食品化學(xué)幻燈片PPT本PPT課件僅供大家學(xué)習(xí)使用請學(xué)習(xí)完及時刪除處理謝謝！2.1概述1、化學(xué)作用的介質(zhì)，也是化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物或生成物。2、體內(nèi)營養(yǎng)素和代謝廢物的運(yùn)輸介質(zhì)，還推進(jìn)呼吸氣體的運(yùn)載。3、是維持體溫的載溫體。4、是生物體內(nèi)減緩磨擦的潤滑劑。水在生物體內(nèi)的生理功能2.1.1水在食品中的作用1.水作為食品的溶劑2.水作為食品中的反應(yīng)物或反應(yīng)介質(zhì)3.水能去除食品加工中的有害物質(zhì)4.水作為食品的浸漲劑5.水作為食品的傳熱介質(zhì)6.水是生物大分子化合物構(gòu)象的穩(wěn)定劑因此在食品中:2、水質(zhì)直接影響到食品加工工藝。1、水是食品生產(chǎn)中的重要原料之一。如3、各種食品都有能顯示其品質(zhì)特性的含水量。如

4、對食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、新鮮程度和腐敗變質(zhì)的敏感性產(chǎn)生極大的影響。對食品的商品價值及銷售有著深刻的影響。如

在奶油和人造奶油等乳化產(chǎn)品中作為分散相。在飲料食品中作溶劑等。某些代表性食品的典型水分含量產(chǎn)品水分（%）產(chǎn)品水分（%）產(chǎn)品水分（%）番茄95牛奶87果醬28萵苣95馬鈴薯78蜂蜜20卷心菜92香蕉75奶油16啤酒90雞70面粉12柑桔87肉65奶粉4蘋果汁87面包35酥油02.1.2水和冰的物理特性水的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比較高，介電常數(shù)（介電常數(shù)是溶劑對兩個帶相反電荷離子間引力的抗力的度量。）、表面張力、熱容和相變熱（熔融熱、蒸發(fā)熱和升華熱）等物理常數(shù)也較高。這對于食品加工中冷凍和干燥過程有重大影響。水的密度較低，水結(jié)冰時體積增加，表現(xiàn)出異常的膨脹特性，這會導(dǎo)致食品凍結(jié)時組織結(jié)構(gòu)的破壞。2.1.2水和冰的物理特性水的熱導(dǎo)性也是較大的，而冰與其他非金屬固體相比，熱導(dǎo)性屬中等程度。0℃時冰的熱導(dǎo)值約為同一溫度下水的4倍，這說明冰的熱傳導(dǎo)速度比非流動的水（如生物組織中的水）快得多。從水和冰的熱擴(kuò)散值可看出冰的熱擴(kuò)散速度約為水的9倍，這表明，在一定的環(huán)境條件下，冰的溫度變化速度比水大得多。因而可以解釋在溫差相等的情況下，為什么冷凍速度比解凍速度更快。2.2水和冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)水分子的結(jié)構(gòu)水分子的締合作用冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)四面體結(jié)構(gòu)氧：1s2，2s2，2p2z，2p1y，2p1x氫：1s1

H－O鍵成104.5°，比正四面體的109°28′要小，成角錐體結(jié)構(gòu)。O－H鍵是較強(qiáng)極性鍵2.2.1、水分子的結(jié)構(gòu)2.2.2水分子的締合作用因?yàn)樗肿佑写蟮呐紭O矩，因此可形成氫鍵締合。每一分子水可與4個水分子締合。（溫度在0℃以上附近時配位數(shù)會增加，升溫使鄰近水分子平均數(shù)增多和使分子間距離增加綜合導(dǎo)致在4℃時，水密度最大。）這是水具有高的沸點(diǎn)、溶點(diǎn)、熱容、相變熱等的原因。冰是水分子有序排列形成的晶體?？繗滏I連接，形成低密度的剛性結(jié)構(gòu)。2.2.3冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2.2.3冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是正六方形對稱結(jié)構(gòu)0.452nm2.2.3冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)水的冰點(diǎn)為0℃，可是純水在過冷狀態(tài)始結(jié)冰食品中結(jié)冰溫度到低共熔點(diǎn)-55℃左右，冷藏食品常為-18℃現(xiàn)代提倡速凍，使冰晶體呈針狀，因而品質(zhì)好。2.3.1水與溶質(zhì)的相互作用水與離子和離子基團(tuán)的相互作用水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團(tuán)的相互作用水與非極性物質(zhì)的相互作用2.3.2水的存在狀態(tài)2.3食品中水的存在狀態(tài)自由水

結(jié)合水結(jié)合水和自由水之間的區(qū)分2.3.1.1水與離子和離子基團(tuán)的相互作用離子水合作用如Na+、Cl-和解離基團(tuán)-COO-、-NH3+等。Na+與水分子的結(jié)合能力大約是水分子間氫鍵鍵能的4倍。2.3.1.2水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團(tuán)的相互作用可以與食品中蛋白質(zhì)、淀粉、果膠物質(zhì)、纖維素等成分通過氫鍵而結(jié)合。水與溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱。2.3.1.3水與非極性物質(zhì)的相互作用例如烴、稀有氣體及脂肪酸、氨基酸、蛋白質(zhì)的非極性基團(tuán)，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基團(tuán)附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強(qiáng)。結(jié)合水指通過化學(xué)鍵結(jié)合的水。根據(jù)被結(jié)合的牢固程度，有幾種不同的形式：(1)化合水(2)鄰近水(3)多層水結(jié)合水包括化合水和鄰近水以及幾乎全部多層水。食品中大部分的結(jié)合水是和蛋白質(zhì)、碳水化合物等相結(jié)合的。自由水就是指沒有被非水物質(zhì)化學(xué)結(jié)合的水。它又可分為三類：（1）滯化水（2）毛細(xì)管水（3）自由流動水結(jié)合水和自由水之間的區(qū)分1：結(jié)合水的量與食品中有機(jī)大分子的極性基團(tuán)的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系。2：結(jié)合水的蒸氣壓比自由水低得多。3：結(jié)合水不易結(jié)冰（冰點(diǎn)約-40℃）。4：結(jié)合水不能作為溶質(zhì)的溶劑。5：自由水能為微生物所利用，結(jié)合水則不能。2.4水分活度含水量是人們?nèi)粘Ｉ钪斜２厥称返闹匾罁?jù)之一。但這種表示方法是否能滿足呢？如：含水量同在30%的蘋果脯和黃豆粉，貯藏性是否一樣？食品的品質(zhì)和貯藏性與水分活度有更緊密的關(guān)系。2.4.1水分活度的定義與測定方法水分活度是指食品中水的蒸氣壓和該溫度下純水的飽和蒸氣壓的比值。aw==P0100=N=

n1+n2

PERHn1水分活度是從

之間的數(shù)值，純水時AW=

，完全無水時AW=

。食品中結(jié)合水的含量越高，食品的水分活度就越

。0~110低2.5吸濕等溫線2.5.1定義和區(qū)域定義：在恒定溫度下，食品的水分含量與它的水分活度之間的關(guān)系圖稱為吸濕（著）等溫線。區(qū)域：分三區(qū)域分析寬水分含量范圍的食品低水分部分水分吸水分吸著等溫線著等溫線的一般形式等溫吸濕線三區(qū)域Ⅰ區(qū)：是低濕度范圍，水分子和食品成分中的羧基和氨基等離子基團(tuán)牢固結(jié)合，結(jié)合水最強(qiáng)，所以aw也最低，一般在0~0.25之間，相當(dāng)于物料含水量0~0.07g/g的干物質(zhì)。它可以簡單地看作為固體的一部分。這部分水可看成是在干物質(zhì)可接近的強(qiáng)極性基團(tuán)周圍形成一個單分子層所需水的近似量。

Ⅱ區(qū)：水分占據(jù)固形物表面第一層的剩余位置和親水基團(tuán)周圍的另外幾層位置，形成多分子層結(jié)合水或稱為半結(jié)合水，主要靠水—水和水—溶質(zhì)的氫鍵鍵合作用與鄰近的分子締合，同時還包括直徑<1μm的毛細(xì)管中的水。aw在0.25~0.8之間，相當(dāng)于物料含水量在0.07g至0.14~0.33g/g干物質(zhì)。加速了大多數(shù)反應(yīng)的速度。等溫吸濕線三區(qū)域Ⅲ區(qū)：是毛細(xì)管凝聚的自由水。aw在0.8~0.99之間，物料含水量最低為0.14~0.33g/g的干物質(zhì)，最高為20g/g的干物質(zhì)。這部分水是食品中結(jié)合最不牢固和最容易流動的水。其蒸發(fā)焓基本上與純水相同，既可以結(jié)冰也可作為溶劑，并且還有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行和微生物的生長。等溫吸濕線三區(qū)域表2-4吸著等溫線上不同區(qū)水分特性區(qū)Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)aw0~0.20.2~0.85>0.85含水量%1~6.56.5~27.5>27.5凍結(jié)能力不能凍結(jié)不能凍結(jié)正常溶劑能力無輕微~適度正常水分狀態(tài)單分子水層吸附多分子水層凝聚毛細(xì)管水或自由流動水化學(xué)吸附結(jié)合水物理吸附微生物利用不可利用開始可利用可利用含水量%水分活度水分狀態(tài)區(qū)Ⅰ：1~6.5單分子層區(qū)Ⅱ：6.5~27.5多分子層區(qū)Ⅲ：>27.5自由流動A：<0.4B:<0.1C:<0.20.4~0.60.1~0.30.2~0.85>0.6>0.3>0.85<0.20.2~0.85>0.85選擇填空水分活度0.7時的水分含量%干淀粉雞肉鱈魚肉蘋果香蕉Aw

0.34，0.25，0.21，0.18，0.130.340.130.250.210.18水分活度與水分含量的關(guān)系A(chǔ)w=0.7時若干食品的含水量單位：g水/g干物質(zhì)鳳梨0.28蘋果0.34香蕉0.25干淀粉0.13干馬鈴薯0.15大豆0.10卵白0.15魚肉0.21雞肉0.18食品中的含水量愈高，水分活度也愈大。但兩者之間并沒有完全確定的對應(yīng)關(guān)系。2.5.2滯后現(xiàn)象如果向干燥樣品中添加水（回吸作用）的方法繪制水分吸著等溫線和按解吸過程繪制的等溫線并不相互重疊，這種不重疊性稱為滯后現(xiàn)象。在一定aw時，食品的解吸過程一般比回吸過程時含水量更高。2.6水分活度與食品的穩(wěn)定性2.6.1食品水分與微生物生命活動的關(guān)系2.6.2食品水分與食品化學(xué)變化的關(guān)系

2.6.1食品水分與微生物生命活動的關(guān)系

不同類群微生物生長繁殖的最低水分活度范圍是：大多數(shù)細(xì)菌為0.99~0.94，大多數(shù)霉菌為0.94~0.80，大多數(shù)耐鹽細(xì)菌為0.75，耐干燥霉菌和耐高滲透壓酵母為0.65~0.60。在水分活度低于0.60時，絕大多數(shù)微生物就無法生長。2.6.2食品水分與食品化學(xué)變化的關(guān)系降低食品的aw，可以延緩褐變，減少食品營養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但aw過低，則會加速脂肪的氧化酸敗，又能引起非酶褐變。要使食品具有最高的穩(wěn)定性所必需的水分含量，最好將aw保持在結(jié)合水范圍內(nèi)。這樣，使化學(xué)變化難于發(fā)生，同時又不會使食品喪失吸水性和復(fù)原性。在食品的化學(xué)反應(yīng)，其最大反應(yīng)速度一般發(fā)生在具有中等水分含量的食品中（0.7~0.9aw），這是人們不期望的。而最小反應(yīng)速度一般首先出現(xiàn)在aw0.2~0.3，當(dāng)進(jìn)一步降低aw時，除了氧化反應(yīng)外，其他反應(yīng)速度全都保持在最小值。這時的水分含量是單層水分含量。因此用食品的單分子層水的值可以準(zhǔn)確地預(yù)測干燥產(chǎn)品最大穩(wěn)定性時的含水量，這具有很大的實(shí)用意義。2.7冰在食品穩(wěn)定性中的作用

具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品和食品凝膠中的水結(jié)冰時，將出現(xiàn)兩個非常不利的后果：（1）非水組分的濃度將比冷凍前變大；（2）水結(jié)冰后其體積比結(jié)冰前增加9%。即降低溫度使反應(yīng)變得非常緩慢，而冷凍所產(chǎn)生的濃縮效應(yīng)有時卻又導(dǎo)致反應(yīng)速度的增大。總之，冷凍可以說是一種有效的保藏方法。玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性食品通常是以無定形態(tài)存在的。無定形態(tài)：物質(zhì)所處的一種非平衡、非結(jié)晶的固體狀態(tài)。當(dāng)飽和條件占優(yōu)質(zhì)并且溶質(zhì)保持非結(jié)晶時，此時形成的固體即為無定形態(tài)。無定形態(tài)時食品往往具有優(yōu)良的食品品質(zhì)。食品加工的任務(wù)是在保證食品品質(zhì)的同時使食品處于亞穩(wěn)態(tài)或處于相對比較穩(wěn)定的非平衡態(tài)。無定形聚合物的三種狀態(tài)玻璃態(tài)：既像固體一樣具有一定的形態(tài)和體積，又像液體一樣分子間排列只是近似有序。大分子的鏈段運(yùn)動被凍結(jié)，只允許在小尺度的空間運(yùn)動（即自由體積很?。╊愃朴趫杂驳牟ＡАＯ鹉z態(tài)：大分子聚合物轉(zhuǎn)變成柔軟而具有彈性的固體（此時還未融化）時的狀態(tài)，分子具有相當(dāng)?shù)男巫?。黏流態(tài)：大分子聚合物鏈能自由運(yùn)動，出現(xiàn)類似一般液體的黏性流動的狀態(tài)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg：是指非晶態(tài)的食品體系從玻璃態(tài)到橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變（稱為玻璃化轉(zhuǎn)變）時的溫度。Tg`：是特殊的Tg，是指食品體系在冰形成時具有最大冷凍濃縮效應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。溶質(zhì)類型和分子量對Tg和Tg′的影響

Tg顯著地依賴于溶質(zhì)的種類和水分含量，而Tg`則主要與溶質(zhì)的類型有關(guān)，水分含量的影響很小。溶質(zhì)的分子質(zhì)量(Mw)與Tg和Tg`具有相關(guān)性，對于蔗糖、糖苷和多元醇（最大分子量約為1200），Tg和Tg`隨著溶質(zhì)分子質(zhì)量的增加成比例的提高，而分子的運(yùn)動則隨著分子的增大而降低，因此欲使大分子運(yùn)動就需要提高溫度。當(dāng)Mw大于3000（淀粉水解物，其葡萄糖當(dāng)量DE＜～6）時，Tg與Mw無關(guān)。不同條件下物質(zhì)所處狀態(tài)以及相互變化

分子流動性（Mm）：是分子的旋轉(zhuǎn)移動和平轉(zhuǎn)移動性的總度量。決定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。物質(zhì)處于結(jié)晶狀態(tài)下時其Mm為零，物質(zhì)處于完全的玻璃態(tài)時其Mm值也幾乎為零，其他情況下Mm值大于零。一個化學(xué)反應(yīng)的速率由三個方面控制：擴(kuò)散系數(shù)D、碰撞頻率因子A、反應(yīng)的活化能Ea。如果D對反應(yīng)的限制性大于其他兩個因素，則反應(yīng)就是擴(kuò)散限制反應(yīng)。在一般條件下不是擴(kuò)散限制的反應(yīng)，在水分活度或體系溫度降低時，也可能使其成為擴(kuò)散限制反應(yīng)。用分子移動性預(yù)測具有擴(kuò)散限制反應(yīng)的速率時很有用。食品中大多數(shù)物理變化和一部分化學(xué)變化是由Mm控制的。在討論分子淌度與食品性質(zhì)的關(guān)系時，還必須注意以下例外：（1）反應(yīng)速率不是顯著受擴(kuò)散影響的化學(xué)反應(yīng)；（2）通過特定的化學(xué)作用(例如改變pH或氧分壓)達(dá)到需宜或不需宜的效應(yīng)；（3）試樣的Mm是根據(jù)聚合物組分（聚合物的Tg）聚集的，而實(shí)際上滲透到聚合物的小分子才是決定產(chǎn)品重要性質(zhì)的決定因素；微生物的營養(yǎng)細(xì)胞生長（因?yàn)閜/po是比Mm更可靠的估計指標(biāo)）擴(kuò)散限制反應(yīng)(Diffusion-limitedreaction)：質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，自由基重新結(jié)合反應(yīng)，酸堿反應(yīng)，許多酶催化反應(yīng)，蛋白質(zhì)折疊反應(yīng)，聚合物鏈增長，以及血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合/去氧合作用。非擴(kuò)散限制反應(yīng)(Non-Diffusion-limitedreaction)：高水分食品中的一些反應(yīng)，有些非催化的慢反應(yīng)等。食品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與穩(wěn)定性的關(guān)系凡是含有無定形區(qū)或在冷凍時形成無定形區(qū)的食品，都具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg或某一范圍的Tg（相對于大分子量）。在生物體系中，溶質(zhì)很少在冷卻或干燥時結(jié)晶。，因此無定形區(qū)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度常常可以見到。從而，可以根據(jù)Mm和Tg的關(guān)系估計這類物質(zhì)的限制性擴(kuò)散穩(wěn)定性，通常在Tg以下，Mm和所有的限制性擴(kuò)散反應(yīng)(包括許多變質(zhì)反應(yīng))將受到嚴(yán)格的限制。然而，不幸的是，許多食品的貯藏溫度高于Tg，因而穩(wěn)定性較差。水的增塑作用和對Tg的影響

在許多親水性食品或含有無定形區(qū)的食品中，水是一種特別有效的增塑劑，而且顯著的影響食品的Tg，由于水的特殊結(jié)構(gòu)和性能，在食品中的增塑作用十分明顯。在高于或低于Tg時，水的增塑作用可以提高M(jìn)m。當(dāng)增加水含量時，引起Tg下降和自由體積增加，這是混合物平均分子質(zhì)量降低的結(jié)果。水具有小的分子質(zhì)量，在玻璃態(tài)基質(zhì)中仍然可以保持驚人的流動性，由于這種流動性，使得一些小分子參加的化學(xué)反應(yīng)，在低于聚合物基質(zhì)的Tg時還能夠繼續(xù)測定反應(yīng)速率。Aw和Mm方法研究食品穩(wěn)定性的比較二者相互補(bǔ)充，非相互競爭；Aw法主要注重食品中水的有效性，如水作為溶劑的能力；Mm法主要注重食品的微觀黏度（Microviscosity）和化學(xué)組分的擴(kuò)散能力。從Mm方法與aw方法應(yīng)用對象來看，在估計由擴(kuò)散控制的性質(zhì)，像冷凍食品的物理性質(zhì)，冷凍干燥的最佳條件和包括結(jié)晶作用、膠凝作用和淀粉老化等物理變化時，Mm方法明顯地更為有效，因