關于食品化學第二章水第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日一、食品中的水分含量及功能二、食品中的水分狀態及與溶質間的相互關系三、水分活度四、水對食品的影響五、分子流動性與食品穩定性

第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日一、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3～97%

某些食品的水分含量見表2—1。表2—1某些食品的水分含量食品水分含量(%)

白菜，菠菜90—95

豬肉53—60

新鮮蛋74

奶88

冰淇淋65

大米12

面包35

餅干3—8

奶油15—20

水果75--95第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日（二）水的功能1、水在生物體內的功能穩定生物大分子的構象，使表現特異的生物活性體內化學介質，使生物化學反應順利進行營養物質，代謝載體熱容量大，調節體溫潤滑作用2、食品功能組成成分顯示色、香、味、形、質構特征分散蛋白質、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5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日二、食品中的水分狀態及

與溶質間的相互關系

（一）水分狀態1、結合水（束縛水，boundwater，化學結合水）可分為單分子層水（monolayerwater），多分子層水（multilayerwater）作用力：配位鍵，氫鍵，部分離子鍵特點：在-40℃以上不結冰，不能作為外來溶質的溶劑,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（freewater）（體相水，游離水，吸濕水）可分為滯化水、毛細管水、自由流動水（截留水、自由水作用力：物理方式截留，生物膜或凝膠內大分子交聯成的網絡所截留；毛細管力特點：可結冰，溶解溶質；測定水分含量時的減少量；可被微生物利用。第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日（二）水與溶質間的關系1、水與離子和離子基團的相互作用作用力：極性結合，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；水—離子鍵的強度大于水—水氫鍵；破壞水的正常結構,阻止水在0℃時結冰，對冰的形成造成一種阻力；改變水的結構的能力與離子的極化力有關。

第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日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；流動性小；對水的網狀結構影響小；阻礙水結冰；大分子內或大分子間產生“水橋”第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日3、水與非極性物質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生斥力，使疏水基團附近的水分子間氫鍵鍵合力↑熵值s↓20～74個水分子將“客體”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10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

三、水分活度

Wateractivity（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)含水量標準：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）/fo(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14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日由拉烏爾定理（理想稀溶液）

P=P0X1(X1—溶劑摩爾分數)

（P/P0=X1)Aw=P/P0=n1/(n1+n2)

（n1

、n2--溶劑、溶質摩爾分數）例如：2mol蔗糖溶于1000gH2O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

(equilibriumrelativehumidity)

即

Aw=P/P0=ERH/100第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

只有當溶質是非電解質且濃度小于1mol/L的稀溶液時,其水分活度才可以按Aw=n1/(n1+n2)計算:

溶質BAw

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B)第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日（二）Aw與溫度的關系1、Aw隨著溫度的變化而變化

Clasius-Clapeyron方程

dlnAw/d(1/T)=-ΔH/RP20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17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日2、低于冰點時，Aw與溫度的關系

Aw=Pff（部分凍結食品中過冷水蒸氣分壓）／Ｐ０（scw,純過冷水蒸氣壓）＝Ｐice（純冰蒸氣壓）／Ｐ０（scw）(Aw與食品組成無關)

圖2-11復雜食品在冰點以上和冰點以下時Aw和溫度的關系(1)低于冰點時，Aw與１／Ｔ成線性關系(2)冰點時，出現折斷(3)溫度對Aw的影響遠大于冰點以上（陡些）第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日3、結論高于冰點時，Aw與食品組成及Ｔ有關，其中食品組成是主要因素，當組成水％同，Ｔ上升，則Aw上升。低于冰點時，Aw與食品組成無關，僅與溫度有關。冰點以上或以下，Aw對食品穩定性影響是不同的。例：-１５℃，Aw＝0.86微生物不繁殖２０℃，Aw＝0.86微生物繁殖

第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日（三）吸濕等溫線（MSI)

MoistureSorptionIsotherms

1、概念及意義

在等溫條件下，以食品含水量為縱坐標，以Aw為橫坐標作圖，所得曲線稱為吸濕等溫線。

P22圖2-12，高水分含量范圍內的食品吸濕等溫線圖2-13，低水分含量范圍內的食品吸濕等溫線

第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

不同食品，因其化學組成和組織結構不同，對水束縛能力不一樣，有不同的吸濕等溫線，但都為Ｓ型。

P22圖2-14各種食品和生物物質的吸濕等溫線意義：吸濕等溫線表示了食品的Aw與含水量對應關系，除去水（濃縮、干燥）的難易程度與Aw有關，配制食品混合應注意水在配料間的轉移，測定包裝材料的阻濕性質，測定一定水分含量與微生物生長的關系，預測食品穩定性與水分含量的關系。第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

因為Ｔ升高，Aw升高，對同一食品，Ｔ升高，形狀近似不變，曲線位置向下方移動圖２—1９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系第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

3、吸濕等溫線的滯后現象

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。這一吸濕（吸附）等溫線與解吸等溫線不完全重合的現象稱為吸濕等溫線的滯后現象。在Aw同，對應的水分含量，回吸<解吸說明：吸濕到食品內的水，還未充分被食品組分束縛，沒有使食品“復原”。問題：麥胚在130℃烘箱中烘烤60分鐘，然后放在空氣中儲藏，結果如何？食品品種不同，滯后環不同；同一食品，不同溫度，滯后環不同。第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日滯后現象產生的原因:

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（結合水）。解吸作用時,因組織改變,當再回吸水時無法緊密形成結合水,由此可導致回吸相同水分含量時處于較高的Aw。第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日4、吸濕等溫線分區為了說明吸濕等溫線的內在含義，并與水的存在狀態緊密聯系，可以將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區。

Ⅰ區：Aw=0～0.2約0～0.07g水/g干物質作用力：H2O—離子，H2O—偶極，配位鍵屬單分子層水（含水合離子內層水）不能作溶劑，-40℃以上不結冰，與腐敗無關

Ⅱ區：Aw=0.2～0.85（加Ⅰ區，<0.45gH2O/g干）作用力：氫鍵：H2O—H2OH2O—溶質屬多分子層水，加上Ⅰ區約占高水食品的5%，不作溶劑，

-40℃以上不結冰，但接近0.85（Aw）的食品，可能有變質現象。

Ⅲ區：0.85～1.0新增的水為自由水，（截留+流動）多者可達20gH2O/g干物質可結冰，可作溶劑劃分區不是絕對的，可有交叉，連續變化第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日5、吸濕等溫方程式

因為計算單分子層水值具有實際意義，可準確預測干燥產品最大穩定性時的含水量。據熱力學、動力學、統計學、經修改的吸濕等溫線方程式如下:=

以αw／[m(1-αw)]對αw作圖得到一條直線，稱為BET直線

圖2-29圖2—17）天然馬鈴薯淀粉的BET圖

a=3/0.281=10.7b=0.6

所以，m1=1/(10.7+0.6)=0.88gH2O/g干物質）m1’=0.088/1.088=8.09%AW=0.2(相當于)第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

四、水對食品的影響（一）Aw與食品的穩定性

1、Aw與微生物生長（P26表2-5）微生物的生長繁殖需要水，適宜的Aw一般情況如下，

Aw<0.90大多數細菌

<0.87大多酵母

<0.80大多霉菌

0.8～0.6耐鹽、干、滲透壓細菌、酵母、霉菌

<0.50任何微生物均不生長繁殖第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日水可作為介質，活化底物和酶

Aw<0.8大多數酶活力受到抑制

Aw=0.25～0.3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=0.1～0.5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（非酶褐變）

Aw<0.7

Aw升高，v升高，

Aw=0.6～0.7v最大

Aw>0.7

v降低（因為H2O稀釋了反應物濃度)

2、Aw與酶促反應第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日3、Aw與脂肪氧化酸敗影響復雜：Aw<0.4Aw↑V↓(MO2—H2O阻V)Aw>0.4Aw↑V↑（H2O溶解O2，溶脹后催化部位暴露，氧化V↑）

Aw>0.8Aw↑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，水分應該保持在結合水范圍內，使反應難以發生，穩定，并保持食品的質構。

第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

食品結冰時非凍結相中，（未凝固水），溶質變濃，冰的體積增加9%

由于濃縮效應，未凍結的pH、粘度、離子強度、氧化還原電位、膠體性質等發生變化。（溫度與濃縮綜合效應，V↓↑）加速一些化學反應：蔗糖在酸催化下水解反應，肌紅蛋白褐變蛋白質變性S↓

氧化反應（VC、脂肪、VA、VE、β-胡蘿卜素…）酶催化反應（糖原損失、乳酸↑，高能磷酸鹽降解……）（二）結冰對食品穩定性影響第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

水%、Aw對干、半干、中濕食品質構有影響低Aw：餅干脆性油炸土豆片脆性硬糖防粘固體飲料防結塊中濕：軟糖防變硬蛋糕防變硬面包防變硬冷凍方式對質構的影響速凍、小晶體破壞小；慢凍，大冰晶破壞大干燥方法對質構的影響空氣干燥質構破壞冷凍干燥相似質構如脫水蔬菜高溫脫水質構破壞真空干燥相似質構真空微波干燥相似質構（三）水對食品質構的影響第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日

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），即有可與水形成結合水的親水性物質。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41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日五、分子流動性與食品穩定性

Molecularmobilityandfood

stability1、分子流動性（Mm）：是分子的旋轉移動和平轉移動性的總度量。決定食品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（glassstate）：是聚合物的一種狀態,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，是非晶態或無定形態。處于此狀態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。玻璃化溫度（glasstransitiontemperature,Tg）：非晶態食品從玻璃態到橡膠態（具有柔軟、彈性的固態）的轉變稱玻璃化轉變，此時的溫度稱玻璃化溫度。無定形（Amorphous）：是物質的一種非平衡，非結晶態。第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期日2、狀態圖——描述分子流動性與食品穩定性關系，包括平衡和非平衡狀態數據的圖（p34圖2—19）食品存在無定形區食品的物理變化和化學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食品具有玻璃化溫度溶質類型影響玻璃化溫度第43頁，共48