无机物(食品生物化学课件)

水与食品加工无机物与食品加工一、水的结构与性质二、水在食品中的存在形式三、水分活度四、食品加工用水一、水的结构与性质水分子由两个氢原子与一个氧原子结合成两个σ共价键，水分子是典型的极性分子。水分子间在氢原子和氧原子间形成较强的氢键作用力。（一）水分子结构（二）冰的结构图2-40℃下冰的晶格单元和普通冰的结构（三）水与冰的性质1.水的沸点水的沸点随压力的增大而升高，在减压的情况下，水的沸点降低，这一性质在食品加工有重要应用。例：在食品生产中利用高压可获得较高的蒸汽温度，不仅可以使不易煮熟的食品物料迅速煮熟，同时利用高压可以起到杀菌作用。例：在浓缩食品物料时，为了较好地保存食品中的一些营养成分，往往需要在较低的温度下进行。2.水的熔点（冰点）常压下水的熔点（冰点）是0℃。食品中都含有一定的水溶性组分，正是由于这些溶质的存在，故食品的结冰温度都低于0℃。例如苹果的结冰为-2℃，鸡蛋的结冰温度为-4℃，牛奶冰点是-0.54～-0.59℃。食品温度降至-1~-5℃的温度范围，大部分食品在此温度范围内约80%的水分形成冰晶，这个温带称为“最大冰晶生成带”。冷冻食品时应采用快速冷冻，在最短的时间内通过最大冰晶生成带。

在冷藏食物时，冷库温度一般为-18℃。在此温度下，食物中的微生物和酶对食品的作用就变得很微弱了。食品在冻结时，生成的冰结晶使微生物细胞受到破坏，使微生物丧失活力不能繁殖，酶的反应受到严重抑制，食品的化学变化速度就会减慢，因此它就可以作较长时间的贮藏而不会腐败变质。3.水和冰的密度水在4℃时密度最大，当温度升高或者降低时，水的体积膨胀而密度减小。食品进行冷冻时，水变成冰，所以食品的体积会膨胀，在速冻食品的生产和产品包装材料的选择上，要充分考虑到这一点。水在冻结时体积增加，表现出异常的膨胀行为，这会使得含水的食品在冻结的过程中其组织结构遭到破坏。4.水作为溶剂的性质水不仅能溶解离子型化合物，许多非离子型的有机化合物也可以与水形成氢键而溶于水中，如醇类、醛类以及蛋白质、糖类等。某些不溶于水的蛋白质及脂肪，在适当的条件下也能分散在水中形成乳浊液或胶体溶液，并能稳定存在，如牛奶中的乳脂肪经均质后形成稳定得乳浊液，不易离析且容易被人体吸收。二、水在食品中的存在形式结合水：又称为束缚水，是指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水，是食品中与非水成分结合的最牢固的水。结合水包括三种：构成水、邻近水、多层水。其中，构成水和邻近水是单层水分子，多层水是多层水分子。自由水：是指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水。包括三种：滞化水、毛细血管水、自由流动水。

结合水与自由水的区别：结合水在食品中不能作为溶剂，在-40℃时不结冰；而自由水可以作为溶剂，在-40℃会结冰。自由水能为微生物所利用，结合水则不能。结合水对食品的风味起着重大作用。结合水和自由水之间的界限很难截然区分，只能根据物理、化学性质作定性的区分。水与食品加工无机物与食品加工一、水的结构与性质二、水在食品中的存在形式三、水分活度四、食品加工用水三、水分活度（一）水分活度概念水分活度（AW）是指食品的水蒸气分压（p）和在同以温度下纯水的蒸汽压（p0）之比。AW=p/p0式中：AW——水分活度p—一定温度下食品中水蒸气压p0—同温度下纯水的饱和蒸汽压（二）水分活度与含水量食品水分活度与食品含水量是两个不同的概念：食品的含水量是指在一定温度、湿度等外界条样下，处于平衡状态时食品的水分含量；水分活度主要决定自由水的含量，两者之间并没有明确的定量关系；食品的水分活度越大，水分含量也越多。水分活度反映了食品中水分存在形式和可被微生物利用程度。表AW=0.7时某些食品的含水量(单位：gH2O/g干物质)0.21鱼肉0.15干马铃薯0.25香蕉0.15卵白0.13干淀粉0.34苹果0.18鸡肉0.10大豆0.28凤梨含水量食品含水量食品含水量食品产品水分（%）产品水分（%）产品水分（%）番茄95牛奶87果酱28莴苣95马铃薯78蜂蜜20卷心菜92香蕉75奶油16啤酒90鸡70面粉12柑桔87肉65奶粉4苹果汁87面包35酥油0典型食品的水分含量（三）吸湿等温线在一定温度条件下用来联系食品的含水量（用每单位干物质中的水含量表示）与其水活性的图，称为吸湿等温线图

吸湿等温线的两种形式

为深入理解等温线的意义和价值，将吸湿等温线分成三个区域，各区的水的性质存在着相当大的差别。图

吸湿等温线的分区图

吸湿等温线的分区

存在于Ⅰ区中的水具有最强烈吸附和最少流动的性能，这部分水与食品中的极性部分结合力最强。它在-40℃时不结冰，不具有溶解溶剂的能力，它的含量少，不足以对固体产生增塑效应。可简单地看成食品的一部分。在高水分食品中Ⅰ区水仅占总水量的极小部分。图

吸湿等温线的分区

Ⅱ区的水相当于多分子层结合水，它通过氢键与邻近的水以及试样中极性较弱的基团缔合，它的流动性较自由水差，其中大部分在一40℃不结冰，当水增加到Ⅲ区靠近低水分一端时，它对溶质产生了显著的增塑作用。Ⅰ区和Ⅱ区的水通常占总水分含量的5%以下。图

吸湿等温线的分区

Ⅲ区内的水，包括在动植物组织内和组织间隙中的水以及细胞内的水和凝胶中束缚的水，这部分水，流动性受到阻碍，在其他方面与稀盐溶液中水具有类似的性质。这是因为Ⅲ区的水被Ⅰ区、Ⅱ区中的水所隔离。溶质对它的影响很小，Ⅲ区的水通常占总水分的95%以上。任何食品Ⅲ区的水(自由水)对食品的稳定性都起着决定性的作用。

应该指出的是：各区域的水不是截然分开的，也不是固定在某一个区域内，而是在区域内和区域间快速交换着。所以，吸湿等温线中各个区域之间有过渡带。图

吸湿等温线的分区（四）水分活度与食品稳定性1.水分活度与微生物的生长繁殖的关系微生物通常是引起食品变质的主要原因，不同的微生物在食品中繁殖，都有它最适的AW范围，其中以细菌最为敏感，其次是酵母和霉菌。AW小于0.90时，细菌不能生长；AW低于0.87时，大多数酵母菌受到抑制；AW小于0.8时，大多数霉菌不能生长。AW范围在此AW范围内所能抑制的微生物在此AW范围内的食品1.0～0.95假单孢菌、大肠杆菌变形杆菌、芽孢杆菌、志贺氏菌属、克雷伯氏菌属、产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母等罐头、新鲜果蔬、肉、鱼及牛乳、熟香肠、面包、含约40%（质量分数）蔗糖或7%氯化纳的食品等0.9～0.91沙门氏菌属、溶副血红蛋白弧菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、肉毒梭状芽孢杆菌、菌乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母（红酵母、毕赤氏酵母）一些干酪、腌制肉（火腿）、一些水果汁浓缩物。含有55%（质量分数）蔗糖或12%氯化纳的食品0.9～0.87许多酵母（假丝酵母、球拟酵母、汉逊酵母）、小球菌发酵香肠、人造奶油、干的干酪、人造奶油、含65%（质量分数）蔗糖（饱和）或15%氯化钠的食品0.87～0.8大多数霉菌（产生毒素的青霉菌）、金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属大多数浓缩水果汁、甜炼乳、巧克力糖浆、水果糖浆、面粉、米、家庭自制火腿、含有15%-17%水分的副产品类食品、水果蛋糕等0.8～0.75大多数嗜盐细菌、产真菌毒素的曲霉果酱、杏仁酥醣、糖渍水果等0.7～0.65嗜干霉菌、二孢酵母砂性软糖、棉花糖、果冻、糖蜜、一些干果0.6～0.60耐渗透压酵母太妃糖、胶凝糖、蜂蜜、含约15%-20%水分的干果等0.5微生物不增殖含12%水分的酱、含10%水分的调味料0.2微生物不增殖含2%-3%水分的全脂奶粉、含5%水分的脱水蔬菜、脆饼干等表

部分食品中水分活度与微生物生长的关系2.水分活度与食品稳定性之间的关系a.微生物生长关系；b.酶水解关系；c.氧化反应（非酶）关系；d.美拉德褐变关系；e.各种反应的速度关系；f.含水量与aw的关系。在0.1～0.3的低水分活度下，脂肪氧化酶仍保持较强活力。除非酶氧化在Aw≤0.3时有较高反应外，其他反应均是Aw愈小速度愈小。也就是说，有利于食品的稳定性。在0.7～0.9这个水分活度范围内，食品的一些重要反应，如脂类的氧化、美拉德反应、维生素的分解等反应速率都达到最大，这时食品变质受化学变化的影响增大。当食品的含水量进一步增大到AW大于0.9时，食品中的各种反应速率大都呈下降趋势。这时食品变质主要受微生物和酶作用的影响。3.水分活度对酶促反应的影响水分活度小于0.85时，导致食品原料腐败的大部分酶会失去活性，如酚氧化酶和过氧化物酶、淀粉酶等。

酶与食品相互接触时，反应速率较快；酶与食品相互隔离时，反应速率较慢。氧化酶及水解酶均有此现象。4.水分活度对食品质构的影响水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大的影响。四、食品加工用水食品加工用水必须符合国家规定的饮用水卫生标准。井水、何水、湖水、泉水等天然水容易受到各种污物和微生物的污染而达不到饮用水卫生要求，因此必须进行净化和消毒处理达到饮用水标准后方可使用。（一）水对食品加工的作用1、食品生产中的重要原料之一。2、水质直接影响到食品加工工艺。3、对食品的加工性能、结构、外观、质地、风味、新鲜程度和腐败变质的敏感性产生极大的影响。对食品的商品价值及销售有着深刻的影响。（二）自来水中的成分1.自来水生产流程：取水→加药→混凝→沉淀→过滤→供水凝聚剂——明矾；消毒剂——氯气2.自来水中的杂质（1）微生物（2）有机物（3）矿物质（4）氯气（1）水的净化过程原水预处理双级反渗透后处理（三）认识食品加工用水工艺流程原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性碳过滤器→阳离子交换树脂→微滤膜→一级高压水泵→一级反渗透装置→二级高压水泵→二级反渗透装置→纯水箱→臭氧处理系统→无菌纯净水石英砂过滤器：对于悬浮固体，一般在反渗透前，用砂滤或多介质过滤器就可充分去除;粒径小的悬浮颗粒和胶体最容易造成膜的污染，胶体的粒子很小又带有电荷，用过滤方法难以去除，通常加凝聚剂的方法使胶体粒子凝聚成胶团，再通过石英砂过滤这种胶团就很容易去除活性碳过滤器：其主要作用是部分地去除水中的有机物，吸附水中所含的余氯、异味、农药和砂滤未除净的胶体等物质。强酸型阳离子交换树脂：在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换，阳离子去除水中的阳离子。R–SO3H型阳离子交换树脂，交换基团中的H+可与天然水中的各种阳离子进行交换，使天然水中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子结合到树脂上，而H+进入水中，于是就除去了水中的金属阳离子杂质。精密过滤：截留溶液中的隐孢子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程，它可以截流水中所有粒径在0.2um以上的各种杂质；目的是减低或消除前处理设备漏出的滤料碎粒对RO膜组件起保护作用确保最终进入反渗透系统的水符合要求。反渗透技术是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10A左右），因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达97%-98%）。石英砂过滤器：对于悬浮固体，一般在反渗透前，用砂滤或多介质过滤器就可充分去除;粒径小的悬浮颗粒和胶体最容易造成膜的污染，胶体的粒子很小又带有电荷，用过滤方法难以去除，通常加凝聚剂的方法使胶体粒子凝聚成胶团，再通过石英砂过滤这种胶团就很容易去除臭氧与水混合后形成的臭氧水溶液具有很强的杀菌作用。它能够迅速广泛地杀灭多种微生物和致病菌，当其浓度达到2mg/L时，即可将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、细菌的芽孢、黑曲霉、酵母等微生物杀死。实际生产中，灌入桶或瓶内的臭氧水浓度应该在0.5mg/L以上，否则无法保证杀死包装材料上残留的微生物。（2）自来水中的余氯、pH（3）余氯对人体的影响（4）余氯对食品的影响（5）水的安全性谢谢！矿物质与食品加工无机物与食品加工内容提要一、矿物质的概念及种类二、食品中的矿物质三、矿物质在食品加工中的变化四、酸性食品和碱性食品一、矿物质的概念及种类（一）概念存在于食品内的各种元素中，除去C、H、O、N四种构成水分和有机物质的元素以外，其他元素统称为矿物质成分。（二）分类1.矿物元素按其在人体中的含量或摄入量可分为：常量元素：在人体内含量0.01％以上的矿物元素，或日需量大于100mg/d的元素，如钾、钠、钙、镁、氯、硫、磷等;微量元素：在人体内含量小于0.01％，或日需量小于100mg/d的元素，如铁、锌、铜、碘、锰等。2.按生理作用又可将矿物元素分成3种类型：必需营养元素，其中包括铁、碘、锌、硒、铜等。非营养非毒性元素，如铝、硼、锡等。非营养有毒元素，常见的有汞、镉、铅、砷等。二、食品中的矿物质（一）常见食品中的矿物质肉：K,Na,Fe,P含量较高，Cu,Zn等也有少量蛋：含人体所需的各类矿物质。

奶：主要含Ca，也含有少量K，Na，Mg，P等动物性食品水果：K含量高，以磷酸盐，草酸盐的形式存在豆类：矿物质含量最丰富，K、P、Fe、Mg、Zn、Mn等含量均较高，其中P主要以植酸盐形式存在谷物：矿物质含量较少，主要存在于种子外皮植物性食品（二）食品中重要的矿物质1.钙（Ca）正常成人含钙约1.2kg，近99％存在于骨骼及牙齿内，其余分布在体液和软组织中。幼儿及青少年缺钙，会出现生长停滞(骨骼畸形，如佝偻病)，机体抵抗力降低。中老年缺钙易出现骨质疏松，受伤易流血不止等疾病。食物中钙的来源以奶及奶制品最好，奶中钙含量丰富，易于吸收，是理想的钙源。蛋制品、水产品（如虾皮）、肉类含钙也较多。植物性食品中的钙吸收率较低，约70％～80％的钙与草酸、植酸结合生成不溶性盐，妨碍钙的吸收。微生物发酵后的食品可提高对钙的吸收，乳糖和充足的蛋白质也有利于钙的吸收。2.镁（Mg）镁的需要量一般成年人每天200～400mg，镁缺乏的主要症状为虚弱、恶心、震颤及心律失常等。正常情况下，一般不易发生镁过多症。食品中镁最好的来源是绿色蔬菜及水果，肉和脏器中也富含镁，奶中则较少。3.磷（P）正常成人含磷约600～900g左右，其中约85％存在于骨中，与钙共同形成骨盐沉积。如果缺少磷会影响钙的吸收而导致软骨病。含磷丰富的食物主要是豆类、花生、肉类、核桃、蛋黄等。4.铁铁是人体中最丰富的一种微量元素，是血红素和一些酶的成分，人体缺铁时会引起贫血。食物来源：含铁丰富的食物是动物肝脏，在每千克肝脏中含铁量可达数千毫克。其他动物性食品如肉、蛋类、绿色蔬菜等也是铁的良好来源。动物性食品中的铁比植物性食品中的铁易于吸收。5.锌（Zn）锌在人体中主要以锌蛋白及含锌酶的形式分布在各种组织器官中。缺锌会引起食欲不振、少年期性功能发育不良、味觉及嗅觉迟钝等症状。动物性食品是锌的可靠来源，如牛肉、猪肉、羊肉每千克含锌20～60

mg。鱼类等海产品含锌15～20

mg/kg。其次为奶、谷类原料制品，绿叶蔬菜和水果中含锌量很少。三、食品中矿物质的生物利用率（一）可消化性如果食品不易消化，即使营养成分含量再丰富，也难以被吸收。如：麸皮、米糠中含有很多铁、锌等必须元素，但由于麸皮、米糠中含有的铁、锌可消化性很差，因而不能被利用。（二）矿物质的物理、化学形态在消化过程中，矿物质须呈溶解状态才能被吸收。颗粒大小会影响其溶解度，进而影响消化性，若用难溶物质来补充营养，颗粒大小特别重要。例如：利用超细粉碎技术生产骨粉、Fe3+难溶，不利于吸收，Fe2+易于吸收。（三）与其他营养物质的相互作用例如：食品中可溶性的钙，若遇到蔬菜中含有的草酸，会结合成难溶的草酸钙，影响钙的溶解吸收。例如：乳糖对提高钙的吸收程度与乳糖的数量成正比，这是由于乳糖发酵产生乳酸，乳酸与钙形成乳酸钙复合物，可增强钙的吸收。（四）螯合作用金属