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1、第一章第一章 水分和矿物质水分和矿物质n掌握：掌握：n【学习目标学习目标】、【习题习题】第一节第一节 水分与水分活度水分与水分活度n含水量、水的存在形式，直接影响食含水量、水的存在形式，直接影响食品的品质和加工、储藏性能。品的品质和加工、储藏性能。一一.水在生物体内的含量与作水在生物体内的含量与作用用1.水在生物体内的含量（表水在生物体内的含量（表1-1）食品食品黄瓜黄瓜猪肉猪肉大米大米奶粉奶粉水分含量水分含量9643601242.水的生理作用水的生理作用二二.食品中水分状态与分类食品中水分状态与分类（1）游离态）游离态（3）凝胶态）凝胶态（4）表面吸附态）表面吸附态（2）水合态）水合态自由水
2、自由水结合水结合水1.食品中水分状态食品中水分状态2.食品中水分的分类食品中水分的分类（i）与离子或离子基团结合的水）与离子或离子基团结合的水（ii）与）与强极性基团强极性基团结合的水结合的水（iii）与）与弱极性基团弱极性基团结合的水结合的水单分子单分子层结合水层结合水多分子多分子层结合水层结合水（iv）单分子层结合水以外的几层水）单分子层结合水以外的几层水n（2）结合水（束缚水）结合水（束缚水）n指通过氢键与食品中有机、无机成分结合指通过氢键与食品中有机、无机成分结合的水。的水。结合力结合力水分子水分子之间的氢键之间的氢键（i）与离子或离子基团结合的水）与离子或离子基团结合的水（ii）与）
3、与强极性基团强极性基团结合的水结合的水单分子单分子层结合水层结合水（iii）与）与弱极性基团弱极性基团结合的水结合的水（iv）单分子层结合水以外的几层水）单分子层结合水以外的几层水多分子多分子层结合水层结合水结合力结合力水分子水分子之间的氢键之间的氢键（i）与离子或离子基团结合的水）与离子或离子基团结合的水n1.1.离子带有完整的电荷，因此它们和水分子离子带有完整的电荷，因此它们和水分子之间的作用比水分子之间的作用还要强。之间的作用比水分子之间的作用还要强。n如如NaNa+与水分子之间的结合能力大约是水分与水分子之间的结合能力大约是水分子间氢键连接力的子间氢键连接力的4 4倍。倍。仍属分子间作
4、用力仍属分子间作用力（氢键）（氢键）结合力结合力水分子水分子之间的氢键；之间的氢键；强极性基团强极性基团（如：氨（如：氨基、羧基）基、羧基）与水有较与水有较强的结合，强的结合，（ii）与强极性基团结合的水）与强极性基团结合的水容易电离成离子的基团，容易电离成离子的基团，如如：氨基、羧基：氨基、羧基（iii）与弱极性基团结合的水）与弱极性基团结合的水弱极性基团弱极性基团（如：羟基、（如：羟基、酰胺基）酰胺基）与水之间的结与水之间的结合较弱合较弱结合力结合力水分子水分子之间的氢键；之间的氢键；不不容易电离成离子的基容易电离成离子的基团，团，如：羟基、酰胺基如：羟基、酰胺基单分子层结合水单分子层结合
5、水非水组织通过以上基团结合形成的第一层水，非水组织通过以上基团结合形成的第一层水，叫单分子层结合水。叫单分子层结合水。特点：特点：氢键键能大，结合牢固，蒸发能力弱。氢键键能大，结合牢固，蒸发能力弱。（i）与离子或离子基团结合的水）与离子或离子基团结合的水（ii）与）与强极性基团强极性基团结合的水结合的水单分子单分子层结合水层结合水结合力结合力水分子水分子之间的氢键之间的氢键多分子层结合水多分子层结合水特点：特点：结合力与水分子之间的作用力相当，结合力与水分子之间的作用力相当，但水分子的流动性较低，可被蒸发，蒸发时仍但水分子的流动性较低，可被蒸发，蒸发时仍然需要较多的热量。然需要较多的热量。（i
6、ii）与）与弱极性基团弱极性基团结合的水结合的水（iv）单分子层结合水以外的几层水）单分子层结合水以外的几层水多分子多分子层结合水层结合水结合力结合力水分子水分子之间的氢键之间的氢键结合水是维持酶结构、食品正常结构结合水是维持酶结构、食品正常结构的重要因素。的重要因素。单分子层结合水单分子层结合水多分子层结合水多分子层结合水结合水的特点：结合水的特点：n（i）-40以上不能结冰。以上不能结冰。n（ii）不能作溶剂，不能被微生物所利用。不能作溶剂，不能被微生物所利用。植物种子、微生物孢子：植物种子、微生物孢子：不易结冰，冷冻条件下仍保持活性。不易结冰，冷冻条件下仍保持活性。0C-40C（1）自由
7、水（游离水）自由水（游离水）游离态的水游离态的水凝胶态的水凝胶态的水表面吸附态的水表面吸附态的水自由水自由水 自由水的组成自由水的组成 n（i）在）在4040以上可以结冰；以上可以结冰；n（ii）在食品内可以作为溶剂；）在食品内可以作为溶剂；n（iii）可以以液体形式移动，在气候干）可以以液体形式移动，在气候干燥时也可以以蒸汽形式逸出，使食品中含燥时也可以以蒸汽形式逸出，使食品中含水量降低；水量降低；n（iv）微生物可以利用自由水繁殖，各种）微生物可以利用自由水繁殖，各种化学反应也可以在其中进行。化学反应也可以在其中进行。自由水的特点：自由水的特点：具有全部水的性质具有全部水的性质三三.水分活
8、度水分活度n食品防腐：降低水分活度食品防腐：降低水分活度（1）减少自由水：）减少自由水：浓缩、干燥浓缩、干燥（2）增加结合水：）增加结合水：加盐、加糖等加盐、加糖等葡萄干、淹菜等不容易变质葡萄干、淹菜等不容易变质（一）水分活度的概念（一）水分活度的概念n1.水分活度：水分活度：食品的水蒸汽分压食品的水蒸汽分压p与同一与同一温度下纯水的饱和蒸汽压温度下纯水的饱和蒸汽压p0之比。之比。Aw:水分活度；水分活度；p:一定温度下食品中一定温度下食品中水蒸气分压水蒸气分压p0:同温度下纯水的同温度下纯水的饱和蒸汽分压饱和蒸汽分压 附：附：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降（a）水）水（b）蔗糖溶液）蔗糖溶
9、液原因：原因：溶质占据了一溶质占据了一部分水的表面积部分水的表面积结合水结合水自由水自由水 溶质束缚住了溶质束缚住了一部分水分子一部分水分子p0p蔗糖分子蔗糖分子水分子水分子结合水结合水自由水自由水溶液中溶质浓度越高，其蒸汽压下降越多。溶液中溶质浓度越高，其蒸汽压下降越多。全部水全部水基本靠自由基本靠自由水蒸发形成水蒸发形成蒸汽压蒸汽压附：附：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降（a）水）水（b）蔗糖溶液）蔗糖溶液原因：原因：溶质占据了一溶质占据了一部分水的表面积部分水的表面积结合水结合水自由水自由水 溶质束缚住了溶质束缚住了一部分水分子一部分水分子p0p难挥发难挥发基本靠自由水蒸发基本靠自由水蒸
10、发形成蒸汽压形成蒸汽压3.水分活度也可用平衡相对湿度水分活度也可用平衡相对湿度（ERH）来表示：）来表示：用仪表等测得食品用仪表等测得食品密闭空间的平衡相密闭空间的平衡相对湿度（对湿度（ERHERH）（a）水）水（b）食品）食品p0pn相同温度下的相同温度下的蒸汽压之比蒸汽压之比3.水分活度也可用平衡相对湿度水分活度也可用平衡相对湿度（ERH）来表示：）来表示：用仪表等测得食品用仪表等测得食品密闭空间的平衡相密闭空间的平衡相对湿度（对湿度（ERHERH）（a）水）水（b）食品）食品p0pn纯水纯水Aw1，溶液溶液Aw1。结合水结合水，Aw4.水分活度的大小：水分活度的大小：n纯水纯水Aw1，溶
11、液，溶液Aw1。结合水结合水，Aw用仪表等测得食品用仪表等测得食品密闭空间的平衡相密闭空间的平衡相对湿度（对湿度（ERHERH）（二）水分活度与食品含水量的关系（二）水分活度与食品含水量的关系0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0246810水水分分含含量量（gH2O/g干干物物质质）水分活度水分活度Aw0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.10.20.30.40.51.吸湿等温线吸湿等温线1.吸湿等温线吸湿等温线 图图1-4Aw水分含量水分含量相当于形成相当于形成“单分子层单分子层”所所需的近似水量需的近似水量相当于形成相当于形成“多多分子层分子层”所需的所需的近似水量，增塑，近
12、似水量，增塑，溶解过程的开始溶解过程的开始自由水自由水（体相水）（体相水）1.吸湿等温线吸湿等温线Aw水分含量水分含量2.解吸（放湿）曲线解吸（放湿）曲线图图1-2回吸（吸湿）回吸（吸湿）解吸解吸（放湿）（放湿）Aw水分含量水分含量2.解吸（放湿）曲线解吸（放湿）曲线图图1-20.7达到同样的水达到同样的水分活度，解吸分活度，解吸过程比回吸过过程比回吸过程需要更高的程需要更高的水分含量。水分含量。回吸回吸（吸湿）（吸湿）解吸解吸（放湿）（放湿）0.160.21（二）水分活度与食品含水量的关系（二）水分活度与食品含水量的关系0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0246810水水分分含含量量（
13、gH2O/g干干物物质质）水分活度水分活度Aw0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.10.20.30.40.51.吸湿等温线吸湿等温线奶粉吸水后，奶粉吸水后，A Aw w明显增加，明显增加，容易变质。容易变质。（三）（三）水分活度与食品的稳定性水分活度与食品的稳定性 n1.水分活度对微生物生长繁殖的影响水分活度对微生物生长繁殖的影响（表（表1-21-2）Aw范围范围 在此范围内的最低在此范围内的最低Aw值一般值一般能抑制的微生物能抑制的微生物 食品食品1.000.95 假单孢菌、产气夹膜杆菌等假单孢菌、产气夹膜杆菌等 新鲜果蔬、肉、牛奶新鲜果蔬、肉、牛奶等等 0.870.80 大多数霉
14、菌、金黄色葡萄球大多数霉菌、金黄色葡萄球菌菌大多数果汁浓缩物、大多数果汁浓缩物、面粉、大米面粉、大米0.50微生物不繁殖微生物不繁殖含水分约含水分约12的酱的酱Aw0.91Aw0.91时，细菌容易生长；时，细菌容易生长；0.910.91AwAw0.800.80，霉菌容易生长；，霉菌容易生长；Aw0.80Aw0.80时大多数霉菌不生长。时大多数霉菌不生长。Aw范围范围 在此范围内的最低在此范围内的最低Aw值值一般能抑制的微生物一般能抑制的微生物 食品食品1.000.95 假单孢菌、产气夹膜杆假单孢菌、产气夹膜杆菌等菌等 新鲜果蔬、肉、牛新鲜果蔬、肉、牛奶等奶等 0.870.80 大多数霉菌、金黄色葡大多数霉菌、金黄色葡萄球菌萄球菌大多数果汁浓缩物、大多数果汁浓缩物、面粉、大米面粉、大米0.50微生物不繁殖微生物不繁殖含水分约含水分约12的酱的酱2.水分活度与生化反应的关系水分活度与生化反应的关系3.水分活度与食品质构的关系水分活度与食品质构的关系n水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大影响水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大影响 如保持饼干的脆性，应保持适当低的水分活度如保持饼干的脆性，应保持适当低的水分活度n软质构食品保持较高的水分活度可避免变硬。软质构食品保持较高的水分活度可避免变硬。