第一章食品中的水分

食品化学

第一章食品中的水分第一页，编辑于星期五：十六点二十五分。

【知识目标】1.了解水和溶质间的相互作用。2.掌握水和冰的结构及其在食品中的性质。3.了解食品中水与食品质构的关系。4.掌握水分活度与食品稳定性的关系。5.理解等温吸湿曲线的意义。

【技能目标】1.在理解水对食品鲜嫩、色泽、风味等质构的具体影响基础上，能够根据不同原料选择适宜的加工方法。2.能够根据水分活度值与食品稳定性的关系，选择合适的食品保藏方法。第二页，编辑于星期五：十六点二十五分。第一节概述

一、食品中水的含量

动植物性食品都含有水，食物的含水量一般都比较高（60%～90%），水是食物各种组分中数量最多的组分。食品的含水量与其风味及腐败和发霉等现象有极大关系，食品中水分含量的变化也常引起食品的物理性质变化。第三页，编辑于星期五：十六点二十五分。

二、食品中水的结构水分子具有极性：因为水分子呈V字形，O-H键是极性键，所以水分子有极性。缔合态的水以不同的形式存在：水分子中O的电负性较大，故水分子间可以通过氢键而呈缔合状态；水分子间可以不同数目和不同形式结合，还可以以静电力相互结合，因此缔合态的水在空间有不同的存在形式。水的存在状态与水分子间的缔合程度有关：气态时，水分子间的缔合程度很小，可看作以自由的形式存在；液态时，几乎没有游离的水分子，故水的沸点高；结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个水分子都固定在相应的晶格里，所以水的熔点高。第四页，编辑于星期五：十六点二十五分。

三、食品中冰的结构冰点为0℃；在冰的晶体结构中，每个水分子和另外4个水分子相互缔合；冰的晶体结构有4种类型：六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶，其中六方形是最常见的结晶形式。过冷温度低共熔点第五页，编辑于星期五：十六点二十五分。

四、食品中水和冰的物理性质1.水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容和相变热均比质量和组成相近的分子高得多。2.水的密度较低，水在冻结时表现出异常的膨胀行为，体积反而增加。3.水的热导率较大，冰的热导率是水同温度下的4倍。4.冰的热扩散速度是水的9倍。第六页，编辑于星期五：十六点二十五分。五、食品中水的存在状态

1.水与溶质的相互作用（1）与离子或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；改变水的结构的能力与离子的极化力有关。

第七页，编辑于星期五：十六点二十五分。第八页，编辑于星期五：十六点二十五分。（2）与具有氢键键合能力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”

第九页，编辑于星期五：十六点二十五分。（3）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↑，熵值s↓，20～74个水分子将“客体”包在其中，形成“笼形水合物”。作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用疏水水合第十页，编辑于星期五：十六点二十五分。疏水相互作用第十一页，编辑于星期五：十六点二十五分。2.食品中的水分状态（1）结合水可分为单分子层水，多分子层水作用力：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,与纯水比较分子平均运动大大减少,不能被微生物利用。（2）自由水可分为滞化水、毛细管水、自由流动水（截留水、自由水）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。第十二页，编辑于星期五：十六点二十五分。第二节水和食品品质

一、水对食品“嫩”的影响含水量的多少是许多食品原料及其成品鲜嫩的重要标志，食物的含水量多，则质感鲜嫩；含水量少，则质感柴老。二、水对食品的色泽和风味的影响水分对食品的色泽具有很重要的影响。如果食品含水量不足，就会显得干瘪皱缩，色彩暗淡；反之，就会显得饱满光润，新鲜悦目。水对食品色泽的影响既有化学方面的，也有物理方面的。食品的含水量与其味感也有密切关系，因为呈味物质只有溶解在水中，最终才能产生味感。第十三页，编辑于星期五：十六点二十五分。第三节食品中水含量的表示方法

一、水分活度

1.概念问题：(1)含水18%的果脯与含水18%的小麦比较，哪种耐储藏？(2)含水量标准：大豆、油菜籽≤9%，玉米≤14%水分活度：食品中水分逸出的程度，可以用食品中水的蒸气压与同温度下纯水饱和蒸气压之比表示，也可以用平衡相对湿度表示。Aw=P（食品中水的蒸气压）/Po（纯水饱和蒸气压）因为纯水的水分活度=1,所以溶液的水分活度<1

2.水分活度与食品含水量的关系

水分活度反映了食品中水分与其它非水组分的结合程度。结合程度越高，则水分活度值越低；反之，则水分活度值越高。同种食品中，水分含量越高则水分活度值越大，不同种食品即使水分含量相同水分活度往往也不同。第十四页，编辑于星期五：十六点二十五分。二、等温吸湿曲线（MSI）

1、概念及意义

概念：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，但大多为Ｓ型，也有些为J形。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，配制食品混合应注意水在配料间的转移，测定包装材料的阻湿性质，测定一定水分含量与微生物生长的关系，预测食品稳定性与水分含量的关系。第十五页，编辑于星期五：十六点二十五分。不同温度下马铃薯的等温吸湿曲线第十六页，编辑于星期五：十六点二十五分。

2.吸湿等温线中的分区为了说明吸湿等温线内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区。Ⅰ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。第十七页，编辑于星期五：十六点二十五分。Ⅱ区Aw=0.25～0.8（加Ⅰ区，<0.45gH2O/g干物质）；作用力：氢键：H2O—H2OH2O—溶质；属多分子层水，加上Ⅰ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。第十八页，编辑于星期五：十六点二十五分。Ⅲ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。第十九页，编辑于星期五：十六点二十五分。第二十页，编辑于星期五：十六点二十五分。3.滞后现象

（1）概念向干燥的样品中添加水（回吸作用）后绘制的等温吸湿曲线和由样品中取出一些水（解吸作用）后绘制的等温吸湿曲线并不完全重合，显示吸湿等温线滞后环，这种不重合性称为滞后现象。

第二十一页，编辑于星期五：十六点二十五分。

（2）产生滞后现象的原因①解吸过程中一些水分与非水物质相互作用导致释放速率减缓；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要不同的蒸汽压；③解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水分，由此可导致回吸相同水量时处于较高的水分活度。第二十二页，编辑于星期五：十六点二十五分。第四节水分活度与食品稳定性的关系一、水分活度与微生物的生长繁殖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第二十三页，编辑于星期五：十六点二十五分。

二、水分活度与酶促反应的关系

水可作为介质，活化底物和酶。水分活度影响酶促反应主要通过以下途径：①水作为运动介质促进扩散作用；②稳定酶的结构和构象；③水是水解反应的底物；④破坏极性集团的氢键；⑤从反应复合物中释放底物。

第二十四页，编辑于星期五：十六点二十五分。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而脂肪酶在Aw=0.1～0.5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）第二十五页，编辑于星期五：十六点二十五分。

三、水分活度与非酶促化学反应的关系

1.Aw与非酶促反应Aw<0.7Aw升高，v升高，Aw=0.6～0.7v最大Aw>0.7v降低（因为H2O稀释了反应物浓度）

第二十六页，编辑于星期五：十六点二十五分。2.Aw与脂肪氧化酸败影响复杂：Aw<0.4Aw↑V↓(MO2—H2O阻V)Aw>0.4Aw↑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)

3.Aw与水溶性色素分解，维生素