第二章第三节水分活度与吸湿等温曲线

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1、第二章第二章 食品中的水和冰食品中的水和冰l不同种类的食品即使水分含量相同，其腐败不同种类的食品即使水分含量相同，其腐败变质的难易程度也有明显的差异。食品的品质和变质的难易程度也有明显的差异。食品的品质和贮藏性能与水分活度有密切的关系。贮藏性能与水分活度有密切的关系。第三节第三节 水分活度与吸湿等温曲线水分活度与吸湿等温曲线n2.3.1 2.3.1 水分活度的定义及测定方法水分活度的定义及测定方法一、定义：一、定义： 一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值；一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值；用用公式表示即为：公式表示即为： A Aw w= p/p= p/p0 0=ERH/100=

2、N=n=ERH/100=N=n1 1/(n/(n1 1+n+n2 2) )n A Aw w ：水份活度；：水份活度； p p：样品中水的蒸气分压：样品中水的蒸气分压 p p0 0：同温纯水蒸气压；：同温纯水蒸气压； ERHERH：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度；：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度；n N N：稀溶液中溶质的：稀溶液中溶质的molmol分数；分数； n1n1：稀溶液中水的：稀溶液中水的molmol数；数；n n2n2：稀溶液中溶质的：稀溶液中溶质的molmol数。数。注意：注意： 1.1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平上述公式成立的前提是溶液是

3、理想溶液并达到热力学平衡，食品体系一般不符合这个条件，因此上式严格讲，只是近衡，食品体系一般不符合这个条件，因此上式严格讲，只是近似的表达。似的表达。2.2.公式中的前两项，即公式中的前两项，即A Aw w=p/p=p/p0 0=ERH/100=ERH/100，是根据水分活，是根据水分活度定义给出的；而后两项是拉乌尔定律所确定的，其前提是稀度定义给出的；而后两项是拉乌尔定律所确定的，其前提是稀溶液。所以前两项和后两项之间也应该是近似的关系。溶液。所以前两项和后两项之间也应该是近似的关系。3.3.由于由于p/pp/p0 0和和n n1 1/n/n1 1+n+n2 2，因此，因此，a aw w的值

4、在的值在0 01 1之间。之间。n二、测定方法二、测定方法n可以利用不同的方法对于食品中的水分活度可以利用不同的方法对于食品中的水分活度进行测定：进行测定：na.a.冰点测定法：冰点测定法：nb.b.相对湿度传感器测定法：相对湿度传感器测定法：nc.c.康维氏微量扩散器测定法康维氏微量扩散器测定法c.c.康维氏微量扩散器测定法康维氏微量扩散器测定法康维氏微量扩散器可如右图示意：康维氏微量扩散器可如右图示意：饱和盐溶液样品分隔并相通的两个小室分别放样品和饱和盐溶液；样分隔并相通的两个小室分别放样品和饱和盐溶液；样品量一般为品量一般为1g1g；恒温温度一般为；恒温温度一般为25 25 ，平衡时间为

5、，平衡时间为20min20min；分别测定水分活度高的饱和盐溶液和水分活度低的饱和盐分别测定水分活度高的饱和盐溶液和水分活度低的饱和盐溶液和样品达平衡时样品吸收或失去水的质量，利用下式溶液和样品达平衡时样品吸收或失去水的质量，利用下式求算样品的水分活度：求算样品的水分活度：康维氏微量扩散器康维氏微量扩散器aw=(Ax+By/(x+y) 其中：其中：Ax：活度低的盐溶液活度；：活度低的盐溶液活度； By：活度高的盐溶液活度：活度高的盐溶液活度 x：使用：使用B时的净增值；时的净增值； y：使用：使用A时的净减值；时的净减值；n2.3.2 2.3.2 水分活度和温度的关系水分活度和温度的关系 上边

6、对于水分活度定义及测定方法的叙述中，上边对于水分活度定义及测定方法的叙述中，均强调了在一定的温度下。也就是说温度对于水分均强调了在一定的温度下。也就是说温度对于水分活度的值有较大的影响。活度的值有较大的影响。 其中：此处的其中：此处的H H 可用纯水的汽化潜热表示，是常数，可用纯水的汽化潜热表示，是常数，其值为其值为40537.2J/mol40537.2J/mol；k=样品的绝对温度纯水的蒸气压为样品蒸气压(p)时的绝对温度纯水的蒸气压为样品蒸气压(p)时的绝对温度K K的直观意义是在达到同样水蒸气压时，食品的温度比纯的直观意义是在达到同样水蒸气压时，食品的温度比纯水温度高出的比值，本质反映了

7、食品中非水成分对水活性的水温度高出的比值，本质反映了食品中非水成分对水活性的影响。食品中非水成分越多并且与水的结合能力越强，影响。食品中非水成分越多并且与水的结合能力越强，k k值越值越大，相同温度时大，相同温度时A Aw w值越小；反之亦然。值越小；反之亦然。讨论：讨论： a.a.由公式由公式(2)(2)可知，可知，lnAwlnAw与与1/T1/T之间为一直线关系，之间为一直线关系，其意义在于：其意义在于：一定样品水分活度的对数在不太宽的温一定样品水分活度的对数在不太宽的温度范围内随绝对温度的升高而正比例升高。度范围内随绝对温度的升高而正比例升高。b.b.但在较大的温度范围内，但在较大的温度

8、范围内， lnAlnAw w与与1/T1/T之间并非之间并非始终为一直线关系；当冰开始形成时，始终为一直线关系；当冰开始形成时，lnAlnAw w与与1/T1/T曲线曲线中出现明显的折点，冰点以下中出现明显的折点，冰点以下lnAlnAw w与与1/T1/T的变化率明显的变化率明显加大了，并且不再受样品中非水物质的影响；这是因加大了，并且不再受样品中非水物质的影响；这是因为此时水的汽化潜热应由冰的升华热代替，也就是说为此时水的汽化潜热应由冰的升华热代替，也就是说前述的前述的A Aw w与温度的关系方程中的与温度的关系方程中的H H值大大增加了。值大大增加了。 由由b b可以得出结论：在比较冰点以

9、上或冰点以下的水分可以得出结论：在比较冰点以上或冰点以下的水分活度值时应该注意到以下两个重要的区别。活度值时应该注意到以下两个重要的区别。第一，在冰点以上，水分活度是样品组成和温度的函数，并且第一，在冰点以上，水分活度是样品组成和温度的函数，并且样品组成对于水分活度值有明显的影响；而在冰点以下时，样品组成对于水分活度值有明显的影响；而在冰点以下时，水分活度与样品的组成无关，仅与温度有关。因此不能根据水分活度与样品的组成无关，仅与温度有关。因此不能根据冰点以上水分活度值来预测体系中溶质种类和含量对冰点以冰点以上水分活度值来预测体系中溶质种类和含量对冰点以下体系发生变化的影响。下体系发生变化的影响

10、。第二，冰点以上和以下时，就食品而言，水分活度的意义是不第二，冰点以上和以下时，就食品而言，水分活度的意义是不一样的。例如：在水分活度为一样的。例如：在水分活度为0.860.86的的-15-15的食品中，微生的食品中，微生物不再生长，其它化学反应的速度也很慢；但在同样的水分物不再生长，其它化学反应的速度也很慢；但在同样的水分活度而温度是活度而温度是2020情况下，一些化学反应将快速进行，一些情况下，一些化学反应将快速进行，一些微生物也将中等速度生长。微生物也将中等速度生长。第三节第三节 水分吸湿等温线水分吸湿等温线Moisture Sorption Isotherms(MSI) 在恒定温度下，

11、食品水分含量（每克干物质中水的质量）与在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的的关系曲线。关系曲线。一、定义一、定义 DefinitionMSIMSI的实际意义的实际意义: : 1 1、由于水的转移程度与、由于水的转移程度与AwAw有关，从有关，从MSIMSI图可以看出食品脱水的难易程度，也可以图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看出如何组合食品才能避免水分在不同物看出如何组合食品才能避免水分在不同物料间的转移。料间的转移。 2 2、据、据MSIMSI可预测含水量对食品稳定性的可预测含水量对食品稳定性的影响。影响。 3 3、从、从MSIMSI还可看出食品中非水组分与水还可看出