[科普中国]-滞化水

简介

人类在很早就认识到食品的腐败变质同水之间有着紧密的联系。虽然早期的这种认识不够全面，但脱水仍然成为人类保存食品的一种重要的方法，因为食品浓缩或干燥处理均是降低食品中水分的含量，提高溶质的浓度。食品中溶质的存在，使得食品中的水分以不同的状态存在。从水与食品中非水成分的作用情况来划分，水在食品中是以游离水（或称为体相水、自由水）和结合水（或称为固定水）两种状态存在的，这两种状态水的区别就在于它们同亲水性物质的缔合程度的大小，而缔合程度的大小则又与非水成分的性质、盐的组成、pH、温度等因素有关。

结合水（Bound water）或固定水（Immobilized water）是指存在于溶质及其它非水组分邻近的那一部分水，与同一体系的游离水相比，它们呈现出低的流动性和其它显著不同的性质，这些水在-40℃ 不会结冰，不能作为溶剂，在质子核磁共振（NMR）试验中使氢的谱线变宽。

在复杂体系中存在着不同结合程度的水。结合程度最强的水已成为非水物质的整体部分，这部分水被看作为“化合水”或者称为“组成水”（Constitutional water），它在高水分含量食品中只占很小比例，例如，它们存在于蛋白质的空隙区域内或者成为化学水合物的一部分。结合强度稍强的结合水称为“单层水”（Monolayer water）或邻近水（Vicinal water），它们占据着非水成分的大多数亲水基团的第一层位置，按这种方式与离子或离子基团相缔合的水是结合最紧的一种邻近水。

“多层水”（Multilayer water）占有第一层中剩下的位置以及形成单层水以外的几个水层，虽然多层水的结合强度不如单层水，但是仍与非水组分靠得足够近，以致于它的性质也大大不同于纯水的性质。因此，结合水是由化合水和吸附水（单层水+多层水）组成的。应该注意的是，结合水不是完全静止不动的，它们同邻近水分子之间的位置交换作用会随着水结合程度的增加而降低，但是它们之间的交换速度不会为零。

游离水（Free water）或体相水（Bulk water）就是指没有与非水成分结合的水。它又可分为三类：不移动水或滞化水、毛细管水和自由流动水。

滞化水（Entrapped water）是指被组织中的显微和亚显微结构与膜所阻留住的水，由于这些水不能自由流动，所以称为不可移动水或滞化水，例如一块重100 g的动物肌肉组织中，总含水量为70~75g，含蛋白质20 g，除去近10 g结合水外，还有60~65 g的水，这部分水中极大部分是滞化水。

毛细管水（Capillary water）是指在生物组织的细胞间隙、制成食品的结构组织中，存在着的一种由毛细管力所截留的水，在生物组织中又称为细胞间水，其物理和化学性质与滞化水相同。而自由流动水（Free flow water）是指动物的血浆、淋巴和尿液、植物的导管和细胞内液泡中的水，因为都可以自由流动，所以叫自由流动水。1

作用机理（1）大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行。如果降低食品的水分活度，则食品中水的存在状态发生了变化，游离水的比例减少了，而结合水又不能作为反应物的溶剂，所以降低水分活度，能使食品中许多可能发生的化学反应受到抑制，反应的速率下降。

（2）很多化学反应是属于离子反应。反应发生的条件是反应物首先必须进行离子的水合作用，而发生离子水合作用的条件必须在有足够的游离水才能进行。

（3）很多化学反应和生物化学反应都必须有水分子参加才能进行（如水解反应）。若降低水分活度，就减少了参加反应的水的有效数量，化学反应的速度也就变慢。

（4）许多以酶为催化剂的酶促反应，水有时除了具有底物作用外，还能作为输送介质，并且通过水化促使酶和底物活化。当aw值低于0.8时，大多数酶的活力就受到抑制；若aw值降到0.25~0.30的范围，则食品中的淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶就会受到强烈的抑制或丧失其活力（但脂肪酶是个例外，水分活度在0.5~0.1时仍能保持其活性）。