食品化學(xué)第二章水PPT

1、關(guān)于食品化學(xué)第二章水第一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、食品中的水分含量及功能二、 食品中的水分狀態(tài)及 與溶質(zhì)間的相互關(guān)系三、水分活度四、水對食品的影響五、分子流動性與食品穩(wěn)定性第二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、食品中的水分含量及功能（一） 水分含量 一般生物體及食品中水分含量為397% 某些食品的水分含量見表21。 表21 某些食品的水分含量 食品 水分含量 ( % ) 白菜，菠菜 9095 豬肉 5360 新鮮蛋 74 奶 88 冰淇淋 65 大米 12 面包 35 餅干 38 奶油 1520 水果 75-95第三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四

2、張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）水的功能1、 水在生物體內(nèi)的功能 穩(wěn)定生物大分子的構(gòu)象，使表現(xiàn)特異的生物活性 體內(nèi)化學(xué)介質(zhì)，使生物化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行 營養(yǎng)物質(zhì)，代謝載體 熱容量大，調(diào)節(jié)體溫 潤滑作用2、 食品功能 組成成分 顯示色、香、味、形、質(zhì)構(gòu)特征 分散蛋白質(zhì)、淀粉、形成溶膠 影響鮮度、硬度 影響加工，起浸透、膨脹作用 影響儲藏性第五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、食品中的水分狀態(tài)及 與溶質(zhì)間的相互關(guān)系 （一） 水分狀態(tài)1、 結(jié)合水（束縛水，bound water，化學(xué)結(jié)合水） 可分為單分子層水（monolayer water），多分子層水（multilayer

3、 water） 作用力：配位鍵，氫鍵，部分離子鍵 特點：在-40以上不結(jié)冰，不能作為外來溶質(zhì)的溶劑,與純水比較分子平均運動大大減少,不能被微生物利用。2、 自由水（ free water）（體相水，游離水，吸濕水） 可分為滯化水、毛細(xì)管水、自由流動水（截留水、自由水 作用力：物理方式截留，生物膜或凝膠內(nèi)大分子交聯(lián)成的網(wǎng)絡(luò)所截留；毛細(xì)管力 特點： 可結(jié)冰，溶解溶質(zhì)；測定水分含量時的減少量；可被微生物利用。第六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）水與溶質(zhì)間的關(guān)系1、水與離子和離子基團的相互作用 作用力：極性結(jié)合，偶極離子相互作用 阻礙水分子的流動的能力大于其它溶質(zhì)； 水離子鍵的強度大于

4、水水氫鍵； 破壞水的正常結(jié)構(gòu),阻止水在0時結(jié)冰，對冰的形成造成一種阻力； 改變水的結(jié)構(gòu)的能力與離子的極化力有關(guān)。 第七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、水與可形成氫鍵的中性基團的相互作用 水可以與羥基、氨基、羰基、酰基、亞氨基等形成氫鍵； 作用力小于水與離子間作用力；流動性??；對水的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)影響?。蛔璧K水結(jié)冰； 大分子內(nèi)或大分子間產(chǎn)生“水橋”第九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、水與非極性物質(zhì)的相互作用 籠形水合物的形成：由于非極性基團與水分子產(chǎn)生斥力，使疏水基團附近的水分子間氫鍵鍵合力 熵值s 2074個水分子將“客體”

5、包在其中，形成“籠形水合物”。 作用力：范德華力、少量靜電力、疏水基團間的締合作用 第十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、 水分活度 Water activity（一) 概念 問題： (1)含水18%的果脯與含水18%的小麥比較，哪種耐儲藏？ (2)含水量標(biāo)準(zhǔn)：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汽壓與同溫度下純水飽和蒸汽壓之比表示，也可以用平衡相對濕度表示。 Aw = f（溶液中水的逸度）/f

6、o(純水的逸度） P（食品中水的蒸汽壓）/Po（純水飽和蒸汽壓因為純水的水分活度=1,所以溶液的水分活度1第十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月由拉烏爾定理 （理想稀溶液） P = P0 X1 (X1溶劑摩爾分?jǐn)?shù)) （ P/P0 = X1 ) Aw = P/P0 = n1 /( n1 + n2) （n1 、 n2 - 溶劑、溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)）例如：2mol蔗糖溶于1000g H2O中 1000/18.016 = 55.5 (mol) Aw = n1 /( n1+n2 )= 55.5/(55.5+2) =0.9652 = 96.52%所以，Aw可以用平衡相對濕度ERH表示 (equilib

7、rium relative humidity) 即 Aw = P/P0 = ERH/100第十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 只有當(dāng)溶質(zhì)是非電解質(zhì)且濃度小于1mol/L的稀溶液時,其水分活度才可以按 Aw =n1/(n1+n2)計算: 溶質(zhì)B Aw 理想溶液 0.9823=55.51/(55.51+1) 丙三醇 0.9816 蔗糖 0.9806 氯化鈉 0.967 氯化鈣 0.945 (1千克水(約55.51mol)溶解1mol溶質(zhì)B)第十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）Aw與溫度的關(guān)系1、Aw隨著溫度的變化而變化 Clasius-Clapeyron方程 d l

8、nAw/d (1/T)= -H/R P20圖2-10 可以看出: 【3.2（39.5）；3.6（4.8）】 含水量相等時，溫度越高，Aw越大。第十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、低于冰點時，Aw與溫度的關(guān)系 Aw= Pff（部分凍結(jié)食品中過冷水蒸氣分壓）（scw,純過冷水蒸氣壓）ice（純冰蒸氣壓）（scw） (Aw與食品組成無關(guān)) 圖2-11 復(fù)雜食品在冰點以上和冰點以下時Aw和溫度的關(guān)系(1)低于冰點時，Aw與成線性關(guān)系(2)冰點時，出現(xiàn)折斷(3)溫度對Aw的影響遠(yuǎn)大于冰點以上（陡些）第十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022

9、年6月第二十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、 結(jié)論 高于冰點時，Aw與食品組成及有關(guān)，其中食品組成是主要因素，當(dāng)組成水同，上升，則Aw上升。 低于冰點時，Aw與食品組成無關(guān)，僅與溫度有關(guān)。 冰點以上或以下，Aw對食品穩(wěn)定性影響是不同的。 例：-， Aw0.86 微生物不繁殖 ， Aw0.86微生物繁殖第二十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（三） 吸濕等溫線（MSI) Moisture Sorption Isotherms 1、概念及意義在等溫條件下，以食品含水量為縱坐標(biāo)，以Aw為橫坐標(biāo)作圖，所得曲線稱為吸濕等溫線。 P22圖2-12，高水分含量范圍內(nèi)的食品吸濕等溫線

10、 圖2-13，低水分含量范圍內(nèi)的食品吸濕等溫線 第二十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 不同食品，因其化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)不同，對水束縛能力不一樣，有不同的吸濕等溫線，但都為型。 P22圖2-14 各種食品和生物物質(zhì)的吸濕等溫線 意義：吸濕等溫線表示了食品的Aw與含水量對應(yīng)關(guān)系，除去水（濃縮、干燥）的難易程度與Aw有關(guān)，配制食品混合應(yīng)注意水在配料間的轉(zhuǎn)移，測定包裝材料的阻濕性質(zhì)，測定一定水分含量與微生物生長的關(guān)系，預(yù)測食品穩(wěn)定性與水分含量的關(guān)系。第二十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于20

11、22年6月第二十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 因為升高，Aw升高，對同一食品，升高，形狀近似不變，曲線位置向下方移動 圖1不同溫度下馬鈴薯的吸濕等溫線2、吸濕等溫線與溫度的關(guān)系第二十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、吸濕等溫線的滯后現(xiàn)象 測定水加入干燥食品的吸濕（回吸）等溫線；測定高水分食品脫水的解吸等溫線；二線不完全重合，顯示吸濕等溫線滯后環(huán)。這一吸濕（吸附）等溫線與解吸等溫線不完全重合的現(xiàn)象稱為吸濕等溫線的滯后現(xiàn)象。 在Aw同，對應(yīng)的水分含量，回吸 解吸 說明：吸濕到食品內(nèi)的水，還未充分被食品組分束縛，沒有使食品“復(fù)原”。 問題：麥胚在130烘箱中烘烤60分

12、鐘，然后放在空氣中儲藏，結(jié)果如何？ 食品品種不同，滯后環(huán)不同；同一食品，不同溫度，滯后環(huán)不同。第二十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因: 解吸過程中一些水分與非水溶液成分作用而無法放出水分（結(jié)合水）。 解吸作用時,因組織改變,當(dāng)再回吸水時無法緊密形成結(jié)合水,由此可導(dǎo)致回吸相同水分含量時處于較高的Aw。第三十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 4、吸濕等溫線分區(qū) 為了說明吸濕等溫線的內(nèi)在含義，并與水的存在狀態(tài)緊密聯(lián)系，可以將其分為、區(qū)。 區(qū)：Aw=00.2 約00.07g水/g干物質(zhì) 作用力：H2O離子，H2O

13、偶極，配位鍵 屬單分子層水（含水合離子內(nèi)層水） 不能作溶劑，-40以上不結(jié)冰，與腐敗無關(guān) 區(qū)：Aw=0.20.85（加區(qū)，0.45gH2O/g干） 作用力：氫鍵：H2OH2O H2O溶質(zhì) 屬多分子層水，加上區(qū)約占高水食品的5%，不作溶劑， -40以上不結(jié)冰，但接近0.85（Aw）的食品，可能有變質(zhì)現(xiàn)象。 區(qū)：0.851.0 新增的水為自由水， （截留+流動）多者可達(dá)20g H2O/g干物質(zhì) 可結(jié)冰，可作溶劑 劃分區(qū)不是絕對的，可有交叉，連續(xù)變化第三十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 5、吸濕等溫方程式 因為計算單分子層水值具有實際意

14、義，可準(zhǔn)確預(yù)測干燥產(chǎn)品最大穩(wěn)定性時的含水量。 據(jù)熱力學(xué)、動力學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、經(jīng)修改的吸濕等溫線方程式如下: = 以wm(1-w)對w作圖得到一條直線，稱為BET直線 圖2-29圖217）天然馬鈴薯淀粉的BET圖 a=3/0.281=10.7 b=0.6 所以，m1=1/(10.7+0.6) = 0.88g H2O/g干物質(zhì)）m1 = 0.088/1.088 = 8.09% AW=0.2(相當(dāng)于)第三十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 四、水對食品的影響（一） Aw與食品的穩(wěn)定性 1、Aw與微生物生長（P26 表2-5） 微生物的生長繁殖

15、需要水，適宜的Aw一般情況如下， Aw 0.90 大多數(shù)細(xì)菌 0.87 大多酵母 0.80 大多霉菌 0.80.6 耐鹽、干、滲透壓細(xì)菌、 酵母、霉菌 0.50 任何微生物均不生長繁殖第三十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月水可作為介質(zhì)，活化底物和酶 Aw 0.8 大多數(shù)酶活力受到抑制 Aw = 0.250.3 有效阻止酶褐變，包括淀粉酶、多酚氧化酶、過氧化物酶抑制或喪失活力 而脂肪酶在Aw=0.10.5仍保持其活性，如肉脂類（因為活性基團未被水覆蓋，易與氧作用） Aw與羰氨反應(yīng)（非酶褐變） Aw 0.7 v降低（因為H2O稀釋了反應(yīng)

16、物 濃度) 2、Aw與酶促反應(yīng)第三十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、Aw 與脂肪氧化酸敗 影響復(fù)雜：Aw 0.4 Aw V （H2O溶解O2，溶脹后催化部位暴露，氧化V） Aw 0.8 Aw V (稀釋濃度)4、Aw與水溶性色素分解，維生素分解 Aw V分解 總之，水分應(yīng)該保持在結(jié)合水范圍內(nèi)，使反應(yīng)難以發(fā)生，穩(wěn)定，并保持食品的質(zhì)構(gòu)。第三十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 食品結(jié)冰時非凍結(jié)相中，（未凝固水），溶質(zhì)變濃，冰的體積增加9% 由于濃縮效應(yīng)，未凍結(jié)的pH、粘度、離子強度、氧化還原電位、膠體性質(zhì)等發(fā)生變化。（溫度與濃縮綜合效應(yīng)，V ） 加速一些化學(xué)反應(yīng)：蔗糖在

17、酸催化下水解反應(yīng)，肌紅蛋白褐變 蛋白質(zhì)變性 S 氧化反應(yīng)（VC、脂肪、VA、VE、-胡蘿卜素） 酶催化反應(yīng)（糖原損失、乳酸，高能磷酸鹽降解）（二）結(jié)冰對食品穩(wěn)定性影響第三十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 水%、Aw對干、半干、中濕食品質(zhì)構(gòu)有影響 低Aw： 餅干 脆性 油炸土豆片 脆性 硬糖 防粘 固體飲料 防結(jié)塊 中濕： 軟糖 防變硬 蛋糕 防變硬 面包 防變硬 冷凍方式對質(zhì)構(gòu)的影響 速凍、小晶體破壞小；慢凍，大冰晶破壞大 干燥方法對質(zhì)構(gòu)的影響 空氣干燥 質(zhì)構(gòu)破壞 冷凍干燥 相似質(zhì)構(gòu) 如脫水蔬菜 高溫脫水 質(zhì)構(gòu)破壞 真空干燥 相似質(zhì)構(gòu) 真空微波干燥 相似質(zhì)構(gòu) （三） 水對食品質(zhì)構(gòu)

18、的影響第四十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 在食品中添加吸濕劑可在水分含量不變條件下，降低Aw值。 吸濕劑應(yīng)該含離子、離子基團或含可形成氫鍵的中性基團（ 羥基，羰基，氨基，亞氨基，酰基等），即有可與水形成結(jié)合水的親水性物質(zhì)。 如： 多元醇：丙三醇、 丙二醇、 糖 無機鹽 ： 磷酸鹽（水分保持劑）、食鹽 動、植物、微生物膠：明膠、卡拉膠、黃原膠（四）降低Aw的方法第四十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月五、分子流動性與食品穩(wěn)定性 Molecular mobility and food stability 1、分子流動性（Mm）：是分子的旋轉(zhuǎn)移動和平轉(zhuǎn)移動性的總度量。決定食品

19、Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。 玻璃態(tài)（glass state）：是聚合物的一種狀態(tài),它既象固體一樣有一定的形狀，又象液體一樣分子間排列只是近似有序，是非晶態(tài)或無定形態(tài)。處于此狀態(tài)的聚合物只允許小尺寸的運動，其形變很小，類于玻璃，因此稱玻璃態(tài)。 玻璃化溫度（glass transition temperature,Tg）： 非晶態(tài)食品從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)（具有柔軟、彈性的固態(tài)）的轉(zhuǎn)變稱玻璃化轉(zhuǎn)變，此時的溫度稱玻璃化溫度。 無定形（Amorphous）：是物質(zhì)的一種非平衡，非結(jié)晶態(tài)。第四十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 2、狀態(tài)圖描述分子流動性與食品穩(wěn)定性關(guān)系，包括平衡和非平衡狀態(tài)數(shù)據(jù)的圖（p34圖219） 食品存在無定形區(qū) 食品的物理變化和化學(xué)變化的速度由分子流動性所決定 分子流動性與溫度有相依性 大多數(shù)食品具有玻璃化溫度 溶質(zhì)類型影響玻璃化溫度第四十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、大分子纏結(jié)（Macromoleculer entanglement