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第二章水和冰(1)

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食品化学第二章水知识点总结

食品化学第二章水知识点总结

食品化学第二章水知识点总结第二章水分2.1食品中的水分含量和功能2.1.1水分含量？普通生物和食物中的水分含量为3 ~ 97%？生物体中水的含量约为70-80%。

动物体内的水分含量为256±199，随着动物年龄的增长而减少，而成年动物体内的水分含量为58-67%不同部位水分含量不同:皮肤60 ~ 70%；肌肉和器官脏70 ~ 80%；骨骼12-15%植物中水分的含量特征？营养器官组织(根、茎和叶的薄壁组织)的含量高达70-90%？生殖器官和组织(种子、微生物孢子)的含量至少为12-15%表2-1某些食物的含水量食物的含水量(%)卷心菜，菠菜90-95猪肉53-60新鲜鸡蛋74牛奶88冰淇淋65大米12面包35饼干3-8奶油15-20 2.2水的功能2.2.1水在生物体中的功能1。

稳定生物大分子的构象，使它们表现出特定的生物活性2。

体内化学介质使生化反应顺利进行。

营养物质，代谢载体4。

热容量大，体温调节5。

润滑。

此外，水还具有镇静和强有力的作用。

护眼、降血脂、减肥、美容2.2.2水的食物功能1。

食品成分2。

展示颜色、香气、味道、形状和质地特征3。

分散蛋白质、淀粉并形成溶胶4。

影响新鲜度和硬度5。

影响加工。

它起着饱和和膨胀的作用。

它影响2.3水的物理性质2.3.1水的三态1，具有水-蒸汽(100℃/1个大气压)2、水-冰(0℃/1个大气压)3、蒸汽-冰(> 0℃/611帕以下)的特征:水、蒸汽、冰三相共存(0.0098℃/611帕)* * 2.3.2水的重要物理性质256水的许多物理性质，如熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热、表面张力和束缚常数数，都明显较高。

*原因:水分子具有三维氢键缔合，1水的密度在4℃时最高，为1；水结冰时，0℃时冰密度为0.917，体积膨胀约为9%(1.62毫升/升)。

实际应用:是一种容易对冷冻食品的结构造成机械损伤的性质，是冷冻食品工业中应注意的问题。

水的沸点与气压成正比。

第二章 水分

第二章 水分
食品 白菜，菠菜 猪肉 新鲜蛋 奶 冰淇淋 大米 面包 饼干 奶油 水分含量 ( % ) 90-95 53-60 74 88 65 12 35 3-8 15-20
2、水的功能 （1） 水在生物体内的功能

稳定生物大分子的构象，使表现特异的生物活性 体内化学介质，使生物化学反应顺利进行 营养物质，代谢载体 热容量大，调节体温 润滑作用
1 冰的结构 2 冰的性质
不同的冰晶
1、冰的结构
Structure of ice
冰的结构
六方冰晶形成条件：
① 在最适度的低温冷却 剂中缓慢冷冻; ② 溶质的性质及浓度均 不严重干扰水分子的 迁移。
冰的结构 Structure of ice
冰 的 扩 展 结 构
冰 的 六 方 结 构
2 冰的性质
（2） 水的食品功能
1 2 3 4 5 6 组成成分 显示色香味形、质构特征 分散蛋白质、淀粉 影响鲜度、硬度 影响浸透、膨胀作用 影响储藏性
so：
二 水的结构和性质
2 水的结构
2、水的结构
Structure of water SP3杂化轨道
2S2 2px2 2py1 2pz1
由于氧的高负电性， O-H共价键具有部分离 子特征
四、Aw与食品的稳定性
2、Aw与酶促反应
水可作为介质，活化底物和酶
Aw<0.8 大多数酶活力受到抑制
Aw=0.25～0.3
淀粉酶、多酚氧化酶、过氧化物
酶抑制或丧失活力
脂肪酶在Aw=0.1～0.5仍保持其活性， 如肉脂类（因为活性基团未被水覆盖， 易与氧作用）
四、Aw与食品的稳定性
3、 Aw与非酶褐变速度（V)
配制食品混合应注意水在配料间的转移； 测定包装材料的阻湿性质； 测定一定水分含量与微生物生长的关系； 预测食品稳定性与水分含量的关系。

第2章 水

第2章 水

续表2-1
食 乳制品 奶油 山羊奶 奶酪（含水量与品种有关） 奶粉 冰淇淋 人造奶油 焙烤食品 面包 饼干 馅饼 糖及其制品 蜂蜜 果冻、果酱 蔗糖、硬糖、纯巧克力 品 含水量（%） 15 87 40~75 4 65 15 35~45 5~8 43~59 20 <35 <1
2. 水在食品方面的功能
单个水分子的结构特征
• 水分子的四面体结构
有对称性
• H-O共价键具离子性
与电负性
• 氧的另外两对孤对电
子具有静电力
2. 水分子的缔合作用
①H-O键间电荷的非对 称分布(氧电负性大，使 氢原子带有部分正电荷且 电子屏蔽小，表现裸质子 特征)使H-O键具有极性， 这种极性使分子之间产生 引力。 ②由于每个水分子具有 数目相等的氢键供体和受 体，因此可以在三维空间 形成多重氢键网络结构。 ③静电效应。 为什么水分子间存 在强大吸引力能进 行高强度缔合？ 氢键供体
不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。
水的结构特征
水是呈四面体的网状结构。 水分子之间的氢键网络是动态的。 水分子氢键键合程度取决于温度。
温度(℃)
0 1.5
配位数
4 4.4
分子间距nm
0.276 0.290
8.3
4.9
0.305
为什么水的密度在3.98℃/4 ℃最大？
水分子之间的氢键网络是动态的； 水的氢键键合程度取决于温度； 0 ℃时，冰中水分子配位数是4，随着温 度上升，配位数增多，密度增大，在0-3.98 ℃时，配位数的影响占主导。但温度升高 密度降低；
第二章
水
Water
本章简介
本章作业
第2章 水
掌握内容 讲授

第二章 水和冰 (1)分析

第二章 水和冰 (1)分析
而且水分的分布不均，动物体内以血液、脑等器 官最多，其次是皮肤，而骨骼中较少；植物中一 般以叶、茎、根等部位含水量高，种子中含量少。
概述
2.1.1 水在食品中的作用 食品的溶剂 食品中的反应物或反应介质 除去食品加工过程中的有害物质（单宁、秋水仙
碱） 食品的浸胀剂 食品的传热介质 生物大分子化合物构象的稳定剂
氨NH3（三个供体和一个受体部位形成四面体排列 ）和氟化氢HF（一个供体和三个受体部位形成四 面体排列）分子由于没有相等数量的供体和受体 部位，都无法形成和水一样的三维氢键网络，而 是形成二维氢键网络，每个分子参与的氢键数目 小于水分子。
水分子的结构特征
水是呈四面体的网状结构 水分子之间的氢键网络是动态的 水分子氢键键合程度取决于温度
解释水和冰的异常物理性质，最好先从研究单个 水分子的性质开始，进而拓展到水分子束的特性 ，最终考察整体相水的特征。
2.2 水、冰的结构和性质
一、单个水分子的结构
接近完美四面体结构的强极性分子。 水分子由两个氢原子与一个氧原子的两个SP3杂 化轨道结合成两个σ共价键，形成近似四面体结 构，氧原于位于四面体中心，四面体的四个顶点 中有两个被氢原子占据，其余两个为氧原子的非 共用电子对所占有。
水的缔合程度及水分子之间的距离也与温度有密 切的关系；在0℃ 时，水分子的配位数是4，相互 缔合的水分子之间的距离是0.276nm；当冰开始熔 化时，水分子之间的刚性结构遭到破坏，此时水 分子之间的距离增加，如1.5℃ 时为0.29nm，但由 0℃ ~3.8℃ 时，水分子的缔合数增大，如1.5℃ 时 缔合数是4.4，因此冰熔化的开始阶段，密度有一 个提高的过程；随着温度的继续提高，水分子之 间的距离继续增大，缔合数逐步降低，因此密度 逐渐降低。

食品化学课件精简

食品化学课件精简

精心整理食品化学江西科技师范大学授课老师：赵利谭政第二章水第一节引言1.水分在食品加工中的作用⏹水对食品的外观形态、色泽、硬度、风味、鲜度等性质具有重要的影响。

⏹水是微生物生长繁殖和生物体内化学反应的必需条件，关系到食品腐败变质的问题，影响到食品⏹ ⏹⏹⏹➢在0➢⏹➢➢➢1.➢➢间隙式：水保留在一种似冰或笼形物的结构中，其中个别水分子填充在笼形物的间隙中。

➢连续式：液态水中存在着一个由水分子构成的连续网状结构，并且具有动态的本质，分子之间的氢键均匀地分布在整个水样中，原存在于冰中的许多氢键在冰融化时简单地扭曲而不是断裂。

（所有的模型都认为：各个水分子能够频繁地改变它们的排列，即一个氢键快速地终止而代之以一个新的氢键，在温度不变的条件下，整个体系维持一定的氢键键合和结构的程度。

）2.在液态水中，温度对水的缔合的影响：➢改变最邻近水分子间的距离➢改变水分子的配位数3.当固态的冰向液态的水转变时，同时出现两种情况：➢最邻近的水分子间的距离增大（密度下降，称之为“热膨胀效应”）➢最邻近的水分子的平均数目增加（密度增加，称之为“配位数增加效应”）（当配位数增加效应占优势时就导致大家所熟悉的净密度增加，而热膨胀效应占优势时则净密度下降。

）4.不同温度下水的密度变化的特点：➢水的密度在3.98℃达到最大值➢在0~3.98℃之间水的净密度随着温度的升高而逐渐升高➢超过3.98℃后表现为相反的变化趋势（这是因为配位数增加效应在0~3.98℃之间是占优势的，而热膨胀效应在温度超过了 3.98℃后占优势。

）第七节水-溶质相互作用二、分子水平1.水分在食品中的存在形式取决于：➢➢➢2.3.结合水⏹➢结合较牢固；➢牢固。

⏹具有“⏹⏹4.⏹⏹⏹1.2.离子对水的净结构的影响：⏹在稀水溶液中，存在两种效应：与极化力或电场强度紧密相关⏹净结构破坏效应(breakingeffect)➢大离子和单价离子产生较弱电场，能阻碍水形成网状结构➢K+,Rb+,Cs+,NH4+,Cl-,Br-,I-,NO3-,BrO3-,IO3-,ClO4-➢盐溶液流动性比纯水强⏹净结构形成效应(formingeffect)➢小离子或多价离子产生强电场➢Li+,Na+,H3O+,Ca2+,Ba2+,Mg2+,Al3+,F-,OH-➢具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积⏹稀盐溶液中的各种离子对水的结构都有着一定程度的影响。

2015年江苏大学840食品化学考研大纲

2015年江苏大学840食品化学考研大纲

2015年840食品化学考试大纲一、考试要求《食品化学》课程要求了解食品原料中主要成分的结构、性质与功能，这些成分之间的相互作用及在食品加工和保藏中的变化，这些变化和作用对食品色、香、味、质构、营养和保藏性的影响，强调了食品成分和加工贮藏过程化学变化与食品品质的关系及调控方法，强调食品化学理论与食品加工工艺课程群间的结合与应用，提高理论与实际结合的应用能力。

考试方式：闭卷考试二、考试内容第一章绪论1、考试内容（1）食品化学在食品工业中的作用（2）食品化学研究内容、方法、技术与方向2、基本要求了解食品化学的研究内容、方向和方法，掌握其在食品工业中的重要性。

第二章水和冰1、考试内容（1）水的吸附等温线及作用（2）食品中水的调控与食品品质2、基本要求掌握水与冰的基本性质、存在形式和状态和水分活度的概念，重点掌握其对食品品质的影响。

第三章碳水化合物1、考试内容（1）食品加工与贮藏中碳水化合物的变化（2）碳水化合物与食品的品质2、基本要求了解碳水化合物结构、种类、性质，掌握淀粉老化、糊化概念及加工贮藏过程的变化及其对食品品质的影响。

第四章脂类1、考试内容（1）食品加工与贮藏中脂类的变化（2）食品中脂质调控与食品品质2、基本要求了解掌握食品脂类的结构与性质，掌握食品中脂质的调控方法及其对食品品质的影响。

第五章氨基酸与蛋白质1、考试内容（1）食品加工中氨基酸与蛋白质的变化（2）食品中氨基酸与蛋白质的调控（3）氨基酸、蛋白质与食品的品质2、基本要求了解氨基酸、蛋白质在加工贮藏的变化，重点掌握其调控方法和与食品品质的关系。

第六章维生素1、考试内容（1）食品加工贮藏中维生素的变化（2）食品中维生素调控与食品品质2、基本要求了解维生素结构、性质、营养价值，掌握其合理加工贮藏方法与调控方法。

第七章矿物质1、考试内容（1）食品加工贮藏中矿物质变化（2）食品中矿物质调控与食品品质2、基本要求了解矿物质的分类、性质、营养作用及其在加工贮藏中的变化和调控方法。

水

水

由于水原有的缔合结构有所改变，不但水
的移动性会变化，它的溶解能力、冰点、 沸点和水介质的介电常数都会改变。 直接与离子结合的水，其迁移、溶剂、结 冰、蒸发能力都会降低。 离子水合后，性质也会发生改变。特别是 带电大分子和带电胶粒的水合对食品有很 重要得作用。如：蛋白质的离子基团越多， 水化越充分，蛋白质的溶解度越高，水化 膜增厚，稳定性相应增强。
晶核的形成：是一部分水分子结合成小的
冰的晶核，放出大量熔化热 。 晶体的生长过程：是众多的水分子按冰的 晶体结构要求，顺序地结合到晶核上，成 长为大的晶体。 晶核的形成较为困难，若水中有冰，0℃时， 温度保持不变，冰不断生长，直到水完全 变成冰后，温度才开始下降；若水中无冰， 水的温度会将到0℃以下，出现过冷现象， 晶核常在过冷水中出现（0—-5℃）。

2、它反映食品中水被微生物利用的程度，食品 中水与非水成分结合越强、溶液中非水成分含 量越高，食品稳定性越强。 3、食品可以认为是稀溶液（浓度小于1mol/L)， 根据拉乌尔定律 P=P0 X1 X1（N）——溶剂的摩尔分数 X1=n1/(n1+n2) P= P0 n1/(n1+n2) AW = P/P0= n1/(n1+n2) n1——溶剂的物质的量 n2——溶质的物质 的量 4、AW大于0且小于1。对纯水来说AW＝1
化合水性质
邻近水的性质
多层水的性质
体相水的性质
单分子层水包括化合水和邻近水，单分子层水
是在非水物质上形成单分子覆盖层为主，其总 量称为单层值，一般含量为总水含量的0.5％。 多层水是指占据单分子覆盖层以外的、受一定 束缚的另几层水它在高水分食品中含量低于总 水量的5％。食品中的大多数结合水是与蛋白 质和糖类等相结合的，而且数量较固定 。 食品中体相水含量最高，容易失去，它的含量 大小与食品安全性直接相关,与食品质地、风 味功能性质等相关。

第二章 水和冰

第二章 水和冰

2012-8-12
一般有4种类型，即六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶； 六方形是多见的、在大多数冷冻食品中重要的结晶形式。这种晶形形成的 条件是在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻，并且溶质的性质及浓度不严重干 扰水分子的迁移。
2012-8-12
冰的扩展结构
2012-8-12
纯水结晶时有下列行为：即尽管冰点是0℃，但常 并不在0℃结冻，而是出现过冷状态，只有当温度降 低到零下某一温度时才可能出现结晶（加入固体颗粒 或振动可促使此现象提前出现）；
2012-8-12
出现冰晶时温度迅速回升到0℃。把开始出现稳定晶核时 的温度叫过冷温度。如果外加晶核，不必达到过冷温度 就能结冰，但此时生产的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕 有限数量的晶核成长。
视频：过冷水结冰过程
2012-8-12
一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成 的溶液，因此其结冰温度均低于0℃。把食品中水完 全结晶的温度叫低共熔点，大多数食品的低共熔点在 -55～-65℃之间。但冷藏食品一般不需要如此低的温 度，如我国冷藏食品的温度一般定为-18℃,这个温度 离低共熔点相差甚多，但已使大部分水结冰，且最大 程度的降低了其中的化学反应。
冰的热扩散速度是水的9倍，因此在一定的环境 条件下，冰的温度变化速度比水大得多。
2012-8-12
二、冰
冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定 刚性的六方形晶体结构。普通冰的晶胞和基础平面可如下图所示：
2012-8-12
2012-8-12
2012-8-12
在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相 互缔合，O－O之间的最小距离为0.276nm，O－O－ O之间的夹角为109°。
2012-8-12

《水和冰的结构》PPT课件

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水分活度与食品化学变化的关系
• 淀粉：淀粉的食品学特性主要体现在老化和糊化上。 老化是淀粉颗粒结构、淀粉链空间结构发生变化而 导致溶解性能、糊化及成面团作用变差的过程。在 含水量大30～60%时，淀粉的老化速度最快；降低 含水量老化速度变慢；当含水量降至10～15%时， 淀粉中的水主要为结合水，不会发生老化。
• 脂肪：影响脂肪品质的化学反应主要为酸败，而酸 败过程的化学本质是空气氧的自动氧化。脂类的氧 化反应与水分含量之间的关系为：在Ⅰ区，氧化反 应的速度随着水分增加而降低；在Ⅱ区，氧化反应 速度随着水分的增加而加快；在Ⅲ区，氧化反应速 度随着水分增加又呈下降趋势。
水分活度对食品质构的影响
• 水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大的影响。通过各种各样的食品包装来 创造适宜的小环境，尽可能达到不同食品对水分活度的要求。
水分活度对酶促反应的影响
• Aw<0.85时,食品原料腐败的大部分酶会失去活性。 • 脂肪氧化速度随水分含量的增加而下降。 • 需要指出的是：同一微生物在不同溶质的水溶液中生长所需的Aw是不同的。
水分活度与食品化学变化的关系
• 食品中的水分活度与食品中所发生的化学变化的种类和速度有密切的关系； 而食品中的化学变化是依赖于各类食品成分而发生的。以各类食品成分为线 索，其化学变化与水分活度关系的一般规律总结如下：
体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
水和冰的结构
• 水分子由2个氢原子与 1个氧原子所组成。
• 水分子的结构见右图
冰的结构和性质
冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定刚 性的六方形晶体结构。普通冰的晶胞和基础平面可如下图所示：
水分子的缔合
• 由于水分子的极性及两 种组成原子的电负性差 别，导致水分子之间可 以通过形成氢键而呈现 缔合状态。

水和冰转换公式(一)

水和冰转换公式(一)

水和冰转换公式(一)水和冰转换公式1.水的结构公式及性质•水的化学结构公式为 H2O，表示每个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。

•水是一种无色、无味、透明的液体。

•水在大气中常见的三态之一，即液态。

在室温下，纯水的沸点为100摄氏度，冰点为0摄氏度。

•水在冷却到0摄氏度以下时，可以转化为固态冰。

•水具有很高的比热容，因此能够在吸收或释放热量时保持相对稳定的温度。

2.冰的结构公式及性质•冰的化学结构公式同样为 H2O，但冰中的水分子以规则的晶格排列形式存在。

•冰是固态水，在0摄氏度以下形成。

•冰的晶格结构使得其密度较液态水低，因此冰比水轻，能够浮在液态水上。

•冰会在升温到0摄氏度以上时，转化为液态水。

•冰具有固定的晶体结构，因此相对于液态水而言，冰的分子比较有序，不具有流动性。

3.水和冰的相互转换公式•水和冰之间的相互转换可以通过以下两个公式表示：冰转化为水的公式冰 + 热量→ 水•当冰受到足够的热量时，其分子之间的键会被打破，冰会逐渐转化为液态水。

水转化为冰的公式水 + 冷却→ 冰•当水的温度降低到0摄氏度以下时，其分子会逐渐变得有序并形成固态结构，水会转化为冰。

4.举例解释•例子1：当你冰箱里的冰块暴露在室温环境中时，冰块开始逐渐融化。

这是因为冰块吸收了室温的热量，热量使冰块分子之间的键被打破，冰块转化为液态水。

•例子2：在寒冷的冬天，当你把一杯温水放置在室外时，水逐渐冷却。

当水的温度降低到0摄氏度以下时，水分子会逐渐有序排列并形成固态结构，水会转化为冰。

通过上述举例，我们可以看出水和冰之间的相互转换取决于温度和热量的变化。

第二章 水

第二章 水

-6-
的结构，然后再介绍水的结构。 1. 纯冰 冰是由水分子有序排列形成的结晶。水分子之间靠氢键连接在一起形成非常
稀疏(低密度)的刚性结构，这一点已通过 X-射线、中子衍射、电子衍射、红外和 拉曼光谱分析研究得到阐明(图 2-5)。最邻近的水分子的 O—O 核间距为 2.76Å， O—O—O 键角约为 109º，十分接近理想四面体的键角 109º28'。从图 2-5 可以看 出，每个水分子能够缔合另外 4 个水分子即 1，2，3 和 W'，形成四面体结构， 所以配位数等于 4。
以上对水的一些描述显得过于简单化，主要是为了便于理解。在纯净的水中 除含普通的水分子外，还存在许多其他微量成分，如由16O和1H的同位素17O、18O、 2H和3H所构成的水分子，共有 18 种水分子的同位素变体；此外，水中还有离子 微粒如氢离子(以H3O+存在)和氢氧根离子，以及它们的同位素变体，因此，实际 上水中总共有 33 种以上HOH的化学变体。同位素变体仅少量存在于水中，因此， 在大多数情况下可以忽略不计。
图 2-5 0℃时普通冰的晶胞(圆圈表示水分子中的氧原子)
当我们从顶部沿着 C 轴观察几个晶胞结合在一起的晶胞群时，便可看出冰 的正六方形对称结构，如图 2-6a 所示。图中 W 和最邻近的另外 4 个水分子显示 出冰的四面体亚结构，其中 W、1、2、3 四个水分子可以清楚地看见，第四个水 分子正好位于 W 分子所在纸平面的下面。当在三维空间观察图 2-6(a)时即可得 到如图 2-6(b)所示的图形。显然，它包含水分子的两个平面，这两个平面平行而 且很紧密地结合在一起，这类成对平面是由冰的基础平面组成。在压力作用下， 冰“滑动”或“流动”时，如同一个整体“滑动”，或者像冰河中的冰在压力的 作用下所产生的“流动”。

食品化学：第二章 水和冰

食品化学：第二章 水和冰
➢ 随动物年龄的增加而减少，成年动物：58-67% ➢ 不同部位水分含量不同
✓ 皮肤：60-70% ✓ 肌肉及器脏：70-80% ✓ 骨骼：12-15%
在植物体内含量特点
➢ 营养器官组织含量最高：70-90%，如根、茎、叶 的薄壁组织
➢ 繁殖器官组织含量最低：12-15%，如种子、微生 物的孢子
1.生物体及常见食品中水分含量-2网状结构，这类盐溶液比纯水流动性大； ➢ 特点：离子半径大，电场强度较弱。如K+、Cl-、Rb+、NH4+、
Br-、I-等。
结构促进离子：
➢ 有助于水形成网状结构，这类盐溶液比纯水流动性小； ➢ 特点：离子半径小，电场强度较强。如Li+、Na+、H3O+、
Ca2+、Mg2+、Al3+等。
6.水对食品稳定性的影响：水分活度-6
冷冻食品中Aw
➢ 在低于冰点，用过冷纯水的蒸气压表示P0： ➢ 冰点温度以下的aw值才能与冰点温度以上aw值精
确比较； ➢ 如用冰的蒸汽压表示P0，含冰晶样品在冰点温度以
下aw值都是相同的。
6.水对食品稳定性的影响：水分活度-7
冷冻食品中Aw的特点
➢ 按冰和过冷纯水的蒸汽压计算冷冻食品的aw符合克 劳休斯公式；
暴露，氧化V↑） ✓ Aw > 0.8 ：Aw↑，V ↓ (稀释浓度)
8.水分活度对食品稳定性的影响-4
与非极性物质的相互作用 笼形水合物的形成：
➢ 非极性基团与水分子产生斥力，疏水基团附近水分 子间氢键键合力↑是水分子之间企图避免与疏水基团 接触所产生的结果。
➢ 笼形水合物结构：20～74个水分子将“客体”包在 其中。
➢ 作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔 合作用。

第二章水和冰

第二章水和冰

第二章水和冰一、不定项选择题1 水分子通过_______的作用可与另4个水分子配位结合形成正四面体结构。

A 范德华力B 氢键C 盐键D 二硫键2 关于冰的结构及性质描述有误的是_______。

A 冰是由水分子有序排列形成的结晶B 冰结晶并非完整的晶体，通常是有方向性或离子型缺陷的。

C 食品中的冰是由纯水形成的，其冰结晶形式为六方形。

D 食品中的冰晶因溶质的数量和种类等不同，可呈现不同形式的结晶。

3 稀盐溶液中的各种离子对水的结构都有着一定程度的影响。

在下述阳离子中，会破坏水的网状结构效应的是_______。

A Rb＋B Na+C Mg＋D Al3＋4 若稀盐溶液中含有阴离子_______，会有助于水形成网状结构。

A Cl-B IO3 - C ClO4- D F-5 食品中有机成分上极性基团不同，与水形成氢键的键合作用也有所区别。

在下面这些有机分子的基团中，_______与水形成的氢键比较牢固。

A 蛋白质中的酰胺基B 淀粉中的羟基C 果胶中的羟基D 果胶中未酯化的羧基6 食品中的水分分类很多，下面哪个选项不属于同一类_______。

A 多层水B 化合水C 结合水D 毛细管水7 下列食品中，哪类食品的吸着等温线呈S型？_______A 糖制品B 肉类C 咖啡提取物D 水果8 关于等温线划分区间内水的主要特性描述正确的是_______。

A 等温线区间Ⅲ中的水，是食品中吸附最牢固和最不容易移动的水。

B 等温线区间Ⅱ中的水可靠氢键键合作用形成多分子结合水。

C 等温线区间Ⅰ中的水，是食品中吸附最不牢固和最容易流动的水。

D 食品的稳定性主要与区间Ⅰ中的水有着密切的关系。

9 关于水分活度描述有误的是_______。

A αW能反应水与各种非水成分缔合的强度。

B αW比水分含量更能可靠的预示食品的稳定性、安全性等性质。

C 食品的αW值总在0～1之间。

D 不同温度下αW 均能用P/P来表示。

10 关于BET（单分子层水）描述有误的是_______。

2水

2水
与食品中成分以氢键结合而不能自由运动的水

化合水：结合最牢固的水，与非水物质
保持一个整体。

邻近水：仅次于最牢固的化合水，占据
非水组织中亲水性最强的基团的第一层位置。

多分子层水： 据第一层剩下的的位置及
在“邻近水”外形成的几层水。
体相水

截留水
在于动植物组织的细胞质、膜间隙中，任何 组织的循环液，以及制成食品的结构组织中。
温度/℃ 0 1.5 83
水的三维空间结构
四、冰的结构 Structure of ice


由水分子有序排列形成的结晶 水分子之间靠氢键形成非常疏松的 刚性结构 冰晶分子内存在大量空隙。 所以冰具有熔点低，硬度和密度小的特点。
六方型冰晶Ice 1
冰的分类（按冷冻速度和对称要素分）
• • • • 六方型冰晶（最稳定） 不规则树枝状结晶 粗糙的球状结晶������ 易消失的球状结晶及各 种中间体
高蛋白食品
冷冻干燥熟猪肉

Aw＜0.85开始出现滞后 滞后不严重 回吸和解吸等温线均保持S形
淀粉质食品
冷冻干燥大米

存在大的滞后环 Aw=0.70时最严重
滞后现象产生的原因



(1) 解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法 放出水分. (2) 不规则形状产生毛细管现象的部位,欲填满或抽空 水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内＞P外, 要填满则需P外 ＞ P内). (3) 解吸作用时,因组织改变,当再吸水时无法紧密结 合水,由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw.

Lnaw 对1/T作图应 为一条直线


较大温度范围内， ln aw与1/T并非始终 为一条直线。 当开始结冰时，直 线出现断点.

2 水

2 水

Multilayer water: water that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hydrophilic groups of nonaqueous constituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate. 多层水：占有第一层中剩下的位置以及形成邻近水 以外的几层，虽然多层水的结合强度不如邻近水， 但与自由水相比，仍与非水组分结合得非常紧密， 且性质也发生明显的变化，以致于它的性质也大 大不同于纯水的性质。 大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但 冰点大大降低。 有一定溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动大大降低 不能被微生物利用
冰的结构的复杂性


纯冰不仅含有普通的HOH分子，而且还含有离子和HOH同 位素变种。 由于H3O+和OH-的运动和HOH的振动，冰结晶不是完美的， 总存在缺陷。这些缺陷的存在可用于解释冰中质子的流动性 以及当水冻结时直流导电的稍有减小。 冰不是静止的或均一的体系，存在于结晶空隙的HOH分子 可以缓慢地扩散通过晶格，它的特性取决于温度。 仅在温度近－180℃或更低时，所有的氢键才是完整的。随 着温度升高，完整的（固定的）氢键平均数将逐渐地减少。
第二章 水 Chapter 2 Water
本章提要
重点：
水和冰的结构及其在食品体系中的行为 对食品的质地、风味和稳定性的影响。水分 活度与水分吸着等温线对食品稳定性的影响， 以及等温线的意义 。食品中水分活度的测定 方法。
难点：
水分活度与水分吸着等温线对食品稳定 性的影响。
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解释水和冰的异常物理性质，最好先从研究单个 水分子的性质开始，进而拓展到水分子束的特性 ，最终考察整体相水的特征。
2.2 水、冰的结构和性质
一、单个水分子的结构
接近完美四面体结构的强极性分子。 水分子由两个氢原子与一个氧原子的两个SP3杂 化轨道结合成两个σ共价键，形成近似四面体结 构，氧原于位于四面体中心，四面体的四个顶点 中有两个被氢原子占据，其余两个为氧原子的非 共用电子对所占有。
HO
H
H
由于每个水分子上有四个形成氢键的位点，因此 每个水分子的可以通过氢键结合4个水分子。
水分子之间还可以以静电力相互结合，因此缔合
态的水在空间有不同的存在形式，如：
H
H
H HH O OO
OH HO
H
O
H
H HH
O
H
O

HH
OH H
H
不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。
在通常情况下，水有三种存在状态，即气态、液 态和固态。水分子之间的缔合程度与水的存在状 态有关。在气态下，水分子之间的缔合程度很小， 可看作以自由的形式存在；在液态，水分子之间 有一定程度的缔合，几乎没有游离的水分子，由 此可理解为什么水具有高的沸点；而在固态也就 是结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个 水分子都固定在相应的晶格里，这也是水的熔点 高的原因。
95
牛奶
87
95
马铃薯
78
果酱 蜂蜜
92
香蕉
75
奶油
90
鸡
70
稻米面粉
87
肉
65
奶粉
87
面包
35
酥油
水分%
28 20 16 12 4 0
2.1.2 水、冰的物理特性
水是一种特殊的溶剂，其物理性质和热行为有与 其它溶剂显著不同的方面：
水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容和 相变热均比质量和组成相近的分子高得多。
而且水分的分布不均，动物体内以血液、脑等器 官最多，其次是皮肤，而骨骼中较少；植物中一 般以叶、茎、根等部位含水量高，种子中含量少。
2.1 概述
2.1.1 水在食品中的作用 食品的溶剂 食品中的反应物或反应介质 除去食品加工过程中的有害物质（单宁、秋水仙
碱） 食品的浸胀剂 食品的传热介质 生物大分子化合物构象的稳定剂
水的缔合程度及水分子之间的距离也与温度有密 切的关系；在0℃ 时，水分子的配位数是4，相互 缔合的水分子之间的距离是0.276nm；当冰开始熔 化时，水分子之间的刚性结构遭到破坏，此时水 分子之间的距离增加，如1.5℃ 时为0.29nm，但由 0℃ ~3.8℃ 时，水分子的缔合数增大，如1.5℃ 时 缔合数是4.4，因此冰熔化的开始阶段，密度有一 个提高的过程；随着温度的继续提高，水分子之 间的距离继续增大，缔合数逐步降低，因此密度 逐渐降低。
冰的热导率是同样温度下水的4倍——说明冰对热 的传导速率要比生物材料中非流动水的导热率快 得多。
冰的热扩散系数约为水的9倍——说明在一定的环 境条件下，冰的温度变化速率比水大得多。
正是由于水的以上物理特性，导致含水食品在加 工贮藏过程中的许多方法及工艺条件必须以水为 重点进行考虑和设计；特别是在利用食品低温加 工技术是要充分重视水的热传导和热扩散的特点。
第二章 水和冰
目的和要求：
1.掌握水在食品中的重要作用、存在的状态，水 分活度和水分等温吸湿线的概念及其意义，水分 活度与食品稳定性的关系。
2.了解水和冰的结构及其性质,分子流动性与食品 稳定性的关系。
水和冰
生物体系的基本成分：蛋白质、碳水化合物、脂 肪、核酸、矿物质和水。其中水是最普遍存在的， 它往往占植物、动物质量或食品质量的50%~90%。
水分子氢键键合程度取决于温度
配位数（coordination number）是中心离子的重 要特征。直接同中心离子（或原子）配位的原子 数目叫中心离子（或原子）的配位数。
水分子的缔合与水的三态
由于水分子的极性及两种组成原子的电负性
差别，导致水分子之间可以通过形成氢键而呈现
缔合状态：
O
H
H
O
H
水分子两个O—H键的夹角即(H—O—H)的键角 为104.5°，O—H核间距为0.096 nm，氢和氧的 范德华半径分别为0.12和0.14 nm。
SP3
O
H H 104.50
1.84D
1. H2O分子的四面体结构有对称性 2. H-O共价键有离子性和电负性
3. 氧的另外两对孤对电子有静电力
氨NH3（三个供体和一个受体部位形成四面体排列 ）和氟化氢HF（一个供体和三个受体部位形成四 面体排列）分子由于没有相等数量的供体和受体 部位，都无法形成和水一样的三维氢键网络，而 是形成二维氢键网络，每个分子参与的氢键数目 小于水分子。
水分子的结构特征
水是呈四面体的网状结构 水分子之间的氢键网络是动态的 水分子氢键键合程度取决于温度
在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相互 缔合，O－O之间的最小距离为0.276nm，O－O－ O之间的夹角为109°。
食品中的含水量
水是食品的主要组成成分，食品中的水分含量、 分布和状态对食品的结构、外观、质地、风味、 新鲜程度产生极大的影响；食品中的水分也是引 起食品变质的重要原因；影响食品的品质和加工 工艺。
食品名称
番茄 莴苣 卷心菜 啤酒 柑橘 苹果汁
表2.1 某些代表性食品的含水量
水分%
食品名称
水分%
食品名称
水具有一定的黏度是因为水分子在大多数情况下 是缔合的，而水具有流动性是因为水分子之间的 缔合是动态的。当水分子在ns或ps这样短的时间 内改变它们与临近水分子之间的氢键键合关系时， 会改变水的淌度和流动性。
水分子不仅相互之间可以通过氢键缔合，而且可 以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键相互 结合，所以糖类、氨基酸类、蛋白质类、黄酮类、 多酚类化合物在水中均有一定的溶解度。另外， 水还可以作为两亲分子的分散介质，通过这种途 径使得疏水物质也可在水中均匀分散。
水的结构
3种结构模型 混合型
水分子间以氢键形式瞬时聚体成庞大的水分子簇
连续结构
水分子间的氢键均匀地分布在整个水体系中，连续网状
填隙式模型
水保留了一种似冰或是笼型的结构，单个水分子填充在整 个笼型结构的间隙空间中
冰的结构
冰的结构和性质
冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的 低密度、具有一定刚性的六方形晶体结构。普通 冰的晶胞和基础平面可如下图所示：