食品生化----水的作用

模块一：水与矿物质本章的主要内容1、水分与水分活度2、矿物质及其营养功能1-1水的生物学作用•思考：为什么人每天都要喝水？•生物体中水占比重多少？•水对生物体有什么作用？•你每天喝什么？•大概喝多少量？1、水分与水分活度水是食品六大营养素之一，是维持人类正常生命活动必需的基本物质。一、水在生物体内的含量•水在生物体内的含量最多。•占多少比例？•人体含量；58%-67%；•植物体70%---90%某些代表性食品的含水量自由水：容易结冰、能溶解溶质。结合水：1不易结冰；2不能作为溶剂例：植物种子；冰冻蔬菜、水果、肉等。我是自由水我是结合水二、生物组织与食品中水分的存在状态：根据“价层电子对互斥”理论和电子对排斥力的大小不同，便形成一个以氧原子为中心的四面体结构水的结构和性质氢、氧两种元素，无色无味的透明液体,存在三种状态在0℃时，冰的热导率为同温度下水的热导率的4倍，冰的热扩散速度约为水的9倍。水的热稳定性很强，但在通电的条件下会离解为氢和氧具有很大的内聚力和表面张力，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象熔点：0℃(273.15k)，沸点：100℃(373.15k)(标准大气压)水分子之间的缔合氢原子无内层电子，而只能和另一个水分子的氧原子的孤对电子相吸引，结果，水分子之间便形成氢键而发生缔合。水分子之间的缔合每个水分子上有两个氢供体和两个氢受体水分子之间的缔合水的缔合程度与水的存在状态、水分子之间的距离以及温度有密切的关系水具有一定的黏度与流动性水分子可以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键相互结合水还可以作为两亲分子的分散介质水与非水组分的相互作用1、与离子或离子基团的相互作用氨基、羧基等呈解离状态的极性基团均与水有较强的结合，而羟基、酰胺基等非解离基团与水结合较弱，键能小，不牢固。另外，通过静电引力还可吸引一些水分子处于结合水的外围。2、与具有氢键键合能力的中性分子或基团相互作用结合水和自由水主要的区别(1)结合水的量与食品中所含蛋白质等成分的量有比较固定的关系；(2)结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变；(3)结合水不易结冰。植物的种子和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力；(4)结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力；同时，不能被微生物所利用•水分活度的定义•水分活度是指一定温度下食品的水分蒸气压与纯水蒸气压的比值。•用公式表示即为：aw=P/P0三、水分活度：食品内水分活度越大，微生物越容易繁殖，易变质。•1-2水与食品•一、水分与食品原料、成品质量的关系•水分含量多少是许多食品原料及其成品鲜嫩的重要标志不同微生物生长与食品水分活度的关系1、不同种类的微生物其正常生长繁殖所需要的水分活度不同，由此可以正确推断影响不同含水量食品质量的主要微生物；2、表中每一个水分活度区间的下限为相应微生物正常生长的水分活度阈值，即在此水分活度以下，该类微生物不能正常生长；3、微生物需要的最低水分活度：大多数细菌为0.99～0.94；大多数霉菌为0.94～0.80；大多数耐盐细菌为0.75；耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.65～0.60。低于0.60绝大多数微生物无法生长；不同微生物生长与食品水分活度的关系4、同一种类微生物在不同的生长阶段也要求不同的水分活度。一般讲，细菌形成芽孢时比繁殖时所需的水分活度要高；产毒微生物在产生毒素时所需的水分活度高于不产毒时所需的水分活度；5、发酵技术中要求所用微生物能正常快速增殖，此时则要给予合适的、必要高的水分活度；6、利用水分活度控制食品质量或加工工艺时还要考虑其它因素(如：pH、营养成分、氧气等)对于微生物的影响。不同微生物生长与食品水分活度的关系食品中的化学变化的种类和速度是依赖于各类食品成分而发生的，其化学变化与水分活度关系的一般规律总结如下：1、淀粉：淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而导致溶解性能、糊化及成面团作用变差的过程。在含水量到30～60%时，淀粉的老化速度最快；降低含水量老化速度变慢；当含水量降至10～15%时，淀粉中的水主要为结合水，不会发生老化。水分活度与食品化学变化的关系2、脂肪：影响脂肪品质的化学反应主要为氧化酸败。在Ⅰ区，氧化反应的速度随着水分增加而降低；在Ⅱ区，氧化反应速度随着水分的增加而加快；在Ⅲ区，氧化反应速度随着水分增加又呈下降趋势。3、蛋白质：据测定，当食品中的水分含量在2%以下时，可以有效的阻止蛋白质的变性；而当达到4%或其以上时，蛋白质变性变得越来越容易。水分活度与食品化学变化的关系4、酶促褐变：是在酶作用下，食品中的酚类化合物发生特殊的氧化反应使食品颜色变劣的过程。食品体系中大多数的酶类物质在水分活度小于0.85时，活性大幅度降低。如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度为0.3甚至0.1时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。水分活度与食品化学变化的关系•5、非酶促褐变指食品通过一些非酶氧化而导致食品变色的反应。也与水分活度有密切的关系，当食品中的水分活度在0.6～0.7之间时，非酶促褐变最为严重；水分活度下降，褐变速度减慢，在0.2以下时，褐变难以发生。但当水分活度超过褐变高峰要求的值时，其褐变速度又由于体系中溶质的减少而下降。6、水溶性色素：一般而言，当食品中的水分活度增大时，水溶性色素（常见的是花青素类）分解的速度就会加快。水分活度与食品化学变化的关系水分活度影响食品稳定性的原因1、冷冻法对微生物活动的影响任何微生物的活动都有一个最适的温度范围，在此温度范围内可较快的生长繁殖，最适温度一般都在0℃以上，食品冻结后的温度，按规定应该保持在－18℃。微生物的活动将受到极大的抑制，有的甚至死亡。可被微生物利用的液态水大量地减少，渗透压也随之变大，这些变化对微生物的活动也都能产生抑制作用。水的物理行为和冷冻法保藏食品的原理2、冻结对生物化学反应的影响低温提高食品稳定性的主要原因是降低了大多数化学反应的速度。有些反应的速度或在某种程度上被提高。例如一些Vc、Va、胡萝卜素、蛋白质等的氧化、磷脂的水解等反应。其原因为:a、浓缩效应b、酶的浓度提高二、水分活度对食品品质的影响•水分活度大，微生物容易繁殖•1水分活度对食品质构的影响•2水分活度对微生物繁殖的影响•3水分活度对酶促反应的的影响•4水分活度对食品中非酶促反应的的影响•教材8-10三、水在食品加工中的作用水是食品的重要组成成分，是研究食品加工工艺考虑的重要因素；水分含量、分布和状态对于食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响；水是引起食品化学变化及微生物作用的重要原因，直接关系到食品的贮藏特性。水是食品生产中的重要原料之一，食品加工用水的水质直接影响到食品的品质和加工工艺。1-3人体内水的代谢一、水的生理作用1水是体内化学作用的介质2水是体内物质运送的载体3水是维持体温的载体4水是体内摩擦的润滑剂水在生物体内的功能具体含义说明----稳定生物大分子的构象，使之表现出特异的生物活性；作为体内通用的介质，使各类生物化学反应得以顺利进行；作为营养物质或代谢废物的载体，把它们输送到生物体的各有关部位；由于水的热容量大，用来调节温度、平衡温度；对体内各运动部位起润滑作用。人体与水以及食物与人体内水的关系•人体内的水分是处于不断的运动和变化•正常情况下，每人每日需要从食物中获取•1.5～2.7L的水•以汗、尿、呼吸等形式排出，•以维持体内水的平衡二、人体内水的平衡：体液的平衡•人体内水分的三个来源：•1、液体食物（饮用水、饮料、汤汁）1200毫升•2、固体食物（饭、菜、水果）1000毫升•3、有机物在体内氧化产生的水：300毫升人体内水分的排出四个途径：1皮肤蒸发2肺呼出水蒸气3粪便排出4生物氧化小组活动：•说说自己的饮水习惯，•分析一下利弊。完成以下任务：•第一部分•1、请你记录自己三天吃入的食物名称、估计摄入量，分析这些食物的主要成分，并分析这些食物的酸碱属性是怎样的？。•2、什么是酸性食品？什么是碱性食品？•3、结合你自己三天的食物摄入记录，分析一下你摄入的酸性食物多还是碱性食物多？•4、酸性食物多好不好？为什么？•第二部分•1、什么是矿物质？包括哪些？矿物质怎样分类？•2、什么是矿物质的酸碱性？对人体有什么作用？•3、酸性食品有哪些？碱性食品有哪些？•4、重要的矿物质有哪些？•5、请说明几种重要的矿物质的生理作用及食物来源。任选两个。如钙、钾、镁、铁、锌、硒等。