第一章-水学习.pptx

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1、1第一节第一节 水分（水分（4学时）学时）教学目的：1.理解水的基本性质及其与食品加工的关系；2.了解食品中水分的性质，理解自由水和结合水的特性；了解平衡水分的概念；3.理解水分活度的概念、意义；4.理解等温吸湿曲线的意义；5.理解水分活度与食品稳定性的关系；6.了解食品加工中水分的变化。第1页/共60页2教学重点：自由水和结合水的概念和特性；水分活度的含义；等温吸湿曲线的含义；水分活度对食品稳定性的影响。教学难点：水分活度的定义教学方法：水的基本性质联系其对食品加工的影响；水分活度的定义以形象化说明加以解释（存在量与受束缚程度）。等温吸湿曲线讲清实际意义；水分活度对食品稳定性的影响以实例说明

2、（高浓度糖、盐对食品的保藏作用）。注意课程引入和小结。第2页/共60页3第一节第一节 水分水分第3页/共60页4水是生命之源水是生命之源在地球上，哪里有水，哪里就有生命。一切生命活动都是起源于水的。人体内的水分，大约占到体重的65%。其中，脑髓含水75%，血液含水83%，肌肉含水76%，连坚硬的骨胳里也含水22%呢!没有水，食物中的养料不能被吸收，废物不能排出体外，药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水，后果是很严重的。缺水1%-2%，感到渴；缺水5%，口干舌燥，皮肤起皱，意识不清，甚至幻视；缺水15%，往往甚于饥饿。没有食物，人可以活较长时间（有人估计为两个月），如果连水也没有，顶多能活一周

3、左右。人如果不摄入某一种维生素或矿物质，也许还能继续活几周或带病活上若干年，但人如果没有水，却只能活几天。人体细胞的重要成分是水，水占成人体重的6070%，占儿童体重的80%以上。第4页/共60页5Importance 水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。因此，我们每天都应该喝水。特别是饭前喝水，以下就是饭前喝水的好处-1.提高注意力：能帮助大脑保持活力，把新信息牢牢存到记忆中去。2.提高免疫力：可以提高免疫系统的活力，对抗细菌侵犯。3.抗抑郁：能刺激神经生成抗击抑郁的物质。4.抗失眠：水是制造天然睡眠调

4、节剂的必需品。5.抗癌：使造血系统运转正常，有助于预防多种癌症。6.预防疾病：能预防心脏和脑部血管堵塞。第5页/共60页6喝水日程表喝水日程表6:30经过一整夜的睡眠，身体开始缺水，起床之际先喝250CC的水，可帮助肾脏及肝脏解毒。8:30清晨从起床到办公室的过程，时间总是特别紧凑，情绪也较紧张，身体无形中会出现脱水现象，所以到了办公室后，先别急着泡咖啡，给自己一杯至少250CC的水!11:00在冷气房里工作一段时间后，一定得趁起身动动的时候，再给自己一天里的第三杯水，补充流失的水分，有助于放松紧张的工作情绪!12:50用完午餐半小时后，喝一些水，可以加强身体的消化功能。15:00以一杯健康矿

5、泉水代替午茶与咖啡等提神饮料吧!能够提神醒脑。17:30下班离开办公室前，再喝一杯水，增加饱足感，待会吃晚餐时，自然不会暴饮暴食。22:00睡前1至半小时再喝上一杯水!今天已摄取2000CC水量了。不过别一口气喝太多，以免晚上上洗手间影响睡眠质量。第6页/共60页7水在食品中有哪些作用？同学们思考第7页/共60页81.水对食品的外观形态、色泽、硬度、风味、鲜度等性质具有重要的影响。如蔬菜水果等。蔬菜含水量8591%，水果8090%。2.水是微生物生长繁殖和生物体内化学反应的必需条件，关系到食品腐败变质的问题，影响到食品的耐贮性。如奶粉要求水分为3.05.0%，若为46%，也就是水分提高到3.5

6、%以上，就造成奶粉结块，则商品价值就低，水分提高后奶粉易变色，贮藏期降低。第8页/共60页93.水是食品加工中的重要原料，水在食品中起着膨润、浸透、溶解、分散、均匀化等多种作用。如面包和饼干类的变硬就不仅是失水干燥，而且也是由于水分变化造成淀粉结构发生变化的结果，此外，在肉类加工中，如香肠的口味就与吸水、持水的情况关系十分密切，4.水可以除去食品加工中的部分有害物质。如煮过面的汤要倒掉，引住过面的汤中含有磷酸盐和卤水等食品添加剂；如菠菜在热水中焯一下。5.食品是人们获得水的重要途径之一。6.大多数食品加工的单元操作都与水有关第9页/共60页10第一节 引 言水在食品中的作用食品食品含水量含水量

7、/%食品食品含水量含水量/%猪肉5360马铃薯、萝卜、甘蓝8085牛肉（碎块）5070全粒谷粒1012鸡（无皮肉）74面粉、粗燕麦粉1013鱼（肌肉蛋白）6581面包3545鲜蛋74饼干58液体乳制品8791蜂蜜20乳粉4果冻、果酱35香蕉75食用油0樱桃、梨、葡萄、苹果8095白糖、硬糖、巧克力11.部分食品的含水量第10页/共60页11一、水的基本性质（一）水和冰的结构1.水的结构l O-H距离0.96埃，H-H距离1.54埃，H-O-H的键角为104.5l 水分子中氧的6个价电子参与杂化，形成4个SP3杂化轨道，有近似四面体的结构。HH水分子的轨道构型水分子的几何构型第11页/共60页1

8、2图中：氧原子；氢原子；键；氢键由于水分子的极性及两种组成原子的电负性差别，导致水分子之间可以通过氢键，能够在三维空间形成较稳定的氢键网络结构水分子的缔合作用 2.水分子的缔合作用水分子中氧原子上2个未配对的电子与其他2分子水上氢形成氢键水分子上2个氢与另外2个水分子上氧形成氢键第12页/共60页13水的三维空间结构第13页/共60页143.冰的结构1.冰的结构l水分子通过氢键形成稀疏刚性结构（结晶），O-O核间的最小距离为2.76埃，O-O-O之间的夹角为109l每个水分子能够缔合另外4个水分子（配位数4），即1、2、3和W，形成四面体结构l食品中溶质的种类和数量对冰晶的数量、大小、结构、位

9、置和取向有影响冰的晶胞结构第14页/共60页15（a a）沿）沿c c轴方向观察到的六方形结构轴方向观察到的六方形结构（b b）基础平面的立体图）基础平面的立体图 圆圈代表水分子的氧原子圆圈代表水分子的氧原子冰的基础平面第15页/共60页16冰结晶比较常见4种类型：六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶六方形冷冻食品中冰结晶形式形成条件：缓慢冷冻 合适的低温冷却剂 溶质的性质和浓度对水分子的迁移干扰不严重第16页/共60页17（二）水的基本性质1.密度的变化-4oC密度最大，速冻食品的体积与包装2.沸点与熔点-加热浓缩与冷却冻结（溶质的影响）、过冷与晶核的形成3.比热大-（与氢键有关）保温

10、4.介电常数大-促进电解质的电离5.溶剂作用-离子型化合物和非离子型化合物（氢键）第17页/共60页18水自由水 结合水毛细管水自由流动水多层水化合水邻近水滞化水二.食品中水分存在状态食品中水：自由水和结合水第18页/共60页191.自由水和结合水：自由水（游离水）：借助毛细管作用力存在于细胞间隙、细胞液中以及制成食品的结构组织中。性质：具有普通水的性质，可被微生物利用、直接影响食品的保藏性。第19页/共60页20 结合水（束缚水）：是指与食品中一些化合物的活性基团以氢键等形式结合的水。与蛋白质、淀粉、果胶物质、纤维素等成分结合。第20页/共60页21单分子层结合水：与氨基、羧基（蛋白质、果胶

11、物质）结合的水，氢键作用力大，结合较牢固；多分子层结合水（半结合水）：与酰胺基（蛋白质）、羟基（淀粉、果胶物质、纤维素）结合的水，氢键弱，不牢固。第21页/共60页22自由水和结合水的区别：（1）结合水的量与有机大分子极性基团的数量有比较固定的比例关系。据测定，每100 g蛋白质可结合的水分平均高达50g、每100g淀粉的持水能力在3040g之间。第22页/共60页23（2）结合水的沸点高于普通水，一般加热手段不能将其从食品分离出来；而结合水的冰点低于普通水，使其不易结冰，甚至环境温度低于-20 时还不结冰，冰点可下降至-40，第23页/共60页24（3）结合水不起溶剂的作用，也不能被微生物利

12、用；一般加热操作不易去除结合水。所以在食品干燥操作中只有很少一部分的结合水被去除。第24页/共60页25（4）结合水对食品的风味起着重大的作用 不易去除的结合水如果被强行与食品分离时，往往使食品的风味质量造成很大的改变。注意:自由水和结合水的相对性；两者合称为食品中的含水量，可以干基表示或湿基表示，通常以质量分数来表示。第25页/共60页262.2.平衡水分 与环境有关。在一定温度和湿度条件下，与一定状态的空气相平衡的食品中的水分含量，即为食品的平衡水分。特点：食品中水分蒸汽压与空气的水分蒸汽压相等。第26页/共60页27三、水分活度(Water activity)（一）水分活度1.水分活度(

13、aw)的定义水分活度(water activity)：指食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。p:食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸气分压 p0：在同一温度下纯水的饱和蒸汽压 ERH:样品周围的空气平衡相对湿度第27页/共60页28 在数值上，食品水分活度等同于空气的平衡相对湿度，应用必须注意：aw 是样品的内在品质，而ERH是与样品平衡的大气的性质；仅当食品与环境达到平衡时，关系式才成立；纯水的Aw=1，食品的aw总在01之间。（4）aw随着温度而改变，测定样品aw时，必须标明温度。水分含量相同，温度不同，aw不同 第28页/共60页292.水分活度的意义食品在平衡状态下的自由

14、水分的多少食品的稳定性和微生物繁殖的可能性能引起食品品质变化的化学、酶及物理变化的情况 第29页/共60页303.食品中水分活度与食品水分含量的关系食品的水分活度与食品水分含量是两个不同的概念，通常食品含水量越高，水分活度也越高，但不不绝对。食品含水量食品含水量食品含水量凤梨0.28干淀粉0.13鱼肉0.21苹果0.34干马铃薯0.15鸡肉0.18香蕉0.25大豆0.10aw=0.7时，不同食品的含水量（g水/g干物质）第30页/共60页31食品的含水量与水分活度之间的关系可用曲线表示，当食品的含水量很低时（低含水量区），水分含量的微小变化即可引起水分活度极大的变动；当水分活度大于0.8时，即

15、使含水量急剧变化，水分活度的变化也不大。低含水量区的曲线为常用的等温吸湿曲线。（二）等温吸湿曲线第31页/共60页32 水分等温吸着（湿）线1.1.定义 吸湿等温线是指在温度不变的条件下，以样品中的水分含量为纵坐标，以Aw为横坐标作图，所得曲线（MSI）。它表示在恒温条件下，食品的平衡含水量与a aw w的关系。第32页/共60页33第33页/共60页34水分等温吸湿曲线的制作（1）高水分食品，通过测定脱水过程中水分含量和aw的关系，制作解吸等温线；（2）低水分食品，通过向干燥的样品中逐渐加水，然后测定加水过程中水分含量与aw的关系，制作回吸等温线。注意：同一样品不同的制作方法，其等温线形状不

16、同；等温线形状和位置的影响因素：试样组成、质构、处理方法、温度和制作方法第34页/共60页35高水分食品的高水分食品的MSIr从正常至干燥的整个水分从正常至干燥的整个水分含量范围含量范围r食品中含水量食品中含水量10%时，时，含水量有较大变化，含水量有较大变化，aw只有微小变化。只有微小变化。第35页/共60页36低水分食品的低水分食品的MSIp为说明吸湿等温线的内在含为说明吸湿等温线的内在含义及与水存在状态的关系，义及与水存在状态的关系，将将MSI分为分为3区区p各区相关的水的性质存在显各区相关的水的性质存在显著的差别（实际是连续变化著的差别（实际是连续变化的）的）p加水回吸时，试样的组成从

17、加水回吸时，试样的组成从区区（干）移至区（干）移至区（高水分）（高水分）第36页/共60页37曲线构成：3 3个区域：A A（I I）区域：低水分区，A AW W =0=00.250.25，相当于含水量在0 00.07 0.07 g/gg/g干物质，单分子层结合水，-40-40不结冰不结冰，不能作为溶剂不能作为溶剂 。B B（IIII）区域：A AW W =0.25=0.250.800.80之间，相当于含水量在0.070.070.33 0.33 g/gg/g干物质,这部分水为多分子层结合水或称准结合水。C C（IIIIII）区域：为高湿度区,A AW W =0.8=0.80.990.99之间，

18、含水量低可至0.140.140.33 0.33 g/gg/g干物质,高可达20 20 g/gg/g干物质，自由水，可以结冰，也可作为溶剂。从上述分区可以看出，A AW W=0.8=0.8自由水和结合水之间的一个临界值。第37页/共60页38水分吸着等温线与温度的关系在不同温度下马铃薯的水分解吸等温线MSI与温度有密切的关系：l在一定水分含量时，aw随温度的上升而增大l MSI随温度的上升向高aw方向迁移第38页/共60页39 如果食品的aw值低于环境的相对湿度，则食品沿着吸附等温线吸湿；aw值高于环境的相对湿度，则食品沿着解吸等温线散湿。第39页/共60页40 滞后现象（Hysteresis）

19、1.滞后现象定义 同一种食品采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和采用解吸(desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象。在一定的aw时，解吸过程中试样的水分含量大于吸附过程中的水分含量滞后现象的结果，形成滞后环。第40页/共60页41空气干燥苹果片高糖-高果胶食品o滞后现象明显滞后现象明显 o滞后出现在单分子层水滞后出现在单分子层水区域区域 oAwAw0.650.65时时，不不存存在在滞滞后后滞后环的形状滞后环的形状食品品种食品品种 滞后环形状取决于食品品种和温度第41页/共60页42冷冻干燥熟猪肉高蛋白食品oAwAw0.850.85开始出现滞后开始出现滞后 o滞

20、后不严重滞后不严重 o回吸和解吸等温线均保持回吸和解吸等温线均保持S S形形滞后环的形状滞后环的形状食品品种食品品种 第42页/共60页43冷冻干燥大米 淀粉质食品o存在较大的滞后环存在较大的滞后环 oAw=0.70Aw=0.70时最严重时最严重滞后环的形状滞后环的形状食品品种食品品种 第43页/共60页442.滞后现象产生的主要原因（1）解吸过程中，一些水分与非水成分相互作用而无法释放出水分或释放速度慢于吸收速度。（2）物料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(抽出需P内P外,填满则需P外 P内)。（3）解吸作用后因组织改变,当再吸水时,无法紧密结合水,由此可导致回

21、吸至相同水分含量时处于较高的aw。第44页/共60页453.了解和测定MSI的意义l在浓缩和干燥食品过程中，除去水的难易程度与aw的关系l确定干燥食品的最佳空气湿度和温度l确定食品混合后的含水量及AW的关系l测定包装材料阻湿性的要求；l测定抑制微生物生长的食品水分含量；l预测食品的理化稳定性与水分含量的关系。为食品的加工工艺、条件控制和贮藏提供科学参考 第45页/共60页46四、水分活度与食物的稳定性1.微生物活动与食物aw的关系 各类微生物生长都需要一定的最低限度的水分活度。如 aw0.9，细菌生长，aw0.87酵母生长，aw0.8霉菌生长。见表1-2第46页/共60页47Aw范围在此范围内

22、的最低aw值一般能抑制的微生物食品1.000.95假单胞菌属、埃希氏杆菌属、变形杆菌属、志贺氏杆菌属、芽孢杆菌属、克雷伯氏菌属、梭菌属、产生荚膜杆菌、几种酵母菌极易腐败的新鲜食品、水果、蔬菜、肉、鱼和乳制品罐头、熟 香 肠 和 面 包。含 约40%(W/W)的蔗糖或7%NaCl的食品0.950.91沙门氏菌属、副溶血弧菌、肉毒杆菌、沙雷氏菌属、乳杆菌属、足球菌属、几种霉菌、酵母(红酵母属、毕赤酵母属)奶酪、咸肉和火腿、某些浓缩 果 汁、蔗 糖 含 量 为55%(W/W)或 含 12%NaCl的食品食品中水分活度与微生物生长的关系（一）第47页/共60页48食品中水分活度与微生物生长的关系（二）

23、食品中水分活度与微生物生长的关系（二）第48页/共60页49测出食物aw，能预知哪种微生物是导致食物腐败的潜在原因 aw=0.91 0.95 细菌最多通常 细菌：AW 0.9时不能生长；酵母菌：在AW 0.87时受到抑制；霉菌：AW 0.80时不能生长。第49页/共60页52低水分活度能抑制食品化学变化低水分活度能抑制食品化学变化的的机理机理 1.大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行，降低食品的水分活度降低食品的水分活度，则食则食品中结合水的比例增加品中结合水的比例增加，自由水的比例减少自由水的比例减少，而结合水是不能作为反应物的而结合水是不能作为反应物

24、的溶剂的溶剂的，所以降低水分活度所以降低水分活度，能使食品中许多可能发生的化学反应能使食品中许多可能发生的化学反应、酶促反酶促反应受到抑制应受到抑制。2.很多化学反应是属于离子反应很多化学反应是属于离子反应，该反应发生的条件是反应物首先必须进行该反应发生的条件是反应物首先必须进行离子化或水化作用离子化或水化作用，而发生离子化或水化作用的条件必须有足够的自由水才而发生离子化或水化作用的条件必须有足够的自由水才能进行能进行。第52页/共60页533.很多化学反应和生物化学反应都很多化学反应和生物化学反应都必须有水分子参加才能进行必须有水分子参加才能进行(如水解反应如水解反应）。若降低水分活度若降低

25、水分活度，就减少了参加反应的自由水就减少了参加反应的自由水的数量的数量,反应物反应物(水水)的浓度下降的浓度下降，化学反应的速度也就变慢化学反应的速度也就变慢。4.许多以酶为催化剂的酶促反应许多以酶为催化剂的酶促反应,水除了起着一种反应物的作用水除了起着一种反应物的作用外外，还能作为底物向酶扩散的输送介质还能作为底物向酶扩散的输送介质，并且通过水化促使酶并且通过水化促使酶和底物活化和底物活化。第53页/共60页54l综上所述综上所述,降低食品的降低食品的aw,可以延缓酶促褐变和非酶褐变可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行的进行,减少食品营养成分的破坏减少食品营养成分的破坏,防止水溶性色素的分防止水

26、溶性色素的分解解。l 但但 aw 过低过低,则会加速脂肪的氧化酸败则会加速脂肪的氧化酸败,还能引起非酶褐还能引起非酶褐变。变。l食品化学反应的最大反应速度一般发生在具有中等水分含食品化学反应的最大反应速度一般发生在具有中等水分含量的食品中量的食品中(aw 0.7-0.9)。l要使食品具有最高的稳定性要使食品具有最高的稳定性,最好最好将 aw 保持在保持在结合水范结合水范围内围内。这样。这样,既使化学变化难以发生既使化学变化难以发生,同时又不会使食品同时又不会使食品丧失吸水性和复原性。丧失吸水性和复原性。第54页/共60页55食品加工中水分的变化与环境条件有关。主要过程：储藏：影响货架期 加工：

27、有目的地使水分减少五、食品加工中水分的变化第55页/共60页561.1.干制（干燥、脱水）含义：一般由固形物料成固体制品。分类：自然法 人工法（脱水）：常压、加压、真空 水分经由内部扩散而表面蒸发气化。经干制食品的自由水降低，水分活度降低。最好的方法：真空冷冻干燥注意：避免与环境湿交换，要进行适当包装。第56页/共60页572.2.浓缩含义：液态物料中去除一部分水目的：提高制品的浓度、减少包装中的运输费用、增加食品的保藏性。方法：蒸发浓缩：在不同压力下加热使水分汽化而减少；冷冻浓缩：形成冰晶以一定方法分离；薄膜浓缩：利用膜的孔径特征、吸附作用等进行水分分离。（渗透、反渗透、电渗析、超滤）浓缩后物料的自由水降低，水分活度降低。第57页/共60页583.3.冻结水形成冰，蒸汽压降低，水分活度降低。方法：速冻和慢冻目的：降低食品的水分活度，有利于食品的保藏。第58页/共60页59本章基本要求掌握水与溶质的相互作用水分活度的定义及其与食品稳定性的关系水分吸着等温线滞后现象及其成因熟悉水和冰的结构食品和主要食品原料中水的存在形式、主要物理性质了解水分活度与温度的关系第59页/共60页60感谢您的观看！第60页/共60页