（圖：Yoppy/ Flickr cc by-sa 2.0）

撰文 蓋伊·克羅斯比

翻譯 顏磊

編輯 劉小鷗 韓琨

水在食物中扮演著重要角色。它影響著食物的質(zhì)感,，使食物干燥酥脆或濕潤綿軟,。水作為溶劑，維持著酶的活性,，使化學(xué)反應(yīng)發(fā)生,。水也是微生物生長的必要條件，幫助多糖和蛋白質(zhì)這類大分子移動并相互作用,。

許多食物含水量大于75%,，比如肉類、禽類,、海鮮,、水果和蔬菜。因此水是新鮮食材中含量最豐富的物質(zhì),。乳制品和新鮮的烘焙類食品也含有較多的水分,，大約35%。但水分多的食物遭受細(xì)菌,、真菌等微生物污染的風(fēng)險也較高,，而意大利面等干燥食物則通常保質(zhì)期較長。

食物中的“活”水

食物中的水并不是一樣的,。大多數(shù)食品科學(xué)家將水分為三類：自由水（free water）,、吸附水（absorbed water）和結(jié)合水（bound water）。

自由水是可以從食物中擠出的水,，像橙子里榨出的橙汁,、酸奶油或酸奶酪中析出的水。

吸附水（“d”表示）是指附著在多糖和蛋白質(zhì)等分子表面的水,。它沒那么容易從食物中擠出來,。當(dāng)食品學(xué)家提到水合蛋白（如谷蛋白）或水合糖分子（如淀粉）時,，通常指的就是吸附水,。

結(jié)合水則指固定在晶體中的水分子，如結(jié)晶淀粉或食物中的其他成分（有些食品學(xué)家習(xí)慣只區(qū)分自由水和結(jié)合水）,。重點在于,，自由水和吸附水有助于微生物的生長，而結(jié)合水則不行,。

食品學(xué)家用水活度（water activity,，aW）來表示食物中自由水和吸附水的含量，這些“活”水對微生物生長,、酶活性及化學(xué)反應(yīng)很關(guān)鍵,。水活度的數(shù)值在0到1之間,，它由食物水蒸氣壓與純水蒸氣壓相除得到（純水的水活度為1.0）。另一個計算方法是,，測量食物與大氣平衡的相對濕度（relative humidity,，RH）：RH (%) = 100 x aW。換句話說,，水活度代表食物中能夠轉(zhuǎn)化成水蒸氣的水分,。下表給出了食物含水量和水活度的一般相關(guān)性。

表1. 食物含水量與水活度的一般關(guān)系

水活度低于0.85的食物不容易長細(xì)菌,，因為這種環(huán)境中細(xì)菌無法得到足夠的水分,。不過酵母可以在水活度低至0.70的環(huán)境生長，而一些霉菌在水活度0.60的環(huán)境中也照樣生長,！

因此，人們通常需要在很多食物中添加防腐劑,，以防止酵母和霉菌的生長,。pH低于4.6的酸性食物，如番茄醬,，可以延緩微生物的生長,，所以水活度低于0.85的酸性食物易于儲藏，特別是存放在冰箱中——低pH值,、低水活度和低溫為抵抗有害病原體提供了三重保障,。

（圖：MichaelBernath/ Flickr cc by-sa 2.0）

水活度也影響著食物的質(zhì)感。食物的含水量決定了其中的分子遷移率,，尤其是需要水才能移動的蛋白質(zhì),、多糖等大分子。蛋白質(zhì)和多糖塑造了食物的結(jié)構(gòu),。如果它們堅硬，食物也會堅硬,；它們?nèi)彳?，食物也會柔軟?/span>

這種情況下，水作為塑化劑（一種軟化劑）,，可以降低食物的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（Tg）,。它和物質(zhì)的熔點“異曲同工”——當(dāng)溫度低于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時，分子表現(xiàn)出堅硬的玻璃狀結(jié)構(gòu),，隨著溫度升高超過轉(zhuǎn)化溫度,，分子轉(zhuǎn)變成柔性結(jié)構(gòu)。

在很大數(shù)值范圍內(nèi),，水活度與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度呈現(xiàn)穩(wěn)定的線性關(guān)系,。也就是說，一種含水量低的食物水活度通常較低,，而轉(zhuǎn)化溫度較高,。這種食物在室溫下往往堅硬酥脆。當(dāng)被放在潮濕環(huán)境中,，食物的含水量與水活度提高,，轉(zhuǎn)化溫度降低。當(dāng)它低于室溫時,，食物就會變得更軟更潤,。這反過來也解釋了食物在冰箱中變硬的現(xiàn)象。

氫鍵的魔力

但是,，為什么水這樣簡單的分子（H2O）對食物如此重要呢,？這一切要從“氫鍵”說起。

水分子之間或水與蛋白質(zhì),、糖類等含氧氮原子的分子間會形成氫鍵。一個水分子由兩個氫原子與一個氧原子連接構(gòu)成,。由于氧原子中非鍵電子間的斥力,，這三個原子會形成104.5°的角，而不是直線型,。而更重要的是,，氧原子是非常“負(fù)電”的原子,，它對電子有很強(qiáng)的吸引力,，氫原子則相對“弱勢”。因此在氫氧鍵中,，兩個電子圍繞在氧原子周圍的時間更多,，賦予了氧原子部分負(fù)電荷，同時氫原子帶有部分正電荷,。這使得一個水分子的氫原子與另一個水分子的氧原子之間產(chǎn)生強(qiáng)大的“靜電力”,，這就是兩個水分子間的氫鍵,。一個水分子有兩個氫原子,，它就能與另外兩個水分子形成氫鍵，容器中的水分子就會形成一張無限的氫鍵網(wǎng)絡(luò),。

水分子間的氫鍵是一種較弱的鍵,，強(qiáng)度大約只有氫氧鍵的5%,。不過當(dāng)把水分子“海洋”中所有氫鍵都考慮在內(nèi)時，我們就會很清楚為什么需要如此多能量才能將水分子彼此分開,，讓它們更快速地移動,。將水溫提高20度所需要的能量是等量橄欖油所需的兩倍。這也解釋了為什么將水變成水蒸氣需要五倍的能量,。

當(dāng)水分子以蒸汽形式“掙脫”出來時,，它們可以帶走這些多余的能量。在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,，水的沸點不會超過100 ° C,。如果繼續(xù)加熱沸水，只會使水沸騰得更厲害,，而不會升高溫度,。

不過當(dāng)水結(jié)冰時，水分子無處可去,，因此冰可以降溫至0° C以下的幾乎任何溫度,。冰箱中的冰塊溫度與冰箱溫度相同。