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#生物化学 #食品 #水 #水分活度 #吸湿等温线 #脂质 #氧化 #非酶褐变 #美拉德反应

1. 水分活度（Aw）的定义

水分活度：食品中水的蒸气压与同温下纯水的饱和蒸气压的比值

Aw = P / P0

水分活度反映了水与各种非水成分的缔合强度

2. 水分活度与温度的关系

$$ln(a_w)=-\frac{k\mathrm{\Delta }H}{R}\cdot \frac{1}{T}+c$$

• 冰点以上：Aw 与食品组成和温度有关
• 冰点以下：Aw 只与温度有关

NOTE

拉乌尔定律

• 一定温度下，稀溶液溶剂的蒸气压 = 纯溶剂的蒸气压 * 溶液中溶剂的摩尔分数

3. 水分活度与水分含量的关系

3.1 吸湿（吸附）等温线 MSI

吸湿（吸附）等温线 （MSI） ：恒定温度下，以食品的水分含量对它水分活度绘图形成的曲线

• I 区（0 - 0.2）：化合水。属于结合水，不可冻结，不可利用，化学吸附
• II 区（0.2 - 0.85）: 多层水。属于结合水，部分可被微生物利用，物理吸附
• III 区（0.85 - 1）: 体相水。可作为溶剂，可被微生物利用，可结冰

3.2 MSI 形状

大部分食品 MSI：S 形

水果、糖制品、咖啡提取物、多聚物含量不高的食品：J 形 因为羟基含量高，与水结合紧密

3.3 水分活度与含水量

含水量一定： 温度越高，Aw 越大

Aw 一定： 温度越高，含水量越低

TIP

温度升高的效果

• MSI 曲线向右下移动（也即吸水能力减弱）

Aw 一定： 解吸过程水分含量大于回吸过程（滞后现象） 回吸时，MSI 曲线向右下移动，食品的吸水能力减弱

滞后现象：解吸过程与回吸过程的 MSI 曲线不重叠

4. 水分活度与食品稳定性

食品中的 Aw 决定了微生物在食品中萌发的时间、生长速率、死亡率

4.1 水分活度对脂肪氧化酸败的影响

4.1.1 Aw ∈ (0, 0.35]

水分活度 Aw 越高，脂质氧化速度越慢

• 水与脂类氧化产生的氢过氧化物以氢键结合，阻止氧化的进一步进行
• 水与金属离子结合，降低其催化性

4.1.2 Aw ∈ (0.35, 0.8]

水分活度 Aw 越高，脂质氧化速度越快

• 水中溶解氧增加
• 大物质分子溶涨，活性位点暴露，加速脂质氧化
• 催化剂和氧的流动性增加

4.1.3 Aw ∈ (0.8, 1)

水分活度 Aw 越高，脂质氧化速度越慢

• 催化物和反应物被稀释

4.2 水分活度对非酶褐变的影响

一定范围内，水分活度 Aw 越高非酶褐变越快 Aw 在 0.6 - 0.7 之间时，非酶褐变反应速率最快

TIP

美拉德反应条件之一：有水的存在

4.3 水分活度对食品化学反应的影响

Aw 在 0.7 - 0.9 之间时，食品化学反应速率最快，降低 Aw 可以提高食品稳定性

但是，Aw 也不是越低越好

1. 大多数化学反应必须在水溶液中进行
2. 许多化学反应属于离子反应，其条件是反应物先进行离子化或水化作用，需要自由水
3. 许多化学反应必须有水分子参加才能进行
4. 水能作为底物向酶扩散的输送介质
5. 水分活度 Aw 低于 0.6 时，绝大多数微生物无法生长