第2章　水分

2.1　復(fù)習(xí)筆記

一、概述

1水的作用

水是構(gòu)成機體的主要成分，是維持生命活動、調(diào)節(jié)代謝過程不可缺少的重要物質(zhì)。

（1）水對生命體的作用

①熱容量大，維持人體體溫穩(wěn)定。

②水可作為體內(nèi)營養(yǎng)素運輸、吸收和代謝物運轉(zhuǎn)的載體，也可作為體內(nèi)化學(xué)和生物化學(xué)的反應(yīng)物和反應(yīng)介質(zhì)。

③水黏度小，具有潤滑作用，可使摩擦面滑潤，減少損傷。

④水是優(yōu)良的增塑劑，同時又是生物大分子聚合物構(gòu)象的穩(wěn)定劑，以及包括酶催化劑在內(nèi)的大分子動力學(xué)行為的促進劑。

（2）水對食品的影響

水是食品中非常重要的一種成分，也是構(gòu)成大多數(shù)食品的主要成分。每一種食品都有特定的水分含量。水對食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、色澤、流動性、新鮮程度和腐敗變質(zhì)的敏感性產(chǎn)生極大的影響。

①水在食品儲藏加工過程中作為化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，又是水解過程的反應(yīng)物。

②水是微生物生長繁殖的重要因素，影響食品的貨架期。

③水與蛋白質(zhì)、多糖和脂類通過物理相互作用而影響食品的質(zhì)構(gòu)，如新鮮度、硬度、流動性等。

④水還能發(fā)揮膨潤、浸濕的作用，影響食品的加工性。

因此通過干燥或增加食鹽、糖的濃度，可使食品中的水分除去或被結(jié)合，從而有效地抑制很多反應(yīng)的發(fā)生和微生物的生長，從而達(dá)到延長其貨架期的目的。

2水和冰的物理性質(zhì)

（1）物理常數(shù)

冰的熔點、水的沸點比較高。

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、比熱容和相變熱（熔化熱、蒸發(fā)熱和升華熱）等物理常數(shù)也較高。

（2）密度

水的密度較低，水結(jié)冰時體積增加（約增加9%），表現(xiàn)出異常的膨脹特性。

（3）熱導(dǎo)值

水的熱導(dǎo)值大于其他液態(tài)物質(zhì)，冰的熱導(dǎo)值稍大于非金屬固體。

二、水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1水

（1）水分子

水分子（H₂O）為四面體結(jié)構(gòu)，即角錐體結(jié)構(gòu)，氧原子位于四面體的中心，4個頂點中有2個被氫原子占據(jù)，其余2個為氧原子的兩對孤對電子所占據(jù)。

（2）水分子的締合作用

①水分子的締合作用

水分子中氧原子的電負(fù)性更大，O-H鍵的共用電子對強烈地偏向于氧原子一邊，使得氫原子幾乎成為帶有一個正電荷的裸露質(zhì)子，整個水分子發(fā)生偶極化，形成偶極分子。同時，其氫原子也極易與另一水分子的氧原子外層上的孤電子對形成氫鍵，水分子間通過這種氫鍵產(chǎn)生較強的締合作用。

②水的異常物理性質(zhì)

水分子的三維氫鍵締合，為說明水的異常物理性質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ)。

a．反常的介電常數(shù)：與氫鍵締合有關(guān)，因為水的氫鍵締合而生成了龐大的水分子簇，產(chǎn)生了多分子偶極子，從而使水的介電常數(shù)顯著增大。

b．黏度低：因為氫鍵網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)的，當(dāng)分子在納秒甚至皮秒這樣短暫的時間內(nèi)改變它們與鄰近分子之間的氫鍵鍵合關(guān)系時，會增大分子的流動性。

③水分子間氫鍵的鍵合程度的影響因素

水分子間氫鍵的鍵合程度取決于溫度。在0℃時，冰中水分子的配位數(shù)為4，最鄰近的水分子間的距離為0.276nm；在0～4℃時，配位數(shù)的影響占主導(dǎo)，水的密度增大；隨著溫度繼續(xù)上升，布朗運動占主導(dǎo)，水的密度降低；得出水的密度在3.98℃最大。

（3）水的結(jié)構(gòu)

①混合型結(jié)構(gòu)模型

水分子間以氫鍵形式瞬時地聚集成龐大的水分子簇，并與其他更緊密的水分子處于動態(tài)平衡，水分子簇的瞬間壽命約為10^－11s。

②連續(xù)結(jié)構(gòu)（或均勻結(jié)構(gòu)）模型、

水分子間的氫鍵均勻地分布在整個水體系中，當(dāng)冰熔化時冰中的許多氫鍵扭曲，由此形成一個由水分子構(gòu)成的具有動態(tài)性質(zhì)的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

③填隙式模型。

水保留在似冰狀或籠狀結(jié)構(gòu)中，個別的水分子填充在籠狀結(jié)構(gòu)的縫隙中。

三種結(jié)構(gòu)模型的相同點：各個水分子頻繁地改變它們的結(jié)合排列，即一個氫鍵快速地終止而代之以一個新的氫鍵重新形成，而在溫度不變的條件下，整個體系維持一定程度的氫鍵鍵合和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2冰

冰是由水分子有序排列形成的結(jié)晶，水分子間靠氫鍵連接在一起形成低密度的剛性結(jié)構(gòu)。

（1）冰的結(jié)晶類型

冰有11種結(jié)晶類型，包括普通冰的結(jié)晶——六方晶系的雙六方雙錐體、9種同質(zhì)多晶和一種玻璃態(tài)的無定型結(jié)構(gòu)。

（2）冰的結(jié)構(gòu)

在不同的溶質(zhì)影響下，冰的結(jié)構(gòu)主要有4種類型：六方形、不規(guī)則樹狀、粗糙球狀和易消失的球晶。此外，還存在各種各樣中間形式的結(jié)晶。

（3）水結(jié)冰

①純水并不在0℃就結(jié)凍，而是首先被冷卻成過冷狀態(tài)，當(dāng)溫度降低到開始出現(xiàn)穩(wěn)定性晶核時，或在振動的促進下才會立即向冰晶體轉(zhuǎn)化并放出潛熱，同時促使溫度回升到0℃。開始出現(xiàn)穩(wěn)定晶核時的溫度稱為過冷溫度。

②食品中含有的水溶性成分使食品的結(jié)冰溫度（凍結(jié)點）降低，大多數(shù)天然食品的初始凍結(jié)點在－2.6～－1.0℃，并且隨凍結(jié)量增加，凍結(jié)點持續(xù)下降到更低，直到食品達(dá)到低共熔點。食品的低共熔點在－65～－55℃。

③速凍形成的冰晶體顆粒細(xì)小（呈針狀），凍結(jié)時間縮短且微生物活動受到更大限制，因而食品品質(zhì)好。

三、食品中水與非水組分之間的相互作用

1食品中水與非水組分之間的相互作用

表2-1　水和溶質(zhì)四種相互作用的特點

（1）水與離子及離子基團的相互作用

①水合作用

與離子或離子基團（Na^＋、Cl^－、-COO^－等）相互作用的水是食品中結(jié)合得最緊密的一部分水。其通過離子或離子基團的電荷與水分子偶極子發(fā)生靜電相互作用（離子-偶極子）而產(chǎn)生水合作用。

②離子對水結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響

a．在稀鹽溶液中，離子的周圍存在多層水，離子對最內(nèi)層和最外層的水產(chǎn)生的影響相反，因而使水的結(jié)構(gòu)遭到破壞；在高濃度鹽溶液中，水的結(jié)構(gòu)與鄰近離子的水相同，即水的結(jié)構(gòu)完全由離子所控制。

b．離子通過不同程度的與水相互作用的能力改變水的介電常數(shù)、決定膠體周圍雙電子層的厚度以及顯著影響水與其他非水溶質(zhì)和懸浮物質(zhì)的“相容程度”。

（2）水與具有形成氫鍵能力的中性基團（親水性溶質(zhì)）的相互作用

①水與非離子、親水性溶質(zhì)間的相互作用與H₂O-H₂O氫鍵的強度大致相同，但弱于H₂O-離子相互作用。

②水能與各種潛在的基團（如羥基、氨基、羰基、酰胺基等）形成氫鍵，并產(chǎn)生“水橋”。

（3）水與非極性物質(zhì)的相互作用

疏水水合是指疏水性物質(zhì)，如烴類、稀有氣體、脂肪酸、氨基酸以及蛋白質(zhì)的非極性基團等加入水中后，由于極性的差異而發(fā)生的體系熵的減少的過程。

①籠形水合物（clathrate hydrates）的形成

a．籠形水合物是冰狀包合物，水分子之間通過氫鍵形成了籠狀結(jié)構(gòu)，物理截留了低分子量化合物。蛋白質(zhì)、糖類、脂類和生物細(xì)胞內(nèi)的其他大分子等也能與水形成籠形水合物，使水合物的凝固點降低。

b．水分子與低分子量化合物之間的相互作用一般是弱的范德華力，但在有些情況下為靜電相互作用。

c．籠形水合物的微結(jié)晶與冰的晶體很相似，但當(dāng)形成大的晶體時，原來的四面體結(jié)構(gòu)逐漸變成多面體結(jié)構(gòu)，在外表上與冰的結(jié)構(gòu)存在很大差異。在0℃以上和適當(dāng)壓力下仍能保持穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。

②蛋白質(zhì)中的疏水相互作用（hydrophobic interaction）

a．疏水相互作用是疏水基團盡可能聚集（締合）在一起以減少它們與水分子的接觸的過程，是疏水水合的部分逆轉(zhuǎn)。

b．蛋白質(zhì)中氨基酸的非極性側(cè)鏈、其他化合物如醇、脂肪酸和游離氨基酸的非極性基等都能參與疏水相互作用。

c．疏水相互作用是維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的重要因素。蛋白質(zhì)的疏水基團受周圍水分子的排斥而相互靠范德華力或疏水鍵結(jié)合得更加緊密，但如果蛋白質(zhì)暴露的非極性基團太多，就很容易聚集并產(chǎn)生沉淀。

2食品中水的存在形式（表2-2）

表2-2　食品中水的存在形式

四、水分活度

1水分活度及其測定

（1）水分活度（A_w）

①根據(jù)平衡熱力學(xué)定律，應(yīng)按下式定義水分活度A_w：

A_w＝f/f₀

式中，f為溶劑（水）的逸度、f₀為同等條件下純?nèi)軇ㄋ┑囊荻取?/p>

②水分活度是指食品中水的蒸汽壓與同溫下純水的飽和蒸汽壓的比值，公式：

A_w＝P/P₀

式中：P為食品在密閉容器中達(dá)到平衡時的水蒸氣分壓，即食品上空水蒸氣的分壓力；P₀為在相同溫度下純水的飽和蒸汽壓。

注：a．在低壓（例如室溫）時，f/f₀和P/P₀之間的差別小于1%，因此根據(jù)P/P₀定義A_w也是有理由的。

b．食品的蒸汽壓比純水小，即總是P＜P₀，故A_w＜1。

③A_w與產(chǎn)品環(huán)境的百分平衡相對濕度（ERH）有關(guān)，即：

A_w＝P/P₀＝ERH/100＝N＝n₁/（n₁＋n₂）　（式2-1）

式中，N為溶劑（水）的摩爾分?jǐn)?shù)，n₁為溶劑的摩爾數(shù)，n₂為溶質(zhì)的摩爾數(shù)。

n₂＝GΔT_f/（1000×K_f）　（式2-2）

式中，N為溶劑（水）的摩爾分?jǐn)?shù)，n₁為溶劑的摩爾數(shù)，n₂為溶質(zhì)的摩爾數(shù)；G為樣品中溶劑的重量，g；ΔT_f為冰點下降的溫度，℃；K_f為水的摩爾冰點下降常數(shù)（1.86）。

（2）水分活度的測定

①冰點測定法：先測定樣品的冰點降低和水分含量，再根據(jù)公式2-1和2-2計算A_w。

②相對濕度傳感器測定法：在恒定溫度下，把已知水分含量的樣品放在一個小的密閉室內(nèi)，使其達(dá)到平衡，然后使用任何一種電子技術(shù)或濕度技術(shù)測量樣品和環(huán)境大氣平衡的ERH，即可得到A_w。

③恒定相對濕度平衡室法：在恒定溫度下，把樣品放在一個小的密閉室內(nèi)，使用適當(dāng)?shù)娘柡望}溶液，使密閉室內(nèi)樣品的環(huán)境空氣保持在恒定的相對濕度下，讓樣品達(dá)到平衡，然后測定樣品的水分含量。

④水分活度儀測定樣品的A_w

2水分活度與溫度的關(guān)系

（1）溫度對水分活度的影響

一般而言，溫度每變化10℃，A_w變化0.03～0.2。因此，溫度變化對水分活度產(chǎn)生的效應(yīng)將會影響密封袋裝或罐裝食品的穩(wěn)定性。

（2）冰點以下食品水分活度

A_w＝P_ff/P_0（scw）＝P_ice/P_0（scw）

式中：P_ff為未完全冷凍食品中水的蒸汽分壓，P_0（scw）為純過冷水的蒸汽壓，P_ice為純冰的蒸汽壓。

（3）冰點以上與冰點以下的A_w值的區(qū)別

①在冰點以上溫度時，水分活度是食品組成和溫度的函數(shù)，并以食品的組成為主；在冰點以下溫度時，由于冰的存在，水分活度不再受食品中非水組分種類和數(shù)量的影響，只與溫度有關(guān)。

②在冰點以上和以下溫度時，就食品穩(wěn)定性而言，A_w的意義不同。

③在冰點以下的A_w數(shù)據(jù)不能被用于預(yù)示冰點以上的相同食品的A_w，這是因為冰點以下的A_w值與樣品的組成無關(guān)，而僅與溫度有關(guān)。

3水分活度與水分含量的關(guān)系

（1）水分的吸附等溫線

①定義

水分的吸附等溫線（MSI）是指在恒定溫度下，以食品的水分含量（用每單位干物質(zhì)質(zhì)量中水的質(zhì)量表示）對其水分活度繪圖形成的曲線。大多數(shù)食品的水分吸附等溫線呈S形，而水果、糖制品、含有大量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物以及多聚物含量不高的食品的等溫線為J形。

②意義

a．可以反映在濃縮和干燥過程中樣品脫水的難易程度與相對蒸汽壓RVP的關(guān)系。

b．解決應(yīng)當(dāng)如何組合食品才能防止水分在組合食品的各配料之間的轉(zhuǎn)移的問題。

c．測定包裝材料的阻濕性。

d．可以預(yù)測多大的水分含量時才能夠抑制微生物的生長。

e．預(yù)測食品的化學(xué)和物理穩(wěn)定性與水分的含量的關(guān)系。

f．可以反映不同食品中非水組分與水結(jié)合能力的強弱。

③影響因素

水分活度依賴于溫度，因此MSI也與溫度有關(guān)。在一定的水分含量時，水分活度隨溫度的上升而增大。

④水分吸附等溫線的3個區(qū)段

a．水分吸附等溫線可分為3個區(qū)段（圖2-1）

圖2-1　食品的水分吸附等溫線（溫度20℃）

b．吸附等溫線上不同區(qū)的水分特性（表2-3）

表2-3　吸附等溫線上不同區(qū)水分特性

⑤等溫線的滯后現(xiàn)象

a．定義

滯后現(xiàn)象是指采用向干燥食品樣品中添加水（回吸作用）的方法繪制的水分吸附等溫線和按解吸過程繪制的等溫線并不相互重疊的現(xiàn)象。一般而言，當(dāng)A_w值一定時，解吸過程中食品的水分含量大于回吸過程中的水分含量（圖2-2）。

圖2-2　水分吸附等溫線的滯后現(xiàn)象

b．原因

第一，食品解吸過程中的一些吸水部位與非水組分作用而無法釋放出水分。

第二，食品不規(guī)則形狀而產(chǎn)生的毛細(xì)管現(xiàn)象，欲填滿或抽空水分需不同的蒸汽壓（要抽出需P_內(nèi)＞P_外，要填滿即吸著時則需P_外＞P_內(nèi)）。

第三，解吸時將使食品組織發(fā)生改變，當(dāng)再吸水時就無法緊密結(jié)合水分，由此可導(dǎo)致較高的水分活度。

五、水與食品的穩(wěn)定性

1水分活度與食品的穩(wěn)定性

（1）水分活度與微生物生命活動的關(guān)系

①食品的水分活度決定了微生物在食品中萌發(fā)的時間、生長速率及死亡率。不同的微生物在食品中繁殖時對水分活度的要求不同，細(xì)菌對低水分活度最敏感，酵母菌次之，霉菌的敏感性最差。

②重要的食品中有害微生物生長的最低水分活度是0.86～0.97，所以，真空包裝的水產(chǎn)和畜產(chǎn)加工制品，流通標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其水分活度要低于0.94。

（2）水分活度與食品劣變化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系

降低食品的A_w，可以延緩酶促褐變和非酶褐變的進行，減少食品營養(yǎng)成分的破壞，防止水溶性色素的分解。但A_w過低，則會加速脂肪的氧化酸敗。

（3）降低水分活度提高食品穩(wěn)定性的機理

①降低水分活度，食品中結(jié)合水比例增加，體相水比例減少，能使食品中許多可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、酶促反應(yīng)受到抑制。

②很多化學(xué)反應(yīng)（離子反應(yīng)）發(fā)生的條件是反應(yīng)物首先必須進行離子化或水合作用，必須有足夠的體相水才能進行。

③很多化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)都必須有水分子參加才能進行（如水解反應(yīng)），若降低水分活度，就減少了參加反應(yīng)的體相水的數(shù)量，化學(xué)反應(yīng)的速度也就變慢。

④許多以酶為催化劑的酶促反應(yīng)，水還能作為底物向酶擴散的輸送介質(zhì)，并且通過水化促使酶和底物活化。當(dāng)A_w值低于0.8時，大多數(shù)酶的活力就受到抑制；若A_w值降到0.25～0.30的范圍，則食品中的淀粉酶、多酚氧化酶和過氧化物酶就會受到強烈地抑制或喪失其活力（脂肪酶例外，水分活度在0.05～0.1時其仍能保持其活性）。

⑤食品中微生物的生長繁殖都要求有一定最低限度的A_w，大多數(shù)細(xì)菌為0.94～0.99，大多數(shù)霉菌為0.80～0.94，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0.60～0.65。當(dāng)水分活度低于0.60時，絕大多數(shù)微生物就無法生長。

2冷凍與食品穩(wěn)定性

（1）凍藏時冰對食品穩(wěn)定性的影響

①冷凍對食品體系的影響

a．降低溫度，減慢化學(xué)反應(yīng)速度；

b．溶質(zhì)濃度升高，加快化學(xué)反應(yīng)速度。

②凍藏對食品體系的影響

食品凍藏過程中，冰結(jié)晶大小、數(shù)量、形狀的改變也會引起食品劣變。溫度升高時，已凍結(jié)的小冰晶融化；溫度再降低時，原先未凍結(jié)的水或先前小冰晶融化的水將會擴散并附著在較大的冰晶表面，造成再結(jié)晶的冰晶體積增大，增大對組織結(jié)構(gòu)的破壞性。

③食品凍藏的方法

商業(yè)上，盡量采用速凍和緩慢解凍的方法。

a．速凍對肉制品的影響

速凍的肉，由于凍結(jié)速率快，形成的冰晶數(shù)量多，顆粒小，在肉組織中分布比較均勻；又由于小冰晶的膨脹力小，對肌肉組織的破壞很小，解凍后融化的水可以滲透到肌肉組織內(nèi)部，基本上能保持原有的風(fēng)味和營養(yǎng)價值。

b．緩慢解凍對肉制品的影響

速凍的肉采取緩慢解凍時，可使凍結(jié)肉中的冰晶逐漸融化成水，并基本上全部滲透到肌肉中去，盡量不使肉汁流失，以保持肉的營養(yǎng)和風(fēng)味。

（2）玻璃化溫度與食品穩(wěn)定性

①無定形態(tài)的種類

食品處于無定形態(tài)時，其穩(wěn)定性不會很高，但卻具有優(yōu)良的食品品質(zhì)。

a．玻璃態(tài)

處于此狀態(tài)的大分子聚合物的鏈段運動被凍結(jié)，只允許在小尺度的空間運動（即自由體積很小），其形變很小，類似于堅硬的玻璃。

b．橡膠態(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）時狀態(tài)，分子具有相當(dāng)?shù)男巫儭?/p>

c．黏流態(tài)

大分子聚合物鏈能自由運動，出現(xiàn)類似一般液體的黏性流動的狀態(tài)。

②玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

a．T_g

T_g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。

b．T_g′

T_g′是特殊的T_g，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。

③無定形聚合物的分子運動模式

a．T＜T_g時

大分子聚合物的分子運動能量很低，此時大分子鏈段不能運動，大分子聚合物呈玻璃態(tài)。

b．T＝T_g時

分子熱運動能增加，鏈段運動開始被激發(fā)，玻璃態(tài)開始逐漸轉(zhuǎn)變到橡膠態(tài)，此時大分子聚合物處于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)域。

c．T_g＜T＜T_m（T_m為熔融溫度）時

分子的熱運動能量足以使鏈段自由運動，但由于鄰近分子鏈之間存在較強的局部性的相互作用，整個分子鏈的運動仍受到很大抑制，此時聚合物柔軟而具有彈性，處于橡膠態(tài)平臺區(qū)。

d．T＝T_m時

分子熱運動能量可使大分子聚合物整鏈開始滑動，此時的橡膠態(tài)開始向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變，除了具有彈性外，出現(xiàn)了明顯的無定型流動性。此時大分子聚合物處于橡膠態(tài)流動區(qū)。

e．T＞T_m時

大分子聚合物鏈能自由運動，出現(xiàn)類似一般液體的黏性流動，大分子聚合物處于黏流態(tài)。

④狀態(tài)圖

狀態(tài)圖是補充的相圖，包含平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)的數(shù)據(jù)。由于干燥、部分干燥或冷凍食品不存在熱力學(xué)平衡狀態(tài)，恒壓下，以溶質(zhì)含量為橫坐標(biāo)，以溫度為縱坐標(biāo)作出的二元體系狀態(tài)圖如圖2-3所示。

圖2-3　二元體系狀態(tài)圖

T_m^L是融化平衡曲線，T_m^S是溶解平衡曲線，T_E是低共熔點，T_g是玻璃化曲線，T_g′是特定溶質(zhì)的最大冷凍濃縮溶液的玻璃化溫度。粗虛線代表介穩(wěn)定平衡，其他的線代表平衡狀態(tài)。

⑤T_g與食品保藏的關(guān)系

a．T_g影響食品穩(wěn)定性的原理

玻璃態(tài)下的未凍結(jié)的水，其分子被束縛在由極高溶質(zhì)黏度所產(chǎn)生的具有極高黏度的玻璃態(tài)下，這種水分不具有反應(yīng)活性，使整個食品體系以不具有反應(yīng)活性的非結(jié)晶性固體形式存在。因此，在T_g下，食品具有高度的穩(wěn)定性。

b．影響T_g的因素

第一，食品中的水分含量。一般而言，每增加1%的水，T_g降低5～10℃。

第二，溶質(zhì)種類。食品的T_g隨著溶質(zhì)分子質(zhì)量的增加（小于3000時）而成比例增高；不同種類的淀粉，支鏈淀粉分子側(cè)鏈越短，且數(shù)量越多，T_g也相應(yīng)越低。食品中的蛋白質(zhì)的T_g都相對較高，不會對食品的加工及儲藏過程產(chǎn)生影響。

c．食品中T_g的測定方法

主要有差式掃描量熱法（DSC）、動力學(xué)分析法（DMA）和熱力學(xué)分析法（DMTA）。除此之外，還包括熱機械分析（TMA）、熱高頻分析（TDEA）、熱刺激流（TSC）、松弛圖譜分析（MA）、光譜法、電子自旋共振譜（ESR）、核磁共振（NMR）、磷光光譜法、高頻光譜法、Mossbauer光譜法、Brillouin掃描光譜法、機械光譜測定法、動力學(xué)流變儀測定法、黏度儀測定法和Instron分析法。

3水分轉(zhuǎn)移與食品穩(wěn)定性

（1）食品中水分的位轉(zhuǎn)移

食品中水分的化學(xué)勢（μ）可以表示為：

μ＝μ（T，p）＋RTlnA_w

由上式可看出：

①不同食品或食品的不同部位的溫度（T）或水分活度（A_w）不同，水的化學(xué)勢不同，水分就沿著化學(xué)勢降低的方向運動，從而造成食品中水分發(fā)生位轉(zhuǎn)移。

②水分的位轉(zhuǎn)移必須進行到食品中各部位水的化學(xué)勢完全相等才能停止，即達(dá)到熱力學(xué)平衡。

③由于溫差引起的水分轉(zhuǎn)移，是食品中水分從高溫區(qū)域沿著化學(xué)勢降落的方向運動，最后進入低溫區(qū)域，這個過程較為緩慢。由于水分活度不同引起的水分轉(zhuǎn)移，水分從A_w高的區(qū)域自動地向A_w低的區(qū)域轉(zhuǎn)移。

（2）食品中水分的相轉(zhuǎn)移

①影響因素

空氣濕度的變化有可能引起食品水分的相轉(zhuǎn)移，空氣濕度變化的方式與食品水分相轉(zhuǎn)移的方向和強度密切相關(guān)。

②主要形式

a．水分蒸發(fā)

食品的水分蒸發(fā)是指食品中的水分由液相變?yōu)闅庀喽⑹У默F(xiàn)象。從熱力學(xué)角度來看，食品水分的蒸發(fā)過程是食品中水溶液形成的水蒸氣和空氣中的水蒸氣發(fā)生轉(zhuǎn)移-平衡的過程。由于食品的溫度與環(huán)境溫度、食品水蒸氣壓與環(huán)境水蒸氣壓不一定相同，因此兩相間水分的化學(xué)勢有差異。它們的差為：

Δμ＝μ_F－μ_E＝R（T_FlnP_F－T_ElnP_E）

式中：p為水蒸氣壓；下角標(biāo)F、E分別為食品、環(huán)境的英文縮寫。據(jù)此可得出以下結(jié)論：

第一，若Δμ＞0，則食品中的水蒸氣向外界轉(zhuǎn)移是自發(fā)過程。

第二，若Δμ＝0，食品水溶液的水蒸氣與空氣中水蒸氣處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

第三，若Δμ＜0，空氣中的水蒸氣向食品轉(zhuǎn)移是自發(fā)過程。

水分蒸發(fā)主要與空氣濕度與飽和濕度差有關(guān)，飽和濕度差是指空氣的飽和濕度與同一溫度下空氣中的絕對濕度之差。飽和濕度差大，則食品水分的蒸發(fā)量就大；反之，蒸發(fā)量就小。影響飽和濕度差的因素主要有空氣溫度、絕對濕度和流速等。

b．水蒸氣的凝結(jié)

空氣中的水蒸氣在食品表面凝結(jié)成液體水的現(xiàn)象稱為水蒸氣的凝結(jié)。

六、分子移動性每食品的穩(wěn)定性

1分子移動性與食品的穩(wěn)定性

（1）分子移動性的定義

分子移動性（M_m）又稱分子流動性，是分子的旋轉(zhuǎn)移動和平動移動的總度量（不包括分子的振動）。

（2）分子移動性與食品的穩(wěn)定性的關(guān)系

①物質(zhì)處于完全而完整的結(jié)晶狀態(tài)下其M_m為零，物質(zhì)處于完全的玻璃態(tài)（無定形態(tài)）時其M_m值也幾乎為零，其他情況下M_m值大于零。

②決定食品M_m值的主要因素是水和食品中占優(yōu)勢的非水組分。

③大多數(shù)食品都是以亞穩(wěn)態(tài)或非平衡狀態(tài)存在的，其中大多數(shù)物理變化和一部分化學(xué)變化由M_m控制。

（3）特殊情況

①轉(zhuǎn)化速率不是顯著受擴散影響的化學(xué)反應(yīng)。

②可通過特定的化學(xué)作用（如改變pH值或氧分壓）達(dá)到需宜或不需宜的效應(yīng)。

③試樣M_m是根據(jù)聚合物組分（聚合物的T_g）估計的，而實際上滲透到聚合物中的小分子才是決定產(chǎn)品重要性質(zhì)的決定因素。

④微生物的營養(yǎng)細(xì)胞生長（因為此時A_w是比M_m更可靠的估計指標(biāo)）。

2研究食品穩(wěn)定性的方法

（1）研究食品穩(wěn)定性的三種方法

①水分活度（A_w）方法

研究食品中水的有效性（可利用性），如水作為溶劑的能力。

②分子移動性（M_m）方法

研究食品的微觀黏度和化學(xué)組分的擴散能力，它也取決于水的性質(zhì)。

③玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T_g）

從食品的物理特性的變化來評估食品穩(wěn)定性的方法。

（2）三種方法的對比

①在估計由擴散限制的性質(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，M_m方法明顯地更為有效，A_w指標(biāo)在預(yù)測冷凍食品物理或化學(xué)性質(zhì)上是無用的。

②在估計食品保藏在接近室溫時導(dǎo)致的結(jié)塊、黏結(jié)和脆性等物理變化時，M_m方法和A_w方法有大致相同的效果。

③估計在不含冰的產(chǎn)品中微生物生長和非擴散限制的化學(xué)反應(yīng)速度（例如高活化能反應(yīng)和在較低黏度介質(zhì)中的反應(yīng)）時，M_m方法的實用性明顯的較差和不可靠，而A_w方法更有效。