2016食品化学最新教案.doc

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1、 第一章绪论1 主要容1.1 食品化学的概念与研究容1.2 食品的物质属性与物质系统1.3 食品成分的理化性质与化学变化综述主要容1.4食品化学的开展历史与主要研究方法1.5食品化学在食品科学中的地位与在食品工业技术开展中的作用3 本课程主要容与教学要求2 重点与难点2.1 重点2.1.1食品化学的概念与研究容2.1.2食品的物质属性与物质系统2.1.3食品成分的理化性质与化学变化综述2.2 难点2.2.1食品的物质属性与物质系统2.2.2 食品成分的理化性质与化学变化综述1 食品化学的概念与研究容1.1 食品化学的概念食品化学：应用化学的原理和方法，研究食品与其原料的组成、结构、理化性质、生

2、理功能、体生化过程、营养价值、安全性质与在加工、贮藏、运销中的变化、变化本质与对食品品质和安全性影响的一门新兴、综合、交叉性学科。简言之，食品化学即是研究食品的组成、结构、功能与其变化规律，从分子水平认识食品的一门科学。目的和意义：为改善食品品质、开发食品新资源、革新食品加工工艺和储运技术、科学调整膳食结构、改良食品包装、加强食品质量控制、提高食品原料加工和综合利用水平奠定理论根底，为食品科学开展提供理论和思维工具的一门综合性学科，促进食品科学全面深入开展。1.2 食品化学研究的根本容1.2.1食品化学的主要学科分支1).按照研究围：食品营养成分化学、食品色香味化学、食品工艺化学、食品物理化学

3、、食品有害成分化学 2).按照食品物质类型：食品碳水化合物化学、食品油脂化学、食品蛋白质化学、食品酶学、食品添加剂化学、维生素化学、食品矿物质元素化学、调味品化学、食品风味化学、食品色素化学、食品毒物化学、食品保健成分化学1.2.2食品化学研究的层次与主要任务1).认识各类食品成分：营养成分水、糖、脂、氨基酸蛋白质多肽与酶、维生素、矿物质等，微量与添加成分调味品、香味、色素、加工辅料等，保健成分多糖、食用纤维、蛋白质、黄酮类等与以上各类成分在食品加工、贮藏过程中的次生物质；2).对各类成份进展提取、别离，表征、各类成分的化学结构和理化性质；3).研究各类食品成分在食品加工过程、贮藏、运销过程中

4、的化学变化与变化规律；4).研究食品成分的工艺学特性；1.2.3食品化学的学科特点1).以化学为根底，融生理学、动物学、植物学、营养学、生物化学、细胞学、医药学、毒理学、微生物学、食品加工工艺学、食品贮藏学等诸多学科为一体；是一门交叉性、综合性学科；2).从分子水平研究食品物质、食品物质的化学变化与加工特性、食品加工、储藏技术，其认识和说明问题最为深刻；3).研究过程需要最先进的科学理论和技术，研究起点高；4).既有强烈的理论和根底研究色彩，也有浓厚的应用和开发背景；5).是食品科学的一门根底性、支柱学科。2 食品的物质属性与物质系统2.1 食品中的物质特点 1).多样性：食品是天然产物加工后

5、的形式，任何一种天然产物所包含的化学物质，数量都是非常巨大的，有些已经认识或初步认识，有些尚未认识如食品中的风味物质、功能物质等；即使同一类型的物质，也有多种多样的分子或不同的存在形式如糖、蛋白质等。 2).可认识性：从化学角度讲，不管一种系统有多复杂，其各种组成成分都是可认识的，不存在神秘的物质和神秘的力量；可认识性包括：种类可认识性；结构可认识性：性质可认识性；生物功能可认识性；构效关系可认识性等。3).个体属性：任何食品成分主要指单个化学物质仅是食品的一个组成局部很小，尽管它们有其自身结构、理化性质、生物功能，但其不能代表食品。 4).相互作用性：食品中的各类化学物质共处同一体系中，肯定

6、存在着复杂的相互作用，这种相互作用决定食品物质的存在形式，食品的质构、品质、加工特性、安全性等多个方面。从这种角度认识食品物质，是食品化学研究领域的新课题。2.2 食品的物质体系 a.既可由多个同类物质分子组成，也可由多个不同类型物质分子组成；如有色物质、酶体系等均由多个同类型物质分子形成；而糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等均由不同类型的多个分子形成； b.单个分子组成多分子体系具有分子识别的特点；分子识别是生物体系中分子定向组织的过程，这个过程涉与分子种类、数目是固定的，组织形式、结合方向也是固定的； c.单个分子组成多分子体系主要通过弱键相互连接；弱键主要包括氢键、静电吸引力、德华力、分子间堆积力

7、等；相比共价键其结合力要弱得多； d.多分子体系的结构形式远比单个分子复杂；多分子体系的结构是多层次的，其主要容是空间的、立体的，特别是构象，是生物分子相互结合的根底与结果，是生物活性的主要根底。生物分子或分子体系的构象是固定的，有特种形式的； e.多分子体系的理化性质、体代过程与生物学功能与单个分子有较大的差异。多分子体系的形成，会影响人体的消化吸收过程；会赋予食品成分一些新的性质与功能。3 食品成分理化性质与化学变化概述3.1 食品主体成分的理化性质与功能概述食品中的化学成分多种多样，各种化学成分都有其特殊的物理和化学性质，这里只简述食品主体化学成分主要的食品学特性与主要的营养功能。水：溶

8、剂；良好的流动性、与食品成分的亲合性与溶解性；糖类：低糖或单糖：营养成分；吸湿、保湿、增粘、增塑、结晶和易溶；多糖：营养成分；增稠、胶凝、乳化、成膜等；结构等；脂类：营养成分；乳化极性脂，如磷脂；沸点高、同质多晶性中性脂，如油脂；溶剂、风味、起酥、抗老化等；蛋白质：营养成分；亲水/疏水、等电点、乳化、起泡、成膜、增稠等，营养、催化、保护风味等矿物质：营养成分；具有调节水份活度、PH、离子平衡、离子强度、改善或稳定荷电生物大分子等功能；3.2 食品成分主要化学变化概述1)、食品原料与食品在加工储藏中的变化与影响因素食品原料采收与贮藏过程中会发生诸多的化学变化，这些过程既有部因素的影响，也有外部因

9、素的作用；原料与加工过程中的酶促氧化和酶促水解是食品成分变化的两个主要途径，往往引起营养物消耗、质地变化、风味和色泽改变等，特别容易引起在营养因子如维生素等的分解破坏。2)食品水份含量与食品品质有较大的关系一般脱水会导致一些不利反响的发生，但当含水量接近单层值时，会阻止不利反响的发生，延长食品贮存期。3)食品成分往往对光、电离辐射、金属离子等比拟敏感；如牛奶长期光照会产生异味，腌制肉品或脱水蔬菜长期日照会变色或褪色；高剂量电离辐射会引起脂类、蛋白分解变质等；金属离子是食品成分自动氧化的催化剂，还能与多酚化合物络合而产生颜色的变化。4)食品包装材料的选择和包装形式等也会影响部的化学反响类型和数量

10、；4食品化学的开展历史与主要研究方法4.1 食品化学开展的几个主要阶段早期研究：18世纪中后期19世纪早期，在食品化学研究方面主要做了三个方面的奠基工作。首先，以Carl Wilhelm Scheeie(瑞典、William Beaumout(美国为代表的药物学家、化学家、医学家对食品成分进展别离、性质、转化和人体消化研究；如Carl Wilhelm Scheeie从柠檬汁中别离得到了柠檬酸1784年、从苹果中别离得到了苹果酸1784年并检测了20中普通水果中柠檬酸和苹果酸的存在和含量。其次，以Anotoine Laurent Lavoisier(法国、Jons Jacob Berzelius

11、(瑞典等为代表得化学家建立了有机元素分析理论和方法，对2000多种天然化合物的元素组成进展了测定；再其次，以Anotoine Lavoisier(法国、Thomas Thomson (格兰为代表的化学家首次采用分子式表示有机化合物，并用配平的化学方程式表示发酵过程。开展阶段：19世纪中后期，以Arthur Hill Hassall(英国为代表的化学家建立了准确的微观分析方法，推动了对食品成分认识的进程；德国的W Hanneberg和F Stohman1860年发明了一种用来常规测定食品中主要成分的方法，即先将某一样品分为几局部，以便测定其中的水分、粗脂肪、灰分和氮，将含氮量乘以6.25即得蛋白

12、质含量；然后相继用稀酸和稀碱消化样品，得到的残渣被称为粗纤维，除去蛋白质、脂肪、灰分和粗纤维后的剩余局部称为“无氮提取物。Jean Baptiste Dumans(1871年根据大量的研究，提出了仅由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成的膳食不足维持人类的生命。以美国的W Hanneberg、Justin Smith Morrill等为代表的科学家在反对食品掺假、制定食品标准方面做了大量的工作并通过了一系列法律。成熟阶段：20世纪初，食品工业已成为兴旺国家和一些开展中国家的重要工业，大局部的食品物质组成已为化学家、生物学家和营养医学家的研究所探明，为食品化学学科的建立积累了大量的素材；食品工业的不同行

13、业纷纷创建自身的化学根底，粮油化学、果蔬化学、乳品化学、糖业化学、肉禽蛋化学、水产化学、添加剂化学、风味化学等分支学科的崛起，为系统的食品化学学科的建立奠定了坚实的根底；同时，在20世纪3050年代，具有世界影响的J. Food Agric., J. Food Sci., J. Agric. Food Chem.和Food Chem.等杂志的相继创立，标志着食品化学学科的正式建立。现代阶段：近年来，食品化学的研究领域更加拓宽，研究手段日趋现代化，研究成果的应用周期越来越短。现代食品化学的研究正向反响机理、风味物的结构和性质、特殊营养成分的结构和功能、食品材料的改性、食品快速分析方法、高新别离技

14、术、新型包装技术和材料、现代储藏保鲜技术，新食源、新工艺和新添加剂等研究方向开展。食品化学已成为食品科学各专业的主要根底课程之一，对食品工业的开展产生着非常重要的影响。4.2 食品化学研究的根本方法和途径食品化学研究和一般化学研究的区别：食品化学研究是把食品的化学组成、理化性质与变化的研究同食品的品质和安全性研究联系起来，因此从实验设计开始，食品化学的研究就带有揭示食品品质或安全性变化的目的，并且把实际的食品体系和主要食品加工工艺条件作为实验设计的重要依据。由食品化学一般研究方法可以看出，食品化学的研究主要围绕提高食品质量，保证食品的安全、卫生而开展。随着食品科学的开展，特别是功能食品和绿色食

15、品的出现与现代食品理念的变化，食品化学工作者的研究围不断扩展。从目前情况看，食品化学研究的方法除了保证食品质量和安全性外，还包括以下方面： 1).配合功能食品的开发，在功能因子的寻找和开发开展工作 2).作研究的围越来越宽，除了传统的食品原料和食品外，将目光已经投向更多的野生植物、动物和微生物，以求找到更多的食品资源或食用功能物质。我国要用植物与其成分在食品中的应用就是一个很重要的方面。 3).食品化学工作者已经不再局限于分析、别离食品成分，研究这些成分的理化性质，在食品成分生理活性、体过程、毒副作用乃至利用生物工程进展食品成分生产方面也开始投入大量的精力。5食品化学在食品科学中的地位与在食品

16、工业技术开展中的作用5.1 食品化学与食品科学研究和开展的关系食品化学对食品科学研究与开展的意义： 1).可以促使食品科学工作这从分子水平去认识食品原料、食品加工与贮藏、各类食品加工技术应用的本质，使各项研究更加深入； 2)可以促使食品工作者不断更新加工工艺，生产出更加安全、卫生、营养价值更高的食品； 3).可以促使食品科学由定性逐渐走向定量，科学说明各种食品的物质组成，制定更加合理先进的食品标准； 4).可以促使食品工业加速利用生物工程技术和各种先进的加工技术，促进食品工业更新换代； 5).可以促使食品科学不断开展，促进新的、营养价值更高、功能更加独特的食品，以满足不同层次和不同人群的需要。

17、5.2 食品化学在食品工业技术开展中的作用食品科学和工程领域的许多新技术，如可降解包装材料、生物技术、微波加工技术、辐射保鲜技术、超临界萃取和分子蒸馏技术、膜别离技术、微胶囊技术等的建立和应用依然有赖于对物质结构、物性和变化的把握。由上边分析可以看出，食品化学研究的领域已经延伸到食品工业的各个方面，其影响的围与程度也愈日剧增。可以这样说，没有食品化学的理论指导就不可能有日益开展的现代食品工业。3本课程主要容与教学要求一、时间安排：本学期20周，上课10周，计划周学时4，共36学时；其中“十一假期耽误4学时，上课共36学时。二、容安排：共安排讲授11章；主要讨论食品化学的根本容，其中包括：各类食

18、品成分的结构、名称、物理和化学性质、营养学价值与在食品加工、贮藏、运销过程中的变化，借此从分子水平理解食品的组成、功能、加工工艺、贮藏技术等的本质。为了降低本门课程的学习难度。结合食品科学的开展，拟介绍性的补充一些有关功能食品、食品资源开发等方面的容。三、教材食品化学，中国农业，阚kan建全三、教学要求：1.发挥学习的积极性和主动性，通过大量阅读课外资料，促进课程学习；2.掌握教学特点3.遵守学习纪律本章思考与练习题：*1.什么是食品化学？食品化学研究的主要容是什么？2.就你对化学、食品与生物体系的理解，简单说明化学物质的可认识性和生命物质体系的复杂性。3.从开展历史看，食品化学研究是由什么起

19、步的？最重要的工作是哪些？那类人在食品化学开展中发挥了决定性的作用？*4.人体六大营养要素是什么？在这六大类物质中，哪些属于无机化合物，哪些属于有机化合物？在自然界中，哪些类型的营养物质其分子种类最多，结构最复杂？5.试简述单糖、氨基酸的结构特点。*6.教材中表达食品成分的理化性质和功能，涉与到多少类型的食品成分？所讨论的功能主要是什么？这些功能是在何种体系中发挥的？7.就你了解，食品中的糖类化合物主要有哪些类型？这些类型的糖类分子中包含哪些官能团？这些官能团通常会发生哪些化学反响？*8.由教材中，你可以了解到食品化学的开展趋势是什么？*9.食品化学的研究方法有何特色？10.在近代食品工业中，

20、哪些加工技术在食品科学研究和食品生产中获得了应用？11.用你的语言，简述食品化学和食品科学诸多学科之间的关系。12.试写出以下食品成分的分子式：乳酸葡萄糖硬脂酸苹果酸柠檬酸油酸丙酮酸酒石酸小打谷氨酸果糖蔗糖第二章食品中的水和冰1主要容：1 概述2 食品中水的存在状态3 水分活度与吸湿等温曲线4与水相关的食品处理技术本章重点容： 1.与水的结构、状态、在食品中的存在形式、活度、吸湿等温曲线等容相关的根本概念；2.对于水缔合本质的理解；3.对于水与食品中非水物质之间作用与作用类型的理解；4.水分活度的定义与其意义；5.MSI的形成与其分区；本章难点： 水分活度与吸湿等温的意义与其在应用。1 概述1

21、.1 水在食品中的重要作用在人体中，水的比重占70%,大脑组织中水的比重也达80%,而血液里的水那么高达90%,就连骨骼里也有15%左右的水。表3.1 某些代表性食品的含水量食品名称水分%食品名称水分%食品名称水分%番茄 95莴苣 95卷心菜 92啤酒 90柑橘 87苹果汁 87牛奶 87马铃薯 78香蕉 75鸡 70肉 65面包 35果酱 28蜂蜜 20奶油 16稻米面粉 12奶粉 4酥油 0a.水是食品的重要组成成分，是形成食品加工工艺考虑的重要因素；b.水分含量、分布和状态对于食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响；c.是引起食品化学变化与微生物作用的重要原因，直接关系到

22、食品的贮藏特性。1.2 水、冰的结构和性质一、水分子的结构图略偶极矩是衡量分子极性大小的物理量。在物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷=q.d组成的体糸称之为偶极子，其电量与距离之积，就是偶极矩两个氢原子与氧原子之间形成共价键，我们把两个氧氢之间角度压缩使得间角变为104.5度，分子间的偶极距是1.84D.二、水分子的缔合与水的三态由于水分子的极性与两种组成原子的电负性差异，导致水分子之间可以通过形成氢键而呈现缔合状态。由于每个水分子上有四个形成氢键的位点，因此每个水分子的可以通过氢键结合4个水分子。由于水分子之间可以以不同数目和不同形式结合，因此缔合态的水在空间有不同的存在形式

23、。由于水分子之间除了通过氢键结合外，还有极性的作用力，因此水分子之间的缔合数可能大于4。在通常情况下，水有三种存在状态，即气态、液态和固态。水分子之间的缔合程度与水的存在状态有关。在气态下，水分子之间的缔合程度很小，可看作以自由的形式存在；在液态，水分子之间有一定程度的缔合，几乎没有游离的水分子，由此可理解为什么水具有高的沸点；而在固态也就是结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个水分子都固定在相应的晶格里，这也是水的熔点高的原因。水的缔合程度与水分子之间的距离也与温度有密切的关系；在0时，水分子的配位数是4，相互缔合的水分子之间的距离是0.276nm；当冰开始熔化时，水分子之间的刚性结构遭

24、到破坏，此时水分子之间的距离增加，如1.5时为0.29nm，但由0 3.8时，水分子的缔合数增大，如1.5时缔合数是4.4，因此冰熔化的开始阶段，密度有一个提高的过程；随着温度的继续提高，水分子之间的距离继续增大，缔合数逐步降低，因此密度逐渐降低。水具有一定的黏度是因为水分子在大多数情况下是缔合的，而水具有流动性是因为水分子之间的缔合是动态的。当水分子在ns或ps这样短的时间改变它们与临近水分子之间的氢键键合关系时，会改变水的淌度和流动性。水分子不仅相互之间可以通过氢键缔合，而且可以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键相互结合，所以糖类、氨基酸类、蛋白质类、黄酮类、多酚类化合物在水中均有一定的

25、溶解度。另外，水还可以作为两亲分子的分散介质，通过这种途径使得疏水物质也可在水中均匀分散。1.3 水、冰的物理特性与与食品质量关系水是一种特殊的溶剂，其物理性质和热行为有与其它溶剂显著不同的方面：a.水的熔点、沸点、介电常数、外表力、热容和相变热均比质量和组成相近的分子高得多。如甲烷的b.p：-162，m.p：-183，而水在0.1MPa下b.p：100，m.p：0；这些特性将对食品加工中的冷冻和枯燥过程产生很大的影响；b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，表现出异常的膨胀行为，这会使得含水的食品在冻结的过程中其组织结构遭到破坏；c.水的热导率较大，然而冰的热导率却是水同温度下的4倍。这说明冰

26、的热传导速度比非流动水如动、植物组织的水快得多；因此水的冻结速度比熔化速度要快得多；d.冰的热扩散速度是水的9倍，因此在一定的环境条件下，冰的温度变化速度比水大得多。正是由于水的以上物理特性，导致含水食品在加工贮藏过程中的许多方法与工艺条件必须以水为重点进展考虑和设计；特别是在利用食品低温加工技术是要充分重视水的热传导和热扩散的特点。1.4 冰的结构和性质冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定刚性的六方形晶体结构。在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相互缔合，OO之间的最小距离为0.276nm，OOO之间的夹角为109。当水溶液结冰时，其所含溶质的种类和数量可以影响冰晶

27、的数量、大小、结构、位置和取向。一般有4种类型，即六方形、不规那么树状、粗糙球状、易消失的球晶；六方形是多见的、在大多数冷冻食品中重要的结晶形式。这种晶形形成的条件是在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻，并且溶质的性质与浓度不严重干扰水分子的迁移。纯水结晶时有以下行为：即尽管冰点是0，但常并不在0结冻，而是出现过冷状态，只有当温度降低到零下某一温度时才可能出现结晶参加固体颗粒或振动可促使此现象提前出现；出现冰晶时温度迅速上升到0。把开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度。如果外加晶核，不必达到过冷温度就能结冰，但此时生产的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕有限数量的晶核成长。一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分

28、所形成的溶液，因此其结冰温度均低于0。把食品中水完全结晶的温度叫低共熔点，大多数食品的低共熔点在-55-65之间。但冷藏食品一般不需要如此低的温度，如我国冷藏食品的温度一般定为-18,这个温度离低共熔点相差甚多，但已使大局部水结冰，且最大程度的降低了其中的化学反响。现代食品冷藏技术中提倡速冻，这是因为速冻形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活动受到更大限制，从而保证了食品品质。2 食品中水的存在状态理解食品中水的存在状态是掌握水在食品中的作用与各种与水相关的加工技术的关键。而水在食品中的存在状态说到底是水在食品中和各类食品物质之间的关系与水的存在量。2.1 水与溶质的相互作用2.1.1与

29、离子或离子基团的相互作用当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质时，这些物质由于在水中可以溶解而且解离出带电荷的离子，因而可以固定相当数量的水。例如食品中的食盐和水之间的作用。由于离子带有完整的电荷，因此它们和水分子之间的极性作用比水分子之间的氢键连接还要强，如Na +与水分子之间的结合能力大约是水分子间氢键连接力的4倍。正是由于自由离子和水分子之间的强的相互作用，导致破坏原先水分子之间的缔合关系，使一局部水固定在了离子的外表。随着离子种类的变化与所带电荷的不同，与水之间的相互作用也有所差异。大致可以分作两类：能阻碍水分子之间网状结构的形成，其溶液的流动性比水大，此类离子如：K +、

30、Rb +、Cs +、N + H 4 、Cl - 、Br - 、I -、NO -3、BrO - 3等；有助于水分子网状结构的形成，水溶液的流动性小于水，此类离子一般为离子半径小、电场强度大或多价离子，如：Li +、Na +、H 3 O +、Ca 2+、Ba 2+、Mg 2+、Al 3+、OH - 等。2.1.2与具有氢键键合能力的中性分子或基团的相互作用许多食品成分，如蛋白质、多糖淀粉或纤维素、果胶等，其结构中含有大量的极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分子通过氢键相互结合。因此通常在这些物质的外表总有一定数量的被结合、被相对固定的水。不同的极性基团与水的结合能力有所差异

31、。一般情况下，氨基、羧基等在生理条件下可以呈解离状态的极性基团均与水有较强的结合，而羟基、酰胺基等非解离基团与水之间的结合较弱。带有极性基团的有机物质由于和水能够通过氢键相互结合，因此对纯水的正常结构都有一定程度的破坏，而且也可降低冰点。带极性基团的食品分子不但可以通过氢键结合并固定水分子在自己的外表，而且通过静电引力还可吸引一些水分子处于结合水的外围，这些水称为临近水。尽管结合或附着在分子上的水分子数量并不多，但其作用和性质常常非常重要。它们常是一些酶保持活性结构并能发挥作用的重要因素；也常是食品保持正常结构的重要因素。2.1.3与非极性物质的相互作用非极性的分子通常包括烃类、脂类、甾萜类等

32、，通过化学的手段也可在一些含极性基团的分子如蛋白质等中引入非极性局部基团。当水中存在非极性物质，即疏水性物质时，由于它们与水分子产生斥力，可以导致疏水分子附近的水分子之间的氢键键合增强。由于在这些不相容的非极性实体邻近的水形成了特殊的结构，使得熵下降，此过程称为疏水水合作用。由于疏水水合在热力学上是不利的，因此水倾向于尽可能地减少与存在的非极性实体靠近。如果存在两个别离的非极性实体，那么不相容的水环境将促使它们相互靠近并缔合，从而减少水-非极性实体界面面积，此过程是疏水水合的局部逆转，被称为“疏水相互作用。疏水基团还有两种特殊的性质，即能和水形成笼形水合物与能和蛋白质产生疏水相互作用。笼形水合

33、物是像冰一样的包合物，水通过氢键形成类似于笼的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼中；水称为“主人，而被截留的疏水物质称为“客人。笼形水合物一般由2074个水分子形成，具体多少视客人的几何尺寸而定；而客人通常是一些低分子量的化合物，如烃类、稀有气体、短链的胺类、卤代烃、二氧化碳等。笼形水合物的结构与冰相似，同样具有一定的稳定性。已证明生物物质中天然存在的类似晶体的笼形水合物结构，它们很可能对蛋白质等生物大分子的构象、反响性和稳定性有影响。这种结构在海水脱盐、溶液浓缩和防止氧化等方面可能具有应用前景。前边尽管将蛋白质划在了带极性基团的分子类型中，这是因为大多数蛋白质分子，特别是球形蛋白质分子大

34、多数极性基团处于外表且朝向水，而非极性基团处于部而形成疏水区域。但实际上仍有一局部非极性基团朝外，这些朝外的非极性基团与水之间产生疏水的相互作用并产生一定的力，对于保持蛋白质的活性构象也具有一定的作用。2.2 食品中水的存在状态根据食品中水与非水物质之间的相互关系，可以把食品中的水分作不同的类型。结合水也称束缚水、固定水，自由水也称体相水。这二者之间很难作截然的划分，其主要的区别在于：a.结合水的量与食品中所含极性物质的量有比拟固定的关系，如100g蛋白质大约可结合50g 的水，100g淀粉的持水能力在3040g；b.结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合水被强行与食品别离时，食品质量、风

35、味就会改变c.结合水不易结冰，由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰晶所破坏，解冻后组织不同程度的崩溃；d.结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力；e.体相水可被微生物所利用，结合水那么不能。3 水分活度与吸湿等温曲线不同种类的食品即使水分含量一样，其腐败变质的难易程度也有明显的差异。食品的品质和贮藏性能与水分活度有密切的关系。3.1 水分活度的定义与测定方法一、定义：一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值；用公式表示即为：aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)其中：aw：水份活

36、度； p：样品中水的蒸气分压 p0：同温纯水蒸气压； ERH：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度； N：稀溶液中溶质的mol分数；n1：稀溶液中水的mol数； n2：稀溶液中溶质的mol数。注意：1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平衡，食品体系一般不符合这个条件，因此上式严格讲，只是近似的表达。Owen R. Fennema “食品化学2.8.22.公式中的前两项，即aw=p/p0=ERH/100，是根据水分活度定义给出的；而后两项是拉乌尔定律所确定的，其前提是稀溶液。所以前两项和后两项之间也应该是近似的关系。3.由于p/p0和n1/n1+n2，因此，aw的值在01之间课

37、程教案第三章食品中的水和冰2二、测定方法可以利用不同的方法对于食品中的水分活度进展测定：a.冰点测定法：通过测定样品冰点的降低值Tt与含水量求出n1,根据公式：n2= G Tt/1000Kt 在将此公式的值带入活度的定义公式即可求出样品的水分活度。此法的误差很小，准确度较高。b.相对湿度传感器测定法：将含水量的样品置于恒温密闭的小容器中，使其蒸气压和环境蒸气充分作用，达到平衡；用湿度传感器测定其空间的湿度，即可得出ERH，这时可得到样品的水分活度。c.康维氏微量扩散器测定法康维氏微量扩散器可如右图示意：分隔并相通的两个小室分别放样品和饱和盐溶液；样品量一般为1g；恒温温度一般为25，平衡时间为

38、20min；分别测定水分活度高的饱和盐溶液和水分活度低的饱和盐溶液和样品达平衡时样品吸收或失去水的质量，利用下式求算样品的水分活度：aw=(Ax+By/(x+y)其中：Ax：活度低的盐溶液活度； By：活度高的盐溶液活度 x：使用B时的净增值； y：使用A时的净减值；3.2 水分活度和温度的关系上边对于水分活度定义与测定方法的表达中，均强调了在一定的温度下。也就是说温度对于水分活度的值有较大的影响。物理化学中的克劳修斯-克拉贝龙方程准确表示了水分活度与绝对温度T之间的关系：dlnaw/d(1/T)=-H/R (1)其中R为气体常数，H为样品中水分的等量净吸附热。整理此式可得： lnaw=-kH

39、/R(1/T) (2)其中：此处的H 可用纯水的汽化潜热表示，是常数，其值为40537.2J/mol；讨论：a.由公式(2)可知， lnaw与-1/T之间为一直线关系，其意义在于：一定样品水分活度的对数在不太宽的温度围随绝对温度的升高而正比例升高。b.但在较大的温度围， lnaw与-1/T之间并非始终为一直线关系；当冰开始形成时，lnaw与-1/T曲线中出现明显的折点，冰点以下lnaw与-1/T的变化率明显加大了，并且不再受样品中非水物质的影响；这是因为此时水的汽化潜热应由冰的升华热代替，也就是说前述的aw与温度的关系方程中的H值大大增加了。要解释冰点以下aw与样品的组成无关，现在的观点认为，

40、在冰点以下样品的蒸气分压等于一样温度下冰的蒸气压，并且水分活度的定义式中的p0此时应采用过冷纯水的蒸气压。由b可以得出结论：在比拟冰点以上或冰点以下的水分活度值时应该注意到以下两个重要的区别。第一，在冰点以上，水分活度是样品组成和温度的函数，并且样品组成对于水分活度值有明显的影响；而在冰点以下时，水分活度与样品的组成无关，仅与温度有关。因此不能根据冰点以上水分活度值来预测体系中溶质种类和含量对冰点以下体系发生变化的影响。第二，冰点以上和以下时，就食品而言，水分活度的意义是不一样的。例如：在水分活度为0.86的-15的食品中，微生物不再生长，其它化学反响的速度也很慢；但在同样的水分活度而温度是2

41、0情况下，一些化学反响将快速进展，一些微生物也将中等速度生长。3.3 吸湿等温曲线一、定义与测定方法定义：在恒定温度下，食品的水含量以g水/g干物质表示对其活度形成的曲线称为等温吸湿曲线MSI。大多数食品或食品原料的吸湿等温线为S型，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸湿等温线为J型。测定方法：在恒定温度下，改变食品中的水分含量，测定相应的活度，以水分含量为纵轴、Aw为横轴画出曲线。二、MSI中的分区区：为构成水和邻近水区，即与食品成分中的羧基、氨基等基团通过氢键或静电引力相互结合的那局部水。由于这局部水比拟结实的与非水成分结合，因此aw较低，一般在00.25之间

42、，相当于物料含水量00.07g/g干物质。这种水不能作为溶剂而且在-40不结冰，对固体没有显著的增塑作用，可以简单的看作固体的一局部。要注意的是，一般把区和区交界处的水分含量称为食品的“单分子层水含量，这局部水可看成是在干物质可接近的强极性基团周围形成一个单分子层所需水量的近似值。食品单分子层水含量的意义与计算：意义：由于一般食品当其含水量接近单层值时，有最大的稳定性，因而根据具体对象确定其单层值，对于食品的有效保存是非常重要的。区：多层水区，即食品中与酰胺基、羧基等基团和结合水、邻近水以水溶质、水水以氢键和缔合作用被相对固定的水，也包括直径小于1m的毛细管的水；这局部水的aw一般在0.250

43、.8之间，相当于物料含水量在0.07g/g干物质至0.140.33g/g干物质。当食品中的水分含量相当于区和区的边界时，水将引起溶解过程，它还起了增塑剂的作用并且促使固体骨架开始溶胀。溶解过程的开始将促使反响物质流动，因此加速了大多数的食品化学反响。区：自由水区，aw在0.80.99之间，物料最低含水量在0.140.33 g/g干物质，最高为20g/g干物质。这局部水是食品中与非水物质结合最不结实、最容易流动的水，也称为体相水。其蒸发焓根本上与纯水一样，既可以结冰也可作为溶剂，并且还有利于化学反响的进展和微生物的生长。在凝胶和细胞体系中，体相水以物理的方式被截留，其宏观流动性受到影响，但它与稀

44、盐溶液中水的性质相似。按照吸湿等温线将食品中所含的水分作三个区，对于食品中水的应用与防腐保鲜具有重要的意义。但也要理解，这种分区是相对的。因为除化学吸附结合水外，等温线每一个区间和区间与区间之间的水都可以发生交换。另外，向枯燥物质中增加水虽然能够稍微改变原来所含水的性质，即基质的溶胀和溶解过程，但是当等温线的区间增加水时，区间水的性质几乎保持不变；同样在区间增加水，区间的性质也几乎保持不变。从而说明，食品中结合得最不结实的那局部水对食品的稳定起着重要的作用。三、滞后现象所谓滞后现象即向枯燥的样品中添加水回吸作用后绘制的吸湿等温线和由样品中取出一些水解吸作用后绘制的吸湿等温线并不完全重合，这种不

45、重合性称为滞后现象。引起食品解吸和回吸出现滞后现象的主要原因有：a.解吸过程中一些水分与非水物质相互作用导致释放速度减缓；b.物料不规那么形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需要不同的蒸气压；c.解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法严密结合水分，由此可导致回吸一样水量时处于较高的水分活度。由于滞后现象的存在，有解吸制得的食品必需保持更低的水分活度才能与由回吸制得的食品保持一样的稳定性。滞后现象的研究对于食品脱水和复水过程有重要的指导意义，然而滞后现象的本质和应用中还有许多不清楚的地方。4 与水相关的食品学问题与相关技术原理4.1 水分活度与食品的稳定性食品中的化学反响与微生物的活性与水

46、分活度有密切的关系，因此食品的水分活度对食品的稳定性产生着巨大的影响。4.2 水分活度与微生物生命活动的关系食品质量与食品加工工艺确实定与微生物有密切的关系。而食品中微生物的存活与繁殖生长与食品中水分的活度有密切的关系。不同种类的微生物其存活和生长与水分活度有关系，同一种类微生物在不同的生长阶段也要求不同的水分活度。一般讲，细菌形成芽孢时比繁殖时所需的水分活度要高；产毒微生物在产生毒素时所需的水分活度高于不产毒时所需的水分活度。由以上讨论可以得出结论，当食品的水分活度降低到一定的限度以下时，就会抑制要求水分活度阈值高于此值的微生物的生长、繁殖或产生毒素，使食品加工和贮藏得以顺利进展。当然发酵技术中要求所用微生物能正常快速增殖，此时那么要给予适宜的、必要高的水分活度；另外，利用水分活度控制食品质量或加工工艺时还要考虑pH、营养成分、氧气等因素对于微生物的影响。4.3 水分活度与食品化学变化的关系食品中的