第一章食品成分化学 Chemistry of Components in Food 第一节水 (Water)

第一章食品成分化学 Chemistry of Components in Food 第一节水(Water)

教学目的：了解各种食品的含水量、水分活性的概念；了解水的存在状态 。 • 教学重点: 水分活度、水的存在状态、冷冻对食品组织的影响 • 教学难点：水分活度、水的存在状态，结合水的性质

各种食品都有其特定的水分含量，因此才显示出其各自的色、香、味、形特征各种食品都有其特定的水分含量，因此才显示出其各自的色、香、味、形特征 • 水起着分散蛋白质、脂类和淀粉、使其形成溶胶的作用。 • 水能影响食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工性 • 水分也是微生物繁殖的重要因素 • 因此，研究水的结构和性质，对食品化学和食品保藏技术有重要意义

1.1 食物的含水量 食品的含水量除谷物和豆类等种子外（1216％），一般都比较高（6090％），水是食物各种组分中数量最多的组分。

食品 含水量(%) 肉类猪肉 53~60 鱼(肌肉蛋白) 65~81 水果香蕉 75 桃、梨、苹果、葡萄、菠萝 80~95 蔬菜青豌豆、甜玉米 74~80 芦笋、大白菜、红辣椒、花菜、莴苣、西红柿 90~95 部分食品的含水量

谷物全粒谷物 10~12 面粉、粗燕麦粉、粗面粉 10~13 乳制品山羊奶 87 奶粉 4 冰淇淋 65 焙烤食品面包 35~45 饼干 5~8 糖及其制品蜂蜜 20 果酱 ≤35 蔗糖、硬糖、纯巧克力 ≤1

1.2 水的结构 • 水分子由两个氢原子与一个氧原子的两个SP3杂化轨道结合成两个σ共价键，为四面体结构，氧原于位于四面体中心，四面体的四个顶点中有两个被氢原子占据，其余两个为氧原子的非共用电子对所占有。

气态水分子两个O—H键的夹角即(H—O—H)的键角为104.5°，O—H核间距0.96Å，氢和氧的范德瓦尔斯半径分别为1.2和1.4Å。气态水分子两个O—H键的夹角即(H—O—H)的键角为104.5°，O—H核间距0.96Å，氢和氧的范德瓦尔斯半径分别为1.2和1.4Å。

在液态水中，若干个水分子会缔合成(H2O)n大分子，这是由于水分子偶极分子之间的静电吸引力及产生氢键键合作用形成的。氧原子的两个孤对电子与邻近的两个水分子的氢原子产生氢键键合，形成如图所示的四面体结构。在液态水中，若干个水分子会缔合成(H2O)n大分子，这是由于水分子偶极分子之间的静电吸引力及产生氢键键合作用形成的。氧原子的两个孤对电子与邻近的两个水分子的氢原子产生氢键键合，形成如图所示的四面体结构。

固态水（冰），是水分子有序排列成的大且长的晶体，是水分子靠氢键连接构成非常“疏松”的刚性结构。固态水（冰），是水分子有序排列成的大且长的晶体，是水分子靠氢键连接构成非常“疏松”的刚性结构。 • 冰比液态水的结构更为“疏松”,比容较大。 • 冰有11种结构，但六方型是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式。

冰的扩展结构 O和● 分别表示基础平面的上层和下层氧原子

冷冻对食品组织的影响 • 食品冷冻时，由于水转变成冰可产生“浓度效应”，非水组分几乎全部浓集到未结冰的水中，效果类似食品的脱水 • 水结冰时膨胀会产生局部压力，使细胞受到损伤，从而使冷冻食品质地发生物理变化，特别是会使食品在解冻时发生软疡 • 同时还会引起乳化液失去稳定性，蛋白质絮凝，使食品质地变硬等 • 缓慢冷冻，会使大冰晶全部分布在细胞外部 • 快速冻结，可在细胞内外都形成冰晶

1. 3 水的性质 • 1. 水的比热、汽化热、熔化热大：这是由于水分子间强烈的氢键缔合作用产生的，当发生相转变时，必须供给额外能量破坏分子间的氢键。 • 这对食品冷冻、干燥和加工都是非常重要的因素。 • 这也是生物体温维持恒定的重要原因。

2. 水的介电常数大、溶解力强：因此水溶解离子型化合物的能力较强；非离子极性化合物如糖类、醇类、醛类等可与水形成氢键而溶于水中；不溶于水的物质如脂肪和某些蛋白质，也能在适当的条件下分散在水中形成乳浊液或胶体溶液。所以说，水是体内各种物质运输的载体。

1.4水的存在状态 • 水在食品中以游离水和结合水两种状态存在 • 游离水（free water）：不与食品中任何成分化合或吸附的水，具有纯水的性质，有流动性，也称自由水或体相水（ bulk water) • 结合水(bound water)：与蛋白质、碳水化合物等以氢键结合着而不能自由运动的水

与游离水相比，结合水呈现低的流动性和其它显著不同的性质1、它的冰点为－40 C2、它没有溶剂作用3、食物中的微生物孢子不能利用结合水进行发芽和繁殖，因而，只要从食品中除去自由水，就可使食品安全地保藏。

1.5 水的活度 食品中的水分并不是静止的，而是处于一种活动的状态，会随环境条件的变动而变化。如食品周围环境的空气干燥，湿度低，则水分会从食品向空气中蒸发，水分逐渐减少而干燥，反之宜然。因此，食品的含水量除了用％表示外，还可用水分活性AW来表示。

水分活度----是指食品在密闭容器内测得的水蒸气压力（P）与同温度下测得的纯水蒸气压力(P0)之比.水分活度----是指食品在密闭容器内测得的水蒸气压力（P）与同温度下测得的纯水蒸气压力(P0)之比. • 即 Aw = P/ P0

一般食品不仅含有水，而且含有蛋白质，淀粉等固形物，所以它的水相对地就比纯水少，故其水蒸汽压也就小，即一般有P＜P0，所以AW值皆小于1。一般食品不仅含有水，而且含有蛋白质，淀粉等固形物，所以它的水相对地就比纯水少，故其水蒸汽压也就小，即一般有P＜P0，所以AW值皆小于1。

鱼和水果等含水量高的食品，其AW值为0.980.99，都比较大，鱼和水果等含水量高的食品，其AW值为0.980.99，都比较大，米和大豆等水分少的干燥食品，其AW值就较小，为0.600.64

水活度与食品保存性的关系 • 食品中的微生物生长、脂类自动氧化、非酶褐变、酶的反应等都与aw有很大的关系。各种微生物的活动都有一定的AW阈值（最低值）如：细菌0.90 酵母0.88 霉菌0.80

aw范围 在此范围内的最低aw值一般能抑制的微生物食品 1.00 ~ 0.95 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 0.87 ~ 0.80 大多数霉菌(产霉菌毒素的青霉菌)金黄色葡萄球菌、德巴利氏酵母大多数果汁浓缩物、甜冻乳、巧克力糖、枫糖浆、果汁糖浆、面粉、大米、含15%~17%水分的豆类、水果糕点、火腿、软糖 0.50 微生物不繁殖含水分约12%的面条和水分含量约10%的调味品

当aw小于0.2时，除了氧化反应外，其它反应处于最小值当aw小于0.2时，除了氧化反应外，其它反应处于最小值 • 当aw=0.7～0.9时，美拉德褐变反应、脂类氧化、维生素Bl降解、叶绿素损失、微生物繁殖和酶反应均显示出最大速率。

Aw除影响化学反应和微生物生长外，还影响干燥和半干燥食品的质地。Aw除影响化学反应和微生物生长外，还影响干燥和半干燥食品的质地。如，欲保持饼干、膨化玉米花和油炸马铃薯片的脆性，防止砂糖、奶粉和速溶咖啡结块，硬糖果等粘结，均应保持适当低的aw值。干燥物质不致造成需宜特性损失的允许最大Aw为0.35~0.5范围。

2个与水有关的食品工业中的常用术语 持水容量分子淌度

持水容量(water holding capacity)： 表述基质分子(一般是指大分子化合物)截留大量水的能力。如，含果胶和淀粉凝胶的食品以及动植物组织中少量的有机物质能以物理方式截留大量的水。

分子淌度（Molecular mobility, Mm） 也就是分子的流动性, 关系到许多食品的扩散性质，如含淀粉食品（如面团、糖果和点心）、以蛋白质为基料的食品等，下表列出了与分子淌度相关的某些食品性质和特征。

干燥或半干食品 冷冻食品流动性和粘性水分迁移(冰的结晶作用) 结晶和重结晶乳糖结晶(冰冻甜食中的砂状结晶析出) 巧克力中的糖霜酶活力食品在干燥时的破裂冷冻干燥升华阶段的无定形相的结构塌陷干燥和中等水分食品的质地收缩（冷冻甜饼泡沫状结构的部分塌陷）分子淌度决定的某些食品性质和特征

触目惊心的水污染

本章思考题 解释纯净水、矿泉水、直饮水、磁化水、多维水、活性水及富氧水等新型饮用水

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