第二章 水
2.1.1 水分含量
▪一般生物体及食品中水分含量为3～97%
• 水在生物体内的含量 约70~80%
水在动物体内的含量特点
随动物年龄的增加而减少，成人含水量为58~67%。
不同部位水分含量不同：
皮肤 60~70%；
肌肉及器脏 70~80%；
骨骼 12~15%。
水在植物体内的含量特点
•营养器官组织（根、茎、叶的薄壁组织）含量最高 70~90%。
•繁殖器官组织（种子、微生物的孢子）含量最低 12~15%。
某些食品的水分含量表2—1
食品 水分含量 ( % )
白菜，菠菜 90—95
猪肉 53—60
新鲜蛋 74
奶 88
冰淇淋 65
大米 12
面包 35
饼干 3—8
奶油 15--20
2.2 水的功能
2.2.1 水在生物体内的功能
1.稳定生物大分子的构象，使其表现特异的生物活性
2.体内化学介质，使生物化学反应顺利进行
3.营养物质，代谢载体
4.热容量大，调节体温
5.润滑作用
此外，水还具有镇静、强壮效果；保护眼睛，降脂减肥和美容作用。
2.2.2 水的食品功能
1.食品的组成成分
2.显示、香、味、形、质构特征
3.分散蛋白质、淀粉、形成溶胶
4.影响鲜度、硬度
5.影响加工，起浸透、膨胀作用
6.影响储藏性
2.3 水的物理性质
2.3.1 水的三态
1、以水—汽（100℃/1个大气压）
2、水—冰（0℃/1个大气压）
3、汽—冰（>0℃/611Pa以下）
特点: 具有水、汽、冰三相共存（0.0098℃/611Pa）
* * 2.3.2 水的重要物理性质
•水的许多物理性质：如熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、表面张力和界电常数都明显偏高.
* *原因:
水分子间存在着三维氢键缔合的缘故
１水的密度在4℃最大，为1；0℃时冰密度为0.917,水结冰时,体积膨胀约9%(1.62ml/L).
实际应用:
这种性质易对冷冻食品的结构造成机械损伤,是冷冻食品行业中应关注的问题
2.水的沸点与气压呈正相关关系.当气压升高时,则其沸电升高;当气压下降，则沸点降低。
实际应用:
(1)热敏性的食品如牛奶、肉汁、果汁等的浓缩通常采用减压或真空方式来保护食品的营养物质
(2)不易煮烂的食物，如动物的筋、骨、牛肉等可采用高压蒸煮，
低酸性的罐头的杀菌
(3)高原上做饭应采用高压
3.水的比热较大
水的比热大是因为当温度升高时，除了分子动能需要吸收热量外，同时缔合的分子转化为单分子时也需要吸收热量所致。使得水温不易随气温的变化而异。比如海洋性气候就是如此。
4. 水的介电常数很高,水的溶解能力强
20℃时，水为80.36，
生物体的干物质的介电常数为2.2~4.0。
介电常数高，可促进电解质的解离，所以对酸、碱、盐等电解质和蛋白质在水中的溶解是非常重要的。
5.冰的导电系数与热传递系数均比水的大，分别大3倍与4倍
也就是说，在一定的环境中，冰改变自身的温度要比水的快得多，所以同一食物的解冻要比冻结快得多
# 平板天线2.4 食品中的水分状态及与溶质间的相互关系(1)
2.4.1 水分状态
2.4.1.1 结合水（束缚水，bound water，化学结合水）
作用力：配位键，氢键，部分离子键
特点：在-40℃以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂
单分子层水（monolayer water）: 与食物的非水组分中离子或强极性基团如氨基
、羧基等直接以离子键或氢键结合的第一个水分子层中的水称之。约为总水量的0.5%。
多分子层水（multilayer water）:处于单分子层水外的几层水分子或与非水组分所含的弱极性基团如羟基、酰胺基等形成的氢键的水分子。
# 2.4 食品中的水分状态及与溶质间的相互关系(2)
2.4.1.2 自由水（ free water）（体相水，游离水，吸湿水） 作用力：物理方式截留，生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留；毛细管力
特点：可结冰，溶解溶质；测定水分含量时的减少量；可被微生物利用。
毛细管水：毛细管径>0.1um,约为几~几十um时,其内的水属于自由水。
自由流动水（截留水、自由水）
# 2.4 食品中的水分状态及与溶质间的相互关系(3)
2.4.2 水溶质间的相互关系
2.4.2.1 水与离子和离子基团的相互作用
作用力：极性结合，偶极—离子相互作用
阻碍水分子的流动的能力大于其它溶质；
水—离子键的强度大于水—水氢键；
破坏水的正常结构,阻止水在0℃时结冰，对冰的形成造成一种阻力
# 2.4 食品中的水分状态及与溶质间的相互关系(4)
2.4.2. 水与可形成氢键的中性基团的相互作用
水可以与羟基、氨基、羰基、酰基、亚氨基等形成氢键；
作用力小于水与离子间作用力；流动性小；对水的网状结构影响小；阻碍水结冰；
大分子内或大分子间产生“水桥”
Η
│ │ ∣
—Ν—Η …… Ο—Η ……О＝С—
# 2.4 食品中的水分状态及与溶质间的相互关系(5)
2.4.1.3 水与非极性物质的相互作用
笼形水合物的形成：由于非极性基团与水分子产生斥力，使疏水基团附近的水分子间氢键键合力↑
“笼形水合物” :20～74个水分子将“客体”包在其中
作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用
2.5 水分活度与食品稳定性
* * 2.5.1 水分活度的意义
问题(1) 含水18%的果脯与含水18%的小麦比较，哪种耐储藏？
水分活度: 食品中水的蒸汽分压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示
Aw=P/Po
•对于纯水： P=Po Aw=1；
•而对于食品中的水分，因其中溶有其它物质，所以P总是<P。,故Aw<1。
•根据拉乌尔定律：Aw还可用平衡相对湿度（ERH)表示 ：
• Aw=P/Po=ERH/100
# 2.5.2 Aw与温度的关系
Aw是温度的函数，而且与温度成正比
原因：
P、Po、RH与温度有关，故 Aw=P/Po=ERH/100也与其有关。
当含水量相等时，温度越高，Aw越大。 除此之外，Aw还与食品的组成有关。
• 低于冰点时，Aw与温度的关系
• 由于冰的存在，Aw不再象冻结前那样受其内容物组成与含量的影响，只纯粹与温 度有关。穿孔塞焊
•例如：某食品Aw=0.86，
•在20℃时，由于该温度是微生物和酶较适宜的生长或作用温度，Aw又较高，故微生物易繁殖生长，化学反应也容易进行，因此食品就容易腐败变质。
•在-15℃时，由于低温，本身抑制了微生物的繁殖，钝化了酶，所以化学反应几乎不进行，故食品在该温度下可以保持不坏。
结论
▪烟花生产冰点以上或以下，Aw对食品稳定性影响是不同的。
▪高于冰点时，Aw与食品组成及Ｔ有关，其中食品组成是主要因素，当组成水％相同时，Ｔ上升，则Aw上升。
▪低于冰点时， Aw仅与温度有关，与食品组成无关。
•2.5.3.1 定义及意义
* * 1.定义：
• 在等温条件下，以食品含水量为纵坐标，以Aw为横坐标作图，所得曲线称为吸湿等温线。
• 不同食品，因其化学组成和组织结构不同，对水束缚能力不一样，有不同的吸湿等温线，但都为Ｓ型。
•2)意义：
• 吸湿等温线表示了食品的Aw与含水量对应关系，除去水（浓缩、干燥）的难易程度与Aw有关.
• 1.配制食品混合应注意水在配料间的转移
• 2.测定包装材料的阻湿性质
• 3.测定一定水分含量与微生物生长的关系
• 4.预测食品稳定性与水分含量的关系。
２.5.3.2.吸湿等温线与温度的关系
Ｔ升高，则Aw升高，对同一食品，Ｔ升高，形状近似不变，曲线位置向下方移动.
不同温度下马铃薯的吸湿等温线
# 2.5.3.3 吸湿等温线的滞后现象
测定水加入到干燥食品的吸湿（吸附）等温线与测定高水分食品→脱水的解吸等温线；二线不完全重合，显示吸湿等温线滞后环
吸湿等温线的滞后现象 ;
吸湿（吸附）等温线与解吸等温线不完全重合的现象
水分含量相同时，对应的Aw ，解湿 <吸湿
原因：
吸湿到食品内的水，还未充分被食品组分束缚，没有使食品完全“复原”
影响因素:
食品品种不同，滞后环不同
同一食品，不同温度，滞后环也不同
不同的解吸方法,滞后环也不同
乙酰氨基阿维菌素
2.5.3.4 吸湿等温线分区(1)
为了说明吸湿等温线的内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区。
Ⅰ区 Aw=0～0.25
约0～0.07g水/g干物质
作用力： H2O—离子，H2O—偶极，配位键
属单分子层水（含水合离子内层水）
不能作溶剂，-40℃以上不结冰，与腐败无关
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