食品生物化學(xué)-第一章-水

1、食品生物化學(xué),復(fù)習(xí)：,1、什么是食品？ 2、食品及原料中的主要化學(xué)成分有哪些？,天然成分,非天然成分,食品添加劑,污染物質(zhì),無機(jī)成分,有機(jī)成分,水,礦物質(zhì),蛋白質(zhì),糖類,脂類,維生素,激素,色素、香味物質(zhì)等,食品中的基本營(yíng)養(yǎng)素,食品中的化學(xué)成分,水在生物體內(nèi)的含量與作用,食品中水分狀態(tài)與分類,水分活度,1、水在生物體內(nèi)的含量 水是食品六大營(yíng)養(yǎng)素之一，是維持人類正常生命活動(dòng)必需的基本物質(zhì)。,一、水在生物體內(nèi)的含量與作用,2、水的生理作用,1、水是體內(nèi)生化反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所：參與了解、水化、加水脫氫等重要反應(yīng)。 2、水是良好的溶劑：能使許多物質(zhì)溶解，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及代謝產(chǎn)物的運(yùn)輸。 3、調(diào)節(jié)體溫：水的

2、比熱大，能吸收代謝過程中產(chǎn)生的大量熱量而使體溫不致升高，水的蒸發(fā)熱也大，胡水能維持產(chǎn)熱與散熱的平衡，對(duì)體溫起調(diào)節(jié)作用。 4、對(duì)體內(nèi)各運(yùn)動(dòng)部位起潤(rùn)滑作用。 如唾液有助于食物吞咽，淚液有助于眼球轉(zhuǎn)動(dòng)，滑液有助于關(guān)節(jié)活動(dòng)等。 5、結(jié)合水的作用：如心肌大于9%，其中大部分以結(jié)合水的形式存在，并無流動(dòng)性，這就是使心肌成為堅(jiān)實(shí)有力的舒縮性組織的條件之一。,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,水在食品中的重要作用,水是食品的重要組成成分，是研究食品加工工藝考慮的重要因素；

3、 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。,水在生物體內(nèi)的含量,在食品原料中，生物體占有相當(dāng)大的比重，而水是生物體最基本的組成成分。 大多數(shù)生物體的含水量為6080。 水在生物體中的分布是不均勻的： 動(dòng)物：肌肉、臟器、血液中的含水量最高，為 7080； 皮膚次之，為6070； 骨骼的含水量最低，為1215。,水在生物體內(nèi)的含量,植物：不同品種之間，同種植物不同的組織，器官之間，同種植物不同的成熟度之間，

4、在水分含量上都存在著較大的差異。 一般來說，葉菜類較根莖類含水量要高的多；營(yíng)養(yǎng)器官(如植物的葉、莖、根)含水較高通常為7090；繁殖器官(如植物的種子)含水量較低，通常為1215。,猜猜看,Q1：豬肉和雞肉哪個(gè)的含水量高？ Q2：香蕉、蘋果、梨按照含水量由大到小怎么排序？ Q3：蜂蜜和果醬誰的含水量高？和奶酪比呢？再和奶粉比呢？,表2-1 常見食物的含水量 單位：(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),水分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),斯陶特模型,水分子,氫、氧兩種元素，無色無味的透明液體,存在三種狀態(tài) 水的密度在3.98時(shí)為1103kg/m3， 在0時(shí)，密度為0.99987103 kg/m3， 冰在0時(shí)，密度為0.9167103

5、kg/m3。 熔點(diǎn)：0 (273.15k) 沸點(diǎn)：100 (373.15k)(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓) 比熱：4.184J/（kg.K）,水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),在0時(shí)，冰的熱導(dǎo)率為同溫度下水的熱導(dǎo)率的4倍，冰的熱擴(kuò)散速度約為水的9倍。 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,水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),1、食品中水分狀態(tài) （1）游離態(tài) 相對(duì)自由地存在 （2）水合態(tài) 不能自由移動(dòng)的水 （3）凝膠態(tài) 不能自由流動(dòng)的水 （4）表面吸附態(tài),2、食品中水的分類,結(jié)合水 水合態(tài)的水 水 游離態(tài)的水 自由水 凝膠態(tài)的水 表面吸附態(tài)的水,（i）在40以上可以結(jié)冰；

6、（ii）在食品內(nèi)可以作為溶劑； （iii）可以以液體形式移動(dòng)，在氣候干燥時(shí)也可以以蒸汽形式逸出，使食品中含水量降低； （iv）微生物可以利用自由水繁殖，各種化學(xué)反應(yīng)也可以在其中進(jìn)行。,自由水的特點(diǎn)：具有全部水的性質(zhì),（2）結(jié)合水（束縛水） 指通過氫鍵與食品中有機(jī)、無機(jī)成分結(jié)合的水。,結(jié)合力水分子之間的氫鍵,（i）與離子或離子基團(tuán)結(jié)合的水,（ii）與強(qiáng)極性基團(tuán)結(jié)合的水,（iii）與弱極性基團(tuán)結(jié)合的水,（iv）單分子層結(jié)合水以外的幾層水,結(jié)合力水分子之間的氫鍵,特點(diǎn)：氫鍵鍵能大，結(jié)合牢固，蒸發(fā)能力弱。,特點(diǎn)：結(jié)合力與水分子之間的作用力相當(dāng)，但水分子的流動(dòng)性較低，可被蒸發(fā)，蒸發(fā)時(shí)仍然需要較多的熱量。

7、,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，也就是說喪失了溶劑能力；同時(shí)，不能被微生物所利用,水對(duì)食品品質(zhì)的影響,自由水含量對(duì)食品品質(zhì)的影響 耐儲(chǔ)藏性 結(jié)合水風(fēng)味,三、水分活度 1、水分活度的概念 食品的水蒸汽分壓p與同一溫度下純水的飽和蒸汽壓p0之比。,Aw: 水分活度； p: 一定溫度下食品中水蒸氣分壓 p0: 同溫度下純水的

8、飽和蒸汽分壓,水分活度定義： 水分活度表示食品中水分可以被微生物所利用的程度； AW=f/f0 f：溶劑（水）的逸度。 f0：純?nèi)軇┑囊荻取?（逸度:溶劑從溶液逃脫的趨勢(shì)） 在低壓（例如室溫）下，f/f0和p/p0之間的差別小于1%. AW=p/p0 Aw: 水分活度； p: 一定溫度下食品中水蒸氣分壓 p0: 同溫度下純水的飽和蒸汽分壓,三、水分活度,附：溶液的蒸氣壓下降,（a）水,（b）蔗糖溶液,原因： 溶質(zhì)占據(jù)了一部分水的表面積, 溶質(zhì)束縛住了一部分水分子,p0,p,難揮發(fā),基本靠自由水蒸發(fā)形成蒸汽壓,蔗糖分子,水分子,結(jié)合水,自由水,溶液中溶質(zhì)濃度越高，其蒸汽壓下降越多。,全部水,基本

9、靠自由水蒸發(fā)形成蒸汽壓,附：溶液的蒸氣壓下降,（a）水,（b）蔗糖溶液,也可以理解為一個(gè)物質(zhì)所含有的自由狀態(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。,p0,p,加鹽、加糖，增加結(jié)合水，可減少自由水降低水分活度。,水分活度也可用平衡相對(duì)濕度（ERH）來表示：,用儀表等測(cè)得食品密閉空間的平衡相對(duì)濕度（ERH）,（a）水,（b）食品,p0,p,純水Aw1，溶液Aw1。,水分活度的意義,1、水分活度表示食品中的水分可以被微生物利用的程度，大多數(shù)新鮮食品的水分活度在0.951之間； 2、對(duì)于純水來說，p和p0相等，故水分活度為1； 3、食品中結(jié)合水含量越高，水

10、分活度越低； 4、一般來說，食品中的水分活度越大，水分含量越多。,食品中水分活度與食品水分含量的關(guān)系,食品中水分活度與食品水分含量是兩個(gè)不同的概念。下表數(shù)據(jù)可理解這兩種概念。,aw=0.7時(shí)若干食品中的含水量（g水/g干物質(zhì)）,水分活度與食品的穩(wěn)定性,用Aw比用水分含量能更好的反應(yīng)食品的穩(wěn)定性。究其原因與下列因素有關(guān)： 1、Aw對(duì)微生物生長(zhǎng)有更為密切的關(guān)系。 2、Aw與引起食品品質(zhì)下降的諸多化學(xué)反應(yīng)、酶促反應(yīng)及質(zhì)構(gòu)變化有高度的相關(guān)性。 3、用Aw比用水分含量更清楚地表示水分在不同區(qū)域移動(dòng)情況。 4、另外，Aw比水分含量易測(cè)，且又不破壞試樣。,（三）水分活度與食品的穩(wěn)定性,1.水分活度對(duì)微生物生

11、長(zhǎng)繁殖的影響,（表1-2）,Aw0.91時(shí)，細(xì)菌容易生長(zhǎng)； 0.91Aw0.80，霉菌容易生長(zhǎng)； Aw0.80時(shí)大多數(shù)霉菌不生長(zhǎng)。,不同微生物生長(zhǎng)與食品水分活度的關(guān)系,1、不同種類的微生物其正常生長(zhǎng)繁殖所需要的水分活度不同，由此可以正確推斷影響不同含水量食品質(zhì)量的主要微生物； 2、表中每一個(gè)水分活度區(qū)間的下限為相應(yīng)微生物正常生長(zhǎng)的水分活度閾值，即在此水分活度以下，該類微生物不能正常生長(zhǎng)； 3、微生物需要的最低水分活度：大多數(shù)細(xì)菌為0.990.94大多數(shù)霉菌為0.940.80 大多數(shù)耐鹽細(xì)菌為0.75 耐干燥霉菌和耐高滲透壓酵母為0.650.60。低于0.60絕大多數(shù)微生物無法生長(zhǎng)；,不同微生物

12、生長(zhǎng)與食品水分活度的關(guān)系,4、同一種類微生物在不同的生長(zhǎng)階段也要求不同的水分活度。一般講，細(xì)菌形成芽孢時(shí)比繁殖時(shí)所需的水分活度要高；產(chǎn)毒微生物在產(chǎn)生毒素時(shí)所需的水分活度高于不產(chǎn)毒時(shí)所需的水分活度； 5、發(fā)酵技術(shù)中要求所用微生物能正?？焖僭鲋?，此時(shí)則要給予合適的、必要高的水分活度； 6、利用水分活度控制食品質(zhì)量或加工工藝時(shí)還要考慮其它因素(如：pH、營(yíng)養(yǎng)成分、氧氣等)對(duì)于微生物的影響。,不同微生物生長(zhǎng)與食品水分活度的關(guān)系,食品中的化學(xué)變化的種類和速度是依賴于各類食品成分而發(fā)生的，其化學(xué)變化與水分活度關(guān)系的一般規(guī)律總結(jié)如下： 1、淀粉：淀粉的食品學(xué)特性主要體現(xiàn)在老化和糊化上。老化是淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、淀

13、粉鏈空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而導(dǎo)致溶解性能、糊化及成面團(tuán)作用變差的過程。在含水量到3060%時(shí)，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度變慢；當(dāng)含水量降至1015%時(shí)，淀粉中的水主要為結(jié)合水，不會(huì)發(fā)生老化。,水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系,2、脂肪：影響脂肪品質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)主要為水解和氧化酸敗。 3、蛋白質(zhì)：據(jù)測(cè)定，當(dāng)食品中的水分含量在2%以下時(shí)，可以有效的阻止蛋白質(zhì)的變性；而當(dāng)達(dá)到4%或其以上時(shí)，蛋白質(zhì)變性變得越來越容易。,水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系,4、褐變：水分活度下降，褐變速度減慢 酶促褐變：是在酶作用下，食品中的酚類化合物發(fā)生特殊的氧化反應(yīng)使食品顏色變劣的過程。食品體系中大多數(shù)的酶類物質(zhì)在水分活

14、度小于0.85 時(shí)，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度為0.3 甚至0.1 時(shí)也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。 非酶促褐變指食品通過一些非酶氧化而導(dǎo)致食品變色的反應(yīng)。也與水分活度有密切的關(guān)系，當(dāng)食品中的水分活度在0.60.7之間時(shí)，非酶促褐變最為嚴(yán)重；水分活度下降，褐變速度減慢，在0.2以下時(shí)，褐變難以發(fā)生。但當(dāng)水分活度超過褐變高峰要求的值時(shí)，其褐變速度又由于體系中溶質(zhì)的減少而下降。,水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系,5、水溶性色素：一般而言，當(dāng)食品中的水分活度增大時(shí)，水溶性色素（常見的是花青素類）分解的速度就會(huì)加快。,水分活度與食品化學(xué)變化的關(guān)系,水分活度影響食品穩(wěn)定性的原因： （1）大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都必須在水溶液中才能進(jìn)行。如果降低食品的水分活度，則食品水的存在狀態(tài)發(fā)生了變化，游離水的比例減少了，而結(jié)合水又不能作為反應(yīng)物的溶劑，所以降低水分活度，能使食品中許多可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)受到抑制，反應(yīng)的速率下降。 （2）許多化學(xué)反應(yīng)是屬于離子反應(yīng)。反應(yīng)發(fā)生的條件是反應(yīng)物首先必須進(jìn)行離子的水合作用，而發(fā)生離子水合作用的條件是必須有足夠的游離水才能進(jìn)行。,（3）許多化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)都必須有水分子參加才能進(jìn)