5 第二章 水和无机盐 一、教学目的与要求 1、 了解食品中水的存在形式、结构和性质 2、 掌握水分活度和食品安定性的关系 3、 掌握烹饪中无机盐的变化及其对合理工艺条件选择的重要性 二、教学重点与难点 1、 水分活度与食品安定性 2、 烹调工艺对无机盐的影响 三、课时安排与教学方法 教学内容 （计划／实际）课时数 课程类型／教学方法 第一节 水分 6／ 理论／ 第二节 矿物质 2／ 理论／ 四、教学过程 第二章 水和无机盐 构成人体的元素已知有60多种，它们以无机和有机化合物或离子的形式组成了机体。其中水的含 量最多，约占人体的2／3，蛋白质，糖类及脂肪等有机物约占l／3，无机盐占的比例较少，一般不超 过5％。 人体的成分反映出了人对食物成分的需要。 在大多数食物，尤其是生鲜食物中水仍是最多或较多的成分。而无机盐在食物的成分中，虽不超 过5％，但由于其营养上的重要性，也是重要的食物成分之一。 食品都有其特定的含水量，水果、蔬菜，肉，鱼，虾、乳、蛋等无不含有大量的水，这些食品若 除去水，就会失去各自的形态、质构、口感、味、香和色泽等特点。即使复水，多数情况下也不能复 原。在食品中水起着溶剂的作用，使蛋白质、淀粉等膨润，形成凝胶，溶解各种物质形成溶液，对食 品的品质——鲜度、硬度、呈味性、柔韧性、消化性、保藏性和加工性等均起着重要的作用。 第一节 水 分 一、烹饪原料中的水分及生理功能 （一）水在生物体内的含量 除一些调味料外，烹饪原料都是生物体，而水是生物体最基本的组成成分。 大多数生物体的含水量为60％～80％。水在生物体中的分布是不均匀的。 动物：肌肉、脏器、血液中的含水量最高，为70％～80％； 皮肤次之，为60％～70％； 骨骼的含水量最低，为12％～15％。 植物：不同品种之间，同种植物不同的组织，器官之间，同种植物不同的成熟度之间，在水分含
5 第二章 水和无机盐 一、教学目的与要求 1、 了解食品中水的存在形式、结构和性质 2、 掌握水分活度和食品安定性的关系 3、 掌握烹饪中无机盐的变化及其对合理工艺条件选择的重要性 二、教学重点与难点 1、 水分活度与食品安定性 2、 烹调工艺对无机盐的影响 三、课时安排与教学方法 教学内容 （计划／实际）课时数 课程类型／教学方法 第一节 水分 6／ 理论／ 第二节 矿物质 2／ 理论／ 四、教学过程 第二章 水和无机盐 构成人体的元素已知有60多种，它们以无机和有机化合物或离子的形式组成了机体。其中水的含 量最多，约占人体的2／3，蛋白质，糖类及脂肪等有机物约占l／3，无机盐占的比例较少，一般不超 过5％。 人体的成分反映出了人对食物成分的需要。 在大多数食物，尤其是生鲜食物中水仍是最多或较多的成分。而无机盐在食物的成分中，虽不超 过5％，但由于其营养上的重要性，也是重要的食物成分之一。 食品都有其特定的含水量，水果、蔬菜，肉，鱼，虾、乳、蛋等无不含有大量的水，这些食品若 除去水，就会失去各自的形态、质构、口感、味、香和色泽等特点。即使复水，多数情况下也不能复 原。在食品中水起着溶剂的作用，使蛋白质、淀粉等膨润，形成凝胶，溶解各种物质形成溶液，对食 品的品质——鲜度、硬度、呈味性、柔韧性、消化性、保藏性和加工性等均起着重要的作用。 第一节 水 分 一、烹饪原料中的水分及生理功能 （一）水在生物体内的含量 除一些调味料外，烹饪原料都是生物体，而水是生物体最基本的组成成分。 大多数生物体的含水量为60％～80％。水在生物体中的分布是不均匀的。 动物：肌肉、脏器、血液中的含水量最高，为70％～80％； 皮肤次之，为60％～70％； 骨骼的含水量最低，为12％～15％。 植物：不同品种之间，同种植物不同的组织，器官之间，同种植物不同的成熟度之间，在水分含
6 量上都存在着较大的差异。 一般来说，叶菜类较根茎类含水量要高的多；营养器官(如植物的叶、茎、根)含水较高通常为 70％～90％；繁殖器官(如植物的种子)含水量较低，通常为12％～15％。 一些常用食物原材料的含水量见表2-1。 （二）烹饪原料中的水分的作用 食物原料及成品中含有的水分直接影响着食品的感官品质和内在质量。如果蔬的含水量与其新鲜 度、硬度及脆感相关，肉及肉制品的含水量与其鲜嫩度及粘弹性相关，奶油及人造奶油中的水使其具 有滑润的口感，含油果仁脱水后会变得酥脆、浓香。此外 ， 食 物 的 含 水 量 与 食 品 的 腐 败 与 变 质 也 有 非 常 密 切 的 关 系 。 1、 水果、蔬菜 硬度及脆感 新鲜度 2、 肉及其制品 粘弹性 鲜嫩度 3、 水分与质变（以后再讲） （三）水的生理功能 水除了与食品的质量有关外，还是生物体基本的营养素之一。水虽不能提供热量，但却是维持 人体正常生理活动的重要物质，在生物体内发挥着不可或缺的生理功能。在绝食的情况下，如能保 证饮水，机体在3～4周内死亡，否则，最多只能维持一周。一般来说，如果体内水损失达15％～20％， 则正常的生命活动就无法维持。对一个正常的成年人来说，每日的水需要量为2400～4000ml。水在 机体内主要有以下功能： 1、作为溶剂促进机体对各种营养物质的消化吸收。 2、作为反应的介质或反应物参与体内的各种生物化学反应。 3、作为运输载体参与代谢物的排泄及各器官功能的调节。 4、维持体温的稳定。 5、起润滑作用。如内分泌腺、泪腺、唾液腺、消化腺、呼吸道液的分泌，关节润滑液的分泌 都需要大量的水。 表 2 - 1 常 见 食 物 的 含 水 量 单位：％ (质 量 分 数 ) 食 物 含水量 食 物 含水量 食 物 含水量 猪肉 牛肉 鸡肉 羊肉 内脏 鱼 贝 卵 乳 53～60 50～70 74 58～70 72 67～81 72～86 73～75 87～89 蔬菜 野菜 蘑菇 豆类(干) 薯类 香蕉 苹果 梨 草莓 85～97 87～94 88～95 12～15 60～80 75 85 85～90 90～95 面包 果酱 面粉 奶酪 蜂蜜 奶油 奶粉 稀奶油 油料种子 35 28 8～12 37 2 16 4 53.6 3～4 二、水和冰的结构 （一）水分子间的缔合作用 1、水分子的组成：H2O 2、水分子的结构：O：sp 3杂化，四面体结构，H-O-H键角104.5 0 键长0.096nm 3、水分子间氢键：XO=3.44 XH=2.20 由于水分子中氧原子的电负性大，O－H键的共用电子对强烈地偏向氧原子一方，使每个氢原子带 部分正电荷且电子屏蔽最小，表现出裸质子的特征。这样一个水分子就能沿O－H键方向与另外两个水 分子的氧原子上的孤对电子形成氢键，同时这个水分子氧原子上的两个孤对电子也能与其它水分子O －H键形成氢键。所以每个水分子能与其它四个水分子形成氢键，由此而形成的四面体排列如图2-1所
6 量上都存在着较大的差异。 一般来说，叶菜类较根茎类含水量要高的多；营养器官(如植物的叶、茎、根)含水较高通常为 70％～90％；繁殖器官(如植物的种子)含水量较低，通常为12％～15％。 一些常用食物原材料的含水量见表2-1。 （二）烹饪原料中的水分的作用 食物原料及成品中含有的水分直接影响着食品的感官品质和内在质量。如果蔬的含水量与其新鲜 度、硬度及脆感相关，肉及肉制品的含水量与其鲜嫩度及粘弹性相关，奶油及人造奶油中的水使其具 有滑润的口感，含油果仁脱水后会变得酥脆、浓香。此外 ， 食 物 的 含 水 量 与 食 品 的 腐 败 与 变 质 也 有 非 常 密 切 的 关 系 。 1、 水果、蔬菜 硬度及脆感 新鲜度 2、 肉及其制品 粘弹性 鲜嫩度 3、 水分与质变（以后再讲） （三）水的生理功能 水除了与食品的质量有关外，还是生物体基本的营养素之一。水虽不能提供热量，但却是维持 人体正常生理活动的重要物质，在生物体内发挥着不可或缺的生理功能。在绝食的情况下，如能保 证饮水，机体在3～4周内死亡，否则，最多只能维持一周。一般来说，如果体内水损失达15％～20％， 则正常的生命活动就无法维持。对一个正常的成年人来说，每日的水需要量为2400～4000ml。水在 机体内主要有以下功能： 1、作为溶剂促进机体对各种营养物质的消化吸收。 2、作为反应的介质或反应物参与体内的各种生物化学反应。 3、作为运输载体参与代谢物的排泄及各器官功能的调节。 4、维持体温的稳定。 5、起润滑作用。如内分泌腺、泪腺、唾液腺、消化腺、呼吸道液的分泌，关节润滑液的分泌 都需要大量的水。 表 2 - 1 常 见 食 物 的 含 水 量 单位：％ (质 量 分 数 ) 食 物 含水量 食 物 含水量 食 物 含水量 猪肉 牛肉 鸡肉 羊肉 内脏 鱼 贝 卵 乳 53～60 50～70 74 58～70 72 67～81 72～86 73～75 87～89 蔬菜 野菜 蘑菇 豆类(干) 薯类 香蕉 苹果 梨 草莓 85～97 87～94 88～95 12～15 60～80 75 85 85～90 90～95 面包 果酱 面粉 奶酪 蜂蜜 奶油 奶粉 稀奶油 油料种子 35 28 8～12 37 2 16 4 53.6 3～4 二、水和冰的结构 （一）水分子间的缔合作用 1、水分子的组成：H2O 2、水分子的结构：O：sp 3杂化，四面体结构，H-O-H键角104.5 0 键长0.096nm 3、水分子间氢键：XO=3.44 XH=2.20 由于水分子中氧原子的电负性大，O－H键的共用电子对强烈地偏向氧原子一方，使每个氢原子带 部分正电荷且电子屏蔽最小，表现出裸质子的特征。这样一个水分子就能沿O－H键方向与另外两个水 分子的氧原子上的孤对电子形成氢键，同时这个水分子氧原子上的两个孤对电子也能与其它水分子O －H键形成氢键。所以每个水分子能与其它四个水分子形成氢键，由此而形成的四面体排列如图2-1所
7 示。 4、缔合：由简单分子结合成为复杂的分子集团而不引起物质化学性质改变的过程，称为分子的缔 合。 图2-1 水分子的氢键（虚线表示氢键） 水的物理性质表明，水分子之间存在着很强的吸引力。现在的研究已经证实，水在三维空间可通 过氢键缔合形成网状结构。因为每个水分子具有数量相等的氢键给予体与氢键接受体的位置，所以这 种排列的水具有形成三维氢键的能力，这就可以解释水的许多异常的物理性质。例如，水具有高的 热容、熔点、沸点、表面张力和相变热，这些都与打破分子间氢键所需额外的能量有关。由于水的 氢键集团产生了多分子偶极，所以它能显著地提高水的介电常数。 （二）冰的结构 冰结晶是由水分子按一定排列方式靠氢键连接在一起的开放结构（低密度）。如图2-2，这是普 通冰的结构。可以看出，冰中的每个水分子都与其相邻的四个水分子形成四面体结构，每个水分子 都位于四面体的顶点(晶格结点)，这样，就构成了水分子的分子晶体。 1、四面体结构 → → 分子晶体 密度小、硬度低 分子间氢键 熔点高 温度对氢键的影响：研究发现，只有在－183℃或更低的温度时，冰中水分子间全部氢键才能保 持原来完整的状态，随着温度的升高，会有部分氢键断裂，冰晶体变得不完整，导致冰中的水分子 活动性增强，从而可能会影响低温冷冻食品的质量。 2、结晶类型： 普通冰的结晶属于六方晶系的双六方双锥体，在常压和0℃条件下它是最稳定的晶型。 除此之外，冰还有九种同质多晶和一种玻璃状的无定形结构。 十一种结晶类型 → 一种玻璃态的无定形结构 九种同质多晶 一种普通冰晶 六方晶系的双六方双锥体 3、影响冰晶的晶形、大小、数量的因素 （1）溶质的种类 （2）溶质的数量 （3）冻结速度：当冻结较慢，并且水中溶质(如蔗糖、甘油、蛋白质)的性质与浓度对水分子的流 动干扰不大时，就产生六方晶形；随着冷冻速度的加快或亲水胶体(如明胶、琼脂等)浓度的增加，立 方形和玻璃态的冰较占优势。很明显，像明胶这样的复杂的大分子亲水物质能极大地限制水分子的运 动以及水分子形成高度定向的六方晶体的能力。 （4）冻结温度：冻结温度越低，冻结速度越快，越能限制水分子的活动范围使其不宜形成大的 冰晶，甚至完全成为玻璃态结构，这样对细胞、组织的破坏可以降到最低
7 示。 4、缔合：由简单分子结合成为复杂的分子集团而不引起物质化学性质改变的过程，称为分子的缔 合。 图2-1 水分子的氢键（虚线表示氢键） 水的物理性质表明，水分子之间存在着很强的吸引力。现在的研究已经证实，水在三维空间可通 过氢键缔合形成网状结构。因为每个水分子具有数量相等的氢键给予体与氢键接受体的位置，所以这 种排列的水具有形成三维氢键的能力，这就可以解释水的许多异常的物理性质。例如，水具有高的 热容、熔点、沸点、表面张力和相变热，这些都与打破分子间氢键所需额外的能量有关。由于水的 氢键集团产生了多分子偶极，所以它能显著地提高水的介电常数。 （二）冰的结构 冰结晶是由水分子按一定排列方式靠氢键连接在一起的开放结构（低密度）。如图2-2，这是普 通冰的结构。可以看出，冰中的每个水分子都与其相邻的四个水分子形成四面体结构，每个水分子 都位于四面体的顶点(晶格结点)，这样，就构成了水分子的分子晶体。 1、四面体结构 → → 分子晶体 密度小、硬度低 分子间氢键 熔点高 温度对氢键的影响：研究发现，只有在－183℃或更低的温度时，冰中水分子间全部氢键才能保 持原来完整的状态，随着温度的升高，会有部分氢键断裂，冰晶体变得不完整，导致冰中的水分子 活动性增强，从而可能会影响低温冷冻食品的质量。 2、结晶类型： 普通冰的结晶属于六方晶系的双六方双锥体，在常压和0℃条件下它是最稳定的晶型。 除此之外，冰还有九种同质多晶和一种玻璃状的无定形结构。 十一种结晶类型 → 一种玻璃态的无定形结构 九种同质多晶 一种普通冰晶 六方晶系的双六方双锥体 3、影响冰晶的晶形、大小、数量的因素 （1）溶质的种类 （2）溶质的数量 （3）冻结速度：当冻结较慢，并且水中溶质(如蔗糖、甘油、蛋白质)的性质与浓度对水分子的流 动干扰不大时，就产生六方晶形；随着冷冻速度的加快或亲水胶体(如明胶、琼脂等)浓度的增加，立 方形和玻璃态的冰较占优势。很明显，像明胶这样的复杂的大分子亲水物质能极大地限制水分子的运 动以及水分子形成高度定向的六方晶体的能力。 （4）冻结温度：冻结温度越低，冻结速度越快，越能限制水分子的活动范围使其不宜形成大的 冰晶，甚至完全成为玻璃态结构，这样对细胞、组织的破坏可以降到最低
8 图 2－ 2 普 通 冰 的 结构 (三)水的结构 当冰融化成水时，冰中仅有15％的氢键被破坏，大量的水分子依然优先选择四面体的空间排列方 式，靠氢键缔合成大的网络。虽然这种排列是动态的，不断有新的氢键形成、旧的氢键断裂，但在温 度不变的情况下，在整个体系中保持着一个较恒定的氢键网。这和水许多异常物理性质是一致的。当 冰融化成水时，伴随着部分氢键的断裂，最邻近的水分子间距离增加(使密度降低)，而水的密度却大 于冰的密度，说明冰融化成水时，最邻近的水分子的平均数增加(使密度增加)，并且这种增加占有优 势。如O℃时，冰的配位数为4.0，随着温度升高，在1.5℃时水的配位数为4.4，在83℃时水的配位数 为4.9；而最邻近的水分子间距离从O℃时的0.28nm增加至1.5℃时的0.29nm和83℃时的0.31nm。水在 4℃时密度最大，显然在0～4℃之间配位数增加的效应占优势。而在4℃以上，最邻近的水分子间的距 离增加的效应占优势。由于一个水分子可以和几个水分子相互靠近形成各种不同结构和大小的“水分 子团”，当有其它物质共存时，水分子团要受到各种各样的影响，这就直接影响到的口感和作用。研 究表明，作为饮用水，较理想的为5～6个水分子组成的小分子团，不仅口感好，而且有一定的生物活 性，也有人把它称为“活化水”，而一般常温下的自来水水分子团的大小都在20～40个水分子之间。 要得到“活化水”，就需用电场、磁场、压力场进行处理，这方面的研究工作现已经展开。在美国， 已有商品面市。 1、水的结构 氢键（比冰少15％）→动态（旧键断裂、新键形成） 2、水的密度→4℃时最大 决定密度大小的因素：分子间距离 单位体积内分子数目（配位数） 温度 0℃ 1.5℃ 83℃ 分子间距nm O.28 0.29 0.31 配位数 4.0 4.4 4.9 取决因素 配位数增加占优势 分子间距离增加占优势 3、“水分子团”与口感 普通水→20～40个水分子 活化水→5～6个水分子 活化水的特点：口感好，具有一定的生物活性。 产生：用电场、磁场、压力场处理普通水。 三、水和冰的物理性质及在烹饪加工中的意义 (一)水和冰的物理特性 水分子(H20)是由两个H原子和一个O原子组成。为了了解水的性质，让我们先来了解一下水和冰 的物理常数(见表2—2)。 表 2－ 2 水 与 冰 的 物理 常数
8 图 2－ 2 普 通 冰 的 结构 (三)水的结构 当冰融化成水时，冰中仅有15％的氢键被破坏，大量的水分子依然优先选择四面体的空间排列方 式，靠氢键缔合成大的网络。虽然这种排列是动态的，不断有新的氢键形成、旧的氢键断裂，但在温 度不变的情况下，在整个体系中保持着一个较恒定的氢键网。这和水许多异常物理性质是一致的。当 冰融化成水时，伴随着部分氢键的断裂，最邻近的水分子间距离增加(使密度降低)，而水的密度却大 于冰的密度，说明冰融化成水时，最邻近的水分子的平均数增加(使密度增加)，并且这种增加占有优 势。如O℃时，冰的配位数为4.0，随着温度升高，在1.5℃时水的配位数为4.4，在83℃时水的配位数 为4.9；而最邻近的水分子间距离从O℃时的0.28nm增加至1.5℃时的0.29nm和83℃时的0.31nm。水在 4℃时密度最大，显然在0～4℃之间配位数增加的效应占优势。而在4℃以上，最邻近的水分子间的距 离增加的效应占优势。由于一个水分子可以和几个水分子相互靠近形成各种不同结构和大小的“水分 子团”，当有其它物质共存时，水分子团要受到各种各样的影响，这就直接影响到的口感和作用。研 究表明，作为饮用水，较理想的为5～6个水分子组成的小分子团，不仅口感好，而且有一定的生物活 性，也有人把它称为“活化水”，而一般常温下的自来水水分子团的大小都在20～40个水分子之间。 要得到“活化水”，就需用电场、磁场、压力场进行处理，这方面的研究工作现已经展开。在美国， 已有商品面市。 1、水的结构 氢键（比冰少15％）→动态（旧键断裂、新键形成） 2、水的密度→4℃时最大 决定密度大小的因素：分子间距离 单位体积内分子数目（配位数） 温度 0℃ 1.5℃ 83℃ 分子间距nm O.28 0.29 0.31 配位数 4.0 4.4 4.9 取决因素 配位数增加占优势 分子间距离增加占优势 3、“水分子团”与口感 普通水→20～40个水分子 活化水→5～6个水分子 活化水的特点：口感好，具有一定的生物活性。 产生：用电场、磁场、压力场处理普通水。 三、水和冰的物理性质及在烹饪加工中的意义 (一)水和冰的物理特性 水分子(H20)是由两个H原子和一个O原子组成。为了了解水的性质，让我们先来了解一下水和冰 的物理常数(见表2—2)。 表 2－ 2 水 与 冰 的 物理 常数
9 相对分子质量 相变性质 熔点／℃ 沸点／℃ 熔化热(0℃)／(kJ／mo1) 蒸发热(100E)／(kJ／mo1) 升华热(0℃)／(kJ／mo1) 18.015 O.000℃ 100.000℃ 6.012kJ／mol 40.63kJ／mo1 50.91kJ／mol 与元素周期表氧周围的元素的氢化物如CH4、NH3、HF、H2 S、H2 Se、H2Te的物理性质相比较后发 现，除粘度外，水的其它物理性质都很异常。表现为： 水的特性：水具有异常高的熔点、沸点；水具有特别大的表面张力、介电常数、热容及相变热； 水的密度较低，但在凝固时体积增加，表现出异常的膨胀特性。 (二)水的物性在烹饪加工中的意义 1、密度：4℃最大，水结冰体积增大 9％。导致水果蔬菜或动物肌肉细胞组织被破坏，解冻后会 导致汁液流失、组织溃烂、滋味改变。 2、沸点：与压力有关→压力增大，沸点升高。 沸点→在水的饱和蒸气压达到外界压力时，则沸腾，此时的温度既是沸点。 饱和蒸气、饱和温度、饱和蒸汽压→ 液体（或固体）在密闭容器中气化时，它的分子不断从体内逸出，形成蒸汽，同时又有分子从蒸汽中进入体内，当在同 一时间内逸出和进入的分子数相同时，液体（或固体）与其蒸气处于平衡状态，这时的蒸气称为“饱和蒸气”；温度称为“饱 和温度”；压力称为“饱和蒸气压”。 饱和蒸气压随温度的升高而增加。液态物质的温度升高到它的沸点时，其饱和蒸气压与外界压力相等。 应用：减压脱水、高压蒸煮。 3、热学性质：比热、汽化热、熔化热 由于水的沸点高、热容量大、导热能力强，用水作介质烹饪食物时，加工温度可以很高且容易维持 在一定的温度范围，这样既可使食物原料中的腐败菌和病原菌被杀灭，满足食用卫生的要求，又可 使烹饪原料中的蛋白质适度变性、结缔组织软化、淀粉糊化、植物纤维组织软化，利于食物的咀嚼 及其中营养成分的消化和吸收。 水具有大的相变热（汽化热、熔化热），潜热大，有利的一面是在加工中可利用热蒸汽进行杀 菌及烹饪加工，不利的一面是在冷冻食品时需要消耗大量能量才能达到目的。 4、介电常数：水的介电常数非常大(在20℃时为80.36)，所以水具有很强的溶解能力。 （1）极性化合物的溶解：烹饪原材料中的盐、味精及一些矿物质可以在水中以离子形式存在； （2）非极性化合物的溶解：非离子极性化合物如糖(如蔗糖)、醇(如料酒)、醛、酸(如食醋)等 有机物亦可与水形成氢键溶于水中； （3）高分子化合物的“溶解”：烹饪材料中的大分子物质如淀粉、果胶、蛋白质、脂肪等也能 在适当的条件下分散在水中形成乳浊液或胶体溶液，供加工各种烹饪食品，如利用淀粉进行勾芡处 理，用鱼或肉熬制各种浓汤。 四、烹饪原料中的水分存在状态 (一)烹饪原料中的水与其它成分间的相互作用 烹饪原料中的非水物质对水分子团的结构有很大影响。 1、水＋盐→强烈极化→破坏氢键→不易结冰（冰点下降）。 当非水物质为食盐这类小分子离子化合物时，由于水在离子周围强烈极化，使水的正规结构(氢 键四面体结构)被破坏，加入的盐越多，盐与水的相互作用越强烈，导致水越不易结冰。 2、水＋盐＋亲水胶体→极化→破坏水化膜→破坏胶体的稳定性→盐溶或盐析。 当水中存在其它亲水性胶体物质时，由于极化作用；亲水胶体周围的双电层厚度会发生较大的改 变，从而对胶体的稳定性产生影响，发生盐溶或盐析。在烹饪肉制品时常常需要肌肉发生盐溶反应， 这样烹制出来的产品往往滑嫩可口。例如，在调制肉馅、炒制肉片时要先加入适量的食盐，在加工酱 牛肉时牛肉切块后需搓盐腌制正是基于上述原理
9 相对分子质量 相变性质 熔点／℃ 沸点／℃ 熔化热(0℃)／(kJ／mo1) 蒸发热(100E)／(kJ／mo1) 升华热(0℃)／(kJ／mo1) 18.015 O.000℃ 100.000℃ 6.012kJ／mol 40.63kJ／mo1 50.91kJ／mol 与元素周期表氧周围的元素的氢化物如CH4、NH3、HF、H2 S、H2 Se、H2Te的物理性质相比较后发 现，除粘度外，水的其它物理性质都很异常。表现为： 水的特性：水具有异常高的熔点、沸点；水具有特别大的表面张力、介电常数、热容及相变热； 水的密度较低，但在凝固时体积增加，表现出异常的膨胀特性。 (二)水的物性在烹饪加工中的意义 1、密度：4℃最大，水结冰体积增大 9％。导致水果蔬菜或动物肌肉细胞组织被破坏，解冻后会 导致汁液流失、组织溃烂、滋味改变。 2、沸点：与压力有关→压力增大，沸点升高。 沸点→在水的饱和蒸气压达到外界压力时，则沸腾，此时的温度既是沸点。 饱和蒸气、饱和温度、饱和蒸汽压→ 液体（或固体）在密闭容器中气化时，它的分子不断从体内逸出，形成蒸汽，同时又有分子从蒸汽中进入体内，当在同 一时间内逸出和进入的分子数相同时，液体（或固体）与其蒸气处于平衡状态，这时的蒸气称为“饱和蒸气”；温度称为“饱 和温度”；压力称为“饱和蒸气压”。 饱和蒸气压随温度的升高而增加。液态物质的温度升高到它的沸点时，其饱和蒸气压与外界压力相等。 应用：减压脱水、高压蒸煮。 3、热学性质：比热、汽化热、熔化热 由于水的沸点高、热容量大、导热能力强，用水作介质烹饪食物时，加工温度可以很高且容易维持 在一定的温度范围，这样既可使食物原料中的腐败菌和病原菌被杀灭，满足食用卫生的要求，又可 使烹饪原料中的蛋白质适度变性、结缔组织软化、淀粉糊化、植物纤维组织软化，利于食物的咀嚼 及其中营养成分的消化和吸收。 水具有大的相变热（汽化热、熔化热），潜热大，有利的一面是在加工中可利用热蒸汽进行杀 菌及烹饪加工，不利的一面是在冷冻食品时需要消耗大量能量才能达到目的。 4、介电常数：水的介电常数非常大(在20℃时为80.36)，所以水具有很强的溶解能力。 （1）极性化合物的溶解：烹饪原材料中的盐、味精及一些矿物质可以在水中以离子形式存在； （2）非极性化合物的溶解：非离子极性化合物如糖(如蔗糖)、醇(如料酒)、醛、酸(如食醋)等 有机物亦可与水形成氢键溶于水中； （3）高分子化合物的“溶解”：烹饪材料中的大分子物质如淀粉、果胶、蛋白质、脂肪等也能 在适当的条件下分散在水中形成乳浊液或胶体溶液，供加工各种烹饪食品，如利用淀粉进行勾芡处 理，用鱼或肉熬制各种浓汤。 四、烹饪原料中的水分存在状态 (一)烹饪原料中的水与其它成分间的相互作用 烹饪原料中的非水物质对水分子团的结构有很大影响。 1、水＋盐→强烈极化→破坏氢键→不易结冰（冰点下降）。 当非水物质为食盐这类小分子离子化合物时，由于水在离子周围强烈极化，使水的正规结构(氢 键四面体结构)被破坏，加入的盐越多，盐与水的相互作用越强烈，导致水越不易结冰。 2、水＋盐＋亲水胶体→极化→破坏水化膜→破坏胶体的稳定性→盐溶或盐析。 当水中存在其它亲水性胶体物质时，由于极化作用；亲水胶体周围的双电层厚度会发生较大的改 变，从而对胶体的稳定性产生影响，发生盐溶或盐析。在烹饪肉制品时常常需要肌肉发生盐溶反应， 这样烹制出来的产品往往滑嫩可口。例如，在调制肉馅、炒制肉片时要先加入适量的食盐，在加工酱 牛肉时牛肉切块后需搓盐腌制正是基于上述原理
10 3、水＋极性化合物 淀粉 蛋白质 酒 醋 糖 → → → → → → 束缚水 使其失去流动性 形成氢键 易溶于水或形成溶胶 破坏冰的结构 降低冰点 当非水物质为糖、醋、酒精、淀粉、蛋白质这类可形成氢键的非离子型的极性化合物时，它们 虽然不如离子型化合物与水的相互作用那么强烈，但与水的相互作用也较水之间的相互作用要大，所 以它们在食品中一般易溶于水，并对水有一定的束缚能力，使水的流动性降低。如用淀粉来勾芡， 用明胶或琼脂来制作冻(水晶)类就是这个道理。由于这类物质与水的几何结构不同，因此对水的正 常结构也有显著的破坏作用，所以它们的存在也会阻碍水结冰。 4、水＋非极性化合物→“疏水相互作用” 当非水物质是疏水性的非极性分子时，由于水是极性物质，这些非极性分子要优先选择非水环 境，这样就导致相邻的水结构化程度更大，使熵减少，这在热力学上是不利的。为了最大限度地降 低此热力学上不利的变化，非极性分子的疏水基团就会尽可能地相互聚集在一起，这就是所谓的“疏 水相互作用”。疏水相互作用对于蛋白质的立体构造、生物膜的稳定性、酶活性的表达、机体的生 理功能等都有重要的意义。 (二)烹饪原料中水分的存在状态 烹饪原料中的水分由于与非水成分距离远近不同，结合的紧 密程度不同，导致在烹饪原料中的地位不同，即存在不同的水分 存在状态。通常可将其划分为体相水与结合水，它们各自具有不 同的物理、化学性质及生物活性。 分类依据：水与非水成分距离远近和结合的紧密程度。 分 类 → → 体相水 距离远，结合松散 结合水 距离近，结合紧密 1、结合水的种类及性质 （1）结合水的种类： 微毛细管水 多层水 邻近水 构成水 构成水：是指与烹饪原料中其它亲水物质（或亲水基团）结合最紧密的那部分水，并与非水物质 构成一个整体。 邻近水：是指亲水物质的强亲水基团周围缔合的单层水分子膜，它与非水成分主要依靠水－离子、 水－偶极强氢键缔合作用结合在一起。 多层水：是指单分子水化膜外围绕亲水基团形成的另外几层水，主要依靠水－水氢键缔合在一起。 虽然多层水亲水基团的结合强度不如邻近水，但由于它们与亲水物质靠得足够近，以致于性质也大大 不同于纯水的性质。 微毛细管水：是指存在于一些细胞中的微毛细管水(毛细管半径小于0.1μm)， 由于受微毛细管 的物理限制作用，被强烈束缚，也属于结合水的范畴。 （2）结合水的含量：一般来说，烹饪原料中结合水的量与其非水成分极性基团的数量有比较固 定的关系。据测定 1g蛋白质可结合0.3～0.5g的水； 1g淀粉能结合0.3～0.4g水。 （3）结合水的性质： A:冰点低于0℃，甚至在－40℃时不结冰。 B:不易流失，即使用压榨的方法也不能将其除去。 C:不易蒸发除去，沸点高于100℃（1atm）。 D:不参与化学和生物化学反应，也不被微生物利用。又称不可利用水。 E:不再具有溶剂的性质。 （4）结合水的作用：虽然烹饪原料中结合水的含量不高，但对烹饪食品的质构、风味起着很大 作用，尤其是单分子层水膜的作用更大，当这部分水被强行与食品分离时，食品的风味、质量往往会 发生很大改变
10 3、水＋极性化合物 淀粉 蛋白质 酒 醋 糖 → → → → → → 束缚水 使其失去流动性 形成氢键 易溶于水或形成溶胶 破坏冰的结构 降低冰点 当非水物质为糖、醋、酒精、淀粉、蛋白质这类可形成氢键的非离子型的极性化合物时，它们 虽然不如离子型化合物与水的相互作用那么强烈，但与水的相互作用也较水之间的相互作用要大，所 以它们在食品中一般易溶于水，并对水有一定的束缚能力，使水的流动性降低。如用淀粉来勾芡， 用明胶或琼脂来制作冻(水晶)类就是这个道理。由于这类物质与水的几何结构不同，因此对水的正 常结构也有显著的破坏作用，所以它们的存在也会阻碍水结冰。 4、水＋非极性化合物→“疏水相互作用” 当非水物质是疏水性的非极性分子时，由于水是极性物质，这些非极性分子要优先选择非水环 境，这样就导致相邻的水结构化程度更大，使熵减少，这在热力学上是不利的。为了最大限度地降 低此热力学上不利的变化，非极性分子的疏水基团就会尽可能地相互聚集在一起，这就是所谓的“疏 水相互作用”。疏水相互作用对于蛋白质的立体构造、生物膜的稳定性、酶活性的表达、机体的生 理功能等都有重要的意义。 (二)烹饪原料中水分的存在状态 烹饪原料中的水分由于与非水成分距离远近不同，结合的紧 密程度不同，导致在烹饪原料中的地位不同，即存在不同的水分 存在状态。通常可将其划分为体相水与结合水，它们各自具有不 同的物理、化学性质及生物活性。 分类依据：水与非水成分距离远近和结合的紧密程度。 分 类 → → 体相水 距离远，结合松散 结合水 距离近，结合紧密 1、结合水的种类及性质 （1）结合水的种类： 微毛细管水 多层水 邻近水 构成水 构成水：是指与烹饪原料中其它亲水物质（或亲水基团）结合最紧密的那部分水，并与非水物质 构成一个整体。 邻近水：是指亲水物质的强亲水基团周围缔合的单层水分子膜，它与非水成分主要依靠水－离子、 水－偶极强氢键缔合作用结合在一起。 多层水：是指单分子水化膜外围绕亲水基团形成的另外几层水，主要依靠水－水氢键缔合在一起。 虽然多层水亲水基团的结合强度不如邻近水，但由于它们与亲水物质靠得足够近，以致于性质也大大 不同于纯水的性质。 微毛细管水：是指存在于一些细胞中的微毛细管水(毛细管半径小于0.1μm)， 由于受微毛细管 的物理限制作用，被强烈束缚，也属于结合水的范畴。 （2）结合水的含量：一般来说，烹饪原料中结合水的量与其非水成分极性基团的数量有比较固 定的关系。据测定 1g蛋白质可结合0.3～0.5g的水； 1g淀粉能结合0.3～0.4g水。 （3）结合水的性质： A:冰点低于0℃，甚至在－40℃时不结冰。 B:不易流失，即使用压榨的方法也不能将其除去。 C:不易蒸发除去，沸点高于100℃（1atm）。 D:不参与化学和生物化学反应，也不被微生物利用。又称不可利用水。 E:不再具有溶剂的性质。 （4）结合水的作用：虽然烹饪原料中结合水的含量不高，但对烹饪食品的质构、风味起着很大 作用，尤其是单分子层水膜的作用更大，当这部分水被强行与食品分离时，食品的风味、质量往往会 发生很大改变
11 2、体相水的种类及性质 （1）体相水的种类： 截留水 游离水 截留水：是指被物理作用截留在细胞、大分子凝胶骨架中的水。即使烹饪原料有相当严重的机械 损伤，被截留的水也不会从中流出。 游离水：是指在烹饪原料中可以自由流动的那部分水。 （2）体相水的含量：烹饪原料中的水绝大部分都属截留水。牛乳及汤类中的大部分水属于游离 水。 （3）体相水的性质： A:干燥时易流失。 B:0℃或略低于0℃结冰。 C:具有良好的化学和生物化学反应“活性”。 D:具有溶剂的性质。 E:可被微生物利用。 （4）体相水的作用：截留水的量反映着烹饪原料的持水能力，因此这部分水对某些烹饪产品（如 灌肠、鱼丸、肉饼、果蔬）的质量有直接的影响。当烹饪原料的毛细管半径大于1μm时，毛细管截留 水很容易被挤压出来。由于生鲜烹饪原料的毛细管半径大都在10～100μm之间，所以加工很容易造成 其汁液的流失。如经过冷冻 处理的烹饪原料，特别是那些含水量较高的原料，由于结冰后冰的体积较水增大，冰晶会对烹饪原料 产生一定的膨压，使组织受到一定的破坏，解冻后组织不能复原，就容易造成汁液的流失、烹饪原料 的持水能力降低，直接影响烹饪产品的质量。 在烹饪过程中，我们也经常利用此特点对含水量较大的果蔬类原料进行部分除水处理，如用蔬菜 作饺子馅时，常要将多余的水挤去，或用此原理榨出果汁和菜汁。 五、烹饪原料的水分与安定性 总的来说，烹饪原料的安定性与储存寿命含义相当。烹饪原料劣变速率越低，其安定性越高，储 存寿命就越长。评价烹饪原料的安定性的方法很多，最重要的是烹饪原料的水分活度和玻化温度。 水分活度→评价常温食品的安定性 玻化温度→评价冷冻食品的安定性 (一)水分活度 1、水分活度的概念 （1）意义：人类很早就认识到烹饪原料的易腐性与它的含水量之间有密切的联系。通过脱水 或浓缩可以有效地除去水分(体相水)，延长其贮藏期。如木耳、香菇、海参等烹饪原料都通过脱水 干燥来保存。在实践中还发现，含水 量相 同的烹 饪原 料， 储藏期 却有 很大差 异， 这说明 用烹 饪原料 的含 水量 作 指标 判断 其安定 性并 不可 靠，这 是因 为烹 饪原料 中的 水存 在状态 不同 ，在 烹饪原 料腐 败变 质中所 起的 作用 亦截 然 不同。 我们需要找到一个能定量地反映烹饪原料中的水分存在状态的指标。水分 活度正是这样一个 指标，它可 有效反 映烹饪 原料中 的水与 各种化 学、生物 化学反 应、微生 物生 长发育 的关系，反映烹 饪原料 的物性 ， 从 而 用 来 评 价烹饪 原料的 安定性 。 （2）定义：水分活度(AW)是指在一定条件下，在一密闭容器中烹饪原料的饱和蒸气分压（P）与同条件 下纯水的饱和蒸气压（P0）之比。 （3）计算： A：水分活度的定义可用下式表示 AW＝ 0 p p 对于纯水来说，因P＝P0，故Aw＝1。由于烹饪原料中还溶有小分子盐类及有机物，因此其饱和蒸汽压 要下降，所以，烹饪原料的Aw永远小于1。 纯水：P＝P0 Aw＝1 溶液：P＜P0 Aw＜1 浓度越大，P越小，AW越小。 B:根据拉乌尔定律（P＝P0X）：AW＝ 0 p p ＝X＝ 1 2 1 n n n + 式中，X为溶液中溶剂的摩尔分数；n1为溶液中溶剂的量；n2为溶液中溶质的量。 这说明烹饪原料的水分活度与其组成有关。烹饪原料中的含水量越大，水分活度越大；烹饪原料 中的非水物质（亲水物质）越多，结合水越多，烹饪原料的水分活度越小
11 2、体相水的种类及性质 （1）体相水的种类： 截留水 游离水 截留水：是指被物理作用截留在细胞、大分子凝胶骨架中的水。即使烹饪原料有相当严重的机械 损伤，被截留的水也不会从中流出。 游离水：是指在烹饪原料中可以自由流动的那部分水。 （2）体相水的含量：烹饪原料中的水绝大部分都属截留水。牛乳及汤类中的大部分水属于游离 水。 （3）体相水的性质： A:干燥时易流失。 B:0℃或略低于0℃结冰。 C:具有良好的化学和生物化学反应“活性”。 D:具有溶剂的性质。 E:可被微生物利用。 （4）体相水的作用：截留水的量反映着烹饪原料的持水能力，因此这部分水对某些烹饪产品（如 灌肠、鱼丸、肉饼、果蔬）的质量有直接的影响。当烹饪原料的毛细管半径大于1μm时，毛细管截留 水很容易被挤压出来。由于生鲜烹饪原料的毛细管半径大都在10～100μm之间，所以加工很容易造成 其汁液的流失。如经过冷冻 处理的烹饪原料，特别是那些含水量较高的原料，由于结冰后冰的体积较水增大，冰晶会对烹饪原料 产生一定的膨压，使组织受到一定的破坏，解冻后组织不能复原，就容易造成汁液的流失、烹饪原料 的持水能力降低，直接影响烹饪产品的质量。 在烹饪过程中，我们也经常利用此特点对含水量较大的果蔬类原料进行部分除水处理，如用蔬菜 作饺子馅时，常要将多余的水挤去，或用此原理榨出果汁和菜汁。 五、烹饪原料的水分与安定性 总的来说，烹饪原料的安定性与储存寿命含义相当。烹饪原料劣变速率越低，其安定性越高，储 存寿命就越长。评价烹饪原料的安定性的方法很多，最重要的是烹饪原料的水分活度和玻化温度。 水分活度→评价常温食品的安定性 玻化温度→评价冷冻食品的安定性 (一)水分活度 1、水分活度的概念 （1）意义：人类很早就认识到烹饪原料的易腐性与它的含水量之间有密切的联系。通过脱水 或浓缩可以有效地除去水分(体相水)，延长其贮藏期。如木耳、香菇、海参等烹饪原料都通过脱水 干燥来保存。在实践中还发现，含水 量相 同的烹 饪原 料， 储藏期 却有 很大差 异， 这说明 用烹 饪原料 的含 水量 作 指标 判断 其安定 性并 不可 靠，这 是因 为烹 饪原料 中的 水存 在状态 不同 ，在 烹饪原 料腐 败变 质中所 起的 作用 亦截 然 不同。 我们需要找到一个能定量地反映烹饪原料中的水分存在状态的指标。水分 活度正是这样一个 指标，它可 有效反 映烹饪 原料中 的水与 各种化 学、生物 化学反 应、微生 物生 长发育 的关系，反映烹 饪原料 的物性 ， 从 而 用 来 评 价烹饪 原料的 安定性 。 （2）定义：水分活度(AW)是指在一定条件下，在一密闭容器中烹饪原料的饱和蒸气分压（P）与同条件 下纯水的饱和蒸气压（P0）之比。 （3）计算： A：水分活度的定义可用下式表示 AW＝ 0 p p 对于纯水来说，因P＝P0，故Aw＝1。由于烹饪原料中还溶有小分子盐类及有机物，因此其饱和蒸汽压 要下降，所以，烹饪原料的Aw永远小于1。 纯水：P＝P0 Aw＝1 溶液：P＜P0 Aw＜1 浓度越大，P越小，AW越小。 B:根据拉乌尔定律（P＝P0X）：AW＝ 0 p p ＝X＝ 1 2 1 n n n + 式中，X为溶液中溶剂的摩尔分数；n1为溶液中溶剂的量；n2为溶液中溶质的量。 这说明烹饪原料的水分活度与其组成有关。烹饪原料中的含水量越大，水分活度越大；烹饪原料 中的非水物质（亲水物质）越多，结合水越多，烹饪原料的水分活度越小
12 C:当烹饪原料中的水分和周围环境相平衡时，水分活度也可用平衡时环境的相对湿度(ERH)来 表示：AW＝ERH％ 这意味着流通环境的相对湿度对食品的水分活度有较大的影响，即当食品的水分活度乘以100，其 值比环境的相对湿度低的情况下，食品在流通过程中吸湿。梅雨季节的高湿度下干燥食品极易吸湿、 发霉就是这个道理。相反，高水分活度食品在低湿度下放置，水分活度也会下降。因此，为了维持适 当的水分活度，必须用各种包装材料抑制水分变化。 值得强调的是，水分活度是样品的固有性质，反映了样品水分存在状态；平衡相对湿度是与样品 相平衡的大气的性质，少量样品(<1g)与环境达到平衡就要耗费大量时间，大量样品则不可能达到平 衡。 2、水分活度与烹饪原料的含水量 一般情况下，烹饪原料的含水量越高，水分活度也越大。水分活度与含水量的关系如图2－3所 示。 图2－3 AW与含水量的关系 可以看出，两者之间不存在正比关系。当烹饪原料的含水量低于0.5g水/g干物质时，烹饪原料 的含水下降会引起水分活度迅速降低。 这时可用吸附等温线(见图2－4)的关系。 图2－4 吸附等温线 吸附等温线：在一定的温度下，使物料吸湿所得到的水分活度与物料含水量之间的关系曲线。 吸附等温线一般是S形曲线，为了 更好地理 解其意 义和用途，通常把它分成三个部分。从曲线上 看： 区域I曲线较陡，这部分区域中的水就是构成水。区域I的高水分端(区域I和区域Ⅱ的交界)对应 着食品的单分子层水的水分活度。可将水分单层值看作为绝干物质的可接近的强极性基团表面形成单 分子层水所需要的水量。根据近似的估计，1mol强极性基团可吸附lmol水。从另一种意义上说，水 分单层值相当于和干物质牢固结合的最大数量的水，这部分水就相当于构成水和邻近水。对高水分 含量的食品而言，区域I的水仅占总水分含量的极小部分；由于水分子被束缚，所以这部分水很难发 生物理、化学变化，含此水分的食品的劣变速度也显著降低。因此，水分单层值可作为干燥食品品 质稳定所必须的水分含量标准。 区域Ⅱ这段曲线比较平缓，这部分水叫做多层水，对食品固形物有增塑作用，并促使固体骨架 开始肿胀，引起溶解过程发生，而使大多数反应速度加快。 区域I和区域Ⅱ的水属结合水，在高水分含量食品中这部分水最多占5％左右
12 C:当烹饪原料中的水分和周围环境相平衡时，水分活度也可用平衡时环境的相对湿度(ERH)来 表示：AW＝ERH％ 这意味着流通环境的相对湿度对食品的水分活度有较大的影响，即当食品的水分活度乘以100，其 值比环境的相对湿度低的情况下，食品在流通过程中吸湿。梅雨季节的高湿度下干燥食品极易吸湿、 发霉就是这个道理。相反，高水分活度食品在低湿度下放置，水分活度也会下降。因此，为了维持适 当的水分活度，必须用各种包装材料抑制水分变化。 值得强调的是，水分活度是样品的固有性质，反映了样品水分存在状态；平衡相对湿度是与样品 相平衡的大气的性质，少量样品(<1g)与环境达到平衡就要耗费大量时间，大量样品则不可能达到平 衡。 2、水分活度与烹饪原料的含水量 一般情况下，烹饪原料的含水量越高，水分活度也越大。水分活度与含水量的关系如图2－3所 示。 图2－3 AW与含水量的关系 可以看出，两者之间不存在正比关系。当烹饪原料的含水量低于0.5g水/g干物质时，烹饪原料 的含水下降会引起水分活度迅速降低。 这时可用吸附等温线(见图2－4)的关系。 图2－4 吸附等温线 吸附等温线：在一定的温度下，使物料吸湿所得到的水分活度与物料含水量之间的关系曲线。 吸附等温线一般是S形曲线，为了 更好地理 解其意 义和用途，通常把它分成三个部分。从曲线上 看： 区域I曲线较陡，这部分区域中的水就是构成水。区域I的高水分端(区域I和区域Ⅱ的交界)对应 着食品的单分子层水的水分活度。可将水分单层值看作为绝干物质的可接近的强极性基团表面形成单 分子层水所需要的水量。根据近似的估计，1mol强极性基团可吸附lmol水。从另一种意义上说，水 分单层值相当于和干物质牢固结合的最大数量的水，这部分水就相当于构成水和邻近水。对高水分 含量的食品而言，区域I的水仅占总水分含量的极小部分；由于水分子被束缚，所以这部分水很难发 生物理、化学变化，含此水分的食品的劣变速度也显著降低。因此，水分单层值可作为干燥食品品 质稳定所必须的水分含量标准。 区域Ⅱ这段曲线比较平缓，这部分水叫做多层水，对食品固形物有增塑作用，并促使固体骨架 开始肿胀，引起溶解过程发生，而使大多数反应速度加快。 区域I和区域Ⅱ的水属结合水，在高水分含量食品中这部分水最多占5％左右
13 区域Ⅲ部分的曲线说明水分活度的微小变化会导致食品含水量很大的变化。这部分水是食品中 结合最弱、流动性最大、运动能力最强（从分子角度看）的水，被称为体相水。由于区域Ⅲ中的这 部分水使食品中结合最弱的水，所以在这个区域，绝大多数的化学、生物化学反应速度及微生物的 生长繁殖速度都达到最大，这部分水决定了食品的安定性。 3、水分活度与食品的安定性 根据前面的论述，我们可以清楚地看到，在大多数情况下食品的安定性与水分活度是紧密相关的。 研究食品水分活度与微生物生长、化学反应速度间的关系，不但可以预测食品的货架期，指出败坏原 因，而且可以利用这些知识找出控制食品败坏的方法。 (1)水分活度与微生物的生长繁殖 食品中各种微生物的生长发育是由其水分活度而不是由其 含水量所决定的，即食品的水分活度决定了微生物在食品中萌发时间、生长速率及死亡率。不同的 微生物在食品中繁殖时对水分活度的要求不同。一般来说，细菌对低水分活度最敏感，酵母菌次之， 霉菌的敏感性最差，表2-3为各类微生物生长所要求的最低水分活度。当水分活度低于某种微生物生 长所需的最低水分活度时，这种微生物便不能生长。 表2－3 各种微生物生长最低的水分活度 微生物 多 数 细菌 多数酵 母 菌 多 数 霉菌 多数嗜 盐细菌 干 性 霉菌 耐 渗 透压 酵母菌 水 分 活度 0.91 0.88 0.80 0.75 0.61 0.62 水分活度在0.91以上时，微生物变质以细菌为主。但这并不是说酵母菌和霉菌在这以上的水分活 度就不能生长发育，而是因为这时细菌的生育能力显著增强，其它微生物的生育能力较弱。酵母菌和 霉菌在纯培养的情况下，生长最适水分活度一般也在0.95以上水分活度降到0.91以下时，就可以抑制 一般细菌的腐败。当在烹饪原料中加入食盐、糖后，水分活度下降，一般细菌不能生长，嗜盐菌却能 生长，也会造成食品的腐败。有效的抑制方法是在10℃以下的低温中贮藏以抑制这种嗜盐菌的生长。 0.90以下水分活度食品的腐败主要是由酵母菌和霉菌所引起的，其中水分活度0.80以下的糖浆、蜂蜜 和浓缩果汁的败坏主要是由酵母菌引起的。 在研究微生物变质与水分活度的关系时，了解食物中毒菌生长的最低水分活度也是很重要的。研 究表明，重要的食物中毒菌生长的最低水分活度在0.86～0.97之间，特别是致死率高的肉毒杆菌的生 长最低水分活度是0.93～0.97，所以，真空包装的水产和畜产加工制品，流通标准规定其水分活度要 在0.94以下。 (2)水分活度与酶作用的关系 当水分活度小于0.85时，导致烹饪原料败坏的大部分酶失活，如 酚氧化酶和过氧化物酶、维生素C氧化酶、淀粉酶等。然而，即使在0.1～0.3这样的低水分活度下, 脂肪氧化酶仍能保持较强活力。例如30℃下贮藏的大麦粉和卵磷脂的混合物，在低水分活度下基本上 不发生酶解；贮藏48天后，当AW上升到0.70时，食品的脂酶水解速度迅速提高。此外酶反应速度与酶 与食品间是否相互接触有关。当酶和食品相互接触时，反应速度较快；当相互隔离时，反应速度较慢。 如Aw=0.15，脂氧化酶就能分解油脂，而固体脂肪在此水分活度时仅有极小的变化。氧化酶及水解酶 也有此现象。 （3）水分活度与化学反应的关系 在烹饪原料中还存在着氧化、褐变等化学反应。即使是在高 水分活度的食品中，采用了漂烫、蒸煮等热处理避免了微生物腐败的危险，而化学败坏仍是不可忽视 的问题。在24～25℃范围内，一些重要的化学反应与水分活度的关系见图2－5。 图 2－ 5 水 分活 度与食品的稳定性的关系 需要注意的是，化学反应速度与水分活度的关系是随样品的组成、物理状态及其结构而改变的， 也随大气组成(特别是氧的浓度)、温度及滞后效应而改变。 食品中的非酶氧化最重要的就是油脂的自动氧化。从图2－5可以看出，水分活度对食品中油脂氧 化反应的影响明显地不同于对其它化学反应的影响。油脂氧化速率在单分子层水时最低。剥夺食品的 单分子层水，油脂氧化速率明显提高，一般认为在此水分活度范围[Aw＝(0～0.2)或(0～0.3)]，加
13 区域Ⅲ部分的曲线说明水分活度的微小变化会导致食品含水量很大的变化。这部分水是食品中 结合最弱、流动性最大、运动能力最强（从分子角度看）的水，被称为体相水。由于区域Ⅲ中的这 部分水使食品中结合最弱的水，所以在这个区域，绝大多数的化学、生物化学反应速度及微生物的 生长繁殖速度都达到最大，这部分水决定了食品的安定性。 3、水分活度与食品的安定性 根据前面的论述，我们可以清楚地看到，在大多数情况下食品的安定性与水分活度是紧密相关的。 研究食品水分活度与微生物生长、化学反应速度间的关系，不但可以预测食品的货架期，指出败坏原 因，而且可以利用这些知识找出控制食品败坏的方法。 (1)水分活度与微生物的生长繁殖 食品中各种微生物的生长发育是由其水分活度而不是由其 含水量所决定的，即食品的水分活度决定了微生物在食品中萌发时间、生长速率及死亡率。不同的 微生物在食品中繁殖时对水分活度的要求不同。一般来说，细菌对低水分活度最敏感，酵母菌次之， 霉菌的敏感性最差，表2-3为各类微生物生长所要求的最低水分活度。当水分活度低于某种微生物生 长所需的最低水分活度时，这种微生物便不能生长。 表2－3 各种微生物生长最低的水分活度 微生物 多 数 细菌 多数酵 母 菌 多 数 霉菌 多数嗜 盐细菌 干 性 霉菌 耐 渗 透压 酵母菌 水 分 活度 0.91 0.88 0.80 0.75 0.61 0.62 水分活度在0.91以上时，微生物变质以细菌为主。但这并不是说酵母菌和霉菌在这以上的水分活 度就不能生长发育，而是因为这时细菌的生育能力显著增强，其它微生物的生育能力较弱。酵母菌和 霉菌在纯培养的情况下，生长最适水分活度一般也在0.95以上水分活度降到0.91以下时，就可以抑制 一般细菌的腐败。当在烹饪原料中加入食盐、糖后，水分活度下降，一般细菌不能生长，嗜盐菌却能 生长，也会造成食品的腐败。有效的抑制方法是在10℃以下的低温中贮藏以抑制这种嗜盐菌的生长。 0.90以下水分活度食品的腐败主要是由酵母菌和霉菌所引起的，其中水分活度0.80以下的糖浆、蜂蜜 和浓缩果汁的败坏主要是由酵母菌引起的。 在研究微生物变质与水分活度的关系时，了解食物中毒菌生长的最低水分活度也是很重要的。研 究表明，重要的食物中毒菌生长的最低水分活度在0.86～0.97之间，特别是致死率高的肉毒杆菌的生 长最低水分活度是0.93～0.97，所以，真空包装的水产和畜产加工制品，流通标准规定其水分活度要 在0.94以下。 (2)水分活度与酶作用的关系 当水分活度小于0.85时，导致烹饪原料败坏的大部分酶失活，如 酚氧化酶和过氧化物酶、维生素C氧化酶、淀粉酶等。然而，即使在0.1～0.3这样的低水分活度下, 脂肪氧化酶仍能保持较强活力。例如30℃下贮藏的大麦粉和卵磷脂的混合物，在低水分活度下基本上 不发生酶解；贮藏48天后，当AW上升到0.70时，食品的脂酶水解速度迅速提高。此外酶反应速度与酶 与食品间是否相互接触有关。当酶和食品相互接触时，反应速度较快；当相互隔离时，反应速度较慢。 如Aw=0.15，脂氧化酶就能分解油脂，而固体脂肪在此水分活度时仅有极小的变化。氧化酶及水解酶 也有此现象。 （3）水分活度与化学反应的关系 在烹饪原料中还存在着氧化、褐变等化学反应。即使是在高 水分活度的食品中，采用了漂烫、蒸煮等热处理避免了微生物腐败的危险，而化学败坏仍是不可忽视 的问题。在24～25℃范围内，一些重要的化学反应与水分活度的关系见图2－5。 图 2－ 5 水 分活 度与食品的稳定性的关系 需要注意的是，化学反应速度与水分活度的关系是随样品的组成、物理状态及其结构而改变的， 也随大气组成(特别是氧的浓度)、温度及滞后效应而改变。 食品中的非酶氧化最重要的就是油脂的自动氧化。从图2－5可以看出，水分活度对食品中油脂氧 化反应的影响明显地不同于对其它化学反应的影响。油脂氧化速率在单分子层水时最低。剥夺食品的 单分子层水，油脂氧化速率明显提高，一般认为在此水分活度范围[Aw＝(0～0.2)或(0～0.3)]，加
14 入的水可以和加速油脂氧化的金属催化剂结合，并可以和油脂氧化产生的氢过氧化物结合，从而干 扰了油脂的分解。当食品的含水量超过单分子层水时，油脂氧化速率迅速增大，这是因为水使大分 子溶胀，暴露出更多的催化部位，并增加了氧的溶解度的缘故。当含油脂食品水分活度大于0．8时 (超过Ⅱ、Ⅲ区域交界)，食品中存在大量的体相水，这时油脂氧化速率减慢，这是大量水的稀释效 应造成的。因此，为了防止氧化，维持适当的水分活度是极其重要的。 食物的色泽决定了其感官质量和商品价值。色素的稳定性与水分活度有关。烹饪原料中最常见 的色素是脂溶性色素，如绿色蔬菜中的叶绿素，橙色果蔬、鱼虾中的类胡萝卜素等。一般说来，这类 色素在单分子层水分含量下最稳定。类胡萝卜素在不同水分活度下的稳定性与脂类相似，叶绿素的稳 定性与其有所不同，表现为水分活度越低，叶绿素越稳定。 需要指出的是，在0.7～0.9这个水分活度范围内，食品的一些重要化学反应，如脂类的氧化、美 拉德反应、维生素的分解等的反应速率都达到最大，这时，食品变质受化学变化的影响增大。当食品 的含水量进一步增大到Aw＞0.9时，食品中的各种化学反应速度大都呈下降趋势。这或是由于水是这 些反应的产物，增加水分含量将造成产物的抑制作用；或是由于水产生的稀释效应减慢了反应速度。 这时，食品变质主要受微生物和酶作用的影响。 AW＝ 0.7～0.9 食 品 变 质受化 学变化的影响 Aw＞ 0.9 食 品 变 质主要受微生物和酶作用的影响 （4）水分活度与食品的质构的关系 水分活度对干燥和半干燥食物的质构有较大影响。Kapsalis 发现当水分活度从单层值时的水分活度(Aw＝0.2～0.3)增加到0.65时，大多数半干或干燥食品的硬度 及粘着性增加。研究表明，肉制品韧性的增加可能与交联作用及高水分活度下发生的化学反应有关， 如胶凝及吸水基团水合能力的改变。Helolman等研究过冻干牛肉的水分活度对肉干质构的影响，发现 水分活度为0.4～0.5时，肉干的硬度及耐嚼性最大。增加水分含量，肉干的硬度及耐嚼性都降低。另 外，要想保持脆饼干、爆玉米花及油炸土豆片的脆性，避免糖粉、奶粉以及速溶咖啡结块、变硬发粘， 都需要使产品具有相当低的水分活度。要保持住干燥食品的理想性质，水分活度不能超过0.3～0.5。 对含水量较高的食品(蛋糕、面包等)，为避免失水变硬，需要保持有相当高的水分活度。有些研究认 为，将一些食品(如火腿、牛肉、蛋奶冻、豌豆)的水分活度从0.70提高到0.99时，能获得更令人满意 的食物质构。 （5）水分活度的控制及应用 由于烹饪原料的水分活度值与其安定性有直接关系，为了保持烹 饪原料适宜的食用特性或延长它的贮藏期，常需要控制水分活度。由于低水分活度条件下食品的贮藏 性较好，所以对那些季节性强、不宜存放的原料常采用降低水分活度的方法进行贮藏，如利用浓缩或 脱水干燥法除去原料中的水分。常用的干燥方法有喷雾干燥、流化床干燥、泡沫干燥、冷冻干燥、日 晒、烟熏等，以真空冷冻干燥效果最优。常用的浓缩方法有蒸发、冷冻浓缩、膜渗透等，或利用盐、 糖、甘油等添加剂来调节原料的水分活度，如糖渍、盐渍。除此之外，对那些要求保持一定的水分活 度的物料，也可采用适当的包装材料来进行控制。吸附等温线在选择包装材料时起关键作用。高吸湿 物料(吸附等温线较陡)吸湿速度快，夺取水分能力大，常常在与环境大气相对湿度相平衡前水分含量 已超过了临界值，这类物料必须用玻璃瓶密封包装或用阻水塑料包装，如糖粉、速溶咖啡等。低吸湿 物料(吸附等温线较平缓)吸湿性差，且在正常贮藏条件下不易变质，可以用聚乙烯来包装。对于高水 分活度物料(它的水分活度一般高于大气相对湿度)，包装可防止水分散失，所以也应选择不透水密封 的包装，且由于这类物料容易因微生物活动而败坏，所以应配合低温贮藏或罐藏。另外，当一个包装 袋中同时存放几种不同物料时，还应注意由于各种物料间水分活度不同导致水分迁移而使某些物料 劣变。如一份干燥的汤料混合物，主要成分为含水量2％的冻干脱水蔬菜、含水量13％的淀粉，其 中敏感成分是冻干的蔬菜。混合后，蔬菜吸湿，含水量上升到约9％，结果发生非酶褐变而迅速败 坏。要提醒的是，水分的迁移是从高水分活度一方向低的(而非含水量)一方进行，结果平衡时的水 分活度是原料各部分水分活度的平均值。 控制水分活度的目的：是为了保持烹饪原料适宜的食用特性或延长它的贮藏期。 方法：A 利用浓缩或脱水干燥法除去原料中的水分，降低水分活度，对季节性强、不宜存放的 原料进行储藏。 B 选用合适的包装材料，保持水分活度，以获得适宜的食用特性。 （二）玻化温度 1、冷冻储藏的烹饪原料品质劣变的原因 烹饪原料在冷冻储藏过程中仍然要发生劣变，其原因有以下几点： 首先，食品冻结后，由于溶质的冷冻浓缩效应，未冻结相的pH、离子强度、粘度、表面张力、 氧化还原电位等特性发生变化，这些变化对食品成分造成危害。如pH降低导致蛋白质变性及持水能 力下降，使解冻后汁液流失；冻结导致由于体相水结冰、水分活度降低，而油脂氧化速率相对提高
14 入的水可以和加速油脂氧化的金属催化剂结合，并可以和油脂氧化产生的氢过氧化物结合，从而干 扰了油脂的分解。当食品的含水量超过单分子层水时，油脂氧化速率迅速增大，这是因为水使大分 子溶胀，暴露出更多的催化部位，并增加了氧的溶解度的缘故。当含油脂食品水分活度大于0．8时 (超过Ⅱ、Ⅲ区域交界)，食品中存在大量的体相水，这时油脂氧化速率减慢，这是大量水的稀释效 应造成的。因此，为了防止氧化，维持适当的水分活度是极其重要的。 食物的色泽决定了其感官质量和商品价值。色素的稳定性与水分活度有关。烹饪原料中最常见 的色素是脂溶性色素，如绿色蔬菜中的叶绿素，橙色果蔬、鱼虾中的类胡萝卜素等。一般说来，这类 色素在单分子层水分含量下最稳定。类胡萝卜素在不同水分活度下的稳定性与脂类相似，叶绿素的稳 定性与其有所不同，表现为水分活度越低，叶绿素越稳定。 需要指出的是，在0.7～0.9这个水分活度范围内，食品的一些重要化学反应，如脂类的氧化、美 拉德反应、维生素的分解等的反应速率都达到最大，这时，食品变质受化学变化的影响增大。当食品 的含水量进一步增大到Aw＞0.9时，食品中的各种化学反应速度大都呈下降趋势。这或是由于水是这 些反应的产物，增加水分含量将造成产物的抑制作用；或是由于水产生的稀释效应减慢了反应速度。 这时，食品变质主要受微生物和酶作用的影响。 AW＝ 0.7～0.9 食 品 变 质受化 学变化的影响 Aw＞ 0.9 食 品 变 质主要受微生物和酶作用的影响 （4）水分活度与食品的质构的关系 水分活度对干燥和半干燥食物的质构有较大影响。Kapsalis 发现当水分活度从单层值时的水分活度(Aw＝0.2～0.3)增加到0.65时，大多数半干或干燥食品的硬度 及粘着性增加。研究表明，肉制品韧性的增加可能与交联作用及高水分活度下发生的化学反应有关， 如胶凝及吸水基团水合能力的改变。Helolman等研究过冻干牛肉的水分活度对肉干质构的影响，发现 水分活度为0.4～0.5时，肉干的硬度及耐嚼性最大。增加水分含量，肉干的硬度及耐嚼性都降低。另 外，要想保持脆饼干、爆玉米花及油炸土豆片的脆性，避免糖粉、奶粉以及速溶咖啡结块、变硬发粘， 都需要使产品具有相当低的水分活度。要保持住干燥食品的理想性质，水分活度不能超过0.3～0.5。 对含水量较高的食品(蛋糕、面包等)，为避免失水变硬，需要保持有相当高的水分活度。有些研究认 为，将一些食品(如火腿、牛肉、蛋奶冻、豌豆)的水分活度从0.70提高到0.99时，能获得更令人满意 的食物质构。 （5）水分活度的控制及应用 由于烹饪原料的水分活度值与其安定性有直接关系，为了保持烹 饪原料适宜的食用特性或延长它的贮藏期，常需要控制水分活度。由于低水分活度条件下食品的贮藏 性较好，所以对那些季节性强、不宜存放的原料常采用降低水分活度的方法进行贮藏，如利用浓缩或 脱水干燥法除去原料中的水分。常用的干燥方法有喷雾干燥、流化床干燥、泡沫干燥、冷冻干燥、日 晒、烟熏等，以真空冷冻干燥效果最优。常用的浓缩方法有蒸发、冷冻浓缩、膜渗透等，或利用盐、 糖、甘油等添加剂来调节原料的水分活度，如糖渍、盐渍。除此之外，对那些要求保持一定的水分活 度的物料，也可采用适当的包装材料来进行控制。吸附等温线在选择包装材料时起关键作用。高吸湿 物料(吸附等温线较陡)吸湿速度快，夺取水分能力大，常常在与环境大气相对湿度相平衡前水分含量 已超过了临界值，这类物料必须用玻璃瓶密封包装或用阻水塑料包装，如糖粉、速溶咖啡等。低吸湿 物料(吸附等温线较平缓)吸湿性差，且在正常贮藏条件下不易变质，可以用聚乙烯来包装。对于高水 分活度物料(它的水分活度一般高于大气相对湿度)，包装可防止水分散失，所以也应选择不透水密封 的包装，且由于这类物料容易因微生物活动而败坏，所以应配合低温贮藏或罐藏。另外，当一个包装 袋中同时存放几种不同物料时，还应注意由于各种物料间水分活度不同导致水分迁移而使某些物料 劣变。如一份干燥的汤料混合物，主要成分为含水量2％的冻干脱水蔬菜、含水量13％的淀粉，其 中敏感成分是冻干的蔬菜。混合后，蔬菜吸湿，含水量上升到约9％，结果发生非酶褐变而迅速败 坏。要提醒的是，水分的迁移是从高水分活度一方向低的(而非含水量)一方进行，结果平衡时的水 分活度是原料各部分水分活度的平均值。 控制水分活度的目的：是为了保持烹饪原料适宜的食用特性或延长它的贮藏期。 方法：A 利用浓缩或脱水干燥法除去原料中的水分，降低水分活度，对季节性强、不宜存放的 原料进行储藏。 B 选用合适的包装材料，保持水分活度，以获得适宜的食用特性。 （二）玻化温度 1、冷冻储藏的烹饪原料品质劣变的原因 烹饪原料在冷冻储藏过程中仍然要发生劣变，其原因有以下几点： 首先，食品冻结后，由于溶质的冷冻浓缩效应，未冻结相的pH、离子强度、粘度、表面张力、 氧化还原电位等特性发生变化，这些变化对食品成分造成危害。如pH降低导致蛋白质变性及持水能 力下降，使解冻后汁液流失；冻结导致由于体相水结冰、水分活度降低，而油脂氧化速率相对提高