第02章-水讲解学习.ppt
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1、第02章-水一、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%3%97%97%某些食品的水分含量见表某些食品的水分含量见表2121。表表21 21 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 (%)(%)白菜,菠菜白菜,菠菜 9095 9095 猪肉猪肉 5360 5360 新鲜蛋新鲜蛋 74 74 奶奶 88 88 冰淇淋冰淇淋 65 65 大米大米 12 12 面包面包 35 35 饼干饼干 38 38 奶油奶油 1520 1520 水果水果 75-95 75-95(二)水的功能(二)水的功能1 1、水
2、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,调节体温 润滑作用润滑作用2 2、在食品中的功能在食品中的功能 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二、食品中的水分状态及二、食品中的水分状
3、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 watermonolayer 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,与与纯水比较分子平均运动大大减少纯水比较分子平均运动大大
4、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 water free 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。可分为滞化水、毛细管水、自由流动水。自由水的作用力:物理方式截留,生物膜或凝胶内大分子自由水的作用力: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。交联成的网络所截留;毛细管力。特点:可结冰,溶解溶质;测定水分含量时的减少量;可特点: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。(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
5、、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;水氢键;破坏水的正常网络结构破坏水的正常网络结构,阻止水在阻止水在00时结时结冰,对冰的形成造成一种阻力;冰,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。结果:影响水的物理性质、所溶解或分散结果:影响水的物理性质、所溶解或分散其中的物质的溶解度及状态,如蛋白质构象其中的物质的溶解度及状态,如蛋白质构象和胶体的稳定性。和
6、胶体的稳定性。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、亚氨基等水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键(存在于蛋白质、淀粉、纤维素中);形成氢键(存在于蛋白质、淀粉、纤维素中);作用力小于水与离子间作用力;流动性小;对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;水的网状结构影响小;阻碍水结冰;生物大分子内或大分子间产生生物大分子内或大分子间产生“水桥水桥”,维持,维持特定构象。特定构象。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 方式一:疏水相互作用方式一:疏水相互作用
7、方式二:笼形水合物的形成方式二:笼形水合物的形成 水通过氢键形成像笼一样的结构,通过水通过氢键形成像笼一样的结构,通过物理作用方式将非极性物质截留在笼中。物理作用方式将非极性物质截留在笼中。水称为水称为“宿主宿主”,被截留的物质称为,被截留的物质称为“客客体体”。一般是一般是20207474个水分子将个水分子将“客体客体”包在包在其中,形成其中,形成“笼形水合物笼形水合物”。作用力:范德华力、少量静电力、疏水作用力:范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用。基团间的缔合作用。三、三、水分活度水分活度 Water activity Water activity(一(一)概念概念 问题:问题:(
8、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,哪种耐储的小麦比较,哪种耐储藏?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。可用食品中食品中水分逸出的程度。可用食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压之比表示,水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压之比表示,也可以用平衡相对湿度表示。也可以用平衡相对湿度表示。Aw=f Aw=f(溶液中水的逸度)(溶液中水的逸度)/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)(
9、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由拉乌尔定理由拉乌尔定理 (理想稀溶液(理想稀溶液)P=P P=P0 0 X X1 1(X(X1 1溶剂摩尔分数溶剂摩尔分数)(P/P P/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蔗糖溶于蔗糖溶于1000g H1000g H2 2O O中中 1000/18.016=55.5 (mol)1000/18.016=55.5 (mol)Aw=
10、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=ERH/100 Aw=ERH/100 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 Aw=n=n1 1/(n/(n1 1
11、+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 0.9816 0.9816 蔗糖蔗糖 0.9806 0.9806 氯化钠氯化钠 0.967 0.967 氯化钙氯化钙 0.945 0.945 1 1千克水千克水(约约55.51mol)55.51mol)溶解溶解1mol1mol溶质溶质BB(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 Clausius-Clapeyron Clausius-Clapeyron方程方程 d
12、 lnAw/d(1/T)=-H/R d lnAw/d(1/T)=-H/R 以以lnAw-1/TlnAw-1/T作图(作图(P21P21)图图2-102-10、2-11 2-11 可以看出可以看出:水分含量一定时,是一条直线。水分含量一定时,是一条直线。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。【3.23.2(39.539.5););3.63.6(4.84.8)】)】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 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
13、压)iceice(纯冰蒸气压)(纯冰蒸气压)(scwscw)(Aw(Aw与食与食品组成无关品组成无关)图图2-11 2-11 复杂食品在冰点以上和冰点以下复杂食品在冰点以上和冰点以下时时AwAw和温度的关系(冰点和温度的关系(冰点T T-1-11000 1000=3.661=3.661)(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)3 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
14、,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:-,Aw Aw0.86 0.86 微生物不繁殖微生物不繁殖 ,Aw Aw0.860.86微生物繁殖微生物繁殖(三)水分吸附等温线(三)水分吸附等温线(MSI)MSI)Moisture Sorption Isotherms 1 1、概念及意义、概念及意义在恒定温条件下,食品含水量与水分活在恒定温条件下,食品含水量与水分活度之间
15、的关系曲线称为水分吸附等温线。度之间的关系曲线称为水分吸附等温线。(含水量为纵坐标,(含水量为纵坐标,AwAw为横坐标)为横坐标)曲线制作:高水分含量的食品,通过测曲线制作:高水分含量的食品,通过测定脱水过程中水分含量和定脱水过程中水分含量和AwAw来制作解吸等温来制作解吸等温线;对低水分含量的食品,通过测定加湿过线;对低水分含量的食品,通过测定加湿过程中的同样参数制作吸湿等温线。程中的同样参数制作吸湿等温线。P22 P22图图2-122-12,广泛水分含量范围食品的吸,广泛水分含量范围食品的吸附等温线;将其低水分含量范围的图放大,附等温线;将其低水分含量范围的图放大,可得图可得图2-132-
16、13。可划为三个分区:见图可划为三个分区:见图2-132-13。区:区:Aw=00.25,水分含量,水分含量00.07区:区:Aw=0.250.80,水,水分含量分含量0.070.32区:区:Aw=0.800.99,水,水分含量大于分含量大于0.40 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,有不同的水不同,对水束缚能力不一样,有不同的水分吸附等温线,但都为型。分吸附等温线,但都为型。P22 P22图图2-14 2-14 各种食品和生物物质的水各种食品和生物物质的水分吸附等温线分吸附等温线 意义:水分吸附等温线表示了食品的意义:水分吸附等温线表示
17、了食品的AwAw与含水量对应关系,脱去水(浓缩、干与含水量对应关系,脱去水(浓缩、干燥)的难易程度与燥)的难易程度与AwAw有关,配制食品混合有关,配制食品混合应注意水在配料间的转移,测定包装材料应注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的阻湿性质,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生长的关系,预测食品稳定性与水分含量的关系。的关系。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11不同温不同温度下马铃薯的水分吸度下马铃薯的水分吸附等温线附
18、等温线2 2、水分吸附等温线与温度的关系、水分吸附等温线与温度的关系 3 3、水分吸附等温线的滞后现象、水分吸附等温线的滞后现象 测定水加入测定水加入干燥食品的吸湿(回吸)等温干燥食品的吸湿(回吸)等温线;测定高水分食品线;测定高水分食品脱水的解吸等温线;二线脱水的解吸等温线;二线不完全重合,显示吸湿等温线滞后环。这一吸湿不完全重合,显示吸湿等温线滞后环。这一吸湿(吸附)等温线与解吸等温线不完全重合的现象(吸附)等温线与解吸等温线不完全重合的现象称为水分吸附等温线的滞后现象。称为水分吸附等温线的滞后现象。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 说说明:吸湿到食品
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