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食品化学水和冰的结构PPT课件

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食品化学水分PPT课件

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(p0-p)/p0 =n1/(n1+n2)
(1)
1kg水含55.51mole，1mole理想溶质溶在 1kg水中将使蒸汽压降低0.0177，或1.77％。
水分活度的由来 2
(p0-p)/p0 =n1/(n1+n2) 1- P/P0 =n1/(n1+n2) - P/P0 = - n2/(n1+n2) P/P0 = n2/(n1+n2)
水与离子化 合物通过离 子-偶极作 用结合。
水与极性基团的相互作用
蛋白质、淀粉、膳食纤维等具有极性基团的 物质都可以与水通过氢键而结合。
不同极性基团与水的结合能力不同，其中未 解离-NH2和-COOH结合力最强，-OH和 -CONH等基团结合力稍逊。
这些物质周围以氢键结合的水称为“临近 水”，对维持大分子构象十分重要。其第一 层水分子也失去了自由移动的能力。
图：水分子的氢键
水分子四面体氢键网络的形成。氢键键能为 25kJ/mol。
水分子的氢键
OH键中的氢原子带有部分正电性，而氧原 子的孤对电子带有部分负电性，形成偶极分 子，偶极矩为1.84D。
每个水分子可以和4个其他水分子形成氢键， 氢键向四面伸展，可以形成立体的连续氢键 结构，也就是水分子的缔合作用。
非极性物质之间倾向于彼此结合以减少与水 的接触表面，称为“疏水相互作用”。它是 维持蛋白质三级结构的重要力量之一。
4 水在食品当中的存在状态
1 化合水或结构水(constitutional water) 为结合最牢固的水
2 吸附水或临近水(vicinal water) 包括单 层水和多层水，为吸附水
水分含量与食品特性 1
蔬菜含水量在 90%以上。
水分含量与食品特性 2
食品化学 第二章 水PPT课件

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应用aw =ERH%时 必须注意:
① aw 是样品的内在品质,而ERH是 与样品中的水பைடு நூலகம்气平衡是大气性质
②仅当食品与其环境达到平衡时才 能应用
A
B
第二章 水
11
C
第二章 水
12
D
第二章 水
13
3、水与非极性物质的相互作用
（1）疏水相互作用
疏水水合(Hydrophobic hydration)：当水与非极性 物质混合显然是一热力学不利过程（△G>0）。由于非极 性物质与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子 之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程成为疏水水合。
从左图可以看出，每个 水分子能够缔合另外4个水 分子（配位数为4），即1， 2，3和W'，形成四面体结构 。
第二章 水
5
2、水的结构
纯水是具有一定结构的液体。液体水的结构与冰的结构的区别在于 它们的配位数和二水分子之间的距离（下表） 。
水与冰结构中水分子之间的配位数和距离
应注意的是：其一，液体水的结构是不稳定的，并不单纯的 由氢键构成的四面体形状。通过“H-桥”的作用，水分可形成短 暂存在的多边形结构；其二，水分子中氢键可被溶于其中的盐及 具有亲水/疏水基团分子破坏。
2、自由水
（1）、滞化水 （2）、毛细管水 （3）、自由流动水
第二章 水
19
食品中不同状态水的性质比较
第二章 水
20
第三节、水分活度
一、水分活度的定义
1、食品的 平衡水分
定义：当食品内部的水蒸 气压与外界空气的水蒸气 压在一定温度和湿度下达 成平衡时，食品的含水量 保持一定的数值。
干基表示：水分占食品干 物质质量的百分数。
第二章 食品中的水分ppt课件

第二章 食品中的水分ppt课件


叠构象中，氯原子和氢原
子之间相距最远，相互间
顺叠
反叠
的排斥力最小，内能最低
1，2－二氯乙烷的构象
是该分子最稳定的构象。
一种构象改变为另一种构象时，共价键是不断裂的。
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5
二、水和冰的结构及其物理性质
1、水的结构
（1）单个水分子的结构
H-O键为104.5 ，比正四面 体(109 28 ）要小。
7
补充知识点2：极性分子
从整个分子来看，分子中正负电荷 的中心不重合，电荷的分布不均匀、 不对称，这样的分子为极性分子。
思考题：水、乙醇、煤油都是极性 分子，它们能相溶吗？
原因：水和乙醇分子间能形成氢键；乙醇和煤油分子 中含有烷基；水与煤油的分子结构没有相似的地方。
[注意]在考虑物质溶解性的时候，不能将相似相溶这 一规律简单的理解为溶质和溶剂的极性，还应考虑 它们的分子结构和分子间作用力等问题。
合
由细胞间隙或食品结构组织中的毛细管力所阻留的水 毛细管水 特点：物理与化学性质与滞化水相同
以游离态存在的水 自由流动水 特点：可以正常结冰，可作溶剂，可被微生物利用
构成水 与非水物质结合最紧密的水 特点：是非水物质必要的组分，在-40℃不结冰， 无溶剂能力，不能被微生物所利用 在非水物质外围，与非水物质通过强氢键缔合在一起的水
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一个水分 子可以缔 合其他四 个水分子
16
冰的基础平面图
冰是由两个高度略微不同的平面构成的结合体
(a)是沿c轴方向观察到的六方形结构 (b)是基础平面的立体图 （圆圈代表水分子的氧原子，空心和实心圆圈分别表示上层和下层
的氧原子）
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17
《水和冰的结构》PPT课件

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精选ppt
16
水分吸湿等温线在食品加工中的作用
▪ 看出食品的浓缩与脱水何时较难，何时较 易．
▪ 预测食品保持多大的含水量时方才稳定， ▪ 直接看出不同食品中非水成分与水结合能力
的强弱．
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17
吸湿等温线的测定方法
测定方法：在恒定温度下，改变食品中的水分 含量，测定相应的活度，以水分含量为纵轴、 Aw为横轴画出曲线。
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22
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。
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23
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：
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11
吸湿等温曲线
定义：在恒定温度下，食品的水含量（以g水/g干物质表示）对其活 度形成的曲线称为吸湿等温曲线（MSI）。
大多数食品或食品原料的吸湿等温线为S型，而水果、糖制品、含有大 量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸湿等温线为J型。如图：
精选ppt
12
吸湿等温线的分区
Ⅰ区：为构成水和邻近水区， 即与食品成分中的羧基、氨基 等基团通过氢键或静电引力相 互结合的那部分水。由于这部 分水比较牢固的与非水成分结 合，因此aw较低，一般在0～ 0.25之间，相当于物料含水量 0～0.07g/g干物质。这种水不 能作为溶剂而且在-40℃不结冰， 对固体没有显著的增塑作用， 可以简单的看作固体的一部分。
课件02食品化学中水

课件02食品化学中水




A、从水分含量4%到 25%，Aw与温度(5~50 ℃)关 系为直线； B、水分含量少时，温度所引起的Aw变化 小 。
左图提示：



A，Aw与温度关系在 冰点以下是线性关系； B，温度对Aw的影响 在冰点以下远大于在冰 点 以上； C，在冰点处出现折断； D，比较冰点上下温度 对Aw影响时要注意两 点：其一是在冰点以上 温度时，试样成分对 Aw影响较大；其二是 在冰点下Aw的变化仅 与温度有较大关系。
2.1 概论 Introduction
水

生命之源
水是体温的重要调节剂、溶剂、营 养成分和废物的载体、反应剂和反 应介质、润滑剂和增塑剂、生物大 分子构象的稳定剂。
战争之源 “下一场世界大战将是对 水资源的争夺”
水是唯一的以三种物 理状态广泛存在的物质

水在生物体内的生理功能


1、化学作用的介质，也 是化学反应的反应物或生 成物。 2、体内营养素和代谢废 物的运输介质，还推进呼 吸气体的运载。

疏水相互作用( Hydrophobic interaction）：当水 与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的 界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用成 为疏水相互作用。

笼形水合物(Clathrate hydrates)：是象冰一样的 包含化合物，水为“宿主”，它们靠氢键键合形 成象笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质 截留在笼内，被截留的物质称为“客体”。一般 “宿主”由20-74个水分子组成，较典型的客体有 低分子量烃，稀有气体，卤代烃等。
自由水
就是指没有被非水物质化学结合的水。它 又可分为三类： （1）滞化水 （2）毛细管水 （3）自由流动水
食品化学水分PPT课件

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食品加工过程中，水分的含量 和状态会发生变化，进而影响 食品的品质和安全性。未来研 究将重点关注水分在食品加工 过程中的变化规律及其对产品 品质的影响。
探索降低食品中水分活度 的方法
降低食品中水分的活度可以提 高食品的稳定性和保质期。未 来研究将致力于探索新的降低 食品中水分活度的方法和技术 。
THANKS
食品化学水分ppt课 件
目录
• 食品中水分概述 • 食品中水分测定方法 • 不同类型食品中水分特点 • 食品加工过程中水分变化及控制
目录
• 食品贮藏过程中水分变化及控制 • 总结与展望
01
食品中水分概述
水分在食品中存在形式
01
02
03
游离水
以游离状态存在，是食品 的主要水分形式，影响食 品的口感和保水性。
可以更好地控制食品的质量和安全性，保障消费者的健康。
02 03
指导食品加工和贮藏
食品加工和贮藏过程中，水分的含量和状态对食品的口感、色泽、营养 价值和保质期等均有重要影响。因此，对食品中水分的研究可以为食品 加工和贮藏提供理论指导。
推动食品工业发展
随着食品工业的不断发展，对食品品质和安全性的要求也越来越高。深 入研究食品中的水分，可以为食品工业的技术创新和产品升级提供支持。
结合水
与食品成分紧密结合，不 易蒸发，影响食品的质地 和风味。
结晶水
以结晶状态存在，对食品 的口感和稳定性有重要影 响。
水分对食品性质影响
物理性质
影响食品的硬度、弹性、 黏性等物理性质。
化学性质
参与食品的化学反应，如 水解、氧化等，影响食品 的色泽、风味和营养价值。
微生物生长
适宜的水分活度有助于微 生物生长，过高或过低的 水分活度会抑制微生物生 长。
水和冰PPT课件

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自由水
一般描述
存在于溶质或其他非水成分附 距离非水成分位置最远， 近的那部分水，它包括化合水、 主要以水-水氢键存在。 邻近水及几乎全部的多层水。
4.4
4.9
H—O…H 0.276nm 距离
0.29nm
0.305nm
食品中水的存在状态
水与溶质的相互作用
*水与离子和离子基团的相互作用
*水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用
*水与非极性物质的相互作用
食品中水分的存在状态
*结合水
*自由水
水与离子和离子基团的相互作用
离子或离子基团通过自 身的电荷与水分子偶极 的静电相互作用而产生 水合。
水的熔点、沸点较高 介电常数、表面张力、热容和相变热高 密度较低 水结冰时体积增加，表现出异常的膨胀特性 水的热导值大于其它液体物质
水的物理性质在食品加工中的作 用
水分子极性大，分子小，能使许多食品成分分 子表面带有水膜
水是食品加工中优良的热介质 水的沸点高，且沸点随压力而变 水的热容大，载热能力强（尤其水蒸气）
生物体内的水分含量
通常占生物体重量的50～90％ 成年人体内水分含量：58～67％；
人体中水分含量随年龄增大而减少；在体 内分布亦不均衡。 植物体内水分含量与分布也因植物种类、部位、 发育状况而异，变化很大
人体内水的分布
含水量：随年龄、性别不同而有差异 新生儿：75～80％ ；成年男子：60％； 成年女子：50～55％；老年人：40～50％
如果与溶质形成的氢键部位的分布和定向在几 何上与正常水的氢键部位是不相容的，具有结 构破坏效应。
生物大分子中有许多可与水分子形成氢键的基 团，水分子介入形成的氢键对生物大分子的结 构与功能及食品功能性都有重要的影响。
《食品化学第二章水》PPT课件

《食品化学第二章水》PPT课件


相互作用的强度 与水-水氢键比较 较强
焓
近乎相等
远低(△G＞0) 不可比较(△G＜0)
熵 热力学不能自发进行
△G=△H-T△S
h
13
（二）结合水（bound water）
理论上 • 定义：结合水是存在于溶质及其它非水组分邻近的水，与同一体系中的
体相水相比，它们呈现出与同一体系中体相水显著不同的性质。 （熔点、沸点、流动性）
Aw
po
po
仅适合理想溶液 RVP,相对蒸汽压
h
31
Aw与产品环境的百分平衡相对湿度（ERH）有关
Aw p ERH p0 100
Aw是样品的内在品质，ERH是与样品平衡的大气 的性质 仅当产品与环境达到平衡时，关系式才能成立
h
32
Aw 测定方法
• 密闭容器达到表观平衡后测定压力或相对湿度 • 根据冰点下降测定RVP • 根据干、湿球温度计，查表读RVP • 测定精确性为±0.02
h
6
第四节 水分子的缔合
• O-H键具有极性 • 不对称的电荷分布 • 偶极距 • 分子间吸引力 • 强烈的缔合倾向 氢键受体 • 形成三维氢键 • 四面体结构 • 解释水的不寻常性质
氢键供体
h
7
第五节 冰的结构
• 水分子通过四面体之间的作用力结晶 • O-O核间最相邻距离为0.276nm • O-O-O键角约109°(四面体角109°28′) • 冰的六面体晶格结构 • 在C轴是单折射，其它方向是双折射 • 结晶对称性：六方晶系的六方形双锥体组 • 溶质的种类和数量影响冰结晶的结构
• 水分活度Aw – 水与非水成分缔合强度上的差别 – 比水分含量更可靠，也并非完全可靠 – 与微生物生长和许多降解反应具有相关性
食品化学课件-PPT文档资料

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偶极-离子 H2O-游离离子
较强
H2O-有机分子带电基团
偶极-偶极 H2O-PR-NH， H2O-PR-CO
近乎相等
H2O-侧链OH
疏水水合 H2O+R→R（水合）
△G＞0
疏水相互作用 R（水合）＋R（水合）
→R2（水合）+ H2O
△G＜0
水与离子基团的相互作用 Interaction of water with Ionic groups
温度(℃) 0 1.5 83
配位数 4 4.4 4.9
分子间距nm 0.276 0.290 0.305
冰的结构 Structure of ice
六方冰晶形成的条件：
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。
冰的分类
按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类： o 六方型冰晶 o 不规则树枝状结晶 o 粗糙的球状结晶 o 易消失的球状结晶及各种中间体。
• 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
Bulk-phase water
water that occupies positions furthest removed from nonaqueous constituents; water-water hydrogen bonds predominate.
水分子缔合的原因:
1. H-O键间电荷的非对称分布使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. 3. 静电效应.
食品化学第2章 水-PPT课件

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物理意义 物体受热升温时，进入物体的热量沿途不断地被 吸收而使当地温度升高，在此过程持续到物体内部 各点温度全部扯平为止。由热扩散率的定义α=λ/ρc 可知： （1） 物体的导热系数λ越大，在相同的温度梯 度下可以传导更多的热量。 （2） 分母ρc是单位体积的物体温度升高1℃所 需的热量。ρc 越小，温度升高1℃所吸收的热量越 小，可以剩下更多热量继续向物体内部传递，能使 物体各点的温度更快地随界面温度的升高而升高。 这种物理上的意义还可以从另一个角度来加以说 明，即从温度的角度看，α越大，材料中温度变化 传播的越迅速。可见α也是材料传播温度变化能力 大小的指标，因而有导温系数之称。

水是食物各种组分中含量最多的组分，食 品的含水量除谷物和豆类等种子较低外 (10～16％)，一般都比较高(60～90％)，大 致范围如下：
蔬菜
蛋类
水果 乳类 鱼类 猪肉 肉类
85 ～97％ 73 ～75％ 80 ～ 90 ％ 87 ～ 89％ 67 ～ 81 ％ 43 ～ 59％ 70 ～ 80%
4、对食品的结构、外观、质地、风味、新鲜 程度和腐败变质的敏感性产生极大的影响。 对食品的商品价值及销售有着深刻的影响。
5、在奶油和人造奶油等乳化产品中作为分 散相。 6、在饮料食品中作溶剂等。
2.2 水和冰的结构和性质 Structure and characters of water and ice

纯水是否导电？

水的密度较低，热胀冷缩、热缩冷胀
水的最高密度点在哪里？ 为什么食品冻结时组织结构会破坏？会导致什
么不良后果？
水的比热容是：4200J/(KG.℃) 冰的比热容是：2100J/(KG.℃)
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相互作用的强度 与水-水氢键比较
较强
近乎相等
远低(△G＞0) 不可比较(△G＜0)
二、水与离子和离子基团的相互作用
Interaction of water with Ionic groups 净结构形成效应 (Net structure forming effect)
➢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
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
2、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。
二、滞后现象
Hysteresis
1、定义：采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和按解吸 (desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象。
在一指定的Aw时，解 吸过程中试样的水分含量大于 回吸过程中的水分含量
高糖-高果胶食品
空气干燥苹果 总的滞后现象明显 滞后出现在真实单层水区域 Aw＞0.65时，不存在滞后
第二节 水与溶质的相互作用
Water-solute ineractions
一、水与溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子
偶极-偶极 疏水水合 疏水相互作用
实例
H2O-游离离子 H2O-有机分子上的带电基团 H2O-蛋白质 NH H2O-蛋白质 CO H2O-侧链 OH H2O + RR（水合） R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O
食品化学水和冰的结构
第二章 水与冰
第一节 概述 第二节 水与冰的结构 第三节 食品中水的存在形式 第四节 水分活度与吸着等温线 第五节 分子的移动性与食品的稳定性
第一节 概述
Introduction
一、水在食品中的作用
水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、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。 某些代表性食品的典型水分含量
MSI的实际意义:
1、由于水的转移程度与Aw有关，从MSI 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料间 的转移。
2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的 影响。
3、从MSI还可看出食品中非水组分与水 结合能力的强弱。
MSI上不同区水分特性
区
Aw 含水量% 冷冻能力 溶剂能力 水分状态 微生物利用
疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用。
R(水合)＋R(水合)
R2(水合)＋H2O
球 状 蛋 白 质 的 疏 水 相 互 作 用
第三节 水分吸着等温线
Moisture Sorption Isotherms(MSI)
一、定义 Definition
在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关 系曲线。
净结构破坏效应 (Net structure breaking effect)
➢大离子和单价离子产生较弱电场
➢K+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4➢流动性比纯水强
三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用
Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities
产品
水分/％
产品
水分/％
产品
水分/％
番茄
85
牛奶
87
果酱
28
莴苣
95
马铃薯
78
蜂蜜
20
卷心菜
92
香蕉
75
奶油
16
啤酒
90
鸡
70
稻米、面粉
12
柑橘
87
肉
65
奶粉
4
苹果汁
87
面包
35
酥油
0
第一节 概述
Introduction
二、水和冰的物理特性
水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相 变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻 和干燥过程有重大影响。
I区
0-0.2 1-6.5 不能冻结 无 单分子层水 不可利用
II区
0.2-0.85 6.5-27.5 不能冻结 轻微-适度 多分子层水 部分可利用
III区 ＞0.85 ＞27.5 正常 正常 体相水 可利用
MSI与温度的关系
❖ 水分含量一定 T↑，Aw↑
❖ Aw一定 T↑，水分含量↓
在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线
疏水水合作用（hydrophobic hydration）
向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏
水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程称为
疏水水合。
H2O＋R
R(水合)
疏水相互作用（hydrophobic interaction）
当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，
解，阻止氧化进行。 2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。
在Aw＝0.33-0.73范围内，随Aw↑，反应速度↑的原因 1、水中溶解氧增加 2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化 3、催化剂和氧的流动性增加
第四节 水分活度与食品的稳定性
Water activity and food stability
几
类
重
要
除非酶氧化在Aw＜
的 反
0.3时有较高反应速
应
度外，其它反应均
速 度
是逾小反应速度愈
与

小。也就是说愈小
有利于食品的稳定
的 关
性。
系
Aw
一、对脂肪氧化酸败的影响
在Aw＝0-0.33范围内，随Aw↑，反应速度↓的原因 1、水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分
水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等 可与一些生物大分子构成“水桥”
木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥
四、水与非极性物质的相互作用
Interaction of water with nonpolar substance