食品化学 第二章 水 知识点总结

第二章 水

2.1 食品中的水分含量及功能

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. 显示色、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

# 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

• 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。

• 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

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 吸湿等温线

• 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

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

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

Ⅱ区 Aw=0.25～0.8（加Ⅰ区,

作用力： 氢键、H2O —H2O 、H2O —溶质

属多分子层水，加上Ⅰ区约占高水食品的5%

不作溶剂，-40℃以上不结冰，但接近0.8（Aw ）的食品，可能有变质现象

Ⅲ区 新增的水为自由水，

（截留+流动）多者可达20g H2O/g干物质

可结冰，可作溶剂

划分区不是绝对的，可有交叉，连续变化

* * 2.5.4 Aw 与微生物繁殖的关系

微生物的生长繁殖需要水，适宜的Aw 一般情况如下：

Aw

0.8～0.6 耐盐、干、渗透压细菌、酵母、霉菌

* * 2.5.5 Aw 与酶促反应的关系

水可作为介质，活化底物和酶

Aw

Aw= 0.25～0.3 淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物酶抑制或丧失活力

但脂肪酶在Aw=0.1～0.3仍保持其活性，如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖，易与氧作用）

* * 2.5.6 Aw 与非酶反应的关系

2.6.3.1 Aw 与非酶褐变

Aw

Aw

Aw = 0.6～0.7 V 最大（羰氨反应达到最大值）

Aw > 0.7 V 降低（因为H2O 稀释了反应物浓度）

2.6.3.2 Aw 与脂肪的氧化

• Aw 对脂肪的非酶氧化反应的影响比较复杂。

• Aw

Aw > 0.4 Aw ↑ V ↑（H2O 溶解O2，溶胀后催化部位暴露，氧化V ↑）

Aw > 0.8 Aw ↑ V ↑ (稀释浓度)

Aw 与水溶性色素分解，维生素分解

Aw ↑ V 分解 ↑

* * 2.6 结冰对食品稳定性影响（1）

食品结冰时

1. 非冻结相中，溶质变浓，产生浓缩效应

冻结的pH 、粘度、离子强度、氧化还原电位、胶体性质等发生变化。 加速一些化

学反应：

蔗糖在酸催化下水解反应，肌红蛋白褐变 蛋白质变性 S ↓

2. 冰的体积增加9% ,导致机械伤害, 发生错位现象

氧化反应（VC 、脂肪、V A 、VE 、β-胡萝卜素……）

酶催化反应（糖原损失、乳酸↑，高能磷酸盐降解……）

2.7 水对食品质构的影响(1)

水%、Aw 对干、半干、中湿食品质构有影响

低Aw ： 饼干 脆性

油炸土豆片 脆性

硬糖 防粘

固体饮料 防结块

中湿： 软糖 防变硬

蛋糕 防变硬

面包 防变硬

2.7.1 降低Aw 的方法

添加吸湿剂可在水分含量不变条件下，降低Aw 值。

吸湿剂应该含离子、离子基团或含可形成氢键的中性基团（ 羟基，羰基，氨基，

亚氨基，酰基等），即有可与水形成结合水的亲水性物质。

如：多元醇：丙三醇、 丙二醇、 糖

无机盐 ：磷酸盐（水分保持剂）、食盐

动、植物、微生物胶：明胶、卡拉胶、黄原胶

2.7 水对食品质构的影响(2)

冷冻方式对质构的影响

速冻、小晶体破坏小；

慢冻，大冰晶破坏大

干燥方法对质构的影响

空气干燥 质构破坏

冷冻干燥 相似质构 如脱水蔬菜

高温脱水 质构破坏

2.8 分子流动性与食品稳定性(1)

无定形---- 非平衡、非结晶状态（过饱和溶液）

玻璃态----以无定形固体存在的物质于玻璃态

玻璃化温度----过饱和溶液转变成玻璃态时的温度

2.8 分子流动性与食品稳定性(2)

食品的物理变化和化学变化的速度由分子流动性所决定

分子流动性与温度有相依性

大多数食品具有玻璃化温度

溶质类型影响玻璃化温度

分子的缠结能影响食品的性质（因为阻碍水分的迁移，有助于保持谷物食品的脆性，

减缓冷冻食品的结晶速度

目前，测定分子流动性有困难，在实际应用上不能达到或超过Aw 方法的水平。

2.9 食品水分与食品物理性质的关系

2.10.1 食品干燥

• 食品的干燥或脱水统称为干制

• 物理性状的改变:

• 质量的减少和体积的缩小；

• 色泽的变化；

溶液浓度增加，使食品的冰点下降。

2.10.2 食品浓缩

指从液态食品中除去一定数量的水分.

目的

1. 减小食品体积和重量.

2. 干燥前，除去大量水分，减轻干制的负担.

食品水分与食品物理性质的关系

1. 蒸发浓缩: 是将液态食品的温度提高到沸点，使食品的自由水蒸发。常用真空浓缩.

2. 冷冻浓缩: 是将液态食品部分冷冻而将纯的冰晶体移走 , 如啤酒的浓缩。

3. 薄膜浓缩 :在食品和水之间放置一薄膜，并利用外加能量使水从液态食品一侧通过薄膜到

达另一侧被除去。

2.9 食品水分与食品物理性质的关系(4)

2.10.3 中间水分食品（中湿食品）

• Aw 在0.60~0.85 ,其水分含量在20~40%

• 中间食品具有如下特征：

• 能象干燥食品那样抵制微生物的繁殖生长；

• 不必复水，且口感良好；

• 能够长期保存;

• 营养成分容易调整;

• 包装经济。

讨论、思考题

1、试列举水在生物体内的主要功能。

2、简述食品体系中水的存在类型与特点。

3、水的物理性质中有哪些与食品加工有关的？分别有何应用？

4、解释：单分子层水、多分子层水、束缚水、毛细管水、截留水

5、冻结对食品保藏有何不利的影响？

6、为什么水分活度与食品的稳定性密切相关？

7、解释：水分活度、 玻璃态、玻璃化温度、分子流动性、吸湿等温线