1、食品生物化學,第二章 水分與礦物質,1,第一節(jié) 水分與水分活度,水在生物體內的含量與作用,食品中水分狀態(tài)與分類,水分活度,1、水在生物體內的含量 水是食品六大營養(yǎng)素之一，是維持人類正常生命活動必需的基本物質。,一、水在生物體內的作用,某些代表性食品的含水量,2、水的生理作用,穩(wěn)定生物大分子的構象，使之表現(xiàn)出特異的生物活性； 作為體內通用的介質，使各類生物化學反應得以順利進行； 作為營養(yǎng)物質或代謝廢物的載體，把它們輸送到生物體的各有關部位； 由于水的熱容量大，用來調節(jié)溫度、平衡溫度； 對體內各運動部位起潤滑作用。,水在食品中的重要作用,水是食品的重要組成成分，是研究食品加工工藝考慮的重要因素；

2、水分含量、分布和狀態(tài)對于食品的結構、外觀、質地、風味、新鮮程度會產生極大的影響； 水是引起食品化學變化及微生物作用的重要原因，直接關系到食品的貯藏特性。 水是食品生產中的重要原料之一，食品加工用水的水質直接影響到食品的品質和加工工藝。,人體與水以及食物與人體內水的關系,人體內的水分是處于不斷的運動和變化 正常情況下，每人每日需要從食物中獲取 1.52.7L的水 以汗、尿、呼吸等形式排出，以維持體內水的平衡,水的代謝,水的攝入及來源： 飲水（主要） 食物（因食物不同而異） 代謝水 水的排出： 尿液、糞便、呼吸、皮膚蒸發(fā)。,2、食品中水的分類,結合水 水合態(tài)的水 水 自由水,（i）在0以上可以結冰

3、,100 氣化； （ii）在食品內可以作為溶劑； （iii）可以以液體形式移動，在氣候干燥時也可以以蒸汽形式逸出，使食品中含水量降低； （iv）微生物可以利用自由水繁殖，各種化學反應也可以在其中進行。,自由水的特點：具有全部水的性質,（2）結合水（束縛水） 指通過氫鍵與食品中有機、無機成分結合的水。,結合水的特點：,（i）-40以上不能結冰。,（ii）不能作溶劑，不能被微生物所利用。,植物種子、微生物孢子： 不易結冰，冷凍條件下仍保持活性。,水對食品品質的影響,自由水含量對食品品質的影響 耐儲藏性 結合水 風味,三、水分活度 1、水分活度的概念 食品的水蒸汽分壓p與同一溫度下純水的飽和蒸汽壓p

4、0之比。,Aw: 水分活度； p: 一定溫度下食品中水蒸氣分壓 p0: 同溫度下純水的飽和蒸汽分壓,附：溶液的蒸氣壓下降,（a）水,（b）蔗糖溶液,原因： 溶質占據了一部分水的表面積, 溶質束縛住了一部分水分子,p0,p,難揮發(fā),基本靠自由水蒸發(fā)形成蒸汽壓,蔗糖分子,水分子,結合水,自由水,溶液中溶質濃度越高，其蒸汽壓下降越多。,全部水,基本靠自由水蒸發(fā)形成蒸汽壓,附：溶液的蒸氣壓下降,（a）水,（b）食品,也可以理解為一個物質所含有的自由狀態(tài)的水分子數與如果是純水在此同等條件下同等溫度與有限空間內的自由狀態(tài)的水分子數的比值。,p0,p,食品占據了較多體積，又結合了一部分水相同體積內的自由水分

5、子數減少,水分活度的大?。?純水Aw1，溶液Aw1。,（三）水分活度與食品的穩(wěn)定性,1.水分活度對微生物生長繁殖的影響,（表1-2）,Aw0.91時，細菌容易生長； 0.91Aw0.80，霉菌容易生長； Aw0.80時大多數霉菌不生長。,不同微生物生長與食品水分活度的關系,1、不同種類的微生物其正常生長繁殖所需要的水分活度不同，由此可以正確推斷影響不同含水量食品質量的主要微生物； 2、表中每一個水分活度區(qū)間的下限為相應微生物正常生長的水分活度閾值，即在此水分活度以下，該類微生物不能正常生長；,不同微生物生長與食品水分活度的關系,水分活度影響食品穩(wěn)定性的原因： （1）許多化學反應是屬于離子反應。

6、反應發(fā)生的條件是反應物首先必須進行離子的水合作用，而發(fā)生離子水合作用的條件是必須有足夠的游離水才能進行。 （2）許多以酶為催化劑的酶促反應，水有時除了具有底物作用外，還能作為輸送介質，并且通過水化促進酶和底物活化,三.水分活度,食品防腐：降低水分活度,（1）減少自由水：,濃縮、干燥,（2）增加結合水：,加鹽、加糖等,葡萄干、淹菜等不容易變質,食品中水分活度值的測定 擴散法,實驗原理,樣品在康威氏（Conway）微量擴散器的密封和恒溫條件下，分別在Aw較高和較低的標準飽和溶液中擴散平衡后，根據樣品質量的增加（在Aw較高的標準溶液中平衡）和減少（在Aw較低的標準溶液中平衡）的量，求出樣品的Aw。,

7、三、實驗儀器設備,康威氏（Conway）微量擴散皿、小鋁皿或玻璃皿、分析天平（感量0.0001g）,四、試劑配制,標準水分活度試劑，如下表所示：,實驗操作,1、在預先恒重且精確稱重的鋁皿或玻璃皿中，準確稱取1.00g均勻切碎的樣品，迅速放入康威氏擴散皿內室中。 2、在外室預先放入標準飽和溶液5ml，或標準的上述各式鹽5.0g，加入少許蒸餾水濕潤。 3、在擴散皿磨口邊緣均勻涂一層凡士林，加蓋密封，在250.5的恒溫箱中放置20.5h(平行作2-4份不同Aw值的標準飽和溶液及樣品)。,4、取出鋁皿或玻璃皿，用分析天平迅速稱量，分別計算各樣品的質量增減數。 5、以各種標準飽和溶液在25時的Aw值為橫

8、坐標，樣品的質量增減數為縱坐標作圖（如下圖），將各點連結成一條直線，這條線與橫坐標的交點即為所測樣品的水分活度值Aw。,Aw值測定圖解,概念： 除去C、H、O、N四種構成水分 和有機物質的元素以外，其他元素統(tǒng) 稱為礦物質成分。 在人和動物體內，礦物質總量占人體重的百分數較小，但卻是不可缺少的成分。,1、食品中礦物質元素的分類 （1）按礦物質在人體內的含量和人體對膳食中礦物質的需要量進行分類 常量元素（含量在0.01以上），如鈣、磷、硫、 鉀、鈉、氯和鎂。 微量元素（含量在0.01以下），如鐵、碘、鋅。,（2） 按礦物質在人體營養(yǎng)需要的關系分類,所有必需元素攝取過量后都會有毒。,有毒元素只在超過

9、一定量（閾值）后才會有毒。,缺乏則可使機體組織或功能出現(xiàn)異常。,汞、鎘、鉛、砷等,2、食品中礦物質的存在形式 礦物質中一價離子都以可溶性鹽的形式存在，如鉀、鈉、氯離子。 多價離子則以離子、不溶性鹽和膠體溶液的形式存在。,礦物質的生理功能,1構成人體組織的重要成分 如鈣、磷、鎂為組成骨骼、牙齒的成分，鐵為血紅蛋白的組成成分等。 2調節(jié)細胞膜的通透性 礦物質可調節(jié)細胞膜的通透性，以保持細胞內、外液中酸性和堿性無機離子的濃度，維持細胞正常的滲透壓和體內的酸堿平衡。,3維持神經和肌肉的興奮性 鈣為正常神經沖動傳遞所必需的元素，鈣、鎂、鉀對肌肉的收縮和舒張均具有重要的調節(jié)作用。 4組成激素、維生素、蛋白

10、質和多種酶類的成分 如谷胱甘肽過氧化物酶中含硒和鋅，細胞色素氧化酶中含鐵，甲狀腺素中含碘及維生素B12中含鈷等。,礦物質的生理功能,幾種重要的礦物質營養(yǎng)素,重點：,各種礦物質的主要食品來源,（一）鈣1.含量、分布,2.鈣的作用：,（1）構成骨骼、牙齒 （2）降低毛細管及細胞膜通透性 （3）降低神經肌肉正常興奮和心跳節(jié)律 （4）參與血液凝固,缺鈣可導致心悸、手足抽搐,骨質疏松癥：骨痛、駝背、骨折 生活質量明顯下降,骨質疏松者的骨骼的內部變化,3.吸收,人體鈣吸收主要在小腸近端，大部分是被動吸收。 （1）食物中的鈣有70%80%以不溶性鈣鹽形式隨糞便排出。,草酸鈣、脂肪酸鈣等,（2）維生素D、乳糖

11、、蛋白質、氨基酸等有利于鈣的吸收。,形成可溶性螯合物,成人后，鈣的吸收等于排泄，呈鈣平衡； 40歲以后，鈣的排泄大于吸收，呈負鈣平衡，,4.鈣的來源：,富含鈣的食品：乳制品、小蝦、小魚、海帶、紫菜等。,米的鈣含量很低 以米為主食的人必須通過其它食品來滿足鈣的需求。,磷,磷在成人體內的總量為600-900克，占體重1%，85%的磷與鈣一起成為骨骼和牙齒的重要組成部分，其中鈣/磷比值為2/1。,磷的生理功能,構成骨骼和牙齒的重要成分 參與能量代謝 構成生命物質成分 酶的重要成分 調節(jié)酸堿平衡,磷的吸收,吸收 從膳食攝入的磷70在小腸吸收。 正常膳食中磷吸收率為6070 維生素D可促進磷的吸收 合理

12、的鈣磷比例有利于磷的吸收。,磷的供給,食物來源 蛋類、瘦肉、魚類、干酪及動物肝、腎的磷含量都很豐富，而且易吸收； 植物性食品中海帶、芝麻醬、花生、堅果及糧谷類含量也比較高。,（三）鐵,1.含量、分布 （1）成人體內含鐵分布：,豬血的利用率高,鐵,鐵在體內的分布,鐵的食物來源,動物性食物含有豐富的鐵 如豬肝含鐵量為22.6mg100g，瘦肉、雞蛋、動物全血、禽類、魚類等也均是鐵的良好來源。 蔬菜和牛奶及奶制品中含鐵量不高，且生物利用率低。,（四）鋅,1.含量、分布 （1）含量僅次于鐵，為1.42.3g 2.作用：參與很多酶的組成成分，這些酶在組織呼吸和蛋白質、脂肪、糖、核酸等物質的代謝中都起重要

13、作用。,100多種酶含鋅鋅廣泛參與體內的代謝,3.補鋅,（1）動物性食品的鋅的利用率高,（2）破壞植酸，有利于鋅的吸收,各類肉制品、海產品,（3）葡萄糖酸鋅、硫酸鋅,豆類發(fā)芽、面粉發(fā)酵,（五）碘,1.含量、分布 2030集中于甲狀腺,孕婦缺碘新生兒 “呆小癥”,2.作用：甲狀腺素（促進機體代謝，促進機體生長發(fā)育）的成分,3.補碘：海帶、紫菜等,（六）硒,1.人體內含量少，分布廣泛（除脂肪組織）,2.作用：,是谷胱甘肽過氧化物酶的重要組成成分，可防止過氧化氫及氧化脂對細胞的損害。 對人體組織起保護作用。 缺硒易引起克山病、誘發(fā)糖尿病等多種疾病。,硒：（1）谷胱甘肽過氧化物酶的組分,（2）結合金屬

14、,大骨節(jié)病,3.硒的來源,海產品、肉類、蛋類,硒（Se）：,每日攝入量：,導致心肌炎、克山病、免疫功能低下、老年性白內障,安全攝入量,中毒,死亡,服藥：遵醫(yī)囑，不要隨意加大劑量。,毒物：“所有物質都是毒物，沒有不是毒物的物質，只是劑量決定了它是藥物還是毒物。”,無害或有益,有害,三、食品中礦物質成分的生物有效性,生物有效性：代謝中可被利用的營養(yǎng)素的量與攝入的營養(yǎng)素的量的比值。 影響礦物質生物有效性的因素如下： 食物的可消化性 礦物質的化學與物理形態(tài) 與其它營養(yǎng)物質的相互作用 加工方法 個體生理狀態(tài),影響礦物質生物有效性的因素,礦物質的物理化學形態(tài) ：如Fe3+難溶，不利吸收，而Fe2+易于吸收；在消化道中呈溶解狀態(tài)的礦物質才能被吸收 礦物質與其他營養(yǎng)素的相互作用：如Fe、Mn對Co的吸收有抑制作用；乳酸促進鈣的吸收 鰲合作用：多酚可與Fe,Cu等螯合，利于其吸收，肽，糖，核酸等也可以與礦物質形成配合物而