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中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品化學(xué)-展示頁

2025-01-21 21:57本頁面
  

【正文】 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) 。 ?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)。 ?( 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。 ? 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。 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 。用乘 100后的整數(shù)形式表示 。 ?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。 ?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 。 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 。 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(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 。 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。 ?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)。 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。 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。 ?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 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。 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℃。 ?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。 ?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。 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%。 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)合水則不能; ?結(jié)合水對食品風(fēng)味起重要作用 。 結(jié)合水則不能; ?結(jié)合水對食品風(fēng)味起重要作用 。 ?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 。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。 ?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 。 ?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) 。 ( 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 。 ?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 。 ?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。 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 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 。 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 。 ?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 。 ?條件:酚類物、氧、酶 ?酶的催化活性:酶分子的構(gòu)像 — 環(huán)境 — 水介質(zhì) ?水的作用: ?維持酶分子活性構(gòu)像的各種作用力,特別是非極性側(cè)鏈間的疏水作用力; ?有利于酶和底物分子在食品內(nèi)的移動(dòng),使之充分靠攏,溶解并增加基質(zhì)流動(dòng)性等。 ?Aw與酶活性: ?Aw,催化活性明顯減弱; ?Aw,淀粉酶、酚氧化酶、過氧化物酶受到極大抑制; ?Aw= ~ , 脂肪酶仍能保持活性。 /如圖 ( 4)( 5) ( 劉 ) : ?水是反應(yīng)物:水 ↓ → 反應(yīng) ↓ ; ?水是生成物:水含量 ↑ , 阻止反應(yīng)進(jìn)行 → 抑制水產(chǎn)生 , 反應(yīng)速度 ↓ ?當(dāng)樣品中水的含量對溶質(zhì)的溶解度 、 大分子表面的可及度和反應(yīng)物的遷移率 ( 流動(dòng)性 ) 等不再是限速因素時(shí) , 進(jìn)一步增加水的含量 , 將會(huì)對提高反應(yīng)速度的組分產(chǎn)生稀釋效應(yīng) , 使反應(yīng)速度降低 。 ?由圖 (表 ): ?絕大多數(shù)不利于食品品質(zhì)穩(wěn)定的反應(yīng)是在區(qū)域II中部和 III區(qū)發(fā)生,因而在具有中高水分含量( Aw=~ ) 的食品中發(fā)生最快; ?食品在解吸過程中,
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