02 第二章 水与冰.ppt

第1页：第二章水与冰目录

第二章 水与冰

• 第一节 概述
• 第二节 水与冰的结构
• 第三节 食品中水的存在形式
• 第四节 水分活度与吸着等温线
• 第五节 分子的移动性与食品的稳定性

第2页：水在食品中的作用

第一节 概述 Introduction

一、水在食品中的作用

水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。

某些代表性食品的典型水分含量

第3页：水和冰的物理特性

二、水和冰的物理特性

水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻和干燥过程有重大影响。

第4页：水与溶质相互作用的分类

第二节 水与溶质的相互作用 Water-solute interactions

一、水与溶质相互作用的分类

第5页：离子水合的两种效应

二、水与离子和离子基团的相互作用 Interaction of water with Ionic groups

净结构形成效应（Net structure forming effect）

小离子或多价离子产生强电场，使水具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积。

净结构破坏效应（Net structure breaking effect）

大离子和单价离子产生较弱电场，水的流动性比纯水强。

第6页：水与中性基团的氢键键合

三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities

• 水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱
• 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等
• 可与一些生物大分子构成“水桥”

木瓜蛋白酶中的三分子水桥

第7页：疏水水合与基团缔合

四、水与非极性物质的相互作用 Interaction of water with nonpolar substance

疏水水合作用（hydrophobic hydration）

向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小。H2O＋R → R(水合)

疏水相互作用（hydrophobic interaction）

当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，疏水基团之间进行缔合。R(水合)＋R(水合) → R2(水合)＋H2O

第8页：球状蛋白质的疏水相互作用

球状蛋白质的疏水相互作用

第9页：水分吸着等温线的定义

第三节 水分吸着等温线 Moisture Sorption Isotherms (MSI)

定义 Definition

在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关系曲线。

MSI的实际意义

1. 由于水的转移程度与Aw有关，从MSI图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看出如何组合食品才能避免水分在不同物料间的转移。
2. 据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响。
3. 从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。

第10页：MSI上不同区水分特性

MSI上不同区水分特性

第11页：MSI与温度的关系

MSI与温度的关系

• 水分含量一定，T↑，Aw↑
• Aw一定，T↑，水分含量↓

在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线

第12页：滞后现象的定义

二、滞后现象 Hysteresis

定义

采用回吸（resorption）的方法绘制的MSI和按解吸（desorption）的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象。在一指定的Aw时，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量。

第13页：高糖果胶食品的滞后现象

高糖-高果胶食品：空气干燥苹果

• 总的滞后现象明显
• 滞后出现在真实单层水区域
• Aw＞0.65时，不存在滞后

第14页：高蛋白食品的滞后现象

高蛋白食品：冷冻干燥熟猪肉

• Aw＜0.85开始出现滞后
• 滞后不严重
• 回吸和解吸等温线均保持S形

第15页：淀粉质食品的滞后现象

淀粉质食品：冷冻干燥大米

• 存在大的滞后环
• Aw＝0.70时最严重

第16页：滞后现象产生的原因

2、滞后现象产生的原因

1. 解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分。
2. 不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压（要抽出需P内＞P外，要填满则需P外＞P内）。
3. 解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的Aw。

第17页：水分活度与食品稳定性

第四节 水分活度与食品的稳定性 Water activity and food stability

几类重要的反应速度与Aw的关系：除非酶氧化在Aw＜0.3时有较高反应速度外，其它反应均是Aw愈小反应速度愈小，也就是说Aw愈小有利于食品的稳定性。

第18页：Aw对脂肪氧化酸败的影响

一、对脂肪氧化酸败的影响

Aw＝0-0.33，随Aw↑反应速度↓

水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分解，阻止氧化进行；这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。

Aw＝0.33-0.73，随Aw↑反应速度↑

水中溶解氧增加；大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化；催化剂和氧的流动性增加。

Aw＞0.73，随Aw↑反应速度增加缓慢

催化剂和反应物被稀释。

第19页：Aw对淀粉老化与蛋白质变性的影响

二、对淀粉老化的影响

食品在较高Aw（30％－60％）的情况下，淀粉老化速度最快；如果降低Aw，则老化速度减慢，若含水量降至10％－15%，则食品中水分多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。

三、对蛋白质变性的影响

水分能使蛋白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团，Aw的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。

四、对化学及生物化学反应速度的影响

大多数化学反应在水溶液中进行，Aw愈大，自由水增多，有利于反应进行；许多酶促反应需要水的介入和活化。

第20页：分子移动性与食品稳定性

第五节 分子的移动性与食品的稳定性 Molecular mobility and food stability

• 分子淌度（Mn，Molecular mobility）
• 玻璃态（Glass state）
• 玻璃化温度（Glass transition temperature，Tg）
• 无定形（Amorphous）
• 大分子缠结（Macromolecular entanglement）

本节自学

第21页：思考题：葡萄与鸡肉中的水

思考题 1：葡萄中的汁可以用压榨法挤出来，而鸡肉中的水不能挤出来

• A 这说明葡萄中的水是自由水，而鸡肉中的水是结合水。
• B 这说明葡萄中的水大部分是自由水，而鸡肉中的水大部分是结合水。
• C 从以上事实中可以判断，葡萄中自由水的比例比鸡肉中更高。
• D 从以上事实尚不能判断葡萄和鸡肉中哪一种的自由水比例更高。

第22页：思考题：含脂肪食品的水分状态

思考题 2：要想长时间地储存一种含脂肪的食品，希望其微观水分处于什么状态为好？

• A 高于多分子层吸附水状态
• B 处于多分子层吸附水状态
• C 处于单分子层吸附水状态
• D 低于单分子层吸附水状态