1--简要概括食品中的水分存在状态.docx

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1简要概括食品中的水分存在状态。

食品中的水分有着多种存在状态，一般可将食品中的水分分为自由水（或称游离水、体相水）和结合水（或称束缚水、固定水）。

其中，结合水又可根据被结合的牢固程度，可细分为化合水、邻近水、多层水；自由水可根据这部分水在食品中的物理作用方式也可细分为滞化水、毛细管水、自由流动水。

但强调的是上述对食品中的水分划分只是相对的。

2简述食品中结合水和自由水的性质区别？

食品中结合水和自由水的性质区别主要在于以下几个方面：

⑴食品中结合水与非水成分缔合强度大，其蒸汽压也比自由水低得很多，随着食品中非水成分的不同，结合水的量也不同，要想将结合水从食品中除去，需要的能量比自由水高得多，且如果强行将结合水从食品中除去，食品的风味、质构等性质也将发生不可逆的改变；

⑵结合水的冰点比自由水低得多，这也是植物的种子及微生物孢子由于几乎不含自由水，可在较低温度生存的原因之一；而多汁的果蔬，由于自由水较多，冰点相对较高，且易结冰破坏其组织；

⑶结合水不能作为溶质的溶剂；

⑷自由水能被微生物所利用，结合水则不能，所以自由水较多的食品容易腐败。

3比较冰点以上和冰点以下温度的αW差异。

在比较冰点以上和冰点以下温度的αW时，应注意以下三点：

⑴在冰点温度以上，αW是样品成分和温度的函数，成分是影响αW的主要因素。

但在冰点温度以下时，αW与样品的成分无关，只取决于温度，也就是说在有冰相存在时，αW不受体系中所含溶质种类和比例的影响，因此不能根据αW值来准确地预测在冰点以下温度时的体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。

所以，在低于冰点温度时用αW值作为食品体系中可能发生的物理化学和生理变化的指标，远不如在高于冰点温度时更有应用价值；

⑵食品冰点温度以上和冰点温度以下时的αW值的大小对食品稳定性的影响是不同的；

⑶低于食品冰点温度时的αW不能用来预测冰点温度以上的同一种食品的αW。

4MSI在食品工业上的意义

MSI即水分吸着等温线，其含义为在恒温条件下，食品的含水量（每单位干物质质量中水的质量表示）与αW的关系曲线。

它在食品工业上的意义在于：

⑴在浓缩和干燥过程中样品脱水的难易程度与αW有关；

⑵配制混合食品必须避免水分在配料之间的转移；

⑶测定包装材料的阻湿性的必要性；

⑷测定什么样的水分含量能够抑制微生物的生长；

⑸预测食品的化学和物理稳定性与水分的含量关系。

5滞后现象产生的主要原因。

MSI的制作有两种方法，即采用回吸或解吸的方法绘制的MSI，同一食品按这两种方法制作的MSI图形并不一致，不互相重叠，这种现象称为滞后现象。

产生滞后现象的原因主要有：

⑴解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分；

⑵不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压；

⑶解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的αW；

⑷温度、解吸的速度和程度及食品类型等都影响滞后环的形状。

6简要说明αW比水分含量能更好的反映食品的稳定性的原因。

αW比用水分含量能更好地反映食品的稳定性，究其原因与下列因素有关：

（1）αW对微生物生长有更为密切的关系；

（2）αW与引起食品品质下降的诸多化学反应、酶促反应及质构变化有高度的相关性；

（3）用αW比用水分含量更清楚地表示水分在不同区域移动情况；

（4）从MSI图中所示的单分子层水的αW（0.20~0.30）所对应的水分含量是干燥食品的最佳要求；

（5）αW比水分含量易测，且又不破坏试样。

7简述食品中αW与化学及酶促反应之间的关系。

αW与化学及酶促反应之间的关系较为复杂，主要由于食品中水分通过多种途径参与其反应：

⑴水分不仅参与其反应，而且由于伴随水分的移动促使各反应的进行；

⑵通过与极性基团及离子基团的水合作用影响它们的反应；

⑶通过与生物大分子的水合作用和溶胀作用，使其暴露出新的作用位点；

⑷高含量的水由于稀释作用可减慢反应。

8简述食品中αW与脂质氧化反应的关系。

食品水分对脂质氧化既有促进作用，又有抑制作用。

当食品中水分处在单分子层水（αW＝0.35左右）时，可抑制氧化作用，其原因可能在于：

⑴覆盖了可氧化的部位，阻止它与氧的接触；

⑵与金属离子的水合作用，消除了由金属离子引发的氧化作用；

⑶与氢过氧化合物的氢键结合，抑制了由此引发的氧化作用；

⑷促进了游离基间相互结合，由此抑制了游离基在脂质氧化中链式反应。

当食品中αW＞0.35时，水分对脂质氧化起促进作用，其原因可能在于：

⑴水分的溶剂化作用，使反应物和产物便于移动，有利于氧化作用的进行；

⑵水分对生物大分子的溶胀作用，暴露出新的氧化部位，有利于氧化的进行。

9简述食品中αW与美拉德褐变的关系。

食品中αW与美拉德褐变的关系表现出一种钟形曲线形状，当食品中αW＝0.3~0.7时，多数食品会发生美拉德褐变反应，造成食品中αW与美拉德褐变的钟形曲线形状的主要原因在于：

虽然高于BHT单分子层αW以后美拉德褐变就可进行，但αW较低时，水多呈水-水和水-溶质的氢键键合作用与邻近的分子缔合作用不利于反应物和反应产物的移动，限制了美拉德褐变的进行。

随着αW增大，有利于反应物和产物的移动，美拉德褐变增大至最高点，但αW继续增大，反应物被稀释，美拉德褐变下降。

10分子流动性的影响因素。

分子流动性指的是与食品储藏期间的稳定性和加工性能有关的分子运动形式，它涵盖了以下分子运动形式：

由分子的液态移动或机械拉伸作用导致其分子的移动或变型；由化学电位势或电场的差异所造成的液剂或溶质的移动；由分子扩散所产生的布朗运动或原子基团的转动；在某一容器或管道中反应物之间相互移动性，还促进了分子的交联、化学的或酶促的反应的进行。

分子流动性主要受水合作用大小及温度高低的影响，水分含量的多少和水与非水成分之间作用，决定了所有的处在液相状态成分的流动特性，温度越高分子流动越快；另外相态的转变也可提高分子流动性。

1论述食品中水分与溶质间的相互作用。

食品中水分与溶质间的相互作用主要表现在以下几个方面：

⑴水与离子和离子基团的相互作用：

在水中添加可解离的溶质，会破坏纯水的正常结构，这种作用称为离子水合作用。

但在不同的稀盐溶液中，离子对水结构的影响是有差异的。

某些离子如K+、Rb+、Cs+、Cl-等具有破坏水的网状结构效应，而另一类电场强度较强、离子半径小的离子或多价离子则有助于水形成网状结构，如Li+、Na+、H3O+、F-等。

离子的效应不仅仅改变水的结构，而且影响水的介电常数、水对其它非水溶质和悬浮物质的相容程度。

⑵水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用：

食品中蛋白质、淀粉、果胶等成分含有大量的具有氢键键合能力的中性基团，它们可与水分子通过氢键键合。

水与这些溶质之间的氢键键合作用比水与离子之间的相互作用弱，与水分子之间的氢键相近，且各种有机成分上的极性基团不同，与水形成氢键的键合作用强弱也有区别。

⑶水与非极性物质的相互作用：

向水中加入疏水性物质，如烃、稀有气体及引入脂肪酸、氨基酸、蛋白质的非极性基团，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合作用增强，此过程称为疏水水合作用；当水体系存在有多个分离的疏水基团，那么疏水基团之间相互聚集，此过程称为疏水相互作用。

⑷水与双亲分子的相互作用：

水能作为双亲分子的分散介质，在食品体系中，水与脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂类、核酸类，这些双亲分子亲水部位羧基、羟基、磷酸基或含氮基团的缔合导致双亲分子的表观“增溶”。

2论述水分活度与温度的关系。

⑴当温度处于冰点以上时，水分活度与温度的关系可以用下式来表示：

式中T为绝对温度；R为气体常数；△H为样品中水分的等量净吸着热；κ的意义表示为：

若以lnαW对1/T作图，可以发现其应该是一条直线，即水分含量一定时，在一定的温度范围内，αW随着温度提高而增加。

⑵当温度处于冰点以下时，水分活度与温度的关系应用下式来表示：

式中Pff表示未完全冷冻的食品中水的蒸汽分压；P0（SCW）表示过冷的纯水蒸汽压；Pice表示纯冰的蒸汽压。

在冰点温度以下的αW值都是相同的。

3论述水分活度与食品稳定性之间的联系。

水分活度比水分含量能更好的反映食品的稳定性，具体说来，主要表现在以下几点：

⑴食品中αW与微生物生长的关系：

αW对微生物生长有着密切的联系，细菌生长需要的αW较高，而霉菌需要的αW较低，当αW低于0.5后，所有的微生物几乎不能生长。

⑵食品中αW与化学及酶促反应关系：

αW与化学及酶促反应之间的关系较为复杂，主要由于食品中水分通过多种途径参与其反应：

①水分不仅参与其反应，而且由于伴随水分的移动促使各反应的进行；②通过与极性基团及离子基团的水合作用影响它们的反应；③通过与生物大分子的水合作用和溶胀作用，使其暴露出新的作用位点；④高含量的水由于稀释作用可减慢反应。

⑶食品中αW与脂质氧化反应的关系：

食品水分对脂质氧化既有促进作用，又有抑制作用。

当食品中水分处在单分子层水（αW＝0.35左右）时，可抑制氧化作用。

当食品中αW＞0.35时，水分对脂质氧化起促进作用。

⑷食品中αW与美拉德褐变的关系：

食品中αW与美拉德褐变的关系表现出一种钟形曲线形状，当食品中αW＝0.3~0.7时，多数食品会发生美拉德褐变反应，随着αW增大，有利于反应物和产物的移动，美拉德褐变增大至最高点，但αW继续增大，反应物被稀释，美拉德褐变下降。

4论述冰在食品稳定性中的作用。

冷冻是保藏大多数食品最理想的方法，其作用主要在于低温，而是因为形成冰。

食品冻结后会伴随浓缩效应，这将引起非结冰相的pH、可滴定酸、离子强度、黏度、冰点等发生明显的变化。

此外，还将形成低共熔混合物，溶液中有氧和二氧化碳逸出，水的结构和水与溶质间的相互作用也剧烈改变，同时大分子更加紧密地聚集在一起，使之相互作用的可能性增大。

冷冻对反应速率有两个相反的影响，即降低温度使反应变得缓慢，而冷冻所产生的浓缩效应有时候会导致反应速率的增大。

随着食品原料的冻结、细胞内冰晶的形成，将破坏细胞的结构，细胞壁发生机械损伤，解冻时细胞内的物质会移至细胞外，致使食品汁液流失，结合水减少，使一些食物冻结后失去饱满性、膨胀性和脆性，会对食品质量造成不利影响。

采取速冻、添加抗冷冻剂等方法可降低食品在冻结中的不利影响，更有利于冻结食品保持原有的色、香、味和品质。

5论述分子流动性、状态图与食品稳定性的关系。

⑴温度、分子流动性及食品稳定性的关系：

在温度10～100℃范围内，对于存在无定形区的食品，温度与分子流动性和分子黏度之间显示出较好的相关性。

大多数分子在Tg或低于Tg温度时呈‘橡胶态’或‘玻璃态’，它的流动性被抑制。

也就是说，使无定形区的食品处在低于Tg温度，可提高食品的稳定性。

⑵食品的玻璃化转变温度与稳定性：

凡是含有无定形区或在冷冻时形成无定形区的食品，都具有玻璃化转变温度Tg或某一范围的Tg。

从而，可以根据Mm和Tg的关系估计这类物质的限制性扩散稳定性，通常在Tg以下，Mm和所有的限制性扩散反应（包括许多变质反应）将受到严格的限制。

因此，如食品的储藏温度低于Tg时，其稳定性就较好。

⑶根据状态图判断食品的稳定性：

一般说来，在估计由扩散限制的性质，如冷冻食品的理化性质，冷冻干燥的最佳条件和包括结晶作用、凝胶作用和淀粉老化等物理变化时，应用Mm的方法较为有效，但在不含冰的食品中非扩散及微生物生长方面，应用αW来判断食品的稳定性效果较好。

1简述碳水化合物与食品质量的关系。

碳水化合物是食品中主要组成分子，碳水化合物对食品的营养、色泽、口感、质构及某些食品功能等都有密切关系。

（1）碳水化合物是人类营养的基本物质之一。

人体所需要的能量中有70%左右是由糖提供的。

（2）具有游离醛基或酮基的还原糖在热作用下可与食品中其它成分，如氨基化合物反应而形成一定色泽