第一章

食品成分化學ChemistryofComponentsinFood

第一節水(Water)

第一章

食品成分化學1教學目的：了解各種食品的含水量、水分活性的概念；了解水的存在狀態。教學重點:水分活度、水的存在狀態、冷凍對食品組織的影響教學難點：水分活度、水的存在狀態，結合水的性質教學目的：了解各種食品的含水量、水分活性的概念；了解水的存在2各種食品都有其特定的水分含量，因此才顯示出其各自的色、香、味、形特征水起著分散蛋白質、脂類和淀粉、使其形成溶膠的作用。水能影響食品的鮮度、硬度、流動性、呈味性、保藏性和加工性水分也是微生物繁殖的重要因素因此，研究水的結構和性質，對食品化學和食品保藏技術有重要意義

各種食品都有其特定的水分含量，因此才顯示出其各自的色、香、味31.1食物的含水量

食品的含水量除谷物和豆類等種子外（12

16％），一般都比較高（60

90％），水是食物各種組分中數量最多的組分。1.1食物的含水量食品的含水量除谷物和豆類等種子外（14部分食品的含水量

肉類

豬肉

53~60魚(肌肉蛋白)

65~81水果

香蕉

75桃、梨、蘋果、葡萄、菠蘿

80~95蔬菜

青豌豆、甜玉米

74~80蘆筍、大白菜、紅辣椒、花菜、萵苣、西紅柿

90~95食品

含水量(%)部分食品的含水量肉類

豬肉

53~60魚5谷物

全粒谷物

10~12面粉、粗燕麥粉、粗面粉

10~13乳制品

山羊奶

87奶粉

4冰淇淋

65焙烤食品

面包

35~45餅干

5~8糖及其制品

蜂蜜

20果醬

≤35蔗糖、硬糖、純巧克力

≤1谷物

全粒谷物

10~12面粉、粗燕麥粉、粗面61.2水的結構

水分子由兩個氫原子與一個氧原子的兩個SP3雜化軌道結合成兩個σ共價鍵，為四面體結構，氧原于位于四面體中心，四面體的四個頂點中有兩個被氫原子占據，其余兩個為氧原子的非共用電子對所占有。1.2水的結構

水分子由兩個氫原子與一個氧原子的兩個S7氣態水分子兩個O—H鍵的夾角即(H—O—H)的鍵角為104.5°，O—H核間距0.96?，氫和氧的范德瓦爾斯半徑分別為1.2和1.4?。氣態水分子兩個O—H鍵的夾角即(H—O—H)的鍵角為104.8在液態水中，若干個水分子會締合成(H2O)n大分子，這是由于水分子偶極分子之間的靜電吸引力及產生氫鍵鍵合作用形成的。氧原子的兩個孤對電子與鄰近的兩個水分子的氫原子產生氫鍵鍵合，形成如圖所示的四面體結構。在液態水中，若干個水分子會締合成(H2O)n大分子9固態水（冰），是水分子有序排列成的大且長的晶體，是水分子靠氫鍵連接構成非常“疏松”的剛性結構。冰比液態水的結構更為“疏松”,比容較大。冰有11種結構，但六方型是大多數冷凍食品中重要的冰結晶形式。固態水（冰），是水分子有序排列成的大且長的晶體，是水分子靠氫10冰的擴展結構O和●分別表示基礎平面的上層和下層氧原子冰的擴展結構11食品化學與分析課件12食品化學與分析課件13冷凍對食品組織的影響食品冷凍時，由于水轉變成冰可產生“濃度效應”，非水組分幾乎全部濃集到未結冰的水中，效果類似食品的脫水

水結冰時膨脹會產生局部壓力，使細胞受到損傷，從而使冷凍食品質地發生物理變化，特別是會使食品在解凍時發生軟瘍同時還會引起乳化液失去穩定性，蛋白質絮凝，使食品質地變硬等緩慢冷凍，會使大冰晶全部分布在細胞外部快速凍結，可在細胞內外都形成冰晶冷凍對食品組織的影響141.3水的性質1.水的比熱、汽化熱、熔化熱大：這是由于水分子間強烈的氫鍵締合作用產生的，當發生相轉變時，必須供給額外能量破壞分子間的氫鍵。這對食品冷凍、干燥和加工都是非常重要的因素。這也是生物體溫維持恒定的重要原因。1.3水的性質1.水的比熱、汽化熱、熔化熱大：這是由于152.水的介電常數大、溶解力強：因此水溶解離子型化合物的能力較強；非離子極性化合物如糖類、醇類、醛類等可與水形成氫鍵而溶于水中；不溶于水的物質如脂肪和某些蛋白質，也能在適當的條件下分散在水中形成乳濁液或膠體溶液。所以說，水是體內各種物質運輸的載體。2.水的介電常數大、溶解力強：因此水溶解離子型化合物的能力161.4水的存在狀態

水在食品中以游離水和結合水兩種狀態存在游離水（freewater）：不與食品中任何成分化合或吸附的水，具有純水的性質，有流動性，也稱自由水或體相水（bulkwater)

結合水(boundwater)：與蛋白質、碳水化合物等以氫鍵結合著而不能自由運動的水

1.4水的存在狀態17與游離水相比，結合水呈現低的流動性和其它顯著不同的性質

1、

它的冰點為－40

C

2、

它沒有溶劑作用

3、

食物中的微生物孢子不能利用結合水進行發芽和繁殖，因而，只要從食品中除去自由水，就可使食品安全地保藏。與游離水相比，結合水呈現低的流動性和其它顯著不同的性質

1、18

1.5水的活度食品中的水分并不是靜止的，而是處于一種活動的狀態，會隨環境條件的變動而變化。如食品周圍環境的空氣干燥，濕度低，則水分會從食品向空氣中蒸發，水分逐漸減少而干燥，反之宜然。

因此，食品的含水量除了用％表示外，還可用水分活性AW來表示。

1.5水的活度食品中的水分并不是靜止19水分活度----是指食品在密閉容器內測得的水蒸氣壓力（P）與同溫度下測得的純水蒸氣壓力(P0)之比.即Aw=P/P0水分活度----是指食品在密閉容器內測得的水蒸氣壓力（P）與20一般食品不僅含有水，而且含有蛋白質，淀粉等固形物，所以它的水相對地就比純水少，故其水蒸汽壓也就小，即一般有P＜P0，所以AW值皆小于1。

一般食品不僅含有水，而且含有蛋白質，淀粉等固形物，所以它的水21魚和水果等含水量高的食品，其AW值為0.98

0.99，都比較大，米和大豆等水分少的干燥食品，其AW值就較小，為0.60

0.64

魚和水果等含水量高的食品，其AW值為0.980.99，都比22各種微生物的活動都有一定的AW閾值（最低值）如：細菌

0.90

酵母0.88霉菌0.80水活度與食品保存性的關系

食品中的微生物生長、脂類自動氧化、非酶褐變、酶的反應等都與aw有很大的關系。各種微生物的活動都有一定的AW閾值（最低值）如：水活度與食品23aw范圍在此范圍內的最低aw值一般能抑制的微生物食品1.00~0.95假單胞菌屬、埃希氏桿菌屬、變形桿菌屬、志賀氏桿菌屬、芽孢桿菌屬、克雷伯氏菌屬、梭菌屬、產生莢膜桿菌、幾種酵母菌極易腐敗的新鮮食品、水果、蔬菜

、肉、魚和乳制品罐頭、熟香腸和面包。含約40%(W/W)的蔗糖或7%NaCl的食品0.87

~0.80大多數霉菌(產霉菌毒素的青霉菌)金黃色葡萄球菌、德巴利氏酵母大多數果汁濃縮物、甜凍乳、巧克力糖、楓糖漿、果汁糖漿、面粉、大米、含15%~17%水分的豆類、水果糕點、火腿、軟糖

0.50微生物不繁殖含水分約12%的面條和水分含量約10%的調味品

aw范圍在此范圍內的最低aw值一般能抑制的微生物食品1.0024當aw小于0.2時，除了氧化反應外，其它反應處于最小值

當aw=0.7～0.9時，美拉德褐變反應、脂類氧化、維生素Bl降解、葉綠素損失、微生物繁殖和酶反應均顯示出最大速率。當aw小于0.2時，除了氧化反應外，其它反應處于最小值25Aw除影響化學反應和微生物生長外，還影響干燥和半干燥食品的質地。如，欲保持餅干、膨化玉米花和油炸馬鈴薯片的脆性，防止砂糖、奶粉和速溶咖啡結塊，硬糖果等粘結，均應保持適當低的aw值。干燥物質不致造成需宜特性損失的允許最大Aw為0.35~0.5范圍。Aw除影響化學反應和微生物生長外，還影響干燥和半干燥食品的質262個與水有關的食品工業中的常用術語持水容量分子淌度2個與水有關的食品工業中的常用術語27持水容量(waterholdingcapacity)：表述基質分子(一般是指大分子化合物)截留大量水的能力。如，含果膠和淀粉凝膠的食品以及動植物組織中少量的有機物質能以物理方式截留大量的水。

持水容量(waterholdingcapacity)：28分子淌度（Molecularmobility,Mm）也就是分子的流動性,關系到許多食品的擴散性質，如含淀粉食品（如面團、糖果和點心）、以蛋白質為基料的食品等，下表列出了與分子淌度相關的某些食品性質和特征。分子淌度（Molecularmobility,Mm）29分子淌度決定的某些食品性質和特征干燥或半干食品冷凍食品流動性和粘性水分遷移(冰的結晶作用)結晶和重結晶乳糖結晶(冰凍甜食中的砂狀結晶析出