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水分活度与食品的稳定性
作者:广州高测仪器有限公司    发布于:2018-08-20 09:29:29    文字:【】【】【

水活性、食品稳定性和吸着等温线之间的关系

a.微生物生长与aw的关系;

b.酶水解与aw的关系;

c.氧化反应(非酶)与aw的关系;d.麦拉德褐变与aw的关系;

e.各种反应的速度与aw的关系;

f.含水量与aw的关系.

从右图可知,除非酶氧化在Aw≤0.3时有较高反应外,其他反应均是Aw愈小速度愈小.也就是说,有利于食品的稳定性.

食品水分与微生物生命活动的关系

不同类群微生物生长繁殖的最低水分活度范围是: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.在水分活度低于0.60时,绝大多数微生物就无法生长.

食品水分与食品化学变化的关系

·降低食品的aw,可以延缓褐变,减少食品营养成分的破坏,防止水溶性色素的分解.

·但aw过低,则会加速脂肪的氧化酸败,又能引起非酶褐变.要使食品具有最高的稳定性所必需的水分含量,

·最好将aw保持在结合水范围内.这样,使化学变化难于发生,同时又不会使食品丧失吸水性和复原性.

在食品的化学反应,其最大反应速度一般发生在具有中等水分含量的食品中(0.0.9aw),这是人们不期望的.而最小反应速度一般首先出现在aw0.0.3,当进一步降低aw时,除了氧化反应外,其他反应速度全都保持在最小值.这时的水分含量是单层水分含量.因此用食品的单分子层水的值可以准确地预测干燥产品最大稳定性时的含水量,这具有很大的实用意义.

水活度是指自由水的含量,微生物的生长离不开水,最适于微生物生长的水活度在0.7-0.99/1;低于0.7微生物很难生长,因此食品中自由水含量越低越好.

利用玻璃化转变温度这个重要的临界参数,结合水分含量、水分活度两个重要指标,可以判断、预测食品的货架寿命和贮藏期,帮助择定有效的食品加工与贮藏条件,确保食品系统贮藏质量、安全性和稳定性.

食品中的玻璃化转变研究是近十几年来食品科学中的研究热点,具有广阔的应用前景.

玻璃态转变是指非晶聚合物的力学性质随温度变化,出现玻璃态与高弹态之间的转变,对应的转变温度即为玻璃态转变温度(Tg).事实上,玻璃化转变并非是高聚物特有的现象,包括水和含水溶液在内的许多其他物质也呈现同样的玻璃化转变现象.

玻璃态转变在食品加工中的应用

玻璃态转变现象被誉为食品贮藏开辟了一条“崭新的、富有巨大潜力道路”.其“食品聚合物科学”就是“高聚物的转变与松弛”理论在食品加工和贮藏中的应用体现.借助这种结构———性质的关系理论,可以把食品的结构特性与其宏观性质联系起来,根据食品材料所处的状态(如含水量、温度等),来预测其在加工、贮存过程中的质量、安全性和稳定性.

玻璃态转变理论在食品中尤其是干制品和冷冻食品中的应用非常广泛.一方面,可以用玻璃态转变理论很好地解释食品加工与贮藏过程中的某些食品品质的变化.例如:某些方便食品的组织软化、面包老化、粉状时的风化和吸湿、冷冻食品的干缩等问题都可以用玻璃态转变来解释,食品贮藏过程中褐变、脂肪氧化、结晶等也和玻璃态转变有很大的关系.另一方面,用玻璃化转变温度(Tg)和水分活度(Aw)的关系,还可以预计食品的贮存期及贮藏条件.

有科学家研究了玻璃化在部分食品中的应用,如淀粉的玻璃化相变的研究,玻璃化在冰淇淋中的应用,玻璃化在冷冻水果中的应用以及玻璃化在传统糯米中的应用.国外也有很多研究涉及玻璃化在食品中的应用,如J.McFetridge研究了高分子物质对冷冻红薯片玻璃化转变温度以及对冷冻红薯的贮藏稳定性的影响;又如,D.Torreggiani等人也研究了碳水化合物对冷冻草莓汁玻璃化转变温度以及贮藏稳定性的影响.

水分活度是水的逸度与纯水逸度之比,也可近似地表示为溶液中水蒸汽分压与纯水蒸汽分压之比.它反映了食品中水分的存在状态,也就是说水分与其他非水组分的结合程度或游离程度.结合程度越高,水分活度越低,反之,则越高.

水分活度影响着食品的色,香,味和组织结构等.食品中的各种化学,生物化学变化对水分活度都有一定的要求.想酶促褐变反应,美拉德反应等,都会随着水分活度的提高而让反应达到最大植.另外微生物也会在水分活度高的食品中增殖加快.所以,要控制食品中的水分活度,延长食品的保藏期.

水分活度,一般是指以ERH方法(通过测试含有水分的物品表面与周围环境气体达成平衡状态的特性,进而测试水分活度)为基础的测试方法来表征水份含量情况.这种表征方法能直接地反映许多生产中的水分特性.

食品水分活度是决定食品腐败变质和保质期的重要参数,对食品的色香味、组织结构以及食品的稳定性都有着重要影响,各种微生物的生命活动及各种化学、生物化学变化都要求一定的活度值,在含有水分的食物中,由于其水分活度值不同其保藏期的稳定性也不同,利用水分活度原理控制水分活度从而提高产品质量,延长食品保藏期,在食品工业生产中已得到越来越广泛的重视,近年来,美国、日本等发达国家已将其列为食品检测项目.

此外,在固形物组分一定时,水分含量和水分活度有着直接的关系,当水分含量增加时水分活度也增加,在生产中通过对水分活度的测定可以快速监控水分含量的变化,从而作为水分含量监控的重要手段水分活度对微生物、酶及其他反应的影响.

食品的腐败变质通常是由微生物作用和生化反应造成的,任何微生物进行生长繁殖以及多数生化反应都需要以水作为溶剂或介质.

干藏就是通过对食品中水分的脱除,进而降低食品的水分活度,从而限制微生物生物活动、酶的活力以及化学反应的进行,达到长期保藏的目的.

水分活度对食品中主要化学变化的影响

水分活度:

水分活度数值用Aw表示,水分活度值等于用百分率表示的相对湿度,其数值在0-1之间。

溶液中水的蒸气分压P与纯水蒸气压Q的比值,

Aw=P/Q。

Aw值对食品保藏具有重要的意义。含有水分的食物等由于其水分活度之不同,其储藏期的稳定性也不同。利用水分活度的测试,反映物质的保质期,已逐渐成为食品,医药,生物制品等行业中检验的重要指标。

水在产品中,比如食物,被限制在不同的成分中,如蛋白质、盐、糖。这些化学绑定的水是不影响微生物繁殖的。绑定的水分越多,能够蒸发的水分就越少,所以产品里含水量多,并不等于它表面的水汽分压就一定高,平衡相对湿度就一定大,微生物就一定更活跃。水分活度指物质中活性水部分或者自由水。它主要影响物质物理、化学、微生物特性,其中包括流淌性、凝聚、内聚力和静态等物理现象。食物保质期、颜色、味道、维生素、成分、香味的稳定性;霉菌的生成和微生物的生长特性都直接受物质的水分活度值所影响。水分活度的控制对产品的保质期是非常重要的。

举个例子说明这个问题,一块水分活度值为0.81的蛋糕,其保质期为21℃时24天,如果其水分活度提高到0.85,其保质期将降低为21℃时12天。由此可见,水分活度决定了微生物的生长率。

水分活度对食品中主要化学变化的影响

具体表现为:

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。

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。

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。

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。

7、对酶的影响:许多来自天然的食品物料都有酶存在,干燥过程随着物料水分降低,没本身也失水,活性下降。但当环境适宜,酶仍会恢复活性,而可能引起食品品质恶化活变质。在水分活性值低于BET单分子层值吸附水分活性时,酶反应进行得极慢或者是完全停止,这是由于食品物料中缺乏流动性水分使酶扩散到基质的特定部位。通常只有干制品水分降至1%以下时,酶活性才会完全消失。在干燥食品中酶反应速度受底物扩散到酶周围的速度所限制,故干燥食品中高分子底物不易被酶作用。例如,在含有蛋白酶的淀粉中,即使在65%的相对湿度下,面筋蛋白质仍不能被显著地水解。大分子底物的扩散效应可能造成酶反应性质的变化,例如,在一个水介质中,淀粉酶作用于可溶性淀粉而生成寡糖。

一般来说,在低水分活性下,首先生成葡萄糖和麦芽糖,而仅在较高的水分活性下才生成寡糖。一般来说,在低水分活性下没反应倾向于防止反应中间物的积累或有利于某些反应途径,这可能是由于潜在的中间物不能扩散离开酶的活性部位,而只有立刻讲解或反应。

影响食品中酶稳定性的因素有水分、温度、pH、离子强度、食品构成成分、贮藏时间及酶抑制剂或活性剂等。水分活性只是影响其稳定性条件之一。许多干燥食品的最终水分含量难以达到1%以下,因此靠减少水分活性值来抑制酶对干制品品质的影响并不十分有效。湿热处理酶易使其不可逆失活。

 

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