第二章水分與礦物質(zhì)

1、第二章 水分與礦物質(zhì)第一節(jié) 水分一、 水的作用人體所必須的六大營(yíng)養(yǎng)元素包括：糖類，脂類，蛋白質(zhì)，維生素，礦物質(zhì)和水。雖然這些都是活生物體的生存所必須的，但水是食品中最重要的成分之一(1水是構(gòu)成人體的重要成分，是調(diào)節(jié)人體各種生理活動(dòng)的重要物質(zhì)(2作為代謝所需的營(yíng)養(yǎng)成分和產(chǎn)生的廢物的輸送介質(zhì)(3血液系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)輸（一） 水在生物體內(nèi)的功能穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象，使之表現(xiàn)出特異的生物活性；作為體內(nèi)通用的介質(zhì)，使各類生物化學(xué)反應(yīng)得以順利進(jìn)行；作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝廢物的載體，把它們輸送到生物體的各有關(guān)部位；由于水的熱容量大，用來(lái)調(diào)節(jié)溫度、平衡溫度；對(duì)體內(nèi)各運(yùn)動(dòng)部位起潤(rùn)滑作用。（二） 水在食品中的重要作用水是食品

2、的重要組成成分，是研究食品加工工藝考慮的重要因素；水分含量、分布和狀態(tài)對(duì)于食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、新鮮程度會(huì)產(chǎn)生極大的影響； 水是引起食品化學(xué)變化及微生物作用的重要原因，直接關(guān)系到食品的貯藏特性。水是食品生產(chǎn)中的重要原料之一，食品加工用水的水質(zhì)直接影響到食品的品質(zhì)和加工工藝。（三） 人體與水以及食物與人體內(nèi)水的關(guān)系人體內(nèi)的水分是處于不斷的運(yùn)動(dòng)和變化正常情況下，每人每日需要從食物中獲取 1.52.7L 的水以汗、尿、呼吸等形式排出，以維持體內(nèi)水的平衡二、 水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)水的熱穩(wěn)定性很強(qiáng)，但在通電的條件下會(huì)離解為氫和氧，具有很大的內(nèi)聚力和表面張力，并能產(chǎn)生較明顯的毛細(xì)現(xiàn)象和吸附現(xiàn)象。沸點(diǎn)：1

3、00 (373.15k(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓比熱：4.184J/（kg.K ）三、水的存在狀態(tài) (一 結(jié)合水概念：指食品中的非水成分與水通過(guò)氫鍵結(jié)合的水。通常是指存在于溶質(zhì)或其他非水組分附近的那部分水，它與同一體系中的體系水比較，分子的運(yùn)動(dòng)減小，并且使水的其他性質(zhì)明顯改變。(二 自由水概念:自由水是指存在于組織、細(xì)胞和細(xì)胞間隙中容易結(jié)冰的水（毛細(xì)管水：動(dòng)植物體內(nèi)天然形成的毛細(xì)管是由親水物質(zhì)構(gòu)成的，毛細(xì)管內(nèi)徑很細(xì)，毛細(xì)管有較強(qiáng)的束縛水的能力，把保留在毛細(xì)管的水稱為毛細(xì)管水，屬于自由水）(三結(jié)合水和自由水主要的區(qū)別：(1 結(jié)合水的量與食品中所含極性物質(zhì)的量有比較固定的關(guān)系；(2 結(jié)合水對(duì)食品品質(zhì)和風(fēng)味有較大

4、的影響，當(dāng)結(jié)合水被強(qiáng)行與食品分離時(shí)，食品質(zhì)量、風(fēng)味就會(huì)改變；(3 結(jié)合水不易結(jié)冰。植物的種子和微生物的孢子得以在很低的溫度下保持其生命力；(4 結(jié)合水不能作為可溶性成分的溶劑，也就是說(shuō)喪失了溶劑能力；同時(shí)，不能被微生物所利用四、 水分活度（一）水分活度的定義1、 定義：水分活度Aw 是指食品樣品中水蒸氣壓p 與同一溫度下純水的飽和蒸汽壓p0之比： Aw= p/p0 （Aw 值的范圍為：01）（p 某種食品在密閉容器中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的水蒸汽分壓； P 0 在同一溫度下純水的飽和蒸汽壓）物理學(xué)意義：一個(gè)食物樣品中水蒸氣分壓 p 與同溫度下純水的飽和蒸汽分壓 p0 之比。也可以理解為一個(gè)物質(zhì)所含有的

5、自由狀態(tài)的水分子數(shù)與如果是純水在此同等條件下同等溫度與有限空間內(nèi)的自由狀態(tài)的水分子數(shù)的比值2、 水分活度的大小純水Aw 1，溶液Aw 1，結(jié)合水增多，Aw 下降a. 水分活度反映了食品中的水分存在形式和被微生物利用的程度b. 水分活度是食品的內(nèi)在性質(zhì)，它決定于食品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成3、 水分活度的測(cè)定方法（1）密閉容器達(dá)到表觀平衡后測(cè)定壓力或相對(duì)濕度；（2）根據(jù)冰點(diǎn)下降測(cè)定RVP ；水分活度與食品的穩(wěn)定性1、水分活度對(duì)微生物生長(zhǎng)繁殖的影響：食品中各種微生物的生長(zhǎng)發(fā)育是由其水分活度而不是由其含水量決定的。食品的水分活度決定了微生物在食品中萌發(fā)的時(shí)間、生長(zhǎng)速率及死亡率細(xì)菌對(duì)水分活度最敏感Aw 0.9

6、0時(shí)，細(xì)菌不能生長(zhǎng)；酵母菌次之Aw 0.80時(shí)，大多數(shù)霉菌不生長(zhǎng)Aw 0.91時(shí)，微生物變質(zhì)以細(xì)菌為主Aw 0.91時(shí)，可抑制一般細(xì)菌的生長(zhǎng)在食品原料中加入食鹽、糖后，水分活度下降，一般細(xì)菌不能生長(zhǎng)，但一種嗜鹽菌卻能生長(zhǎng)，就會(huì)造成食品的腐敗。有效抑制方法是在10以下的低溫中貯藏，以抑制這種嗜鹽菌的生長(zhǎng)。2、水分活度對(duì)酶促反應(yīng)的影響：水分活度Aw 0.85時(shí)，導(dǎo)致食品原料腐敗的大部分酶會(huì)失去活性，一些生物化學(xué)反應(yīng)就不能進(jìn)行。酶的反應(yīng)速率還與酶能否與食品相互接觸有關(guān)。當(dāng)酶與食品相互接觸時(shí)，反應(yīng)速率較快；當(dāng)酶與食品相互隔離時(shí)，反應(yīng)速率較慢。發(fā)面貯存3、水分活度對(duì)食品化學(xué)變化的影響：食品中存在著氧化，

7、褐變等化學(xué)變化。食品中化學(xué)反應(yīng)的速率與水分活度的關(guān)系是隨著食品的組成、物理狀態(tài)及其結(jié)構(gòu)而改變的，也受大氣組成(特別是氧的濃度 、溫度等因素的影響4、 水分活度對(duì)脂肪氧化酸敗的影響：水分活度增加，脂肪氧化酸敗增多。Aw 為0.30.4時(shí)速率較慢；Aw 0.4時(shí)，氧在水中的溶解度增加，并使含脂食品膨脹，暴露了更多的易氧化部位。若再增加水分活度，又稀釋了反應(yīng)體系，反應(yīng)速率開(kāi)始降低5、色素的穩(wěn)定與水分活度：Aw 增加，花青素分解增加6、水分活度對(duì)食品質(zhì)構(gòu)的影響：Aw 從0.20.3增加到0.65時(shí)，大多數(shù)半干或干燥食品的硬度及黏性增加，各種脆性食對(duì)于含水較多的食品，如凍布丁、蛋糕、面包等，它們的Aw

8、大于周?chē)諝獾南鄬?duì)濕度，保存時(shí)需要防止水分蒸發(fā)通過(guò)食品的包裝創(chuàng)造適宜的小環(huán)境，盡可能達(dá)到不同食品對(duì)水分活度的要求濃縮與脫水過(guò)程的主要目的是減少食品的水分含量，同時(shí)增加溶質(zhì)的濃度，從而減少腐敗變質(zhì)降低水分含量的方法概念：食品干燥是指將食品中的水不斷蒸發(fā)、不斷擴(kuò)散出去，而使食品水分含量降低 方法：自然干燥；熱風(fēng)干燥；真空干燥；噴霧干燥；冷凍干燥（三）水分的吸濕等溫線 Moisture Sorption Isotherms(MSI1、定義 在恒定溫度下，食品水分含量（每克干物質(zhì)中水的質(zhì)量）與Aw 的關(guān)系曲線。 MSI 的實(shí)際意義:（1）由于水的轉(zhuǎn)移程度與Aw 有關(guān)，從MSI 圖可以看出食品脫水的難易

9、程度，也可以看出如何組合食品才能避免水分在不同物料間的轉(zhuǎn)移。（2）據(jù)MSI 可預(yù)測(cè)含水量對(duì)食品穩(wěn)定性的影響。（3）從MSI 還可看出食品中非水組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱。2、MSI 上不同區(qū)水分特性 3、MSI 與溫度的關(guān)系水分含量一定： T ，Aw Aw 一定：T ，水分含量4、滯后現(xiàn)象定義：采用向干燥樣品中添加水（回吸作用resorption ）的方法繪制水分吸著等溫線和按解吸(desorption過(guò)程繪制的等溫線并不相互重疊的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：（1）解吸過(guò)程中一些水分與非水溶液成分作用而無(wú)法放出水分（2）不規(guī)則形狀產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象的部位，欲填滿或抽空水分需不同的蒸汽壓(要抽出

10、需P 內(nèi)P 外， 要填滿則需P 外 P 內(nèi)（3）解吸作用時(shí)，因組織改變, 當(dāng)再吸水時(shí)無(wú)法緊密結(jié)合水，由此可導(dǎo)致回吸相同水分含量時(shí)處于較高的aw（四）水分活度與食品的穩(wěn)定性1、對(duì)脂肪氧化酸敗的影響在Aw 0-0.33范圍內(nèi)，隨Aw ，反應(yīng)速度的原因1、水與脂類氧化生成的氫過(guò)氧化物以氫鍵結(jié)合，保護(hù)氫過(guò)氧化物的分解，阻止氧化進(jìn)行。2、這部分水能與金屬離子形成水合物，降低了其催化性。在Aw 0.33-0.73范圍內(nèi)，隨Aw ，反應(yīng)速度的原因1、水中溶解氧增加 2、大分子物質(zhì)腫脹，活性位點(diǎn)暴露，加速脂類氧化3、催化劑和氧的流動(dòng)性增加 當(dāng) Aw0.73 時(shí)，隨 Aw，反應(yīng)速度增加很緩慢的原因：催化劑和反應(yīng)物被稀釋 2、對(duì)淀粉老化的影響 食品在較高 Aw 的（3060）的情況下，淀粉老化速度最快；如果降低 Aw ，則老化速 度減慢，若含水量降至 1015%，則食品中水