1、會計學1食品食品(shpn)化學水答案化學水答案第一頁，共93頁。2.1 2.1 概述概述(i sh)(i sh)Introduction一、水在生物體中的含量一、水在生物體中的含量(hnling)及作用及作用r 水是生物體含量水是生物體含量(hnling)最高的組分最高的組分r 水母（水母（Medusae) 98%r 營養器官：營養器官： 7090r 繁殖器官：繁殖器官： 1215第2頁/共93頁第二頁，共93頁。第3頁/共93頁第三頁，共93頁。二、水的功能二、水的功能(gngnng)水在食品水在食品(shpn)(shpn)工藝學工藝學方面的功能方面的功能食品理化食品理化(lhu)性質：性

2、質：起著溶解、分散蛋白質、淀起著溶解、分散蛋白質、淀粉等水溶性成分的作用粉等水溶性成分的作用 食品質地方面：食品質地方面：對食品的新鮮度、硬度、對食品的新鮮度、硬度、風味、流動性、色澤、耐風味、流動性、色澤、耐貯性和加工適應性有影響貯性和加工適應性有影響食品安全性：食品安全性：水是微生物繁殖的必需條件水是微生物繁殖的必需條件食品工藝角度：食品工藝角度：水起著膨潤、浸透、均勻化等水起著膨潤、浸透、均勻化等功能；功能；大多數食品加工的大多數食品加工的單元操作單元操作都與水都與水有關，如干燥、有關，如干燥、 濃縮、冷凍、水的濃縮、冷凍、水的固定等固定等第4頁/共93頁第四頁，共93頁。二、水的功能二

3、、水的功能(gngnng)水在食品水在食品(shpn)(shpn)生物學方生物學方面的功能面的功能水是良好水是良好(lingho)的溶劑的溶劑水為必須的生物化學反應提水為必須的生物化學反應提供一個物理環境供一個物理環境水是體內物質運輸的載體水是體內物質運輸的載體水是維持體溫的載溫體水是維持體溫的載溫體水是體內摩擦的潤滑劑水是體內摩擦的潤滑劑第5頁/共93頁第五頁，共93頁。第6頁/共93頁第六頁，共93頁。第7頁/共93頁第七頁，共93頁。水異常水異常(ychng)(ychng)的的物理性質物理性質1、高熔點、高熔點(rngdin)(0), 高沸點高沸點(100); 2、介電常數、介電常數(j

4、i din chn sh)大；大；3、表面張力高；表面張力高；4 4、熱容和相轉變熱焓高；、熱容和相轉變熱焓高；熔化熱、蒸發熱和升華熱熔化熱、蒸發熱和升華熱 5、密度低、密度低(1 g/cm3)，凝固時的異常膨脹率，凝固時的異常膨脹率; 6、粘度正常、粘度正常(1 cPas);第8頁/共93頁第八頁，共93頁。2 Structure of water and ice第9頁/共93頁第九頁，共93頁。1. H-O1. H-O鍵間電荷的非對稱鍵間電荷的非對稱分布使分布使H-OH-O鍵具有極性鍵具有極性, ,這種極性使分子之間產這種極性使分子之間產生引力生引力. .2. 2. 由于由于(yuy)(y

5、uy)每個水每個水分子具有數目相等的氫分子具有數目相等的氫鍵供體和受體鍵供體和受體, ,因此可因此可以在三維空間形成多重以在三維空間形成多重氫鍵氫鍵. .氫鍵供體氫鍵供體氫鍵受體氫鍵受體第10頁/共93頁第十頁，共93頁。（3）水的結構）水的結構(jigu)第11頁/共93頁第十一頁，共93頁。第12頁/共93頁第十二頁，共93頁。六方冰晶形成條件：六方冰晶形成條件： 在最適度的低溫冷卻劑在最適度的低溫冷卻劑中緩慢冷凍中緩慢冷凍; 溶質的性質及濃度溶質的性質及濃度(nngd)均不嚴重干均不嚴重干擾水分子的遷移。擾水分子的遷移。第13頁/共93頁第十三頁，共93頁。第14頁/共93頁第十四頁，共

6、93頁。第15頁/共93頁第十五頁，共93頁。以毛細管力結合以毛細管力結合(jih)的水的水以氫鍵以氫鍵(qn jin)結合力結合的水結合力結合的水第16頁/共93頁第十六頁，共93頁。第17頁/共93頁第十七頁，共93頁。第18頁/共93頁第十八頁，共93頁。第19頁/共93頁第十九頁，共93頁。第20頁/共93頁第二十頁，共93頁。第21頁/共93頁第二十一頁，共93頁。第22頁/共93頁第二十二頁，共93頁。“水橋”。第23頁/共93頁第二十三頁，共93頁。第24頁/共93頁第二十四頁，共93頁。第25頁/共93頁第二十五頁，共93頁。第26頁/共93頁第二十六頁，共93頁。籠形水合物(

7、Clathrate hydrates)是象冰一樣的包含化合物，水為“宿主”，它們靠氫鍵鍵合形成象籠一樣的結構，通過物理方式將非極性物質(wzh)截留在籠內，被截留的物質(wzh)稱為“客體”。一般“宿主”由20-74個水分子組成，較典型的客體有低分子量烴，稀有氣體，鹵代烴等。第27頁/共93頁第二十七頁，共93頁。第28頁/共93頁第二十八頁，共93頁。第29頁/共93頁第二十九頁，共93頁。第30頁/共93頁第三十頁，共93頁。食品的水分含量食品的腐敗性 存在相關性 但發現水分含量相同，腐敗性顯著不同 水分含量不是(b shi)一個腐敗性的可靠指標 水分活度Aw 水與非水成分締合強度上的差別

8、 比水分含量更可靠，也并非完全可靠 與微生物生長和許多降解反應具有相關性 Introduction第31頁/共93頁第三十一頁，共93頁。第32頁/共93頁第三十二頁，共93頁。f 溶劑（水）的逸度溶劑（水）的逸度 f0純溶劑（水）的逸度純溶劑（水）的逸度 逸度：溶劑從溶液逸度：溶劑從溶液(rngy)逃脫的逃脫的趨勢趨勢 0ffAw oppAw oppff0oppAw 嚴格嚴格(yng)差別差別(chbi)1%僅適合理想溶液僅適合理想溶液RVP,相對蒸汽壓相對蒸汽壓第33頁/共93頁第三十三頁，共93頁。水分活度水分活度(water activity)(water activity)是指食品中

9、水的蒸汽壓與該溫度是指食品中水的蒸汽壓與該溫度(wnd)(wnd)下下純水的飽和蒸汽壓的比值純水的飽和蒸汽壓的比值, ,可用下式表示可用下式表示: :oppAw 第34頁/共93頁第三十四頁，共93頁。第35頁/共93頁第三十五頁，共93頁。1000ERHppAwAw與產品與產品(chnpn)環境的百分平衡相對濕度（環境的百分平衡相對濕度（ERH）有關）有關ERH (Equlibrium Relative Humidity)注意注意水分活度的物理意義是表征生物組織和食品中能參與各水分活度的物理意義是表征生物組織和食品中能參與各種生理作用的水分含量與總含水量的定量關系。種生理作用的水分含量與總含

10、水量的定量關系。應用應用aw =ERH/100aw =ERH/100時必須時必須(bx)(bx)注意注意: : aw aw 是樣品的內是樣品的內在品質在品質, ,而而ERHERH是與樣品中的水蒸氣平衡時的大氣性質是與樣品中的水蒸氣平衡時的大氣性質. . 僅當食品其環境達到平衡時才能應用。僅當食品其環境達到平衡時才能應用。第36頁/共93頁第三十六頁，共93頁。第37頁/共93頁第三十七頁，共93頁。水分含量相同水分含量相同(xin(xin tn tn) )，溫，溫度不同，度不同，AwAw不同不同 Clausius-ClapeyronClausius-Clapeyron公式公式RHKTdAwd)

11、/1 (lnT T 絕對溫度絕對溫度 R R 氣體常數氣體常數 H H 純水的汽化潛熱純水的汽化潛熱 K K 達到同樣達到同樣(tngyng)(tngyng)水蒸汽壓時食品溫度比純水溫度高出的比值水蒸汽壓時食品溫度比純水溫度高出的比值第38頁/共93頁第三十八頁，共93頁。lnAw1/T第39頁/共93頁第三十九頁，共93頁。在冰點以下也是線性的在冰點以下也是線性的 溫度溫度(wnd)(wnd)對對AwAw的影響的影響 冰點以下冰點以上，直線出現明顯的折斷冰點以下冰點以上，直線出現明顯的折斷第40頁/共93頁第四十頁，共93頁。冰點冰點(bngdin)以下食以下食品的品的AwPffPff部分部

12、分(b fen)(b fen)凍結食品中水凍結食品中水的分壓的分壓 P0 (scw)P0 (scw)純的過冷水的蒸汽壓純的過冷水的蒸汽壓 P(ice)P(ice)純冰的蒸汽壓純冰的蒸汽壓)(0)(0SCWiceSCWffPPPPAw第41頁/共93頁第四十一頁，共93頁。比較冰點比較冰點(bngdin)(bngdin)以上和冰點以上和冰點(bngdin)(bngdin)以下以下Aw:Aw:在冰點以上，在冰點以上，Aw是樣品組成與溫度的函數，前者是是樣品組成與溫度的函數，前者是主要的因素主要的因素;在冰點以下，在冰點以下，Aw與樣品的組成無關，而僅與溫度有與樣品的組成無關，而僅與溫度有關關(yu

13、gun)，即冰相存在時，即冰相存在時， Aw不受所存在的溶不受所存在的溶質的種類或比例的影響，不能根據質的種類或比例的影響，不能根據Aw 預測受溶質影預測受溶質影響的反應過程；響的反應過程； 不能根據冰點以下溫度不能根據冰點以下溫度Aw預測冰點以上溫度的預測冰點以上溫度的Aw 當溫度改變到形成冰或熔化冰時，就食品穩定性而言當溫度改變到形成冰或熔化冰時，就食品穩定性而言，水分活度的意義也改變了。，水分活度的意義也改變了。oppAw)(0 SCWicePPAw 第42頁/共93頁第四十二頁，共93頁。水分吸附等溫線水分吸附等溫線 (MSI)：在恒定溫度在恒定溫度(wnd)下，使食品吸濕或干燥，所得

14、下，使食品吸濕或干燥，所得到的食品水分含量（每克干物質中水的質量）與到的食品水分含量（每克干物質中水的質量）與Aw的關系曲線。的關系曲線。第43頁/共93頁第四十三頁，共93頁。高水分高水分(shufn)食品的食品的MSIr從正常至干燥的整從正常至干燥的整個水分個水分(shufn)含含量范圍量范圍第44頁/共93頁第四十四頁，共93頁。低水分低水分(shufn)食品的食品的MSIv 加水回吸時，試樣加水回吸時，試樣(sh yn)的組成從的組成從區區（干）移至區（干）移至區（高水分）（高水分） v 各區相關的水的性質各區相關的水的性質存在著顯著的差別（存在著顯著的差別（實際是連續變化的）實際是連

15、續變化的）第45頁/共93頁第四十五頁，共93頁。區區的水的性質的水的性質(xngzh)(xngzh)：構成水和鄰近水構成水和鄰近水最強烈地吸附最強烈地吸附 最不易流動最不易流動 水水- -離子或水離子或水- -偶極相互作用偶極相互作用 在在-40-40不結冰不結冰 不能作為溶劑不能作為溶劑(rngj) (rngj) 看作固體的一部分看作固體的一部分 占總水量極小部分占總水量極小部分第46頁/共93頁第四十六頁，共93頁。單分子層單分子層（相當于（相當于BETBET層）層） 區區和和接界接界 圖中：圖中：0.07g H2O/g0.07g H2O/g干物質干物質，Aw =0.2 Aw =0.2

16、相當于干制品能呈現相當于干制品能呈現(chngxin)(chngxin)最高的穩定最高的穩定性時含有的最大含水量。性時含有的最大含水量。第47頁/共93頁第四十七頁，共93頁。BETBET單層值的意義單層值的意義(yy)(yy)第48頁/共93頁第四十八頁，共93頁。BETBET單層值的計算單層值的計算(j (j sun)sun)（P31)P31)AwcmccmAwmAw1111)1 (Aw：水分活度：水分活度 m:水含量水含量(hnling)(H2Og/g干物質干物質) m1：單分子層值：單分子層值C:常數常數)1 (AwmAw對對AwAw作圖應得到一條直線，稱為作圖應得到一條直線，稱為BE

17、TBET直線直線第49頁/共93頁第四十九頁，共93頁。斜率截距單層值ymBET11088. 07 .106 . 011m（g H2O/g 干物質(wzh)）第50頁/共93頁第五十頁，共93頁。區區的水的性質的水的性質(xngzh)(xngzh)：多層水多層水通過氫鍵與相鄰通過氫鍵與相鄰的水分子和溶的水分子和溶質分子締合質分子締合 流動性比體相水流動性比體相水稍差稍差 大部分在大部分在-40-40不不結冰結冰 導致固體基質的導致固體基質的初步初步(chb)(chb)腫脹腫脹 區區和區和區的水的水占總水分的占總水分的5%5%以下以下 第51頁/共93頁第五十一頁，共93頁。區區和和接界接界 0

18、.38g H2O/ g0.38g H2O/ g干物質干物質 Aw =0.85 Aw =0.85 完全水合完全水合(shuh)(shuh)所需的水分含量。所需的水分含量。真實真實(zhnsh(zhnsh) )單層：單層：第52頁/共93頁第五十二頁，共93頁。區區的水的性質的水的性質(xngzh)(xngzh)：體相水體相水 被物理方式截留被物理方式截留(ji li)(ji li)或自由的或自由的 宏觀運動受阻宏觀運動受阻 與稀鹽溶液中水的性質類似與稀鹽溶液中水的性質類似 占總水分的占總水分的95%95%以上以上第53頁/共93頁第五十三頁，共93頁。第54頁/共93頁第五十四頁，共93頁。小結

19、小結(xioji)(P29(xioji)(P29) )第55頁/共93頁第五十五頁，共93頁。第56頁/共93頁第五十六頁，共93頁。第57頁/共93頁第五十七頁，共93頁。滯后滯后(zh hu)環環一般來說，當一般來說，當AwAw一定時一定時，解吸過程中食品的水，解吸過程中食品的水分分(shufn)(shufn)含量大于含量大于回吸過程中水分回吸過程中水分(shufn)(shufn)含量。含量。 解吸線在上方解吸線在上方 滯后環形狀取決于滯后環形狀取決于 食品品種食品品種 溫度溫度第58頁/共93頁第五十八頁，共93頁。高糖高糖- -高果膠高果膠( (u jio)u jio)食品食品空氣干燥

20、蘋果空氣干燥蘋果 總的滯后現象明顯總的滯后現象明顯 滯后出現在真實滯后出現在真實(zhnsh)(zhnsh)單層水單層水區域區域 AwAw0.650.65時，不存在滯時，不存在滯后后滯后環的形狀滯后環的形狀(xngzhun)(xngzhun)食品品種食品品種 第59頁/共93頁第五十九頁，共93頁。高蛋白食品高蛋白食品(shpn)(shpn)冷凍干燥熟豬肉冷凍干燥熟豬肉 AwAw0.850.85開始開始(kish)(kish)出現出現滯后滯后 滯后不嚴重滯后不嚴重 回吸和解吸等溫線均回吸和解吸等溫線均保持保持S S形形滯后環的形狀滯后環的形狀(xngzhun)(xngzhun)食品品種食品品種

21、 第60頁/共93頁第六十頁，共93頁。淀粉質食品淀粉質食品(shpn)(shpn)冷凍干燥大米冷凍干燥大米 存在大的滯后存在大的滯后(zh (zh hu)hu)環環 Aw=0.70Aw=0.70時最嚴重時最嚴重滯后環的形狀滯后環的形狀(xngzhun)(xngzhun)食品品食品品種種 第61頁/共93頁第六十一頁，共93頁。T T 滯后程度減輕滯后程度減輕 滯后的滯后的AwAw起始點起始點 滯后環在等溫線上的滯后環在等溫線上的跨度跨度(kud) (kud) 純蛋白（純蛋白（BSABSA）滯后現）滯后現象與象與T T無關無關滯后滯后(zh hu)(zh hu)環的形環的形狀狀溫度溫度 第62

22、頁/共93頁第六十二頁，共93頁。第63頁/共93頁第六十三頁，共93頁。滯后滯后(zh hu)現象的現現象的現實意義實意義雞肉和豬肉雞肉和豬肉Aw=0.75Aw=0.750.840.84，解吸時脂肪，解吸時脂肪(zhfng)(zhfng)氧化速度高于回吸；氧化速度高于回吸； AwAw一定，解吸樣品的水分高于回吸；一定，解吸樣品的水分高于回吸； 高水分樣品粘度低，催化劑流動性好，基質的高水分樣品粘度低，催化劑流動性好，基質的腫脹使催化部位暴露；腫脹使催化部位暴露；氧的擴散系數提高；氧的擴散系數提高； 控制微生物生長，解吸方法比回吸方法制備樣控制微生物生長，解吸方法比回吸方法制備樣品時要達到更低

23、的品時要達到更低的AwAw。 第64頁/共93頁第六十四頁，共93頁。第65頁/共93頁第六十五頁，共93頁。第66頁/共93頁第六十六頁，共93頁。第67頁/共93頁第六十七頁，共93頁。- aw 0.86 pathogenic bacteria (S. aureus)第68頁/共93頁第六十八頁，共93頁。除非酶氧化在除非酶氧化在Aw0.3Aw0.3時有較高反應外，其它反應均是時有較高反應外，其它反應均是AwAw愈小反應速度愈小。愈小反應速度愈小。對多數食品對多數食品(shpn)(shpn)而言而言, ,低低AwAw有利于食品有利于食品(shpn)(shpn)的穩定性。的穩定性。首次出現最

24、低反應速度時的水分含量相當于首次出現最低反應速度時的水分含量相當于“BET”“BET”水分含量水分含量 2.6.2 Chemical Stability Aw 第69頁/共93頁第六十九頁，共93頁。酶促反應酶促反應(fnyng)（Enzymatic Changes） Aw Awr 低低Aw(0.25-0.3)Aw(0.25-0.3)，不反應，不反應(fnyng)(fnyng)Several enzymatic changes do not occur at low Aw (0.25-0.3)v diffusional limitationsv low molecular mobility d

25、oes not allow enzyme and substrate rearrangements第70頁/共93頁第七十頁，共93頁。in the material2.6.3 Lipid oxidation Aw 第71頁/共93頁第七十一頁，共93頁。第72頁/共93頁第七十二頁，共93頁。Aw原因原因 : :水與脂類氧化生成的氫過水與脂類氧化生成的氫過氧化物以氫鍵結合氧化物以氫鍵結合, ,保護保護(boh)(boh)氫過氧化物的分氫過氧化物的分解解, ,阻止氧化進行阻止氧化進行水與金屬離子水合水與金屬離子水合, ,降低了降低了催化性催化性第73頁/共93頁第七十三頁，共93頁。Aw原因原

26、因(yunyn) :(yunyn) : 水中溶解氧增加水中溶解氧增加 大分子物質腫脹大分子物質腫脹, ,活性位點活性位點暴露加速脂類氧化暴露加速脂類氧化 催化劑和氧的流動性增加催化劑和氧的流動性增加第74頁/共93頁第七十四頁，共93頁。Aw原因原因 : : 催化劑和反應物被稀釋催化劑和反應物被稀釋(xsh),(xsh), 阻滯氧化阻滯氧化第75頁/共93頁第七十五頁，共93頁。2.6.4 Non-Enzymatic Browning Aw Awv Non-enzymatic browning (Maillard reaction, caramellisation) reactions may

27、 occur in most low and intermediate moisture foodsr 非酶褐變反應可發生在中、低水分含量非酶褐變反應可發生在中、低水分含量(hnling)(hnling)的食品中的食品中第76頁/共93頁第七十六頁，共93頁。AwNon-enzymatic browning is extremely low or does not occur at low Aw(0.2)v slow molecular motionsv production of water in the reaction may enhance browningr 低低Aw(0.2)Aw(

28、0.2)，反應速，反應速度度(fn yng s (fn yng s d)d)極低或不反應極低或不反應第77頁/共93頁第七十七頁，共93頁。Awv The rate of the reaction increases rapidly above a critical water activityv The rate is highest at intermediate Aw(0.6-0.7) v at high water contents, reactants are diluted and the rate of reaction decreasesr 中等中等(zhngdng)至高至高A

29、w，反應速度最高，反應速度最高r 水是一個產物，水含量繼水是一個產物，水含量繼續增加，會稀釋中間產物的濃續增加，會稀釋中間產物的濃度，導致產物抑制作用度，導致產物抑制作用 第78頁/共93頁第七十八頁，共93頁。2.6.5 Protein Denature Aw 原因原因 : : 水分能使蛋白質膨潤水分能使蛋白質膨潤, ,體積增大體積增大, ,暴露出長鏈中可氧化的暴露出長鏈中可氧化的基團基團(j tun),Aw(j tun),Aw的增大會加速蛋白質的氧化的增大會加速蛋白質的氧化, ,破壞蛋破壞蛋白質的結構白質的結構, ,導致其變性。導致其變性。第79頁/共93頁第七十九頁，共93頁。2.6.6

30、 Starch Staling Aw 食品(shpn)在較高Aw(30-60%)的情況下,淀粉老化速度最快;如果降低Aw,則老化速度減慢,若含水量降至于10%-15%,則食品(shpn)中水分多呈結合態,淀粉幾乎不發生老化。第80頁/共93頁第八十頁，共93頁。2.6.7 Flavour Retention Aw vVolatile compounds must diffuse to the surface. Diffusion is dependent on temperature and water content. vVolatile compounds often become enc

31、apsulated in food matrices at low water activitiesvLoss of volatiles, flavours and aroma may result from structural changes and crystallization of component compounds as encapsulated compounds are released.第81頁/共93頁第八十一頁，共93頁。8.8.Changes in Structure and Texture Aw vStructural transformations often

32、occur above a critical water activityvTypical changes in structure include collapse of physical structure, stickiness, caking of powders and loss of crispness. 第82頁/共93頁第八十二頁，共93頁。n第83頁/共93頁第八十三頁，共93頁。第84頁/共93頁第八十四頁，共93頁。第85頁/共93頁第八十五頁，共93頁。第86頁/共93頁第八十六頁，共93頁。本章小結1.水分子的結構特征：A.水是呈四面體的網狀結構B.水分子之間的氫鍵網絡是動態的C.水分子氫鍵鍵合程度(chngd)取決于溫度2.水分子的締合3.冰是由水分子有序排列形成的結晶，有 種晶型，其中 是最穩定的。第87頁/共93頁第八十七頁，共