食品化学水分省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

Questions v what is the most important nutrient?第1页WATER Water FunctionsImportant component of food.1.Universal solvent(salt,vitamins,sugar,gases,pigment)核桃热水去皮除苦、鲜黄花菜2.Capable of ionizing(H3O+,OH-)3.Affects the texture4.Chemical reactions(hydrolysis of protein=n amino acids)5.Stabilizing the colloids by hydration，生物大分子构像稳定剂生物大分子构像稳定剂 6.Necessary for micro-organisms growth第2页氢原子失去ls电子就成为H+，H+实际上是氢原子核,即质子。因为质子半径为氢原子半径几万分之一，所以质子含有很强电场，能使邻近原子或分子强烈地变形。H+在水溶液中与H2O结合，以水合氢离子(H3O+)存在。stabilizing 英 steiblaizi colloid 英 klid 美 kld 胶体()hydration 英 haidrein水合,水合作用 构像构像(conformation)指一个分子中，不改变共价键结构,仅单键周围原子放置所产生空间排布.一个构像改变为另一个构像时,不要求共价键断裂和重新形成.补充第3页Questions v types of water第4页第5页第6页第7页第8页第9页第10页为预防水活跃造成食品腐败，能够采取：干燥、浓缩脱水冷冻复水、解冻 食品极难回复到以前状态，且易腐败 对水、冰研究很有必要第11页第二章第二章 水分水分（Water或或Moisture）第12页 目标要求目标要求 1、了解食品中水类型；了解食品中水类型；2、掌握、掌握Aw及其与食品稳定性关系；及其与食品稳定性关系；3、了解、了解MSI分区及与食品中水分类型对应关系；分区及与食品中水分类型对应关系；4、掌握水结冰过程并解释速冻和缓冻对食品质量、掌握水结冰过程并解释速冻和缓冻对食品质量 属性影响属性影响。第13页重点难点重点难点 重点：食品冻结保藏；重点：食品冻结保藏；难点：吸湿等温线。难点：吸湿等温线。基本内容基本内容 1、食品中水类型；、食品中水类型；2、水分活度及其与食品稳定性关系；、水分活度及其与食品稳定性关系；3、吸湿等温线；、吸湿等温线；4、食品冻结保藏。、食品冻结保藏。第14页 从从物化方面物化方面来看，水可分散蛋白质和淀来看，水可分散蛋白质和淀粉，使它们形成溶胶或溶液；从粉，使它们形成溶胶或溶液；从化学方面化学方面来来看，水对食品新鲜程度、外观、质地、风味、看，水对食品新鲜程度、外观、质地、风味、保藏性和腐败变质敏感性产生极大影响；在保藏性和腐败变质敏感性产生极大影响；在食品加工食品加工过程中，水可发挥膨润和浸透作用过程中，水可发挥膨润和浸透作用等。等。第15页 第一节第一节 水与冰结构（水与冰结构（Struture）（一）水分子结构（一）水分子结构第16页单个水分子结构:水分子中，H原子与O原子形成2个共价键。第17页1.分子极性 分子中正、负电荷中心不重合，正电荷集中点为“+”极，负电荷集中点为“”极，这么分子产生了偶极，称为极性分子（因为两个原子吸引电子能力不一样，共用电子对必定偏向吸引电子能力较强原子一方，因而吸引电子能力较弱原子一方相正确显正电性）；有分子正、负电荷中心重合，不产生偶极，称为非极性分子。2.范德华半径 在分子晶体中，分子之间以范德华力相互靠近，这时非键两个同种原子核间距离二分之一，称为范德华半径。3.偶极矩 衡量分子极性大小，德拜（Debye）在19提出：分子中电荷中心上电荷量与正、负电荷中心间距离乘积。偶极矩是一个矢量，现有数量又有方向，其方向是从正极到负极。补充第18页（二）水分子缔合（二）水分子缔合 （P10图图1-2）配位数第19页 每个水分子都有每个水分子都有2个个H键供体和受体部位，键供体和受体部位，众多水分子便经过众多水分子便经过H键缔合成三维取向立体键缔合成三维取向立体结构结构 每个水分子最多能与其它每个水分子最多能与其它4个水分子个水分子H键，键，形成四面体结构形成四面体结构 第20页Hydrogen Bond The bond is formed due to the affinity of electro-positive hydrogen atoms for electro-negative atoms such as O.Binding energy of hydrogen bond is about 10%of covalent bond.H-bond strength=10 Kcal/mol.H+dO-d H+dH+dH+dH+dO-dO-dH+dH+dH+dO-d第21页Water is a good dissolving solvent-Why?1.Physical action of dispersion of solute molecule due to the high-activity of water molecules at the surface of the solute.2.The high dielectric constant of water(80 x that of vacuum)diminishes the effectiveness of attractive forces that tend to hold the solute molecules together.3.Hydration of the solute by a chemical complex such as the“hydrogen bond”第22页 fnti:英affinity 吸引；亲和性化 fnti 0.9时才能增殖；时才能增殖；酵母菌在酵母菌在Aw0.87；大多数霉菌在；大多数霉菌在Aw=0.8时就开时就开始增殖；始增殖；Aw=0.5以下时，任何微生物不能生长。以下时，任何微生物不能生长。第67页第68页第69页（二）（二）Aw与酶促反应与酶促反应（P23图图1-14）酶促反应需在酶作用下进行。酶催化活酶促反应需在酶作用下进行。酶催化活性取决于酶分子构象，而酶分子构象与其存在性取决于酶分子构象，而酶分子构象与其存在环境有亲密关系。环境有亲密关系。为何会影响？为何会影响？Enzymatic Changes Aw 第70页1、在以水为介质环境中，用来维持分子活性、在以水为介质环境中，用来维持分子活性构象各种作用力构象各种作用力（尤其是非极性侧链间疏水作用）才能充分发挥作用。才能充分发挥作用。2、水存在有利于、水存在有利于E和和S（substrate）分子在）分子在food内移动，使之充分靠拢。内移动，使之充分靠拢。第71页（三）（三）Aw与非酶促反应与非酶促反应（P23图图1-14）1、Maillard反应反应 当当Aw在在0.6-0.7时，反应达最大值。当时，反应达最大值。当Aw0.7时，时，Maillard反应速度降低。其原因为水加入稀反应速度降低。其原因为水加入稀释了反应物浓度。释了反应物浓度。2、脂肪非酶氧化反应（、脂肪非酶氧化反应（Lipid oxidation）反应在反应在Aw很低时开始。随很低时开始。随Aw增大，反应速增大，反应速度降低至度降低至Aw=0.4左右；今后，随左右；今后，随Aw增大，反应增大，反应速度加紧。当速度加紧。当Aw=0.7-0.8（Max）后又降低。）后又降低。Non-Enzymatic Browning Aw 第72页从右图可知：从右图可知：除非酶氧化在除非酶氧化在Aw0.3Aw0.3时有较时有较高反应外，其它反应均是高反应外，其它反应均是AwAw愈小反应速度愈小。愈小反应速度愈小。也就是说，对多数食品而言也就是说，对多数食品而言,低低AwAw有利于食品稳定性。有利于食品稳定性。首次出现最低反应速度时水首次出现最低反应速度时水分含量相当于分含量相当于“BET”“BET”水分含水分含量量 第73页（四）（四）Aw与与food质构质构 除化学反应和微生物外，除化学反应和微生物外，Aw也影响干也影响干燥食品和半干食品质构。比如：燥食品和半干食品质构。比如：1、饼干、爆米花和马铃薯片必须在较低、饼干、爆米花和马铃薯片必须在较低Aw下下才能保持松脆。才能保持松脆。2、颗粒状蔗糖、乳粉和速溶咖啡，为预防结、颗粒状蔗糖、乳粉和速溶咖啡，为预防结块也需要较低块也需要较低Aw。第74页 水分活度影响食品稳定性原因能够概括以下：水分活度影响食品稳定性原因能够概括以下：水分活度水分活度降低降低食品中自由水食品中自由水含量降低含量降低以水为介质反应难以发生以水为介质反应难以发生离子型反应速度降低离子型反应速度降低水参加反应速度降低水参加反应速度降低水影响酶活性及酶促反应底物输送水影响酶活性及酶促反应底物输送第75页三、三、Controlling aw in foods（控制控制Aw方法）方法）equilibration with atmosphere of known relative humidity water removal(e.g.,dehydration)addition of solutes(humectants)（why?）sugars NaCl polyhydric alcohols(glycerol,sorbitol)propylene glycolloss or gain of moisture in packaged foods（思索或讨论）（思索或讨论）降低食品降低食品Aw为何能够提升食品稳定性？为何能够提升食品稳定性？（使自由水转变为束缚水，从而降低（使自由水转变为束缚水，从而降低Aw）第76页equilibration平衡i:kwilaibreinhumectants保湿剂hju:mektntpolyhydric多羟(基)plihaidrikglycerol甘油,丙三醇glsr:l sorbitol山梨(糖)醇 s:bitl Propylene 丙烯 prupili:n glycol乙二醇 laikl propylene glycol丙二醇丙二醇 第77页Definition:plots interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature.第四节第四节 吸湿等温线吸湿等温线（Moisture Sorption Isotherm,MSI）（一）概念（一）概念 在温度不变条件下，以食品中水分含量（主要是自在温度不变条件下，以食品中水分含量（主要是自由水）为纵坐标，以由水）为纵坐标，以AwAw为横坐标所描绘曲线。在制作时，为横坐标所描绘曲线。在制作时，恒温下将水逐步渗透到干制食品中，测定不一样吸湿阶恒温下将水逐步渗透到干制食品中，测定不一样吸湿阶段段AwAw。第78页高水分食品高水分食品MSIr从正常至干燥整个水从正常至干燥整个水分含量范围分含量范围第79页低水分食品低水分食品MSIv加水回吸时，试样组成加水回吸时，试样组成从区从区（干）移至区（干）移至区（高水分）（高水分）v各区相关水性质存在着各区相关水性质存在着显著差异（实际是连续显著差异（实际是连续改变）改变）第80页吸湿等温线（吸湿等温线（P21图图1-12）（二）解吸等温线（二）解吸等温线 将高水分食品逐步脱水干燥，在测定了不一样脱水阶段将高水分食品逐步脱水干燥，在测定了不一样脱水阶段AwAw后绘制等温线。后绘制等温线。第81页（三）滞后现象（三）滞后现象（Hysteresis）histri:sis 二者间不重合处称为滞后环或滞后回线（二者间不重合处称为滞后环或滞后回线（Hysteresis loop）。）。Water sorption isotherms for desorption and adsorption different.In desorption,water content at the same ERH is higher than in adsorption.The magnitude of hysteresis depends on:nature of food,physical changes during water removal,temperature,rate of desorption,degree of water removed during desorption.Valuable significance？（解吸时将使食品组织发生改变，当再吸水时就无法紧密结合水分，由此可造成较高水分活度）第82页At any given aw,the water content will be greater during desorption Rates of lipid oxidation or loss of Vit.C during desorption compared to adsorption To stop microbial growth,a products aw must be significantly lower if prepared by desorption than by adsorptionValuable significance？第83页）1-10图图P19分区，分区，MSI（Zones of Moisture 二、二、第84页Water zonesvisinl邻近邻近 第85页区区水性质：水性质：u化合化合水和水和单层单层水水（组成水和邻近水）（组成水和邻近水）u最强烈地吸附最强烈地吸附 u最少流动最少流动 u水水离离子子或或水水偶偶极极相相互互作作用用 u在在-40-40不结冰不结冰 u不能作为溶剂不能作为溶剂 u看作固体一部分看作固体一部分 u占总水量极小部分占总水量极小部分第86页BETBET单层：单层：区区和和接界接界 0.07g H0.07g H2 2O/gO/g干物质干物质 Aw=0.2 Aw=0.2 相当于一个干制品能展相当于一个干制品能展现最高稳定性时含有最现最高稳定性时含有最大水分含量大水分含量第87页区区水性质：水性质：多层水多层水经过氢键与相邻水分子经过氢键与相邻水分子和溶质分子缔合和溶质分子缔合 流动性比体相水稍差流动性比体相水稍差 大部分在大部分在-40-40不结冰不结冰 造成固体基质初步肿胀造成固体基质初步肿胀 区区和区和区水占总水分水占总水分5%5%以下以下 第88页区区水性质：水性质：体相水体相水 被物理截留或自由被物理截留或自由 宏观运动受阻宏观运动受阻 性质与稀盐溶液中水类性质与稀盐溶液中水类似似 占总水分占总水分95%95%以上以上第89页 注意：注意：在在Aw为为0.85时，新增加水对时，新增加水对食品中非水组分开始发生了溶解作食品中非水组分开始发生了溶解作用，并引发了固态组分膨胀。常温用，并引发了固态组分膨胀。常温下可能会发生霉烂变质现象。下可能会发生霉烂变质现象。第90页区区和和接界接界 0.38g H0.38g H2 2O/gO/g干物质干物质 Aw=0.85 Aw=0.85 完全水合所需水分含量，完全水合所需水分含量，即占据全部第一层部位即占据全部第一层部位所需水分含量。所需水分含量。真实单层：真实单层：第91页三、三、MSI意义（补充）意义（补充）浓缩和干燥过程中除去水难易程度与浓缩和干燥过程中除去水难易程度与Aw相关相关测定怎样水分含量可抑制微生物生长测定怎样水分含量可抑制微生物生长预测化学和物理稳定性与水分含量关系预测化学和物理稳定性与水分含量关系配制食品混合物时防止水分在配料间转移配制食品混合物时防止水分在配料间转移 （应该怎样组合食品才能预防水分在组合食品各配料之间转移）合理选择包装材料合理选择包装材料能够看出不一样食品中非水分组分与水结合能力强弱。能够看出不一样食品中非水分组分与水结合能力强弱。第92页第四节第四节 食品冻结保藏食品冻结保藏 （Freezing preservation of foods）一、水结冰过程一、水结冰过程（一）晶核形成过程（一）晶核形成过程 一部分水分子结合成小冰晶核。一部分水分子结合成小冰晶核。（二）冰晶生长过程（二）冰晶生长过程 众多水分子按冰晶体结构要求，次序地结合众多水分子按冰晶体结构要求，次序地结合到晶核上，使之成长为大晶体。到晶核上，使之成长为大晶体。第93页尤其注意尤其注意1、因为无晶核存在，液体水温度降到冰点以、因为无晶核存在，液体水温度降到冰点以下时仍不析出固体下时仍不析出固体过冷过冷（Supercooling）；）；2、在过冷水中加入晶核，则会在晶核周围逐、在过冷水中加入晶核，则会在晶核周围逐步形成大结晶步形成大结晶异相成核异相成核（Heterogeneous nucleation）。）。第94页（三）晶核形成与晶体生长速度曲线（三）晶核形成与晶体生长速度曲线（P12图图1-5）E第95页1、速冻：、速冻：水温下降到水温下降到A后，快速生后，快速生成大量晶核且晶核形成时释放成大量晶核且晶核形成时释放出大量融化潜热出大量融化潜热可及时排出可及时排出，体系温度稳定在体系温度稳定在A点附近而不会点附近而不会回升。当稳定在回升。当稳定在E点后，晶核形点后，晶核形成速度大于晶体生长速度，继成速度大于晶体生长速度，继续冷冻大量晶核生成。续冷冻大量晶核生成。E第96页结果：结果：生成大量细小冰晶，均匀地分布生成大量细小冰晶，均匀地分布在细胞内外，在细胞内外，对组织结构基本无破坏对组织结构基本无破坏作用。食品解冻后可恢复到冻前生鲜作用。食品解冻后可恢复到冻前生鲜状态状态。第97页2、缓冻：、缓冻：温度下降到温度下降到A后，后，也生成大量晶核，但晶核也生成大量晶核，但晶核形成时释放出大量形成时释放出大量融化潜融化潜热不能及时排出热不能及时排出。结果体。结果体系温度会徘徊在系温度会徘徊在FP和和A点点之间。在此区间内，晶核之间。在此区间内，晶核形成停顿，继续冷冻晶核形成停顿，继续冷冻晶核迟缓生长。迟缓生长。E第98页结果：结果：生成体积大冰晶体，分布在细胞间生成体积大冰晶体，分布在细胞间隙。隙。因为水结冰后体积膨胀，对食品材因为水结冰后体积膨胀，对食品材料组织结结构成机械损伤。解冻后食品料组织结结构成机械损伤。解冻后食品不能恢复到冻前状态，组织软化、汁液不能恢复到冻前状态，组织软化、汁液流出、风味减弱。流出、风味减弱。第99页注意：注意：温度波动会改变冰体结构。温度上升温度波动会改变冰体结构。温度上升时，首先融化是细小冰晶；再次冷却时则时，首先融化是细小冰晶；再次冷却时则是大冰晶生长。是大冰晶生长。故温度波动后果是：形成故温度波动后果是：形成较大冰晶。较大冰晶。第100页 二、冻结保藏食品机理二、冻结保藏食品机理 （一）冻结对微生物活动影响（一）冻结对微生物活动影响 1、低温对微生物影响、低温对微生物影响 食品冻结后（食品冻结后（-180C以下）微生物被以下）微生物被抑制，甚至死亡。抑制，甚至死亡。低温抑菌（冻结保藏低温抑菌（冻结保藏食品特征）食品特征）；酵母和霉菌较耐低温；酵母和霉菌较耐低温。第101页2、渗透压改变对微生物影响、渗透压改变对微生物影响 食品冻结后，可被微生物利用水大食品冻结后，可被微生物利用水大量降低，使未结冰溶液浓度急剧增大，量降低，使未结冰溶液浓度急剧增大，渗透压随之增大，对微生物活动产生抑渗透压随之增大，对微生物活动产生抑制作用。制作用。第102页（二）冻结对生化反应影响（二）冻结对生化反应影响1、有益方面：、有益方面：降低了大多数化学反应速度；酶活性降低了大多数化学反应速度；酶活性降低，反应速度减慢。降低，反应速度减慢。2、不利方面：、不利方面：（1）加速一些反应发生）加速一些反应发生（eg.VC、VA、胡萝卜素、蛋白质等氧化、磷脂水解）。（2）冻结后体积膨胀，造成）冻结后体积膨胀，造成E、S及激活剂在细胞及激活剂在细胞内位置改变（错位），引发一些酶促反应发生。内位置改变（错位），引发一些酶促反应发生。第103页低温提升食品化学反应速度原因:1.1.在在冻冻结结情情况况下下，因因为为结结冰冰造造成成自自由由水水含含量量降降低低及及产产生生浓浓缩缩效效应应，使使得得溶溶质质浓浓度度大大大大提提升升，促促进进了了非非水水物物质质之间接触机会，为一些反应创造了适当反应条件；之间接触机会，为一些反应创造了适当反应条件；2.2.浓浓缩缩效效应应同同时时使使酶酶浓浓度度提提升升，酶酶与与激激活活剂剂、底底物物之之间间接触机会大大提升。接触机会大大提升。第104页思索题思索题1、名词解释：、名词解释：Aw、ERH、过冷、异相成、过冷、异相成核、吸湿等温线、解吸等温线、滞后核、吸湿等温线、解吸等温线、滞后环、滞后现象环、滞后现象2、食品中水划分依据、类型及特点、食品中水划分依据、类型及特点3、Aw与食品稳定性关系与食品稳定性关系4、怎样降低、怎样降低Aw？为何？为何Aw降低后可提升食降低后可提升食品稳定性？品稳定性？第105页思索题思索题5、吸湿等温线、吸湿等温线6、水结冰过程及冻结对食品质量影响、水结冰过程及冻结对食品质量影响7、食品冻结保藏机理、食品冻结保藏机理8、怎样利用本章所学知识来选择合理食品包、怎样利用本章所学知识来选择合理食品包装？装？9、水和冰结构区分、水和冰结构区分第106页