水分

等温吸湿线、水的结构与性质、水分活度（Aw）（食品中的水分与非水物质的缔合程度）、食品中水的存在状态。

水分 （六大营养素之一）

• 概述 （了解）
  • 水在食品中的作用
    • 主要营养素
    • 影响食品加工
    • 影响食品的贮藏
  • 水对生物体的作用
  • 食品中的水分含量
• 水的结构与性质
  • 性质
    • ①ρ水＞ρ冰（结冰时∨水膨大9％）；②冰的热散率和导热值大于水：由于水和冰的导热系数和热扩散系数有较大差异，导致了在相同温度下组织材料冻结的速度比解冻的速度快（结冰过程中体积增大，破坏结构，解冻时回汁液流失）
  • 结构
    • 水分子之间通过氢键呈现缔合状态
  • 冰的一般形成过程
    • 过冷状态：在冰点以下仍不结冰
    • 过冷温度：开始出现稳定晶核时的温度
    • 最大冰晶生成带（-1℃～-5℃）：食品处于最大冰晶生成带结的冰小且多
    • 冰的形成过程：过冷水→晶核→结冰（有晶核，温度在冰点以下）
    • 速冻原理
      • ①食品快速冷却，缩短其在最大冰晶生成带停留的时间，使成高过冷现象，迅速形成大量晶核，均匀分布细胞内
      • ②由于冰晶小膨胀力小，对食品组织的破坏很小，解冻融化后的水可以重新渗透到食品中，基本保持原有的风味和营养价值
      • ③冻结时间缩短使微生物活动受到更大限制
• 食品中水的存在状态
  • 水与溶质的相互作用
    • 水与离子和离子基团的相互作用
      • 离子水合作用：离子或离子基团通过自身的电荷可以一水分子偶极子相互作用（从水的正常结构来看，所有的离子对水的结构都起破坏作用，能阻止水在0℃以下结冰，食物中的水0℃以下结冰）
    • 水与具有氢键键合能力的中性基团（亲水性溶质）的相互作用
      • ①食品中的蛋白质，淀粉，果胶物质，纤维素等成分通过氢键与水结合（可溶性越好形成的氢键越多）
      • ②水能与羟基(-OH),氨基(-NH2),羰基，酰胺基，亚氨基(-NH),形成氢键
    • 水与非极性物质的相互作用
      • ①水与非极性物质：由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子的氢键键合增强，使得熵下降，此过程称为疏水水合作用
      • ②非极性物质与非极性物质：当存在两个分离的非极性基团，不相溶的水环境将促进它们之间的缔合，从而减少水-非极性界面面积，称为疏水相互作用
  • 水的存在状态
    • 结合水（束缚水，固定水，在食品中占3％～5％） （存在于溶质或其他非水组分附近的，与溶质分子之间通过化学键结合的那部分水）
      • 化合水
      • 邻近水
      • 多层水（有一定的溶解能力）
    • 自由水（游离水，体相水，在食品中占约96％） （没有被非水物质结合的水）
      • 滞化水
      • 毛细管水
      • 自由流动水
    • 特点
      • 结合水
      • 自由水
        • ①食品中的冰点有所下降
        • ②溶解溶质的能力强，干燥时易去除（物理方法）
        • ③适合微生物生长和大多数化学反应
        • ④易引起食物腐败变质，与食品的风味及功能紧密相关
• 水分活度（Aw） （食品中的水分与非水物质的缔合程度）
  • 定义
    • Aw=f/fo≈P/Po＝ERH/100(食物中的Aw总在0～1之间)
      • f→水的速度
      • fo→纯水的逸度
      • P→食品中水的蒸汽压
      • Po→纯水的蒸汽压
      • ERH→食品周围环境空气的平衡相对温度
    • Aw与温度有关
    • ①高水分活度＞0.85 ②中水分活动0.6～0.85 ③低水分活度＜0.6
  • Aw与微生物生长的关系
    • 最低限度的水分活度 （在水分活度低于0.60时，绝大多数微生物无法生长）
      • 细菌＞0.9
      • 酵母菌＞0.87
      • 霉菌＞0.8
  • 水分活度与脂类氧化的关系
    • Aw＜BET：过分干燥，食品稳定性下降
      • ①水与过氧化氢物结合，妨碍水解，阻止氧化进程
      • ②水与金属离子水合，降低了催化氧化的效率
    • Aw＞BET
      • 氧化速度上升
    • Aw＞0.8
      • 稀释催化剂，阻滞氧化
    • 图像
      • 先下降后上升，＞0.8时再下降
  • Aw与酶促反应的关系
    • 图像：随水分活度的增加而上升，当Aw降低到0.25～0.30的范围，就能有效的减慢或阻止酶促褐变
  • Aw与非酶促反应（美拉德反应）的关系
    • 食品水分活度在一定范围内时非酶褐变随Aw的增大而加速
    • Aw在0.6～0.7时褐变最严重
    • 随着Aw下降非酶褐变会受到抑制减弱，当下降到0.2以下，褐变难以发生
  • Aw与食品质地的关系
    • Aw影响干燥食品和半干燥食品的质构
      • 对于易吸湿食品必须封装在不让水分透过的容器或包装中
      • 0.35～0.5是不使干物质的期望性质造成损失所允许的最高Aw
      • Aw较低时，只有脂肪氧化的速度较高
    • ①对于保湿食品，加包装，避免水分流失 ②降低水分活度：脱水（干燥，冷冻等） 添加亲水性物质（盐，糖，多元醇例如甘油，丙二醇，山梨醇）
• 等温吸湿线
  • 定义
    • 在恒定温度下，食品水分含量（每单位质量干物质中水的质量）与Aw之间的关系图称为等温吸湿曲线(MSI)
  • 等温吸湿曲线上不同部分水的特性
    • I区(0～0.25)：以化合水为主
    • I～II区邻近水中的单层吸附水(BET)
    • II区(0.25～0.8)：多层水，少量毛细管水
    • III区(0.8～0.99)：自由水（是影响食品品质最重要的因素，也是食品加工中研究最多的水）
  • 等温吸湿曲线与食品类型的关系
    • 大部分食品的等温吸湿曲线呈S形，而水果、糖制品 和咖啡提取物含大量糖和其他可溶性小分子呈J形
  • 等温吸湿曲线与温度的关系
    • 回吸曲线：向干燥食品中添加水所得到的吸附等温线
    • 解吸曲线：把水从食品移除所得吸附等温线
    • 滞后现象：回吸与解吸所得到的等温线不重叠的现象（滞后环：滞后上所形成的环状区域）