食品中の水分に関する化学

食品中の水分を化学的に理解することは、物質が水に溶けること、食品への吸水や食品からの蒸発(「湿気る」や「干からびる」)、腐敗や凍結なども理解することにも繋がります。最も身近な分子の1つでもある水ですが、実は特殊な物質であることをまずは理解して下さい。

食塩水溶液中における食塩の陽イオン、陰イオンは水分子とクーロン力で結びついている?

塩類など(食塩水溶液)の物質は溶液中では解離してイオンとして存在しています。正の電荷をもつ陽イオンと負の電荷をもつ陰イオンはクーロン力によって、水分子を引きつけています。このようにイオンに水が結合することをイオン水和といいます。

(解答) 〇

単分子層吸着水は、食品中のたんぱく質や糖質に共有結合で結びついている?

食品中の水には、結合水準結合水自由水が存在します。

結合水は食品構成物質の表面に単分子層で並び、たんぱく質や糖質のヒドロキシ基、アミノ基、カルボニル基と水素結合やイオン結合で結びついている単分子層吸着水です。これは、食品成分と水和した水のことで運動性が束縛されています。

水分子が水和する理由としては、水分子に電荷の偏りがあるからです。「水素結合」などで検索すると分かりやすい情報が多くありますが、その1つを以下に紹介します。

結合水の特徴としては、蒸発しにくい、凍結しにくい、溶媒としての働きがない、誘電率が低い、酵素反応や生物に利用されにくいなどがあります。すべて、自由水と比較したうえでの特徴となっています。凍結しにくいといった特徴の具体例ですが、結合水は-80℃、準結合水は-20℃まで凍結しないため、不凍水とも呼ばれています。

(解答) ✖ 水素結合やイオン結合、疎水結合
単分子層吸着水は、食品中のたんぱく質や糖質に水素結合、イオン結合、疎水結合などで結びついています。

水分含量の高い食品ほど水分活性が高い?

食品の保存に際して、微生物の繁殖や食品に含まれている酵素の作用、食品成分間の相互作用が問題となっています。それらには、食品に含まれる水分量が大きく影響を及ぼします。食品の水分含量は置かれている環境などによって常に変化します。食品中の水の指標として水分含量を求めるだけでは不十分で、食品中の実質的水の量を求める必要があります。そこで一般的に用いられるのが自由水の指標とされる水分活性です。食品の水分活性は、同じ温度での純水の蒸気圧と食品蒸気圧との比と定義されています。

水分活性測定法として重量平衡法によるものがあります。コンウェイユニット(下図)を用いるグラフ挿入法が広く用いられています。

(解答) ✖ 
水分含量と水分活性に影響はありません。

【参考資料】
・モノタロウ セミミクロユニットコンウェイ https://www.monotaro.com/p/2297/7702/

水分活性の大きい食品ほど、食品中に含まれる結合水の割合が高い?

※『水分含量の高い食品ほど水分活性が高い?』の解答解説をご参考ください。

水分活性の値は、食品を密閉した容器に入れて放置し、水分が平衡になった時の容器内の相対密度の1/100に等しいと言えます。純水の水分活性の値は1ですが、食品には自由に気化、蒸発できない結合水が存在するので、食品の蒸気圧≦純水の蒸気圧となり、食品の水分活性は常に1より小さな値となります。

(解答) ✖ 自由水
水分活性の大きい食品ほど、食品中に含まれる自由水の割合が高くなっています。

中間水分食品とは、水分活性が0.5前後の食品をいう?

食品の腐敗による変質は水分活性を低くすることで防止ができます

水分活性を低くする方法は二つあります。一つ目は、水分含量をできるだけ低くして、自由水の量を減らすことです。乾燥や、減圧低温濃縮(牛乳など)などがあります。二つ目は、食品中の水分含量は変えず自由水の量を減らして微生物の生育を抑えて保存性を高めるものです。冷凍処理や、塩蔵、糖蔵があります。このように食品中に食塩やリン酸など、適当な無機塩類あるいはスクロースや糖アルコールなどの糖質を加えることで、水分活性を調節する物質を保水剤といいます。

さらに、このような保水剤を加えて水分含量を抑えた食品を中間水分食品といいます。水分活性の値が0.65~0.85で、水分量が10%から40%含まれているため、乾燥食品のように復水せずともそのまま食べられます。中間水分食品には、羊羹、乾燥果実、魚介干物、求肥など含まれます。

(解答) ✖ 0.65~85、水分10~40%
中間水分食品とは、水分活性が0.65~85で水分量10~40%の食品をいいます。

繁殖に必要な最低の水分活性は、かび、酵母、細菌の順に小さくなる?

水分活性と細菌、酵母、かびなどの微生物の生育は密接に関係しています。一般的に、細菌は0.90以下、酵母は0.85以下、かびは0.80以下で生息できなくなるといわれています。0.60以下ですべての微生物の生育が抑えられるといわれています。

(解答) ✖ 大きく
繁殖に必要な最低の水分活性は、かび、酵母、細菌の順に大きくなります。

中間水分食品を食べる時は、復水する必要がある?

『中間水分食品とは、水分活性が0.5前後の食品をいう?』の解答解説をご参考ください。
中間水分食品は、ドライフルーツや羊羹などが具体例として挙げられます。そのうえで、これらの食品は水でもどして食べるか考えると、覚えやすいのではないかと思います。

(解答) ✖ 
中間水分食品を食べるときは、復水する必要はありません。

冷凍の際に最大氷結晶形成温度帯を長くすることで、食品の品質劣化を予防できる?

0~-5℃の間を最大氷結晶形成温度帯といいます。この温度に保たれる時間の長短によって食品中に生成する氷の結晶の大きさが決まります。よって、食品を冷凍する際に、いかに最大氷結晶形成温度帯の時間をいかに短くするかによって、食品の保存品質にかかわってきます。

(解答) ✖ 短く
冷凍の際に最大氷結晶形成温度帯を短くすることで、食品の品質劣化を予防できます。

チルド保存は、0℃付近で凍結して保存することである?

チルド保蔵0℃で食品を保蔵することで、食品中の水は0℃では凍結しないため、品質が保たれるといった点を利用した保存方法です。生クリーム、チーズ、ヨーグルトなどといった乳製品、納豆などの発酵食品、ちくわなどの練り製品、正麺などの保存に用いられています。

(解答) ✖ 凍結せずに
チルド保存は、0℃付近で凍結せず保存することです。

パーシャルフリージング保存では、すべての自由水が凍結する?

パーシャルフリージング保蔵は、-3℃付近で保蔵するものです。

-3℃付近では、食品中の一部の自由水の一部は凍結しますが、全部が凍結するわけではないため、品質劣化を防ぐといった、細胞破壊をするほどの完全凍結しない保存方法となっています。解凍不要なため、肉や魚介類、刺身、ハムなどをすぐに調理できる状態で保存するのに適しています。

(解答) ✖ 一部
パーシャルフリージング保存では、一部の自由水が凍結します。

【参考資料】
・新 食品・栄養科学シリーズ 食品学総論 第三版 食べ物と健康① 森田 潤司  成田 宏史 p17~23

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