食品化学第二章水精选PPT讲稿.ppt
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1、关于食品化学第二章水第一页,讲稿共四十八页哦一、食品中的水分含量及功能一、食品中的水分含量及功能二、二、食品中的水分状态及食品中的水分状态及 与溶质间的相互关系与溶质间的相互关系三、水分活度三、水分活度四、水对食品的影响四、水对食品的影响五、分子流动性与食品稳定性五、分子流动性与食品稳定性第二页,讲稿共四十八页哦一、食品中的水分含量及功能(一)(一)水分含量水分含量 一般生物体及食品中水分含量为一般生物体及食品中水分含量为3 397%97%某些食品的水分含量见表某些食品的水分含量见表2 21 1。表表2 21 1 某些食品的水分含量某些食品的水分含量 食品食品 水分含量水分含量 (%)(%)白
2、菜,菠菜白菜,菠菜 90909595 猪肉猪肉 53536060 新鲜蛋新鲜蛋 7474 奶奶 8888 冰淇淋冰淇淋 6565 大米大米 1212 面包面包 3535 饼干饼干 3 38 8 奶油奶油 15152020 水果水果 75-9575-95第三页,讲稿共四十八页哦第四页,讲稿共四十八页哦(二)水的功能(二)水的功能1 1、水在生物体内的功能水在生物体内的功能 稳定生物大分子的构象,使表现特异的生物活性稳定生物大分子的构象,使表现特异的生物活性 体内化学介质,使生物化学反应顺利进行体内化学介质,使生物化学反应顺利进行 营养物质,代谢载体营养物质,代谢载体 热容量大,调节体温热容量大,
3、调节体温 润滑作用润滑作用2 2、食品功能食品功能 组成成分组成成分 显示色、香、味、形、质构特征显示色、香、味、形、质构特征 分散蛋白质、淀粉、形成溶胶分散蛋白质、淀粉、形成溶胶 影响鲜度、硬度影响鲜度、硬度 影响加工,起浸透、膨胀作用影响加工,起浸透、膨胀作用 影响储藏性影响储藏性第五页,讲稿共四十八页哦二、食品中的水分状态及二、食品中的水分状态及 与溶质间的相互关系与溶质间的相互关系(一)(一)水分状态水分状态1 1、结合水结合水(束缚水,(束缚水,bound waterbound water,化学结合水),化学结合水)可分为单分子层水(可分为单分子层水(monolayer waterm
4、onolayer water),多分子层水),多分子层水(multilayer watermultilayer water)作用力:配位键,氢键,部分离子键作用力:配位键,氢键,部分离子键 特点:在特点:在-40-40以上不结冰,不能作为外来溶质的溶剂以上不结冰,不能作为外来溶质的溶剂,与纯水比较与纯水比较分子平均运动大大减少分子平均运动大大减少,不能被微生物利用。不能被微生物利用。2 2、自由水自由水(free waterfree water)(体相水,游离水,吸湿水)(体相水,游离水,吸湿水)可分为滞化水、毛细管水、自由流动水(截留水、自由水可分为滞化水、毛细管水、自由流动水(截留水、自由
5、水 作用力:物理方式截留,生物膜或凝胶内大分子交联成的网作用力:物理方式截留,生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留;毛细管力络所截留;毛细管力 特点:特点:可结冰,溶解溶质;测定水分含量时的减少量;可可结冰,溶解溶质;测定水分含量时的减少量;可被微生物利用。被微生物利用。第六页,讲稿共四十八页哦(二)水与溶质间的关系(二)水与溶质间的关系1 1、水与离子和离子基团的相互作用、水与离子和离子基团的相互作用 作用力:极性结合,偶极作用力:极性结合,偶极离子相互作用离子相互作用 阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质;阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质;水水离子键的强度大于水离子键的强度大于水水氢键;
6、水氢键;破坏水的正常结构破坏水的正常结构,阻止水在阻止水在00时结冰,时结冰,对冰的形成造成一种阻力;对冰的形成造成一种阻力;改变水的结构的能力与离子的极化力有关。改变水的结构的能力与离子的极化力有关。第七页,讲稿共四十八页哦第八页,讲稿共四十八页哦2 2、水与可形成氢键的中性基团的相互作用、水与可形成氢键的中性基团的相互作用 水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键;成氢键;作用力小于水与离子间作用力;流动性小;对水作用力小于水与离子间作用力;流动性小;对水的网状结构影响小;阻碍水结冰;的网状结构影响小;阻碍水结冰;大分子内或大分子间产生大分
7、子内或大分子间产生“水桥水桥”第九页,讲稿共四十八页哦 3 3、水与非极性物质的相互作用、水与非极性物质的相互作用 笼形水合物的形成:由于非极性基团笼形水合物的形成:由于非极性基团与水分子产生斥力,使疏水基团附近的与水分子产生斥力,使疏水基团附近的水分子间氢键键合力水分子间氢键键合力 熵值熵值s 20s 207474个水分子将个水分子将“客体客体”包在其中,形成包在其中,形成“笼形水合物笼形水合物”。作用力:范德华力、少量静电力、疏作用力:范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用水基团间的缔合作用 第十页,讲稿共四十八页哦第十一页,讲稿共四十八页哦第十二页,讲稿共四十八页哦第十三页,讲稿共四
8、十八页哦 三、三、水分活度水分活度 Water activityWater activity(一(一)概念概念 问题:问题:(1)1)含水含水18%18%的果脯与含水的果脯与含水18%18%的小麦比较,哪种耐储藏的小麦比较,哪种耐储藏?(2)(2)含水量标准:大豆、油菜籽含水量标准:大豆、油菜籽9%9%,玉米,玉米14%14%水分活度水分活度食品中水分逸出的程度食品中水分逸出的程度 ,可以用食品中,可以用食品中水的蒸汽压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示,也可以水的蒸汽压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示,也可以用平衡相对湿度表示。用平衡相对湿度表示。Aw=fAw=f(溶液中水的逸度)(溶液中水的
9、逸度)/fo(/fo(纯水的逸度)纯水的逸度)P P(食品中水的蒸汽压)(食品中水的蒸汽压)/Po/Po(纯水饱和蒸汽压(纯水饱和蒸汽压因为纯水的水分活度因为纯水的水分活度=1,=1,所以溶液的水分活度所以溶液的水分活度11第十四页,讲稿共四十八页哦由拉乌尔定理由拉乌尔定理 (理想稀溶液(理想稀溶液)P=PP=P0 0 X X1 1(X(X1 1溶剂摩尔分数溶剂摩尔分数)(P/PP/P0 0=X=X1 1)Aw=P/P Aw=P/P0 0=n=n1 1/(n/(n1 1+n+n2 2)(n n1 1 、n n2 2-溶剂、溶质摩尔分数溶剂、溶质摩尔分数)例如例如:2mol2mol蔗糖溶于蔗糖溶
10、于1000g H1000g H2 2O O中中 1000/18.016=55.5 (mol)1000/18.016=55.5 (mol)Aw=n Aw=n1 1/(n/(n1 1+n n2 2)=55.5/(55.5+2)=55.5/(55.5+2)=0.9652=96.52%=0.9652=96.52%所以所以,AwAw可以用平衡相对湿度可以用平衡相对湿度ERHERH表示表示 (equilibrium relative humidity)(equilibrium relative humidity)即即 Aw=P/P0=ERH/100Aw=P/P0=ERH/100第十五页,讲稿共四十八页哦
11、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1mol/L1mol/L的的稀溶液时稀溶液时,其水分活度才可以按其水分活度才可以按 Aw=nAw=n1 1/(n/(n1 1+n+n2 2)计算计算:溶质溶质B AwB Aw 理想溶液理想溶液 0.9823=55.51/(55.51+1)0.9823=55.51/(55.51+1)丙三醇丙三醇 0.98160.9816 蔗糖蔗糖 0.98060.9806 氯化钠氯化钠 0.9670.967 氯化钙氯化钙 0.9450.945 (1 (1千克水千克水(约约55.51mol)55.51mol)溶解溶解1mol1mol溶质溶质B)B)第十六
12、页,讲稿共四十八页哦(二)(二)AwAw与温度的关系与温度的关系1 1、AwAw随着温度的变化而变化随着温度的变化而变化 Clasius-ClapeyronClasius-Clapeyron方程方程 d lnAw/d(1/T)=-H/Rd lnAw/d(1/T)=-H/R P20 P20图图2-10 2-10 可以看出可以看出:【3.23.2(39.539.5););3.63.6(4.84.8)】含水量相等时,温度越高,含水量相等时,温度越高,AwAw越大。越大。第十七页,讲稿共四十八页哦第十八页,讲稿共四十八页哦2 2、低于冰点时,、低于冰点时,AwAw与温度的关系与温度的关系 Aw=Pff
13、Aw=Pff(部分冻结食品中过冷水蒸气分(部分冻结食品中过冷水蒸气分压)(压)(scw,scw,纯过冷水蒸气压)纯过冷水蒸气压)iceice(纯冰蒸气压)(纯冰蒸气压)(scwscw)(Aw(Aw与与食品组成无关食品组成无关)图图2-11 2-11 复杂食品在冰点以上和冰点以复杂食品在冰点以上和冰点以下时下时AwAw和温度的关系和温度的关系(1)(1)低于冰点时,低于冰点时,AwAw与成线性关系与成线性关系(2)(2)冰点时,出现折断冰点时,出现折断(3)(3)温度对温度对AwAw的影响远大于冰点以上(陡些)的影响远大于冰点以上(陡些)第十九页,讲稿共四十八页哦第二十页,讲稿共四十八页哦 3
14、3、结论结论 高于冰点时,高于冰点时,AwAw与食品组成及有与食品组成及有关,其中食品组成是主要因素,当组关,其中食品组成是主要因素,当组成水同,上升,则成水同,上升,则AwAw上升。上升。低于冰点时,低于冰点时,AwAw与食品组成无关,与食品组成无关,仅与温度有关。仅与温度有关。冰点以上或以下,冰点以上或以下,AwAw对食品稳定性对食品稳定性影响是不同的。影响是不同的。例:例:-,AwAw0.86 0.86 微生物不繁殖微生物不繁殖 ,AwAw0.860.86微生物繁殖微生物繁殖第二十一页,讲稿共四十八页哦(三)(三)吸湿等温线(吸湿等温线(MSI)MSI)Moisture Sorption
15、 Isotherms 1 1、概念及意义、概念及意义在等温条件下,以食品含水量为纵坐标,在等温条件下,以食品含水量为纵坐标,以以AwAw为横坐标作图,所得曲线称为吸湿等温为横坐标作图,所得曲线称为吸湿等温线。线。P22P22图图2-122-12,高水分含量范围内的食品,高水分含量范围内的食品吸湿等温线吸湿等温线 图图2-132-13,低水分含量范围内的食品吸湿,低水分含量范围内的食品吸湿等温线等温线 第二十二页,讲稿共四十八页哦第二十三页,讲稿共四十八页哦第二十四页,讲稿共四十八页哦 不同食品,因其化学组成和组织结构不同食品,因其化学组成和组织结构不同,对水束缚能力不一样,有不同的吸不同,对水
16、束缚能力不一样,有不同的吸湿等温线,但都为型。湿等温线,但都为型。P22P22图图2-14 2-14 各种食品和生物物质的吸各种食品和生物物质的吸湿等温线湿等温线 意义:吸湿等温线表示了食品的意义:吸湿等温线表示了食品的AwAw与与含水量对应关系,除去水(浓缩、干燥)含水量对应关系,除去水(浓缩、干燥)的难易程度与的难易程度与AwAw有关,配制食品混合应注有关,配制食品混合应注意水在配料间的转移,测定包装材料的阻意水在配料间的转移,测定包装材料的阻湿性质,测定一定水分含量与微生物生长湿性质,测定一定水分含量与微生物生长的关系,预测食品稳定性与水分含量的关的关系,预测食品稳定性与水分含量的关系。
17、系。第二十五页,讲稿共四十八页哦第二十六页,讲稿共四十八页哦 因为升高,因为升高,AwAw升升高,对同一食品,高,对同一食品,升高,形状近似不变,升高,形状近似不变,曲线位置向下方移动曲线位置向下方移动 图图1 1不同温不同温度下马铃薯的吸湿等度下马铃薯的吸湿等温线温线2 2、吸湿等温线与温度的关系、吸湿等温线与温度的关系第二十七页,讲稿共四十八页哦 3 3、吸湿等温线的滞后现象、吸湿等温线的滞后现象 测定水加入测定水加入干燥食品的吸湿(回吸)等温线;测定干燥食品的吸湿(回吸)等温线;测定高水分食品高水分食品脱水的解吸等温线;二线不完全重合,显示脱水的解吸等温线;二线不完全重合,显示吸湿等温线
18、滞后环。这一吸湿(吸附)等温线与解吸等温吸湿等温线滞后环。这一吸湿(吸附)等温线与解吸等温线不完全重合的现象称为吸湿等温线的滞后现象。线不完全重合的现象称为吸湿等温线的滞后现象。在在AwAw同,对应的水分含量,回吸同,对应的水分含量,回吸 解吸解吸 说明:吸说明:吸湿到食品内的水,还未充分被食品组分束缚,没有使食品湿到食品内的水,还未充分被食品组分束缚,没有使食品“复原复原”。问题:麦胚在问题:麦胚在130130烘箱中烘烤烘箱中烘烤6060分钟,然后放在分钟,然后放在空气中储藏,结果如何?空气中储藏,结果如何?食品品种不同,滞后环不同;同一食品,不同食品品种不同,滞后环不同;同一食品,不同温度
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