【正文】 水 1 概述 ?六大營養(yǎng)素之一 ， 是維持人類正常生命活動(dòng)必需的基本物質(zhì)； ?存在：動(dòng)植物體內(nèi) 、 食品； ?在食品中的主要作用： ?賦予色 、 香 、 味 、 形等特征； ?分散蛋白質(zhì)和淀粉等 ， 使形成凝膠； ?新鮮度 、 硬度 、 流動(dòng)性 、 呈味性 、 保藏性和加工等 。 2 水與溶質(zhì)的相互作用 水的化學(xué)結(jié)構(gòu) 水分子的結(jié)構(gòu) （單分子水或汽態(tài)水分子） ?水蒸氣中水：多以單分子形式存在 ?化學(xué)式： H2O ?組成：一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子 ?形狀：折線形 ?H— O結(jié)合方式：共價(jià)鍵 ?鍵角： ℃ ?分子類型：極性分子 液體水的結(jié)構(gòu)（水分子的締合） ?存在形式：若干個(gè)水分子締合 [（ H2O） n] ?吸引力：含有偶極的水分子在三維空間上的靜電引力形成氫鍵的締合作用（多重氫鍵鍵合）， ?締合原因： OH鍵具有極性 → 分子中電荷非對稱分布 → 分子具有較大偶極距； 極性 → 吸引力→ 強(qiáng)度 締合 ?鍵能大?。汗矁r(jià)鍵（平均鍵能 335kJ/mol）氫鍵（ 2～ 40 kJ/mol） 偶極間靜電引力， ?結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定 ?動(dòng)態(tài)平衡：水分子得失。 ?氫鍵給體部位：在 H2O正四面體的兩個(gè)軸上 OH成鍵軌道（見圖 21A胡）， ?氫鍵受體部位： O的兩個(gè)孤對電子軌道，位于正四面體的另外兩個(gè)軌道， ?每個(gè) H2O最多能與另外 4個(gè) H2O通過氫鍵結(jié)合，得到如圖 （ 1）（劉）的四面體排列。 水的物理性質(zhì) ?熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、蒸發(fā)熱、表面張力和介電常數(shù)等明顯偏高（三維氫鍵締合）：1) 壓力 ↑↓→ 沸點(diǎn) ↑↓ ； , 100℃。 減壓濃縮； +,121～123 ℃ ?2）比熱大，原因： ? 溫度 ↑→ 分子動(dòng)能 ↑→ 吸入熱量 ? ↘ 締合分子 → 簡單分子 → 吸入熱量 ?比熱大 → 水溫不易隨氣溫變化 ?水密度低，黏度小 ?導(dǎo)熱率高： ?其中，導(dǎo)熱系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)：冰 水 → 經(jīng)受溫度變化速率：冰 水 → 凍結(jié)速度 解凍速度 ?密度比冰大： ?質(zhì)量相同： V冰 V水 → 冷凍工藝機(jī)械損傷 ?溶解能力強(qiáng)，可溶解電解質(zhì)、蛋白質(zhì)等溶液： ?離子型化合物 → 介電常數(shù)大 ?非離子型化合物 → 氫鍵 ?脂肪、蛋白 → 乳濁液 /膠體溶液 固態(tài)食品中水的類型 ?2． 3． 1 根據(jù)在食品中與非水物的結(jié)合程度劃分： ?束縛水： ?單分子層水 、 多分子層水 ?自由水： ?毛細(xì)管水 、 截留水 束縛水（結(jié)合水，構(gòu)成水） ?構(gòu)成水：指與非水物質(zhì)結(jié)合最強(qiáng)的并作為非水組分整體部分的結(jié)合水。 ?可與各非水組分結(jié)合且結(jié)合得最為牢固 ?作為非水組分整體部分 ?不能作為溶劑， ?40℃ 以上不能結(jié)冰。 單分子層水 ?位置：第一個(gè)水分子層中 ?結(jié)合集團(tuán)：非水組分中強(qiáng)極性集團(tuán)（如羧基、氨基等） ?結(jié)合方法：氫鍵 ?鍵能：大，結(jié)合牢固，呈單分子層 ?結(jié)合強(qiáng)度：最為牢固 ?蒸發(fā)、凍結(jié)、轉(zhuǎn)移和溶劑能力均可忽略。 ?個(gè)別單分子層上的水分子可脫離開強(qiáng)極性集團(tuán)，進(jìn)入外面多分子層水內(nèi)，與多分子層中的水分子交換。 ?含量：在高水分食品中，占總水量的 %； ?不能被微生物利用，不能用做介質(zhì)進(jìn)行生化反應(yīng)。 多分子層水（半結(jié)合水） ?鄰近水：與非水物質(zhì)結(jié)合強(qiáng)度較次的結(jié)合水 ?位置：強(qiáng)極性集團(tuán)單分子層外的幾個(gè)水分子層 ?結(jié)合基團(tuán)：非水組分中弱極性集團(tuán) ?結(jié)合方法：氫鍵 ?鍵能：小，不牢固 ?被束縛強(qiáng)度：稍弱 ?蒸發(fā)能力：較弱 自由水（體相水、游離水） ?除束縛水外剩余的部分水； ?連接力：毛細(xì)管力 ?位置：占據(jù)與非水組分相距很遠(yuǎn)位置 ?性質(zhì)：與稀溶液中水相似，宏觀流動(dòng)不受阻礙或僅受凝膠或組織骨架阻礙；在食品中可以作溶劑； ?在 40℃ 以上可以結(jié)冰； ?含量：在高水分食品中，略低于總水量的 5%。 毛細(xì)管水 ?動(dòng)植物體中毛細(xì)管保留的水； ?存在于細(xì)胞間隙中； ?只能在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)，加壓可使水壓出體外。 截留水 ?食品中被生物膜或凝膠內(nèi)大分子交聯(lián)成的網(wǎng)絡(luò)所截留； ?主要存于富水的細(xì)胞中或凝膠塊內(nèi)； ?只能在被截留的區(qū)域內(nèi)流動(dòng)，單個(gè)水分子可通過生物膜或大分子網(wǎng)絡(luò)向外蒸發(fā)； ?在高水分食品中，占總水量的 90%以上， ?與食品的風(fēng)味、硬度和韌性有關(guān)，應(yīng)防止流失。 結(jié)合水（束縛水）與自由水性質(zhì)差別 ?結(jié)合水的量與食品中有機(jī)大分子的極性集團(tuán)的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系； ?結(jié)合水的蒸汽壓比自由水高； ?結(jié)合水在食品中不能作為溶劑 ， 在 40℃ 以上不能結(jié)冰；自由水在食品中可以作溶劑 ， 在 40℃ 以上可以結(jié)冰； ?自由水能為微生物所利用 ， 適于微生物繁殖及進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) ， 是發(fā)生食品腐敗變質(zhì)的適宜環(huán)境 。 結(jié)合水則不能； ?結(jié)合水對食品風(fēng)味起重要作用 。 結(jié)合水（束縛水）與自由水性質(zhì)差別 ?結(jié)合水的量與食品中有機(jī)大分子的極性集團(tuán)的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系； ?結(jié)合水的蒸汽壓比自由水 ？ ； ?結(jié)合水在食品中不能作為溶劑 ， 在 40℃ 以上不能結(jié)冰；自由水在食品中可以作溶劑 ， 在 40℃ 以上可以結(jié)冰； ?自由水能為微生物所利用 ， 適于微生物繁殖及進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) ， 是發(fā)生食品腐敗變質(zhì)的適宜環(huán)境 。 結(jié)合水則不能； ?結(jié)合水對食品風(fēng)味起重要作用 。 3 水分活度與食品穩(wěn)定性 3． 1 水分活度定義 ?水含量不能作為判斷食品穩(wěn)定性的指標(biāo)： ?1） 水分含量的測定受溫度 、 濕度等外界條件的影響； ?2） 各非水組分與水氫鍵鍵合的能力和大小均不相同 ， 與非水組分結(jié)合牢固的水不可能被食品中的微生物生長和化學(xué)水解反應(yīng)所利用 。 ?因此 ， 用水活性度作為食品易腐敗性的指標(biāo)比水含量更為恰當(dāng) ， 而且它與食品中許多降解反應(yīng)的速度有良好的相關(guān)性 。 ?水分活度： ?食品的蒸汽壓與同溫下純水的蒸汽壓的比值 ，即 Aw=P/P0,Aw=水分活度 。P=食品中水的的蒸汽分壓 ， P0=指定溫度下純水的蒸汽壓； ?純水 P=P0， Aw=1， 而食品中 P總小于 P0， 故Aw1。 ?活度方程式： Aw=f/f0 ?式中 ， f=溶液中水的逸度 ， f0=純水的逸度 ?平衡相對濕度 （ ERH ） ?食品中水分蒸發(fā)達(dá)到平衡時(shí)食品上空已恒定的水蒸氣分壓與在此溫度時(shí)水的飽和蒸汽壓的比值。 ?Aw=P/P0=ERH/100， 現(xiàn)時(shí)大氣中水蒸氣的分壓力與在此溫度下水的飽和蒸汽壓的比值 。用乘 100后的整數(shù)形式表示 。 ?定義：在恒定溫度下 ， 表示食品的水含量（ g水 /g干物質(zhì) ） 與它的水分活度之間關(guān)系的曲線稱為等溫吸濕曲線 （ MSI） 。 即以食品中的水分含量為縱坐標(biāo) ， 以水分活度為橫坐標(biāo)作圖 ， 所得的曲線為等溫吸濕曲線 。 （ 胡圖 216P2425或韓圖 110P3132） ?大多數(shù)食品的 MSI呈 S形 ， 含有大量糖及其它可溶性小分子但不富有高聚物的水果 、 糖果及咖啡提取物等的 MSI則具有 J形 。 ? 見圖 218胡 ?用途 ?確定食品適宜的濃縮脫水時(shí)間 ， 確定適宜的食品組成以防止水分在各組分間轉(zhuǎn)移； ?預(yù)測食品適宜含水量以確保其穩(wěn)定性； ?看出不同食品非水成分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱。 ?類型 ?根據(jù)測定方法的不同等溫吸濕曲線可分為： ?回吸 （ 吸附 ） 等溫線：在恒溫條件下 ， 把水逐步滲透到干燥的食品中 ， 在測定了不同吸濕階段的水分活度后繪制的等溫線； ?解吸等溫線：把高水分含量的食品逐步脫水 ，在測定了不同脫水階段的水分活度后繪制出的等溫線 。 ?（ 4）影響等溫吸濕曲線形狀的因素： ?測繪方法 ?食品組成結(jié)構(gòu) ?溫度 ?… ... 滯后現(xiàn)象 （ hysteresis） 見圖 111韓 ?定義：同一食品等溫吸附線和解吸等溫線不完全重合，在中低水分含量部分張開一細(xì)長眼孔 ?影響滯后作用大小的因素：食品組成結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、食品除去和添加水所發(fā)生的物理變化、溫度以及吸濕與解吸速度和脫水程度等。 ?在同一 Aw下，所對應(yīng)的水分含量，都是解吸大于吸濕，（食品的解吸過程一般比回吸過程時(shí)含水量更高）說明吸濕到食品內(nèi)的水，還沒有充分地被非水組分束縛，沒有使食品復(fù)原。 ?等溫吸濕曲線與溫度有關(guān)： ?水分含量一定， t℃ ↑→ Aw↑ ?同一食品不同溫度下繪制的 等溫吸濕曲線， t℃ ↑ ， 曲線形狀基本不變，位置順序向右下方移動(dòng)。 見圖 112韓或劉 （ 5）等溫吸濕曲線分區(qū) （胡圖 217） ?目的： ?深刻理解含義和實(shí)際應(yīng)用 ?與食品內(nèi)水的類型緊密聯(lián)系 ?根據(jù)： ?水分含量和 Aw的關(guān)系 ?MSI圖形特點(diǎn) 區(qū)段 Ⅰ ?單分子層的結(jié)合水：為構(gòu)成水和鄰近水 ?連接集團(tuán)：羧基和氨基等離子基團(tuán) ?連接方式：水 離子或水 偶極相互作用 ?連接部位：吸附在極性部位 ?結(jié)合力：最強(qiáng)，吸附最牢固和最不容易移動(dòng)， ?Aw： 最低 ?在食品中占比例： 0～ ，相當(dāng)于物料含水量 0～ ?很難蒸發(fā) ， 蒸發(fā)焓比純水大得多； ?40℃ 時(shí)不結(jié)冰； ?不能溶解溶質(zhì)； ?與食品腐敗無關(guān)； ?對食品的固形物不產(chǎn)生增塑效應(yīng) ， 相當(dāng)于固形物的組成部分； ?高水分末端 （ 區(qū)間 Ⅰ 和區(qū)間 II的分界線 ） 位置的這部分水相當(dāng)于食品的單分子層水含量 。 區(qū)段 Ⅱ ?區(qū)間 I的水、區(qū)間 II內(nèi)增加的水（多分子層水、毛細(xì)管水）； ?與水結(jié)合基團(tuán)：酰胺基、羥基等； ?鍵型：水 水、水 溶質(zhì)的氫鍵鍵合作用與鄰近分子締合，形成多分子層結(jié)合水或稱為半結(jié)合水； ?結(jié)合力：稍差； ?蒸發(fā)能力：比水弱，蒸發(fā)焓比純水大，（水與非水組分的締合程度）； ?新增多的這部分水不能做溶劑，在 40℃ 時(shí)也不結(jié)冰； ?Aw=，溶解作用使多數(shù)反應(yīng)加速，并具有增塑劑和促進(jìn)基質(zhì)溶脹的作用（引發(fā)固態(tài)組織溶脹）； ?Aw： ～ ，相當(dāng)于物料含水量 至 ～ /g干物質(zhì)，最高為 20g的干物，占總水量的 5%以下； ?Aw接近 ， 常溫可能霉?fàn)€變質(zhì) 。 區(qū)段 III ?區(qū)段 I、 II及區(qū)段 III邊界內(nèi)增加的水（回吸過程）； ?吸濕性：最強(qiáng)烈； ?新增加的水：屬于自由水中直徑 1μm毛細(xì)管凝聚的水和生物大分子凝結(jié)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)截留水，結(jié)合最不牢固和最易流動(dòng)的水（體相水）； ?Aw： ～ ； ?與非水組分間的結(jié)合力極弱； ?蒸發(fā)焓 ；基本與純水相同 ， 既可結(jié)冰也可作溶劑 ， 在許多方面與純水相似 ， 因而有利于化學(xué)反應(yīng)及微生物生長； ?物料含水量：最低為 ～ ，增加的水最多 20g干物質(zhì)； ?在高水分食品中一般占總含水量的 95%以上 。 ?區(qū)段劃分不絕對： ?1） 區(qū)段 I： 靠近 II→ 多分子層水 ? 區(qū)段 II： 靠近 I→ 單分子層水 ?2） 除結(jié)合水外 ， 其余水能在區(qū)域內(nèi) /間進(jìn)行交換 ?故用區(qū)帶表示相互交叉過程 ?區(qū)段 II/III水 ↑→ 區(qū)段 I/II水性質(zhì)幾乎不變 → 食品中結(jié)合得最不牢固的那部分水對食品的穩(wěn)定性起著重要作用 。 Aw對微生物繁殖及化學(xué)反應(yīng)的影響 ?水分活度越小 ， 食品越穩(wěn)定 ， 較少出現(xiàn)腐敗變質(zhì)的問題； ?毛細(xì)管水能溶解反應(yīng)物質(zhì) ， 起溶劑作用 ， 有助于反應(yīng)物質(zhì)的移動(dòng) ， 從而促進(jìn)化學(xué)變化； ?過分干燥 → 氧化 、 脂肪酸敗 、 非酶褐變 Aw ?最高穩(wěn)定性所必需的水分含量：保持在結(jié)合水范圍內(nèi)（ 即最低 Aw） → 防止氧對活性基團(tuán)的作用 ， 阻礙蛋白質(zhì)和碳水化合物的相互作用 ， 化學(xué)變化難于發(fā)生 ， 不會(huì)喪失吸水性和復(fù)原性 。 Aw對微生物繁殖的影響 ?微生物生長需要的 Aw值一般較高： ?Aw ↑→ 微生物生長速度 ↑↑→ 生長速度 MAX后 ↓ （ 略有下降 ） ； ?不同微生物在食品中繁殖時(shí) ， 都有它最適宜的 Aw范圍；見表 （ 劉 ， 圖） 。 ?在食品中 ， 微生物賴以生存的水主要是自由水：自由水含量 ↑→ Aw ↑ ， 故 Aw大的食品易受微生物感染 ， 穩(wěn)定性差 。 微生物發(fā)育時(shí)必需的 Aw ?微生物 發(fā)育所必需的最低 AW ?普通細(xì)菌 ?普通酵母