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《食品化学第二章水》PPT课件

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食品化学 第二章 水PPT课件

食品化学 第二章 水PPT课件

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。

食品化学课件

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(IMF) is dependent on water content and water activity
Stability is often maintained below the monolayer water content
Microbiological stability
Microorganisms may grow above a given, food material specific water content
Vicinal water
Water that strongly interacts with specific hydrophilic sites of nonaqueous constituents by water-ion and water-dipole associations
• 在-40℃下不结冰 • 无溶解溶质的能力 • 与纯水比较分子平均运动大大减少 • 不能被微生物利用 此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。
Net structure- forming effect
另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect),这些离子大多是电场强度大， 离子半径小的离子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等。
水与有氢键键合能力中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities
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

《食品化学第二章水》PPT课件

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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

食品化学第2章 水-PPT课件

食品化学第2章 水-PPT课件


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.℃)

食品化学课件

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Stability is often maintained below the monolayer water content
Microbiological stability
Microorganisms may grow above a given, food material specific water content
Net structure- forming effect
另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect),这些离子大多是电场强度大， 离子半径小的离子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等。
水与有氢键键合能力中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities
二 水和冰的结构
单个水分子的结构特征 The water molecule
1. H2O分子的四面体结构有对称型. 2. H-O共价键有离子性. 3. 氧的另外两对孤对电子有静电力. 4. H-O键具有电负性.
水分子的缔合 Association of water molecules
水 分 合子 的 缔
• - aw < 0.6 no growth • - aw > 0.6 xerophilic yeasts and molds耐渗
透压酵母 • - aw > 0.7 molds • - aw > 0.75 halophilic bacteria 嗜盐细菌 • - aw > 0.8 yeasts • - aw > 0.86 pathogenic bacteria (S. aureus)

食品化学课件-水

食品化学课件-水
温
20℃
0.99821
1.002×10-3
72.75×10-3
2.3388
4.1818
0.5984
1.4×10-7
80.20
0℃
度
0℃（冰）
0.99984
0.9168
-3
1.793×10
—
75.64×10-3
—
0.6113
0.6113
4.2176
2.1009
0.5610
2.240
1.3×10-7
11.7 ×10-7
离子水合作用。
在稀盐溶液中，不同的离子对水结构的影响是不同的
• K+，Rb+，Cs+，NH4+，Cl-，Br-，I-，NO3-，BrO3-，IO3-，ClO4-等，具有破坏水的网状结构
效应, 这些离子大多为电场强度较弱的负离子和离子半径大的正离子；
• Li+，Na+，Ca2+，Ba2+，Mg2+，Al3+，F-，OH-等，有助于水形成网状结构，这些离子大多是电
（4）掌握水分活度与温度的关系；
（5）熟悉食品材料的吸湿等温线；
（6）掌握水分活度与食品稳定性的关系。
2.1 概述
2.1.1 水的作用
• 生命之源
• 组成机体
• 调节代谢
战争之源
“下一场世界大战将
是对水资源的争夺”
2.1 概述
2.1.1 水的作用
水对人体的重要作用
•
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•
•
•
•
水使人体体温保持稳定（热容量大）
10~12
10~13
水果
蔬菜

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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。
Net structure- forming effect
另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect),这些离子大多是电场强度大， 离子半径小的离子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等。
水与有氢键键合能力中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities
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
滞后现象 Hysteresis
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.
Multilayer water
water that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hyyydrophilic groups of nonaqueous constituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate.
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第二章 水
第一节 引 言
水的重要功能
• 水是最普遍存在的组分，占50%～90% • 为生物化学反应提供一个物理环境 • 代谢所需营养成分和反应产物的载体 • 是其它食品组分的溶剂
主要食品的水份含量
食品 肉
猪肉、生的分割瘦肉 牛肉、生的零售部分 鸡肉、各种级别的去皮生肉 鱼、肌肉蛋白质 水果 浆果、樱桃、梨 苹果、桃子、桔子、葡萄柚 大黄、草莓、蕃茄 蔬菜 鳄梨、香蕉、豌豆（绿） 甜菜、茎椰菜、胡萝卜、马铃薯 芦笋、菜豆（绿）、卷心菜、花菜、莴苣
• 多层水(multilayer water) – 占有第一层中剩下的位置以及形成了邻近水外的几层
三、水与离子及离子基团的相互作用
键的强度
大 共价键
H2O-离子键 H2O- H2O
小
水-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
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)
离子对水的净结构的影响
与极化力或电场强度紧密相关 • 净结构形成效应 (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 • 净结构破坏效应 (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
第六节 水的结构
• 水的结构模型 – 混合式 – 填隙式 – 连续式
• 液态水通过氢键而缔合 • 氢键程度取决于温度 • 冰转变为水时，密度净增加
第七节 水-溶质相互作用
一、宏观水平
术语： • 水结合（Water binding） • 水合（Hydration）
水结合和水合常被用来表示水与包 括细胞物质在内的亲水物质缔合的一 般倾向。
• 羟基 • 氨基 • 羰基 • 酰基 • 亚氨基
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
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
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
（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）
四、水与具有氢键形成能力的中性 基团（亲水性溶质）的相互作用
键的强度
大
共价键
Hale Waihona Puke H2O-离子H2O- H2O H2O- 亲水性溶质
小
水-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
• 持水力（Water holding capacity）
描述由分子（通常是以低浓度存在的大分 子）构成的基体通过物理方式截留大量水而 阻止水渗出的能力。
例如：果胶、淀粉凝胶、动物组织细胞
特点 – 切割或剁碎时不会流出 – 性质几乎与纯水相同 • 易干燥除去、易冻结为冰，可作为溶剂 – 整体流动被严格控制，但个别分子的运动与一般稀盐溶液中的水 分子无异
水分含量%
53-60 50-70
74 65-81
80-85 85-90 90-95
74-80 80-90 90-95
水与食品加工
• 了解水在食品中的存在形式是掌握食 品加工和保藏技术原理的基础
• 大多数食品加工的单元操作都与水有 关
干燥、浓缩、冷冻、水的固定
• 复水、解冻没有完全成功
第二节 水和冰的物理性质
• 具有“被阻碍的流动性”，而不是“被固定化的” • 占总水量很小的一部分 • 相当于邻近亲水基团的第一层水
结合水的分类
• 构成水(constitutional water) – 结合最强的水，已成为非水物质的整体部分
• 邻近水(vicinal water) – 占据着非水成分的大多数亲水基团的第一层位置
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)
对水结构的影响
• 一般会增加（至少不会破坏）水净结 构
• 溶质氢键部位的分布和定向在几何上 与水不相容时
– 对水结构具有破坏作用
• 尿素——显著破坏效应
• 总氢键数没有显著改变，对水的净结 构没有多大影响
能与水形成氢键的基团
• 高熔点（0℃）、高沸点（100℃） • 介电常数高 • 表面张力高 • 热容和相转变热焓高
熔化焓、蒸发焓、升华焓
• 密度低（1 g/cm3） • 凝固时的异常膨胀率 • 黏度正常（1 cPa·s）
第三节 水分子
• 4个杂化轨道 2px2 2py1 2pz1
• 由于氧的高负电性， O-H共价键具有部 分离子特征
（一）概述
溶质-水
– 亲水溶质改变邻近水的结构和疏水性 – 水会改变亲水溶质的反应性和结构
二、分子水平
水-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