中国农业大学食品化学课件5

地成长，直到液态水完全转变为冰后，冰的温度 才开始下降；
水中无冰：冷却后，水的温度会降到0℃以下出现 过冷的现象，晶核一般是在0℃以下的过冷水中形 成。
见图1-17韩
晶核形成与晶体生长的速度：与温度有关
晶核形成的曲线： 很陡，表示在过冷的温度下一旦出现晶核就有更多
Aw<0.2:反应速度保持最小（氧化反应V↑）
抑制微生物及酶 活性的保藏方法
冷冻保藏
高渗透压保藏 果蔬干制 果蔬糖制 蔬菜腌制
Aw对干燥和半干燥 食品质构的影响
保持脆性、避免结块、防止变粘： Aw=0.35～0.5
饼干、爆米花、 油炸土豆片 速溶饮料
硬糖
防止变硬： Aw↑↑
软质食品
单分子层水 多分子层水（半结合水、邻近水）
自由水（体相水、游离水）
毛细管水 截留水
束缚水
与各非水组分结合 结合得最为牢固 作为非水组分整体部分—结构成分 不能作为溶剂， -40℃以上不能结冰。
单分子层水的结构
位置：第一个水分子层中。个别单分子层上的水分子可与 多分子层中的水分子交换，脱离开强极性集团，进入外面 多分子层水内，
明显偏高
分子结构决定物理性质
比热大 原因：
➢ 温度↑ → 分子动能↑ → 吸入热量 ➢ 温度↑ → 缔合分子→简单分子→吸入热量
应用：比热大水温不易随气温变化
三维氢键缔合
影响物理性质的因素
压力对沸点的影响 101.32 KPa, 100℃ 压力↑↓→沸点 ↑↓ 应用：减压浓缩
物理性质（续）
水(Water)
概述 (Introduction)
维持人类正常生命活动必需的基本物质 六大营养物质之一
水在食品中的主要 作用
赋予色、香、味、形等特征。 分散蛋白质和淀粉等，形成凝胶。 影响新鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和
加工等。
水与溶质的相互作用
水的化学结构
汽态水分子（单分子） 的结构
4 低温贮藏对食品品质 的影响
冷冻法：生鲜食品 优点：保存新鲜食品原有的风味和营养价值 冻结保藏关键因素：低温 作用：微生物活动和化学反应均受到极大的抑制
不是因为 形成冰。
水结冰后不利后果： 1）非水组分的浓度将比冷冻前变大； 2）体积比结冰前增加9%。
主要问题： 1)水怎样转变成冰 2)由此带来的后果
高聚物的水果、糖果及咖啡提取物等的MSI ……
测绘方法
回吸（吸附）等温线：在恒温条件下，把 水逐步渗透到干燥的食品中，在测定了不 同吸湿阶段的水分活度后绘制的等温线。
解吸等温线：把高水分含量的食品逐步脱 水，在测定了不同脱水阶段的水分活度后 绘制出的等温线。
滞后现象 （Hysteresis）
截留水
食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所 截留的水
主要存于富水的细胞中或凝胶块内 只能在被截留的区域内流动，单个水分子可通过
生物膜或大分子网络向外蒸发。 在高水分食品中，占总水量的90%以上， 与食品的风味、硬度和韧性有关。
结合水与自由水性质的 差别
结合水的量与食品中有机大分子的极性集团的数量有比较 固定的比例关系
水分含量一定：t℃↑→Aw↑ 同一食品在不同温度下绘制的等温吸湿
曲线在t℃上升是时，曲线形状基本不变， 位置顺序向右下方移动。
等温吸湿曲线的分区
目的：
深刻理解含义和实际应用 与食品内水的类型紧密联系
根据：
水分含量和Aw的关系 MSI图形特点
区段Ⅰ
Aw：最低 组成：单分子层水 性质：同单分子层水 在食品中占比例：0～0.25g， 物料含水量：0～0.07g/g干物质 不能被微生物利用，不能用做介质进行生化反应。
Aw接近0.8时，常温可能霉烂变质。
区段III
Aw范围：0.8～0.99g； 组成：区段I水+区段II水+区段III增加的水； 新增加的水类型：毛细管水（直径>1μm）、截
留水。 性质：同自由水
区段III（续）
物料含水量：最低为0.14～0.33g/g干物质， 增加的水最多20g干物质；
区段Ⅱ
Aw范围：0.25～0.8 组成：区间I水+区间II内增加的水（多分子层水、毛
细管水d<1µm）； 性质：同多分子层水 物料含水量：0.07至0.33～0.4g水/g干物质，最高
为20g的干物 占总水量：5%以下
区段Ⅱ（续）
Aw=0.8时增加水，溶解作用使多数反应加速， 并具有增塑剂和促进基质溶胀的作用（引发固 态组织溶胀）。
自由水
定义：除束缚水外剩余部分的水 位置：与非水组分相距很远的位置 结合力：毛细作用 性质：
与稀溶液中水相似，在食品中可以作溶剂。 -40℃以上可以结冰
含量：在高水分食品中，略低于总水量的5%。
毛细管水
动植物体中毛细管保留的水 存在于细胞间隙中 只能在毛细管内流动，加压可使水压出体外。
原因： Aw极低： 空气中O更易进入食品与脂类接触发生反应 Aw较低： 加入到干燥样品中的水干扰氧化，与氢过氧化
物结合并阻止其分解，从而阻碍氧化进行； 催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著
降低金属离子的催化效力；
Aw增高：
促使氧溶解度增加和大分子膨胀，暴露出更多 催化位点，从而加速脂类氧化；
Aw>0.8：
氧化速度缓慢，水对催化剂产生稀释效应而减 少了催化效力。
由图2.1-9和（表2.1-3）结论：
绝大多数不利于食品品质稳定的反应是在区域II 中部和III区发生，因而在具有中高水分含量 （Aw=0.7～0.9）的食品中发生最快；
Aw=0.2-0.3（I、II边界，单分子层水，可准确预 测干燥产品最大稳定性时含水量）：化学反应、酶 促反应速度最小
粘度小 导热率高：
导热系数、扩散系数：冰>水 温度变化速率：冰>水 冻结速度>解冻速度
密度低：水冰 应用：V冰>V水→冷冻工艺机械损伤
优秀的溶剂性质
溶解能力强，可溶解电解质、蛋白质等 乳浊液 胶体溶液
固态食品中水的类型
根据在食品中与非水物的结合程度划分： 束缚水（结合水、构成水）
后聚合成黑色素所致。 酶的催化活性：酶分子的构像—环境—水介质
水的作用：
1）对酶的作用：
维持酶分子活性构像的各种作用力，特别是非 极性侧链间的疏水作用力；
2）溶剂作用：
有利于酶和底物分子在食品内的移动，使之充 分靠拢，溶解并增加基质流动性等。
Aw与酶反应速率：
Aw极低: 反应几乎停止或极慢；
平衡相对湿度（ ERH ）
平衡相对湿度=食品中水分蒸发达到平衡时食品上空 已恒定的水蒸气分压与在此温度时水的饱和蒸汽压 的比值，既：
Aw=P/P0=ERH/100
等温吸湿曲线
定义：在恒定温度下，表示食品的水分含量（水/干物质）与它的水 分活度之间关系的曲线称为等温吸湿曲线（MSI），即：以食品中的 水分含量为纵坐标，以水分活度为横坐标作图，所得的曲线为等温吸 湿曲线。
用途
确定食品适宜的浓缩脱水时间 确定适宜的食品组成以防止水分在各组分间转
移 预测食品的适宜含水量，以确保其稳定性。 反映不同食品中非水成分与水结合的能力
影响等温吸湿曲线形状的 因素
食品的组成结构 测绘方法 温度 ……
食品的组成结构
S形：大多数食品的MSI J形：含有大量糖及其它可溶性小分子但不富有
结合水的蒸汽压比自由水的高 结合水不能作为溶剂，自由水可以作溶剂。 结合水在-40℃以上不能结冰，自由水在-40℃以上可以结
冰。 自由水能为微生物所利用，结合水则不能。 结合水对食品风味和质感起重要作用
水分活度与食品稳定性
水分含量
水分含量 水分含量不能作为判断食品稳定性的指标
（1）水分含量的测定受温度、湿度等外界条件的影响。 （2）各非水组分与水氢键键合的能力和大小均不相同。
在高水分食品中一般占总含水量的95%以上。
区段的划分
1）区段I：靠近II→多分子层水 区段II：靠近I→单分子层水
2）除结合水外，其余水能在区域内/间进行交换
故用区带表示相互的交叉过程
区段的变化
区段II/III水↑→区段I/II水性质几乎不变 食品中结合得最不牢固的那部分水对食品
的稳定性起着重要作用。
Aw=0.6～0.7，反应达最大值。/如图2.1-9（4）（5）
（刘）：
水是反应物：水↓ →反应↓ ； 水是生成物：水含量↑，阻止反应进行→抑制水
产生，反应速度↓ 水含量不再是限速因素：水含量↑→稀释效应→
反应速度↓
3.3.4 脂类氧化与Aw的关 系
如图2.1-9（3）（刘）
Aw=0.01～0.4: Aw↑→V↓ Aw=0.4: V↓↓ Aw>0.4: Aw↑→V↑ Aw=0.7～0.8: V↑↑ Aw>0.7～0.8: Aw↑→V↓
Aw增加: 毛细管的凝聚作用开始，毛细管微孔充 满水，导致基质溶解于水，酶反应速率增大。
Aw与酶活性： Aw<0.85，催化活性明显减弱； Aw<0.3，淀粉酶、酚氧化酶、过氧化物酶受到极
大抑制；
Aw= 0.3～ 0.1，脂肪酶仍能保持活性。
如图2.1-9
3.3.3 非酶反应 （Maillard）与Aw的关系
微生物发育时必需的 Aw
微生物
发育所必需的最低AW
普通细菌
0.90
普通酵母
0.87
普通霉菌
0.80
嗜盐细菌
≤0.75
耐干性酵母（细菌） 0.65
耐渗透压性酵母
0.61
3.3.2 酶促反应与水分活度的 关系
如图2.1-9（2）所示
酶促褐变： 食品中的酚类物在酚氧化酶的作用下，经氧化
存在形式：单分子或汽态分子 化学式：H2O 形状：折线形 H—O 结合方式：共价键 键角：104.5℃ 分子类型：极性分子