6.5 6.5-27.5 27.5冷冻能力冷冻能力 不能冻结不能冻结 不能冻结不能冻结 正常正常溶剂能力溶剂能力 无无 轻微轻微-适度适度 正常正常水分状态水分状态 单分子层水单分子层水 多

14、分子层水多分子层水 体相水体相水微生物利用微生物利用 不可利用不可利用 部分可利用部分可利用 可利用可利用 第67页/共87页第68页/共87页第一章 水1-5 水分活度等温吸附曲线的形状：S形，J形不同的食品由 于其化学组成和组织结构 的不同，具有不同的MSI。一般说来，大多数食品的等温线都成S 形，而含有大量糖及可溶性小分子但不富含高聚物的水果、糖果以及咖啡提取物的水分吸附等温线呈J 形。第69页/共87页第一章 水1-5 水分活度 等温吸附曲线与温度的关系:在一定的含水量，Aw随温度的升高而增大。第70页/共87页第一章 水1-5 水分活度 定义：如果向干燥样品中添加水（回吸作用）的方法

15、绘制水分吸附等温线和按解吸过程绘制的等温线并不相互重叠，这种不重叠性称为滞后现象。在一定aw时，食品的解吸过程一般比回吸过程时含水量更高。第71页/共87页第一章 水1-5 水分活度 在一定的含水量，解吸过程中的试样的Aw小于吸附过程的Aw。第72页/共87页第一章 水1-5 水分活度 滞后现象与食品表面的结构、内部性质等有关。滞后环(Hysteresis loop)的形状取决于食品类型与温度。空气干燥的苹果片冷冻干燥熟猪肉冷冻干燥大米第73页/共87页量时处于较高的量时处于较高的aw。第74页/共87页第75页/共87页第一章 水1-5 水分活度 （一）Aw与微生物的生长繁殖降低Aw：食品干

16、制、盐腌、糖滞（蜜饯、果脯、腌菜、干菜）第76页/共87页第77页/共87页第一章 水1-5 水分活度 （二）Aw与酶促反应酚酶、过氧化物酶、淀粉酶：Aw 时，酶促反应极慢，可作为溶剂的自由水少。Aw增加，酶促反应加快。Aw较大时，酶促反应减慢，稀释效应，不利于酶与底物接触。中间水分食品（Aw0.60-0.85,含水量约20%-50%）稳定性差。第78页/共87页第79页/共87页第一章 水1-5 水分活度 （三）Aw与非酶反应脂肪酸自动氧化Aw时，氧化非常快，O2进入食品无阻力。时，氧化慢， 为单分子层水，单分子层水既不被微生物利用，又可阻止O2进入。Aw ，氧化快， 催化剂流动性大。第80页/共87页第一章 水1-5 水分活度 （三）Aw与非酶反应Maillard反应Aw0.5(含水量10%）时，反应慢，自由水少。时（含水量10%15%），反应快， 溶剂水利于反应物之间相互接触。Aw ，反应慢， 稀释效应。第81页/共87页第82页/共87页第一章 水1-5 水分活度 小结 Aw比水分含量更能准确的预测食品的贮藏性（化学反应性，微生物安全性）单分子层水时（），食品的稳定性较好。除了控制水分活度来提高食品的稳定性，还可综合应用其它方法，如，添加食品添加剂、适宜的包装等。一般，含水量5%-15%的食品可称为干燥食品。对于冻干食品，在实际作业中常将2%的残余水分含量作为干