食品化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

食品化学食品化学Food Chemistry贺贺 江江Tel:15115667084Tel:[phone]E-mail:E-mail:QQ:15881481QQ:15881481第1页第二章第二章 水水Chapter 2 WaterChapter 2 Water第2页内容提要内容提要n2.1 2.1 概述概述n2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质n2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态n2.4 2.4 水分活度水分活度n2.5 2.5 水与食品稳定性水与食品稳定性n2.6 2.6 分子流动性和食品稳定性（自学）分子流动性和食品稳定性（自学）第3页目与要求n（1 1）了解水和非水组分相互作用；）了解水和非水组分相互作用；n（2 2）了解结合水概念；）了解结合水概念；n（3 3）掌握水分活度定义和测定方法；）掌握水分活度定义和测定方法；n（4 4）掌握水分活度与温度关系；）掌握水分活度与温度关系；n（5 5）熟悉食品材料吸湿等温线；）熟悉食品材料吸湿等温线；n（6 6）掌握水分活度与食品稳定性关系。）掌握水分活度与食品稳定性关系。第4页2.1 2.1 概述概述2.1.1 水作用水作用 生命之源生命之源 组成机体组成机体 调整代谢调整代谢 战争之源战争之源“下一场世界大战将下一场世界大战将是对水资源争夺是对水资源争夺”第5页2.1 2.1 概述概述2.1.1 水作用水作用水对人体主要作用水对人体主要作用 水使人体体温保持稳定（热容量大）水使人体体温保持稳定（热容量大）能够作为体内营养素运输、吸收和代谢物运转载体能够作为体内营养素运输、吸收和代谢物运转载体 作为体内化学和生物化学反应反应物或者反应介质作为体内化学和生物化学反应反应物或者反应介质 作为润滑剂，使摩擦面润滑，降低损伤作为润滑剂，使摩擦面润滑，降低损伤 优良增塑剂优良增塑剂 生物大分子聚合物构象稳定剂生物大分子聚合物构象稳定剂 包含酶催化剂在内大分子动力学行为促进剂包含酶催化剂在内大分子动力学行为促进剂第6页2.1 2.1 概述概述2.1.1 水作用水作用 水是食品中非常主要一个成份，也是组成大多数食品主要水是食品中非常主要一个成份，也是组成大多数食品主要组分。组分。水对食品结构、外观、外表、质地、风味、色泽、流动性、水对食品结构、外观、外表、质地、风味、色泽、流动性、新鲜程度和腐败变质敏感性都有着很大影响。新鲜程度和腐败变质敏感性都有着很大影响。各种食品都有显示其品质特征含水量各种食品都有显示其品质特征含水量,假如蔬假如蔬:75%-95%,:75%-95%,肉类肉类:50%-80%,:50%-80%,面面:35%-45%,:35%-45%,谷物谷物:10%-15%:10%-15%。食品中水食品中水第7页表表2-1 一些代表性食品中经典水分含量一些代表性食品中经典水分含量第8页续表续表2-1第9页2.1 2.1 概述概述2.1.1 水作用水作用水在食品中主要作用水在食品中主要作用 水在食品贮藏加工过程中作为化学和生物化学反应介水在食品贮藏加工过程中作为化学和生物化学反应介质，又是水解过程反应物质，又是水解过程反应物 水是微生物生长繁殖主要原因，影响食品货架期水是微生物生长繁殖主要原因，影响食品货架期 水与蛋白质、多糖和脂类经过物理相互作用而影响食水与蛋白质、多糖和脂类经过物理相互作用而影响食品质构，如新鲜度、硬度、流动性等品质构，如新鲜度、硬度、流动性等 水还能发挥膨润、浸湿作用，影响食品加工性水还能发挥膨润、浸湿作用，影响食品加工性第10页2.1 2.1 概述概述2.1.2 水和冰物理性质水和冰物理性质 水与元素周期表中邻近氧一些元素氢化物（水与元素周期表中邻近氧一些元素氢化物（CHCH4 4、NHNH3 3、HFHF、H H2 2S S）相比较，）相比较，除了粘度以外都有显著差异除了粘度以外都有显著差异。熔点、沸点、表面张力、介电常数、热容及相变热（溶熔点、沸点、表面张力、介电常数、热容及相变热（溶解、蒸发、升华）等都显著偏高。解、蒸发、升华）等都显著偏高。水密度偏低，水结冰时体积异常膨大，水导热值大于其水密度偏低，水结冰时体积异常膨大，水导热值大于其它液体，冰导热值略大于非金属固体。它液体，冰导热值略大于非金属固体。水与冰比较：水与冰比较：水密度高于冰；冰导热值、热扩散率等显著大于水。水密度高于冰；冰导热值、热扩散率等显著大于水。第11页表表2-2 水和冰物理常数水和冰物理常数 第12页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质 水异常性质能够推测水分子间存在强烈吸水异常性质能够推测水分子间存在强烈吸引力，以及水和冰含有不寻常结构。引力，以及水和冰含有不寻常结构。第13页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.1 水水 氧原子和氢原子成键时，氧原子和氢原子成键时，氧原子发生氧原子发生spsp3 3杂化杂化，形成，形成4 4个个spsp3 3杂化轨道；杂化轨道；单个水分子为单个水分子为四面体结构四面体结构，氧原子位于中心，氧原子位于中心，4 4个顶点个顶点中有中有2 2个被氢原子占据，其个被氢原子占据，其余余2 2个被氧原子孤对电子所个被氧原子孤对电子所占据；占据；水分子结构特征水分子结构特征第14页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.1 水水 因为该两对孤对电子将对成键因为该两对孤对电子将对成键电子形成挤压作用，所以电子形成挤压作用，所以2 2个个O-HO-H键间夹角为键间夹角为104.5104.5，与经典四，与经典四面体夹角面体夹角1092810928有所差异；有所差异；每个每个O-HO-H键离解能为键离解能为4.614104.614102 2 kJ/molkJ/mol，O-HO-H核间距离为核间距离为0.096 0.096 nmnm，氧和氢范德华半径分别为，氧和氢范德华半径分别为0.14 nm0.14 nm和和0.12 nm0.12 nm。O-HO-H含有极性含有极性，即电荷不对称分，即电荷不对称分布，（氢原子几乎成为一个裸露布，（氢原子几乎成为一个裸露质子而带正电荷）。质子而带正电荷）。水分子结构特征水分子结构特征第15页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.1 水水水分子缔合作用水分子缔合作用 水分子在三维空间形成多重氢键键合每个水分子具有相等数目氢键给体和受体，能够在三维空间形成氢键网络结构。第16页水分子缔合机理水分子缔合机理H-OH-O键间电荷非对称分布使键间电荷非对称分布使H-OH-O键含有极性键含有极性,这这种极性使分子之间产生引力；种极性使分子之间产生引力；因为每个水分子含有因为每个水分子含有数目相等氢键供体和受体数目相等氢键供体和受体,所以能够在三维空间形成多重氢键，（主要机所以能够在三维空间形成多重氢键，（主要机理）理）。第17页水分子三维氢键缔合对水异常物水分子三维氢键缔合对水异常物理性质解释理性质解释大热溶值、高熔点、高沸点、高表面张大热溶值、高熔点、高沸点、高表面张力和高相变热力和高相变热：这些热力学现象都关系：这些热力学现象都关系到打破水分子间氢键，因而所需能量增到打破水分子间氢键，因而所需能量增大。大。高介电常数高介电常数：水氢键缔合产生了庞大水：水氢键缔合产生了庞大水分子簇，产生了多分子偶极子，从而使分子簇，产生了多分子偶极子，从而使水介电常数显著增大；水介电常数显著增大；第18页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.1 水水水结构水结构 纯水是含有一定结构液体，纯水是含有一定结构液体，即使它没有刚性，但它比气即使它没有刚性，但它比气态分子排列有规则得多。态分子排列有规则得多。在液态水中，水分子并不在液态水中，水分子并不是以单个分子形式存在，而是以单个分子形式存在，而是由若干个分子以氢键缔合是由若干个分子以氢键缔合形成水分子簇（形成水分子簇（H H2 2O)O)n n。第19页水结构模型水结构模型混合模型混合模型:混合模型强调了分子间氢键概念混合模型强调了分子间氢键概念,认为分子间氢键短暂地浓集于成簇水分子之认为分子间氢键短暂地浓集于成簇水分子之间间,成簇水分子与其它更密集水分子处于成簇水分子与其它更密集水分子处于动态动态平衡平衡。连续模型连续模型:分子间氢键均匀地分布于整个水样分子间氢键均匀地分布于整个水样,水分子连续网络结组成水分子连续网络结组成动态平衡动态平衡。填隙式模型填隙式模型:水保留在似冰状或笼状结构中水保留在似冰状或笼状结构中,个别水分子填充在笼状结构缝隙中。个别水分子填充在笼状结构缝隙中。第20页水结构特征水结构特征水是呈四面体网状结构。水是呈四面体网状结构。水分子之间氢键网络是水分子之间氢键网络是动态动态。水分子氢键键合程度水分子氢键键合程度取决于温度取决于温度。第21页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.2 冰冰 冰是由水分子有序排列形成结晶，水冰是由水分子有序排列形成结晶，水分子间靠氢键链接在一起，形成非常分子间靠氢键链接在一起，形成非常“疏松疏松”（低密度）刚性结构；（低密度）刚性结构；最邻近水分子最邻近水分子O-OO-O核间距为核间距为0.276 nm0.276 nm，O-O-OO-O-O键角约为键角约为109109十分靠近理想四面十分靠近理想四面体键角；体键角；每个水分子都能缔合另外每个水分子都能缔合另外4 4个水分子，个水分子，形成四面体结构，所以水分子配位数为形成四面体结构，所以水分子配位数为4 4。0下冰晶格单元下冰晶格单元第22页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.2 冰冰 当多个晶格结合在一起时，冰结构中当多个晶格结合在一起时，冰结构中存在水分子两个平面，这两个平面平行存在水分子两个平面，这两个平面平行而且很紧密结合在一起；而且很紧密结合在一起；当冰受到压力当冰受到压力“滑动滑动”或或“流动流动”时，时，它们作为一个单元（整体）滑动，像冰它们作为一个单元（整体）滑动，像冰河中冰在压力下所产生河中冰在压力下所产生“流动流动”；这类成对平面这类成对平面组成冰组成冰“基础平面基础平面”；几个几个“基础平面基础平面”堆积起来便得到冰堆积起来便得到冰扩展结构扩展结构。冰基础平面和扩展结构冰基础平面和扩展结构第23页冰基础平面冰基础平面（a a）沿）沿c c轴方向观察到六方形结构轴方向观察到六方形结构（b b）基础平面立体图）基础平面立体图第24页冰扩展结构冰扩展结构由三个基本平面结合形成扩展结构由三个基本平面结合形成扩展结构第25页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.2 冰冰 冰有冰有1111种结晶类型，普通冰结晶属于六方晶系双六种结晶类型，普通冰结晶属于六方晶系双六方双锥体，且在常压和温度方双锥体，且在常压和温度00时只有时只有六方形冰晶六方形冰晶才才是最稳定形式；是最稳定形式；冰并不完全是由准确排列水分子组成静态体系，实冰并不完全是由准确排列水分子组成静态体系，实际上冰晶中水分子以及由它形成氢键都处于际上冰晶中水分子以及由它形成氢键都处于不停运不停运动状态动状态（水分子振动，氢键瞬间断裂或有重新生成；（水分子振动，氢键瞬间断裂或有重新生成；溶质种类和数量能够影响冰晶数量、大小、结构、溶质种类和数量能够影响冰晶数量、大小、结构、位置和趋向。位置和趋向。冰结构特征冰结构特征第26页在不一样溶质影响下，冰结构主要有在不一样溶质影响下，冰结构主要有4 4种类型种类型 六方形冰晶六方形冰晶 不规则树枝状结晶不规则树枝状结晶 粗糙球状结晶粗糙球状结晶 易消失球状结晶及各种中间体易消失球状结晶及各种中间体 样品在最适低温冷却剂中迟缓冷却，而且溶质性质及浓样品在最适低温冷却剂中迟缓冷却，而且溶质性质及浓度均不严重干扰水分子迁移时，才有可能形成六方形冰度均不严重干扰水分子迁移时，才有可能形成六方形冰结晶；结晶；像明胶这类大而复杂亲水性分子，不但能限制水分子运像明胶这类大而复杂亲水性分子，不但能限制水分子运动，而且妨碍水形成高度有序六方形结晶。动，而且妨碍水形成高度有序六方形结晶。第27页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质2.2.2 冰冰 当温度降低到当温度降低到“过冷状态过冷状态”，开始出现稳定性晶核，开始出现稳定性晶核，或在振动促进下向冰晶转化；或在振动促进下向冰晶转化；水向冰晶转化时放出潜热，促进温度回升到水向冰晶转化时放出潜热，促进温度回升到00。冰形成普通过程冰形成普通过程水冰点为水冰点为0，但，但纯水并不在纯水并不在0时时就冻结。就冻结。开始出现稳定晶核时温度叫开始出现稳定晶核时温度叫“过冷温度过冷温度”；假如外加晶核，则无须到达过冷温度时就能结冰，但假如外加晶核，则无须到达过冷温度时就能结冰，但此时生成冰晶粗大。此时生成冰晶粗大。第28页第29页为何提倡使用速冻工为何提倡使用速冻工艺？艺？当代冻藏工艺提出速冻，因为当代冻藏工艺提出速冻，因为(1)(1)该工艺下形成冰晶该工艺下形成冰晶体颗粒细小（呈针状），在食品组织中分布比较均匀；体颗粒细小（呈针状），在食品组织中分布比较均匀；又又(2)(2)因为小冰晶膨胀力小，对食品组织破坏很小，解冻因为小冰晶膨胀力小，对食品组织破坏很小，解冻融化后水能够重新渗透到食品组织中，使其基本保持原融化后水能够重新渗透到食品组织中，使其基本保持原有风味和营养价值；另外，有风味和营养价值；另外，(3)(3)冻结时间缩短使微生物活冻结时间缩短使微生物活动受到更大限制。动受到更大限制。第30页2.2 2.2 水和冰结构与性质水和冰结构与性质 单个水分子呈四面体结构，水分子中单个水分子呈四面体结构，水分子中O-HO-H含有极含有极性。性。水三维氢键缔合机理，及其对水异常物理常数水三维氢键缔合机理，及其对水异常物理常数进行解释。进行解释。水三维氢键是动态，其配位数与温度相关。水三维氢键是动态，其配位数与温度相关。六方形冰结晶最为稳定。六方形冰结晶最为稳定。冰基础平面和冰形成过程。冰基础平面和冰形成过程。本节关键点本节关键点第31页2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态2.3.1 水与溶质相互作用水与溶质相互作用水与离子和离子基团相互作用水与离子和离子基团相互作用 在水中添加可解离溶质，会在水中添加可解离溶质，会使纯水靠氢键键合形成四面体排使纯水靠氢键键合形成四面体排列正常结构遭到破坏。对于既不列正常结构遭到破坏。对于既不含有氢键受体又没有给体简单无含有氢键受体又没有给体简单无机离子，它们与水相互作用时仅机离子，它们与水相互作用时仅仅是离子仅是离子-偶极极性结合。这种偶极极性结合。这种作用通常被称为作用通常被称为离子水合作用离子水合作用。第32页在稀盐溶液中，不一样离子对水在稀盐溶液中，不一样离子对水结构影响是不一样结构影响是不一样 K K+，RbRb+，CsCs+，NHNH4 4+，ClCl-，BrBr-，I I-，NONO3 3-，BrOBrO3 3-，IOIO3 3-，ClOClO4 4-等，含有等，含有破坏水网状结构效应破坏水网状结构效应,这些离子大多这些离子大多为电场强度较弱负离子和离子半径大正离子；为电场强度较弱负离子和离子半径大正离子；Li Li+，NaNa+，CaCa2+2+，BaBa2+2+，MgMg2+2+，AlAl3+3+，F F-，OHOH-等，等，有利有利于水形成网状结构于水形成网状结构，这些离子大多是电场强度大、离，这些离子大多是电场强度大、离子半径小离子，或多价离子；子半径小离子，或多价离子；从水正常结构来看，全部离子对水结构都起破坏作用，从水正常结构来看，全部离子对水结构都起破坏作用，因为它们能阻止水在因为它们能阻止水在00下结冰。下结冰。第33页2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态2.3.1 水与溶质相互作用水与溶质相互作用水与含有氢键键合能力中性基团相互作用水与含有氢键键合能力中性基团相互作用 食品中蛋白质、淀粉、果胶等成份含有大量含有氢食品中蛋白质、淀粉、果胶等成份含有大量含有氢键键合能力中性基团，键键合能力中性基团，它们可与水分子经过氢键键它们可与水分子经过氢键键合合；水与溶质之间氢键键合比水与离子之间相互作用弱，水与溶质之间氢键键合比水与离子之间相互作用弱，这些氢键作用强度与水分子之间氢键相近；这些氢键作用强度与水分子之间氢键相近；各种有机成份上极性基团不一样，与水形成氢键键各种有机成份上极性基团不一样，与水形成氢键键合作用强弱也有区分。合作用强弱也有区分。第34页不一样基团与水形成氢键强度比较不一样基团与水形成氢键强度比较 蛋白质多肽链中赖氨酸和精氨酸侧链上氨基，天冬氨蛋白质多肽链中赖氨酸和精氨酸侧链上氨基，天冬氨酸和谷氨酸侧链上羧基，肽链两端羧基和氨基，以及酸和谷氨酸侧链上羧基，肽链两端羧基和氨基，以及果胶中未酯化羧基，它们与水形成氢键，键能大，结果胶中未酯化羧基，它们与水形成氢键，键能大，结合牢靠；合牢靠；蛋白质中酰胺基，淀粉、果胶、纤维素等分子中羟基蛋白质中酰胺基，淀粉、果胶、纤维素等分子中羟基与水形成氢键，键能小，结合得不牢靠。与水形成氢键，键能小，结合得不牢靠。第35页含有氢键键合能力溶质对水结含有氢键键合能力溶质对水结构影响构影响 凡能够长生氢键键合溶质都能够凡能够长生氢键键合溶质都能够强化纯水结构强化纯水结构，最少，最少不会破坏这种结构；不会破坏这种结构；但在一些情况下，溶质氢键键合但在一些情况下，溶质氢键键合部位和取向在几何构部位和取向在几何构型上与正常水不一样型上与正常水不一样，所以这些溶质通常对水正常结构，所以这些溶质通常对水正常结构也会产生破坏；也会产生破坏；能够预测，大多数能形成氢键溶质能够预测，大多数能形成氢键溶质会妨碍水结冰会妨碍水结冰；当体系中加入一个含有形成氢键能力溶质时，每摩尔当体系中加入一个含有形成氢键能力溶质时，每摩尔溶液中氢键总数不会显著改变。溶液中氢键总数不会显著改变。第36页水桥水桥 在生物大分子在生物大分子2 2个部个部位或位或2 2个大分子之间可形个大分子之间可形成由几个水分子所组成成由几个水分子所组成“水桥水桥”。木瓜蛋白酶中三分子水桥木瓜蛋白酶中三分子水桥第37页2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态2.3.1 水与溶质相互作用水与溶质相互作用水与非极性物质相互作用水与非极性物质相互作用（1 1）把疏水性物质加入到水中，疏水基团对水分子）把疏水性物质加入到水中，疏水基团对水分子产生斥力，从而使疏水基团附近水分子之间氢键键产生斥力，从而使疏水基团附近水分子之间氢键键合增强合增强,结构更为有序（熵降低），这一在热力学上结构更为有序（熵降低），这一在热力学上不利过程，称为不利过程，称为“疏水水合疏水水合”；第38页2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态2.3.1 水与溶质相互作用水与溶质相互作用水与非极性物质相互作用水与非极性物质相互作用（2 2）水对于非极性物质产生结构形成响应，其中有）水对于非极性物质产生结构形成响应，其中有2 2个主要结果：个主要结果：笼形水合物形成；笼形水合物形成；蛋白质中疏水相互作用蛋白质中疏水相互作用。第39页笼形水合物笼形水合物 笼形水合物是象冰一样包含化合物，笼形水合物是象冰一样包含化合物，其中水为其中水为“主体主体”物质，它们靠氢键键物质，它们靠氢键键合形成像笼状结构，并经过物理方式将合形成像笼状结构，并经过物理方式将非极性物质截留在笼内，被截留物质称非极性物质截留在笼内，被截留物质称为为“客体客体”；普通普通“主体主体”由由20-7420-74个水分子组成，个水分子组成，“客体客体”是低分子量化合物，较经典有是低分子量化合物，较经典有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等；低分子量烃，稀有气体，卤代烃等；“主体主体”水分子与水分子与“客体客体”分子之间分子之间相互作用普通是弱范德华力，但在有些相互作用普通是弱范德华力，但在有些情况下为静电相互作用。情况下为静电相互作用。第40页疏水相互作用疏水相互作用 当水与非极性基团接触时，为降低水与非极性实体界面当水与非极性基团接触时，为降低水与非极性实体界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用称为面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作疏水相互作用用；这是一个热力学上有利过程，是疏水水合部分逆转；这是一个热力学上有利过程，是疏水水合部分逆转；疏水相互作用疏水相互作用是维持蛋白质三级结构主要原因是维持蛋白质三级结构主要原因。第41页水与溶质相互作用总结水与溶质相互作用总结第42页2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态2.3.2 食品中水存在形式食品中水存在形式 如上所述，食品中水分子将与非水物质发生相互作如上所述，食品中水分子将与非水物质发生相互作用，依据其相互作用性质和程度可将食品中水进行以下用，依据其相互作用性质和程度可将食品中水进行以下分类：分类：第43页结合水结合水 结合水（结合水（bound waterbound water）又称为束缚水或固定水）又称为束缚水或固定水(immobilized water)(immobilized water)；通常是指存在于溶质或其它非水组分附近、与溶质分子通常是指存在于溶质或其它非水组分附近、与溶质分子之间经过化学键力结合那部分水；之间经过化学键力结合那部分水；含有与同一体系中体相水显著不一样性质，如展现含有与同一体系中体相水显著不一样性质，如展现低流低流动性、在动性、在-40-40下不结冰、不能作为所加入溶质溶剂等下不结冰、不能作为所加入溶质溶剂等；依据结合水被结合牢靠程度不一样，又可分为依据结合水被结合牢靠程度不一样，又可分为化合水化合水(compound water)(compound water)、邻近水邻近水（vicinal watervicinal water）和）和多层水多层水(multilayer water)(multilayer water)三种类型。三种类型。第44页化合水化合水:或称组成水，是指与非水物质结合最牢或称组成水，是指与非水物质结合最牢靠、组成非水物质组成那部分水，如化学水合靠、组成非水物质组成那部分水，如化学水合物中水。物中水。化合水性质：化合水性质：在在-40-40下不结冰；下不结冰；无溶解溶质能力；无溶解溶质能力；与纯水比较分子平均运动为与纯水比较分子平均运动为0 0；不能被微生物利用。不能被微生物利用。结合水结合水第45页邻近水邻近水:是指在非水组分中亲水性基团周围结合是指在非水组分中亲水性基团周围结合第一层水，与离子或离子基团缔合水是结合最紧第一层水，与离子或离子基团缔合水是结合最紧密邻近水。密邻近水。主要结协力是水主要结协力是水-离子和水离子和水-偶极缔合偶极缔合作用，其次是水和溶质之间氢键作用，其次是水和溶质之间氢键。邻近水性质：邻近水性质：在在-40-40下不结冰；下不结冰；无溶解溶质能力；无溶解溶质能力；与纯水比较分子平均运动大大降低；与纯水比较分子平均运动大大降低；不能被微生物利用；不能被微生物利用；很稳定，不易引发食品腐败、变质。很稳定，不易引发食品腐败、变质。结合水结合水第46页多层水多层水:是指位于以上所说第一层剩下位置水和是指位于以上所说第一层剩下位置水和邻近水形成几个水层，其形成邻近水形成几个水层，其形成主要靠水主要靠水-水和水水和水-溶质间氢键而形成溶质间氢键而形成。多层水性质：多层水性质：大多数多层水在大多数多层水在-40-40下不结冰，其下不结冰，其余可结冰，但冰点大大降低；余可结冰，但冰点大大降低；有一定溶解溶质能力；有一定溶解溶质能力；与纯水比较分子平均运动大大降低；与纯水比较分子平均运动大大降低；不能被微生物利用。不能被微生物利用。结合水结合水第47页体相水体相水 体相水（体相水（bulk waterbulk water）又称为）又称为自由水自由水（free water)free water)；是指食品中除了结合水以外那部分水；是指食品中除了结合水以外那部分水；能结冰，但冰点有所下降；能结冰，但冰点有所下降；溶解溶质能力强，干燥时易被除去与纯水分子平均运溶解溶质能力强，干燥时易被除去与纯水分子平均运动靠近；动靠近；很适于微生物生长和大多数化学反应，易引发食品腐很适于微生物生长和大多数化学反应，易引发食品腐败变质，但也与食品风味及功效性紧密相关；败变质，但也与食品风味及功效性紧密相关；第48页体相水体相水 滞化水滞化水（或不流动水）是指被组织中显微和亚显微结（或不流动水）是指被组织中显微和亚显微结构及膜所阻留住水，食品中通常有凝胶或有细胞结构时构及膜所阻留住水，食品中通常有凝胶或有细胞结构时就可能有滞化水；就可能有滞化水；毛细管水毛细管水是指在生物组织细胞间隙和食品结构组织中，是指在生物组织细胞间隙和食品结构组织中，由毛细管力所截留水，在生物组织中又称为细胞间水，由毛细管力所截留水，在生物组织中又称为细胞间水，其物理和化学性质与滞化水相同；其物理和化学性质与滞化水相同；自由流动水自由流动水是指动物血浆、淋巴和尿液，植物导管和是指动物血浆、淋巴和尿液，植物导管和细胞内液泡中水以及食品中肉眼可见水。细胞内液泡中水以及食品中肉眼可见水。体相水又可分为：滞化水（体相水又可分为：滞化水（entrapped waterentrapped water）、）、毛细管水（毛细管水（capillary watercapillary water）和自由流动水（）和自由流动水（free free flow waterflow water）三种类型。）三种类型。第49页结合水和体相水性质比较结合水和体相水性质比较项 目结 合 水 体 相 水n普通描述n存在于溶质或其它非水组分附近那部分水，包含化合水和邻近水以及几乎全部多层水。位置上远离非水组分，以水-水氢键存在冰点（与纯水比较）冰点大大降低，甚至在-40下不结冰能结冰，冰点略微降低溶剂能力无大平均分子水平运动大大降低，甚至无n改变很小蒸发焓（与纯水相比）增大n基本无改变在高水分食品中占总水分含量%0.033约96%第50页2.3 2.3 食品中水存在状态食品中水存在状态 水与溶质相互作用包含：离子水与溶质相互作用包含：离子-偶极极性结合偶极极性结合（与游离离子或带电基团）、偶极（与游离离子或带电基团）、偶极-偶极（即水偶极（即水与溶质之间相互形成氢键）、疏水水合和疏水相与溶质之间相互形成氢键）、疏水水合和疏水相互作用。互作用。食品中水存在形式包含：体相水和结合水，分食品中水存在形式包含：体相水和结合水，分别含有不一样性质。别含有不一样性质。本节关键点本节关键点第51页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.1 水份活度及其测定水份活度及其测定水分活度概念提出水分活度概念提出 食品水分含量与食品腐败变质之间存在着一定关系，食品水分含量与食品腐败变质之间存在着一定关系，但不一样种类食品，即使水分含量相同，其腐败变质难易但不一样种类食品，即使水分含量相同，其腐败变质难易程度也存在显著差异；程度也存在显著差异；食品中水与其非水分组分结合强度是不一样，处于不一食品中水与其非水分组分结合强度是不一样，处于不一样存在状态，强烈结合那一部分水是不能有效地被微生物样存在状态，强烈结合那一部分水是不能有效地被微生物和生物化学所利用；和生物化学所利用；将水分含量作为判断食品稳定性指标不是很恰当。将水分含量作为判断食品稳定性指标不是很恰当。水分活度水分活度能反应水与各种非水成份缔合强度，比水分含能反应水与各种非水成份缔合强度，比水分含量能更可靠地预示食品稳定性、安全和其它性质。量能更可靠地预示食品稳定性、安全和其它性质。第52页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.1 水份活度及其测定水份活度及其测定水分活度定义水分活度定义 水分活度（水分活度（water activity,Awater activity,Aw w）是指食品中水蒸汽）是指食品中水蒸汽压与同温度下纯水饱和蒸汽压比值。压与同温度下纯水饱和蒸汽压比值。Aw=Aw=p p/p p0 0=ERH/100=N=n=ERH/100=N=n1 1/(n/(n1 1+n+n2 2)AwAw：水分活度：水分活度p p：食品在密闭容器中到达平衡时水蒸气分压：食品在密闭容器中到达平衡时水蒸气分压p p0 0：在相同温度下纯水饱和蒸气压：在相同温度下纯水饱和蒸气压ERHERH：样品周围空气平衡相对湿度：样品周围空气平衡相对湿度N N：溶剂摩尔分数：溶剂摩尔分数n n1 1：溶剂摩尔数；：溶剂摩尔数；n n2 2：溶质摩尔数：溶质摩尔数第53页注意：注意：水分活度物理意义是表征生物组织和食品中能参加水分活度物理意义是表征生物组织和食品中能参加各种生理作用水分含量与总含水量定量关系。应用各种生理作用水分含量与总含水量定量关系。应用Aw=ERH/100Aw=ERH/100时必须注意：时必须注意：AwAw是样品内在品质，而是样品内在品质，而ERHERH是是与样品相平衡时大气性质，它们只是在数值上相等。与样品相平衡时大气性质，它们只是在数值上相等。只有当溶质是非电解质且浓度小于只有当溶质是非电解质且浓度小于1 mol/L1 mol/L稀溶液时，稀溶液时，其水分活度才能够按其水分活度才能够按Aw=nAw=n1 1/(n/(n1 1+n+n2 2)计算。计算。第54页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.1 水份活度及其测定水份活度及其测定水分活度测定水分活度测定冰点测定法冰点测定法 先测样品冰点降低和含水量，先测样品冰点降低和含水量，据下两式计算据下两式计算Aw，其误差很小，其误差很小（0.001 Aw/）。）。Aw=n1/(n1+n2)n2=GTf/(1000Kf)G：样品中溶剂重量：样品中溶剂重量(g)；Tf：冰点降低冰点降低()；Kf：水摩尔冰点：水摩尔冰点降低常数降低常数(1.86)。相对湿度传感器测定法相对湿度传感器测定法 在恒定温度下，把已知水分含在恒定温度下，把已知水分含量样品放在一个小密闭室内，使其量样品放在一个小密闭室内，使其到达平衡，然后使用任何一个电子到达平衡，然后使用任何一个电子技术或湿度技术测量样品和环境大技术或湿度技术测量样品和环境大气平衡平衡相对湿度气平衡平衡相对湿度(ERH)，即可，即可得到得到Aw。Aw=ERH/100第55页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.1 水份活度及其测定水份活度及其测定水分活度测定水分活度测定恒定相对湿度平衡室法恒定相对湿度平衡室法 在恒定温度下，把样品放在一个小密闭室内，使用适当饱和盐溶液，在恒定温度下，把样品放在一个小密闭室内，使用适当饱和盐溶液，使密闭室内样品环境空气保持在恒定相对湿度下，让样品到达平衡，然后使密闭室内样品环境空气保持在恒定相对湿度下，让样品到达平衡，然后测定样品水分含量。测定样品水分含量。通常温度恒定在通常温度恒定在25，扩散时间为，扩散时间为20min，样品量为，样品量为1g，而且是在，而且是在一个水分活度较低（一个水分活度较低（A）和另一个水分活度较高）和另一个水分活度较高(B)饱和盐溶液下分别测饱和盐溶液下分别测定样品吸收定样品吸收(x)或散失水分或散失水分(y)重量，然后安下式计算：重量，然后安下式计算：Aw=(Ax+By)/(x+y)第56页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.1 水份活度及其测定水份活度及其测定水分活度测定水分活度测定水分活度仪测定法水分活度仪测定法 第57页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.1 水份活度及其测定水份活度及其测定对水分活度几个通俗了解对水分活度几个通俗了解 水分活度是指样品中水分被微生物利用或参加各种生水分活度是指样品中水分被微生物利用或参加各种生物化学反应难易程度。物化学反应难易程度。水分活度是指样品中水分与非水组分结合紧密程度。水分活度是指样品中水分与非水组分结合紧密程度。水分活度是指水分从样品中水分活度是指水分从样品中“逃离逃离”趋势大小。趋势大小。第58页2.4 2.4 水分活度水分活度2.4.2 水份活度与温度关系水份活度与温度关系 测定样品水分活度时，必须标明温度，因为测定样品水分活度时，必须标明温度，因为AwAw值随温值随温度而改变。经修改克劳修斯度而改变。经修改克劳修斯-科拉伯龙（科拉伯龙（Clausius-Clausius-ClapeyronClapeyron）方程，准确地表示了）方程，准确地表示了AwAw对温度相依性。对温度相依性。d(lnAw)/d(1/T)=-H/R 或 lnAw=-k H/R(1/T)式中：式中：T为绝对温度；为绝对温度；R为气体常熟；为气体常熟；H为在食品某一水分含量下等量为在食品某一水分含量下等量净吸着热；净吸着热；k为样品中非水物质本质和其浓度函数，也是温度函数，为样品中非水物质本质和其浓度函数，也是温度函数，但在样但在样品一定和温度改变范围较窄情况下，其可看为常数品一定和温度改变范围较窄情况下，其可看为常数。由该公式可见，以。由该公式可见，以lnAw对对1/T作图（当水分含量一定时），可得一条直线。作图（当水分含量一定时），可得一条直线。第59页马铃薯淀粉水分活度与温度马铃薯淀粉水分活度与温度关系关系 从图中能够看出：从图中能够看出：在含水量一定情况下，在含水量一定情况下，水分活度对数与绝对温水分活度对数与绝对温度倒数呈良好线性关系，度倒数呈良好线性关系，而且水分活度对温度相而且水分活度对温度相依性是含水量函数。依性是含水量函数。第60页温度系数温度系数 温度系数：指温度每改变一个单位时对应水分活度改变温度系数：指温度每改变一个单位时对应水分活度改变数值；数值；初始水分活度为初始水分活度为0.5时，在时，在240温度范围内，温度系温度范围内，温度系数是数是0.0034-1；研究结果表明，高碳水化合物食品或高蛋白质食品研究结果表明，高碳水化合物食品或高蛋白质食品Aw温度系数温度系数(温度范围温度范围550，起始，起始Aw为为0.5)范围为范围为0.0030.02-1；普通说来，对于不一样产品，温度每改变普通说来，对于不一样产品，温度每改变10，其，其Aw改变改变0.030.2；所以，温度改变对水分活度影响能改变密封在袋内或罐所以，温度改变对水分活度影响能改变密封在袋内或罐内食品稳定性。内食品稳定性。第61页冰点以下水份活度与温度关系冰点以下水份活度与温度关系 在较大温度范围在较大温度范围lnAw 1/T图，并非一直是一条图，并非一直是一条直线；直线；当冰开始形成时，直线当冰开始形成时，直线将在结冰温度时出现显著将在结冰温度时出现显著折点；折点；在冰点以下在冰点以下lnAw随随1/T改改变率显著变大，而且变率显著变大，而且不再不再受食品中非水组分影响受食品中非水组分影响。第62页冰点以下水份活度计算冰点以下水份活度计算pff：未完全冷冻食品中水蒸汽分压；未完全冷冻食品中水蒸汽分压；p0(scw)：纯过冷水蒸汽压纯过冷水蒸汽压pice：纯冰蒸汽压。纯冰蒸汽压。基于冷冻食品中水分压等于相同温度下冰蒸汽压。因为基于冷冻食品中水分压等于相同温度下冰蒸汽压。因为过冷水蒸汽压已能测到过冷水蒸汽压已能测到-15，而冰蒸汽压可测到更低温度，而冰蒸汽压可测到更低温度，所以，准确地计算冷冻食品所以，准确地计算冷冻食品Aw值是可能。值是可能。Aw=pff/p0(scw)=pice/p0(scw)第63页 在冰点以上时，在冰点以上时，Aw随样品组分和温度改变而改变，随样品组分和温度改变而改变，且前者是主要原因，在冰点以下，且前者是主要原因，在冰点以下，Aw与样品组分无关，与样品组分无关，只取决于温度。只取决于温度。在冰点以上和以下温度时，在冰点以上和以下温度时，Aw对食品稳定性影响是对食品稳定性影响是不一样。在不一样。在-15产品中产品中(Aw为为0.86)，微生物不再生长，微生物不再生长，而且化学反应迟缓进行；不过在而且化学反应迟缓进行；不过在20与与Aw 为为0.86时，时，一些化学反应将快速进行，一些微生物将以中等速度生一些化学反应将快速进行，一些微生物将以中等速度生长。长。不能依据冰点以下温度不能依据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度预测冰点以上温度Aw。高于和低于冰