食品化学第2章 水分
食品化学：水分
第二节 水和冰的性质和结构
一、水和冰的物理性质
部分氢化物的物理性质 氢化物 CH4 NH3 H2S H2O HF 熔点（℃） -184 -78 -86 0 -92 沸点（℃） -161 -33 -61 100 19 蒸发热（ J/mol） 9210960 23027400 18673128 40821300 30144960
92
90 87 87
香蕉
鸡 肉 面包
75
70 65 35
奶油
稻米、面 粉 奶粉 酥油
16
12 4 0
表1 食 奶油 乳酪 鲜奶油 乳粉 液体乳制品 冰淇淋和冰糕 鳄梨 豆（青刀豆） 浆果 柑橘 黄瓜 干水果 新鲜水果（可食部分） 豆类（干） 马铃薯 红薯 芹菜、萝卜 品 水分含量 (%) 15 40~75 60~70 4 87~91 65 65 67 81~90 86~89 96 ≤ 25 90 10~12 78 69 79
在大多数新鲜食品中，水是最重要的成分，若希望 长期贮藏这类食品，只要采取有效的贮藏方法控制 水分就能够延长保藏期。 无论采用普通方法脱水或是低温冷冻干燥脱水，食 品和生物材料的固有特性都会发生很大的变化， 都无法使脱水食品恢复到它原来状态（复水或解 冻）。 因此研究水和食品的关系是食品科学的重要内容之 一，对食品的储藏有重要的意义。
三、水的缔合作用
水分子中的氧原子电负性大， O—H键的 电子对强烈的偏向氧原子一边，使氢原子 带有部分正电荷。 氢原子无内层电子，几乎是一个裸露的质 子，极易与另一个水分子中的氧原子的孤 对电子通过静电引力形成氢键。
温 0℃ 0.99984 1.793×10-3 75.64×10-3 0.6113 4.2176 0.5610 1.3×10-7 87.90
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。
食品化学 2水分
食 品 中 水 分 的 存 在 形 式
1、结合水
化合水，又称组成水
是指与非水物质结合得最牢固并构成非水 物质整体的那些水。
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为0
不能被微生物利用
食 品 中 水 分 的 存 在 形 式
邻近水（单分子层水） 是指处在非水组分亲水性最强的基团周围的 第一层位置，与离子或离子基团缔合的水。
这些离子大多为负离子和大的正离子 如：K+, Rb+, Cs+, NH4+, Cl-, Br-I-,NO3-,BrO3,IO3-，ClO4-等。 结果：粘度变小，流动性增加
离子对水的净结构的影响
水 与 离 子 基 团 的 相 互 作 用
②净结构形成效应：溶液比纯水具有较低的流动性。
一些离子有助于水形成网状结构 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-
结晶大分子的亲水基团间的距离是与纯水中最邻近两 个氧原子间的距离相等。
如果在水合大分子中这种间隔占优势，这将会促进第一 层水和第二层水之间相互形成氢键。
在生物大分子的 两个部位或两个大 分子之间可形成由 几个水分子所构成 的“水桥”。
木瓜蛋白酶中的三分子水桥
水 与 非 极 性 物 质 的 相 互 作 用
结果：粘度增加，流动性变小
水与具有形成氢键能力的中性基团（亲水性溶 质）的相互作用 水能与某些基团， 例如羟基、氨基、 羰基、酰氨基和亚 氨基等极性基团， 发生氢键键合。
共价键 H2O-离子 H2O-H2O H2O-亲水性溶质 键的强度
食品化学02第二章 水
第二章 水
第一节 引言 第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平
持水力（water holding capacity）： 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。
第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平 二 分子水平
溶质和水的混合同时改变了溶质和水的性质 亲水溶质会改变邻近水分子的结构和流动性。 水会改变亲水溶质的反应性，甚至改变其结构。
二 分子水平
① 化合水 是与非水物质结合的最牢固的水，这些水是构成非水物
质结构的一部分。 ② 邻近水
处于非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置。是 水与离子或偶极缔合的这部分水。 ③ 多层水
占据邻近水剩余的位置和邻近水外层的几个水层，少量 水在-40℃可结冰，可溶解极少量的溶质。
二 分子水平
1 结合水： 2 体相水：具有类似纯水的性质，易结冰，能作
（P0-P）/ P0=n2/(n1+n2) P：食品在密闭容器中达到平衡时，水的蒸汽压 P0：同温度下纯水的饱和蒸汽压。 n1：溶剂的摩尔数 n2：溶质的摩尔数 上式仅适用理想溶液，电解质溶液误差很大。
第三节 水分活度与食品的稳定性
一 水分活度（Water Activity） 二 水分活度与温度的关系
键，形成四面体结构些不寻常的 性质?例如，高沸点.
由于每个水分子具有相同数目的氢 键供体和受体部位，它们可以形成
三维氢键，因此，每个水分子最多
2 水密度在4℃左右变化的原因?
能与其它4个水分子形成氢键，形成 四面体结构。
3 一些溶质溶于水后，为何水 的流动性会发生变化？
4 在中等至高水分含量食品中反 应速度随Aw提高而下降的原因 可能是?
食品化学 梁文珍主编-适合高职高专教育-中国农业大学出版社-第二章水分第三节水和非水组分的相互作用
根据食品中水与非水物质之间的相互关系，可 以把食品中的水分作不同的类型（如下页图）。
构成水 定义：与非水物质呈紧密结合状态的水
特点：非水物质必要的组分， -40度部结冰， 无溶剂能力，不能被微生物利用； 定义：处于非水物质外围，与非水物质 邻近水 呈缔合状态的水； 特点：-40度不结冰，无溶剂能力，不 能被微生物利用； 定义：处于邻近水外围的，与邻近水以氢 键或偶极力结合的水； 多层水 特点：有一定厚度 (多层 )， -40度基本不结 冰，溶剂能力下降，可被蒸发； 单分子层 水， 0.5%
c.结合水不易结冰，由于这种性质使得植物的种子 和微生物的孢子得以在很低的温度下保持其生命力； 而多汁的组织在冰冻后细胞结构往往被体相水的冰 晶所破坏，解冻后组织不同程度的崩溃； d.结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧 失了溶剂能力； e.体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
四、水与溶质的相互作用
结合水
食品 中水 的存 在形 式
自由水
5%
滞化水
定义 被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水 特点 不能自由流动，与非水物质没关系
毛细管水
定义 由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水 特点 物理及化学性质与滞化水相同
自由流动水
定义 以游离态存在的水 特点 可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用
三、结合水和自由水二者的比较
在生物大分子的两个 部位或两个大分子之 间可形成由几个水分 子所构成的“水桥”。
3、水与疏水基团的相互作用
1、疏水相互作用 疏水水合(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，此过程成为疏水水合。
食品化学第2章 水
食品的共晶点大约为-55~-65℃左右，在 -5℃左右大约有80%的水结成冰
利用这一特点，可以浓缩果汁，怎么做？
生产冷冻食品时主张速冻，这样形成的冰 晶小而均匀，制品质量高。为什么？
食品冷藏温度常为-18℃
2.3 食品中水与 非水物质的相互作用
水-离子：与离子或者离子基团缔合的水是结 合最紧密的水
水－偶极
邻近水包括：单分子层水和微毛细管水
(3) 多层水：溶质第一层的剩余位置和邻近 水的外层形成的几个水层，其结合力主要 是：
水-水形成氢键
水-溶质形成氢键
自由水
就是指没有被非水物质化学结合的水（又 称体相水）。它又可分为三类：
水和冰的物理特性 水分子的结构 水分子的缔合作用 冰的结构和性质
1. 水和冰的物理特性 Physical character of water and ice
水的熔点、沸点比较高。为什么？
介电常数（介电常数是溶剂对两个带相反 电荷离子间引力的抗力的度量。）、表面 张力、热容和相变热（熔融热、蒸发热和 升华热）等物理常数也较高。这对于食品 加工中冷冻和干燥过程有重大影响。
溶质的性质及浓度均不严重干扰水分 子的迁移
（6）冰的性质
水的冰点为0℃，可是纯水在过冷状态(低 于0℃)开始结冰
纯水结冰的过程温度如何变化？ 纯液体有一个固定的结冰点。
溶液的冰点有何变化？
如肉类-1.7 ~ -2.2℃，鱼-1.0 ~ -2.2℃，蛋0.56℃，葡萄-2.5～-3.9℃，
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：
食品化学 第二章 水分
18种同位素变体 量极少
水分子的缔合作用
一个水分子可以和周围四个水分子缔合， 形成三维空间网络结构。
2015年10月25日
第二章 水分
水分子缔合的原因:
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. 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. 静电效应.
R（水合的）＋R（水合的）→R2（水合 偶极-疏水性物质 疏水相互作用ΔG<0 的）＋水
2015年10月25日
疏水水合ΔG>0
第二章 水分
1、水与离子和离子基团的相互作用
类 型 实 例 作用强度 （与水-水氢键比）
偶极-离子
水-游离离子 较大 水-有机分子上的带电基团 （离子水合作用）
水-蛋白质NH 水-蛋白质CO 水-侧链OH 水＋R→R（水合的） R（水合的）＋R（水合的）→R2 （水合的）＋水
水分含量不是一个腐败性的可靠指标
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
第二章 水分
2015年10月25日
第四节
f Aw f0 f p f 0 po
差别1%
2015年10月25日
水分活度
f ——溶剂（水）的逸度 f0——纯溶剂（水）的逸度 逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势
p Aw po
严格
p Aw po
第二章 水分
仅适合理想溶液
RVP,相对蒸汽
第四节
水分活度
一、定义: 指食品中水的蒸汽压和该温度下纯水 的饱和蒸汽压的比值
Aw=P/P0
大学课件食品化学第二章水分
n2 =
G• Tt 1000 Kt
其中G为样品中溶剂的克数，
Tt为冰点降低（ ℃） ， Kt为水的摩尔冰点降低
常数。
32
• 拉乌尔定律: 稀溶液中溶剂A的蒸气分压等 于同一温度下纯溶剂的饱和蒸气压pA与溶 液中溶剂的摩尔分数XA的乘积.
33
水分活度的测定方法
1、冰点测定法：先测定样品的冰点降低和 含水量，然后用公式计算。
2、结合水的蒸气压比自由水低得多。 3、结合水不易结冰。 4、结合水不能作为溶质的溶剂。 5、自由水能为微生物所利用，结合水则不能。
28
水分含量的测定
1、直接测定法——一般采用烘干、化学干燥、 蒸馏、提取等其他方法去掉样品中的水分， 再用称量等方法定量。如烘干法、共沸法、 卡尔费休法等。
2、间接测定法——不用将样品中的水分除去， 而是测定湿固体的参数来计算水分含量。如 电导率法、介电容量法等。
胀 • 区Ⅰ和区Ⅱ的水占总水
分的5%以下
51
真实单层：
• 区Ⅱ和Ⅲ接界 • 0.38g H2O/ g干物质 • Aw =0.85 • 完全水合所需的水分含
量，即占据所有的第一 层部位所需的水分含量。
35
• 计算公式如下： Ax+By
Aw = x+y
A—水分活度较低的饱和盐溶液的标准水分活度 B—水分活度较高的饱和盐溶液的标准水分活度 x—使用B液时样品重量的净增值， y—使用A液时样品重量的净减值。
36
水分活度与温度的关系
• 水分含量相同，温度不同，Aw不同 • Clausius-Clapeyron公式
冰点（与纯水比较） 溶剂能力
冰点大为降低，甚至在 能结冰，冰点略微降低 -40 ℃不结冰
食品化学 第二章___水
#食品中水分与溶质间的相互关系
1. 水与离子和离子基团的相互作用
作用力： 极性基团、偶极—离子相互作用 特点： 阻碍水分子流动的能力大于其它溶质 水—离子键＞水—水氢键 破坏水的正常结构，阻碍冰的形成
产生水合离子作用的离子分类
结构破坏离子:
能阻碍水形成网状结构，这类盐的溶液比纯水的流动性大 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，这类盐的溶液比纯水的流动性小 特点：离子半径小，电场强度较强。如Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Mg2+、 Al3+等
Aw与温度的关系
P、P。和ERH与T有关 故 Aw = P/P。= ERH/100也与T有关
aw与温度的关系符合克劳休斯公式：
dlnaw/d(1/T) = －ΔH/R
当含水量相等时，温度越高，aw越大
温度变化对水活性产生的效应影响密封袋装或罐 装食品的稳定性 aw还与食品组成有关
较大温度范围，lnaw对1/T并非为直线
Aw > 0.8
Aw↑ V ↓ (稀释浓度)
Aw与非酶反应的关系
3. Aw与水溶性色素分解、维生素分解 Aw ↑ V分解 ↑
* *
结冰对食品稳定性影响
结冰时食品发生变化
1.非冻结相中，溶质变浓、产生浓缩效应 未冻结的pH、粘度、离子强度、氧化还原电位、胶体性质等发生
变化，加速一些化学反应。例如：
能与蛋白质分子产生疏水相互作用
水分活度与食品稳定性
* * 水分活度的意义 问题: 含水18%的果脯与含水18%的小麦比较，哪种耐储藏？ 定义: 食品中水的蒸汽分压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示
第二章 水分1
带极性基团的食品分子不但可 以通过氢键结合并固定水分子在自 己的表面,而且通过静电引力还可 吸引一些水分子处于结合水的外 围 ,这些水称为临近水 1个水分子与1个或几个溶质分子 上的2个合适的氢键部位相互作用, 形成 "水桥" .亲水性
不同的极性基团与水的结合能力有所差别: 一般情况下,氨基,羧基等在生理条件下可以呈解 离状态的极性基团均与水有较强的结合,而羟基,酰胺 基等非解离基团与水之间的结合较弱. 带有极性基团的有机物质由于和水能够通过氢键相互 结合,因此对纯水的正常结构都有一定程度的破坏,而 且也可降低冰点,阻止结冰. 注意:加入一种能破坏纯水的正常结构的具有形成 氢键能力的溶质,并不显著改变每摩尔溶液中氢键的总 数.这可能是由于遭破坏的水-水氢键被水-溶质氢键 所代替.
Aw与产品环境的百 分平衡相对湿度 (ERH)有关,仅当产 品与环境达到平衡时, 关系式才能成立
注意:
1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平 衡,食品体系一般不符合这个条件,因此上式严格讲,只是近 似的表达.(Owen R. Fennema "食品化学2.8.2) aw≈ p/p0 2. 公式中的前两项,即aw=p/p0=%ERH/100,是根据水分 活度定义给出的;而后两项aw=N=n1/(n1+n2)是拉乌尔定律推 导所确定的,其前提是稀溶液.所以前两项和后两项之间也应 该是近似的关系. 3. 由于p/p0和n1/n1+n2均小于1,故aw的值在0～1之间. 4. 水分活度的测定结果必须标明测定温度
水分含量与食 品品质?
补充
物理截留水的特点:
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
食品化学-第二章水分
五、等温吸湿曲线与食品类型、温度的关系 1、等温吸湿曲线（MSI）与食品类型的关系
大部分食品 “S”型
水果、糖制品、咖啡提取物含有大量 糖和其他可溶性小分子。 度越高，水分活度越大，曲线越低
滞后现象：同一食品按回吸或解吸两 种方法制作的MSI图形并不一致，不互相 重叠，这种现象称为滞后现象。
Aw随热力学温度升高而成正比例升高。
T Aw
冰点
以上时 成分+温度 以下时 温度
6 5 4 3 2 1 0
2℃
Aw
Aw
0℃
负2℃
Aw为0-1之间
负4℃
三、等温吸湿曲线的定义（MSI图） 在恒定温度下，食品水分含量与水温活度Aw之间的关系
四、等温吸湿曲线上不同部分的特性 右图中分为三区
一区 化合水 最牢固 大分子内部 一区---二区之间 单分子层水（BET） 二区 多分子层结合水
食品化学
石家庄科技信息职业学院 郝亮
第二章 水分
水分子 H2O 模型 sp3 四面体 液态水 分子间氢键 4℃密度最大
冰
分子间氢键 晶体结构（几何）
第一节概述
一、水在生物体中的含量及作用 水分含量：常压下，100-105℃条件下恒重后受试食品的减少量，在总质量 中的比例。 水在生物体中的作用：生命必需、介质、反应物产物、载体、稳定剂、润滑作用
⑶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；
⑷温度、解吸的速度和程度及食品类型等都影响滞后环的形状。
第三节 水分活度Aw与食品稳定性的关系
一、与微生物生长关系 水分活度Aw越大， 微生物生长越活跃
Aw＜0.60 绝大多 数微生物无法生长
食品化学课件-cha2 水
分子的内部
六、水与双亲分子的相互作用
水作为双亲分子的分散介质 双亲分子
一个分子中同时存在亲水和疏水基团 脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂质、核酸
胶团
双亲分子在水中形成大分子聚集体 分子数从几百到几千
非极性区
极性区
1 2 3
脂肪酸盐
BET
真实单层
构成水：占据大分子溶质内部的特殊位置， 存在于干蛋白质中的水
自由水：宏观流动不受大分子基质的 物理限制
截留水：宏观流动受大分子基质的 物理限制
区Ⅰ的水的性质
最强烈地吸附 最少流动 水－离子或水－偶
极相互作用 在-40℃不结冰 不能作为溶剂 看作固体的一部分 构成水和邻近水 占总水量极小部分
五、水分活度与食品稳定性
0.95-0.91 0.91-0.87 0.87-0.80
不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温 度的Aw
当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品 稳定性而言，水分活度的意义也改变了
四、水分吸着等温线
（一）定义和区
水分吸附等温线 （Moisture sorption isotherms,MSI）
在恒定温度下，使食品吸湿或干燥，所得到 的食品水分含量（每克干物质中水的质量） 与Aw的关系曲线。
疏水相互作用（hydrophobic
interaction）
△G ＜0 热力学有利
R(水合)＋R(水合)
R2(水合)＋H2O
与疏水基团相邻的水的结构
排斥正电荷 吸引负电荷
笼状水合物
“主体”物质—— 水（20～74个水分子） “客体”物质—— 低相对分子质量的化合物
第二章 食品中的水分
不能被微生物所利用
多层水
处于邻近水外围，与邻近水通过氢键缔合在一起的水 特点：有一定厚度（多层），-40℃基本结冰，
弱溶剂能力，可被蒸发
结合水与体相水之间难以作定量的划分，但可定性的区别：
➢ 结合水的量与食品中所含极性物质的量估有比较固定的关系，如100g蛋白质大约可结合50g 的水， 100g淀粉的持水能力在30～40g；
➢ 结合水不能作为可溶性成分的溶剂，即丧失了溶剂能力； ➢ 结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变； ➢ 体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
水对于生命是必需的。
战争之源 “下一场世界大战将是对水资源的争夺”
一、 水在食品中的作用
➢ 溶剂 ➢ 反应物或反应介质 ➢ 浸涨剂 ➢ 传热介质 ➢ 去除食品加工过程中的有害物质 ➢ 生物大分子化合物构象的稳定剂
水对食品的结构、外观、质地、 风味、新鲜度以及腐败变质的敏 感性都有极大的影响，从而也深 刻影响着食品的运销和商品价值。
（3）水分子的缔合
在水分子中，由于两种原子电负性的差别，氢、氧之间的共用电子 对强烈偏向氧原子，使氢原子成为带有部分正电荷，表现出裸质子 的特征；而氧原子则带有部分负电荷，具有吸引质子的能力。
这个半径很小并带有部分正电荷的质子，能与另外一个水分子中带有部分负电荷的氧原子之间产生的 静电引力，这种作用力比共价键弱，比纯水之间的作用力强，称之为“氢键”。
补充知识点4：介电常数
介电常数：溶剂对两个带相反电荷离子间引力的抗力的度量，是溶剂一个重要的性质。
0℃水与0℃冰的物理性质与食品质量关系
➢ 冰的密度比水小，表现出异常的膨胀行为
结果：含水食品在冻结过程中组织结构遭到破坏损伤
食品化学答案整理
食品化学第二章水分1、名词解释：（1）水分活度：指食品的水分蒸汽压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。
（2）水分的吸湿等温线：在恒定温度下，以食品中水分含量为纵坐标，以水分活度为横坐标绘制而成的曲线称为吸附等温线（MSI）。
（3）等温线的滞后现象：一种食物一般有两条吸附等温线。
一条是水分回吸等温线，是食品在吸湿时的吸附等温线；一条是水分解吸等温线，是食品在干燥时的吸附等温线；往往这两条曲线并不完全重叠，在中低水分含量部分张开了一细长的眼孔，把这种现象称为“滞后”现象。
2、问答题（1）水分活度与食品稳定性的关系。
①食品aw与微生物生长的关系：从微生物活动与食物水分活度的关系来看，各类微生物生长都需要一定的水分活度，一般说来：细菌为Aw>0.9；酵母为Aw>0.87；霉菌为Aw>0.8。
②食品aw与酶促反应的关系：一方面影响酶促反应的底物的可移动性，另一方面影响酶的构象。
食品体系中大多数的酶类物质在Aw<0.85 时，活性大幅度降低，如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等。
但也有一些酶例外，如酯酶在Aw为0.3甚至0.1时也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。
③食品aw与非酶化学反应的关系：降低食品的Aw ，可以延缓酶促反应和非酶反应的进行，减少食品营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解。
但Aw过低，则会加速脂肪的氧化酸败,还能引起非酶褐变。
④食品aw与质地的关系：当水分活度从0.2～0.3增加到0.65时，大多数半干或干燥食品的硬度及黏着性增加。
水分活度为0.4～0.5时，肉干的硬度及耐嚼性最大。
（2）水分的吸附等温线的定义，以及3个区段的水分特性。
①在恒定温度下，以食品中水分含量为纵坐标，以水分活度为横坐标绘制而成的曲线称为吸附等温线。
②I区：为化合水和临近水区。
这部分水是食品中与非水物质结合最为紧密的水，为化合水和构成水，吸湿时最先吸入，干燥时最后排除；这部分水不能使干物质膨润，不能作为溶剂，在- 40℃不结冰。
食品化学第2章水分new
吸引负电荷
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四、食品中水的存在状态 非极性物质具有两种特殊的性质： 非极性物质具有两种特殊的性质：
•蛋白质分子产生的疏水相互作用 蛋白质分子产生的疏水相互作用 蛋白质分子产生的疏水相互作用 •和水形成笼形水合物 和水形成笼形水合物 和水形成
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四、食品中水的存在状态 疏水水合
疏水相互作用
& 向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子 向水中添加疏水物质时， 产生斥力， 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， 的氢键键合增强，使得熵减小，此过程称为疏 水水合。 水水合。
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三、水和冰的结构与性质
还有不规则 树枝状、 树枝状、粗 糙球状、 糙球状、易 消失的球晶 冰是水分子通过氢键相互结 的形式存在。 水以分子晶体的形式存在。 等 有序排列形成的低密度、 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。 有一定刚性的六方形晶体结构。 普通冰的晶胞可如图所示： 普通冰的晶胞可如图所示：
食品工艺角度： 食品工艺角度：
水起着膨润、浸透、 水起着膨润、浸透、均匀 化等功能； 化等功能； 大多数食品加工的单元操 大多数食品加工的单元操 都与水有关，如干燥、 作都与水有关，如干燥、 浓缩、 浓缩、冷冻等
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二、水的功能
水 在 食 品 生 物 学
水是维持体温的载温体； 水是维持体温的载温体； 水是体内物质运输的载体； 水是体内物质运输的载体； 水是良好的溶剂； 水是良好的溶剂； 水为必须的生物化学反应
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四、食品中水的存在状态
随着离子种类的变化及所带电荷的不同， 随着离子种类的变化及所带电荷的不同，与水之间的 相互作用也有所差别。大致可以分作两类： 相互作用也有所差别。大致可以分作两类： [1]能阻碍水分子之间网状结构的形成（净结构破坏效 能阻碍水分子之间网状结构的形成（ 能阻碍水分子之间网状结构的形成 ），其溶液的流动性比水大 此类离子一般为负离子和 其溶液的流动性比水大， 应），其溶液的流动性比水大，此类离子一般为负离子和 大的正离子， 大的正离子，如：K+、Rb+、Cs+、NH4+、Cl-、Br-、I-、 NO3–、BrO3-等； [2]有助于水分子网状结构的形成（净结构形成效应）， 有助于水分子网状结构的形成（净结构形成效应）， 有助于水分子网状结构的形成 溶液的流动性小于水，此类离子一般为离子半径小 离子半径小、 溶液的流动性小于水，此类离子一般为离子半径小、电场 强度大或多价离子， 强度大或多价离子，如：Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Ba2+、 Mg2+、Al3+、OH-等。
食品化学第2章 水分
食品化学第2章水分一、名词解释（1）、食品化学（2）、水分活度二、判断题（1）、在温差相等的情况下，生物组织的冷冻速率比解冻速率更快的原因是冰的热扩散速率比水的大。
（）（2）、当水含量一定是，水分活度与温度呈反比的关系。
（）（3）、因为降低食品的水分活度可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少食品营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解，因此在食品保鲜过程中要尽可能将食品的水分活度降到最低。
（）三、填空题（1）、在水与非极性物质的相互作用中，水对于非极性物质产生的结构形成响应，其中重要的两个结果是和。
（2）、在水的滞后现象中，一般来说，当水分活度的值一定时，解吸过程中食品的水分含量回吸过程中的水分含量。
（3）、不同的食品具有不同的水分吸附等温线，但吸附等温线主要有两种形态。
其中大多数食品的水分吸附等温线呈，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以及多聚物含量不高的食品的水分吸附等温线为。
四、解答题（1）、简述现代冻藏工艺中提倡速冻的原因。
（2）、许多食品的水分吸附等温线都表现出滞后现象，而对于吸附滞后现象的确切解释却还未形成，但请简述滞后现象产生的大致原因。
参考答案一、（1）P2食品化学是利用化学的理论和方法研究食品本质的一门科学，即从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养素和安全性质以及它们在生产、加工、储藏和运销过程中的变化以及其对食品品质和安全性的影响。
（2）P23水分活度是指食品中水的蒸汽压与同温下纯水的饱和蒸汽压的比值。
二、（1）√ P13（2）× P24 公式（2-4）（3）× P32 注意当食品的水分活度过低时，会加速脂肪的氧化酸败。
因此在食品保质过程中最好是将食品的水分活度保持在结合水范围内。
三、（1）P20 笼形水合物的形成蛋白质中的疏水相互作用（2）P28 大于（3）P27 S形 J形四、（1）P16 因为在该工艺下形成的冰晶颗粒数目多且细小，使食品组织更小程度的受到破坏，此外，冻结时间缩短使微生物活动受到更大限制，因而食品品质更好。
食品化学习题集及答案
⾷品化学习题集及答案第⼆章⽔分⼀、名词解释1.结合⽔：是指存在于⾷品中的⾮⽔成分与⽔通过氢键结合的⽔。
2.⾃由⽔：是指⾷品中没有被⾮⽔物质化学结合的⽔。
3.⽑细管⽔：是指在⽣物组织的细胞间隙和制成⾷品的结果组织中，还存在着⼀种由于天然形成的⽑细管⽽保留的⽔分。
4.⽔分活度：是指在⼀定温度下，⾷品⽔的蒸汽压与纯⽔的饱和蒸⽓压的⽐值。
5.滞后现象：6.吸湿等温线：是指在恒定温度下，以⾷品的含⽔量为纵坐标，以其⽔分活度为横坐标绘制形成的曲线称为⽔分西施等温线。
7.单分⼦层⽔：8.疏⽔相互作⽤⼆、填空题1. ⾷品中的⽔是以结合⽔、邻近⽔、构成⽔、多层⽔、不移动⽔、⽑细管⽔、⾃由流动⽔等状态存在的。
2. ⽔在⾷品中的存在形式主要有⾃由⽔和结合⽔两种形式。
3. ⽔分⼦之间是通过氢键相互缔合的。
4. ⾷品中的结合⽔不能为微⽣物利⽤。
5. ⾷品中⽔的蒸汽压p与纯⽔蒸汽压p0的⽐值称之为⽔分活度，即⾷品中⽔分的有效浓度。
6. 每个⽔分⼦最多能够与4个⽔分⼦通过氢键结合，每个⽔分⼦在3维空间有相等数⽬的氢键给体和受体。
7. 由化学键联系着的⽔⼀般称为结合⽔，以⽑细⾎管⼒联系着的⽔⼀般称为⾃由⽔。
8．在⼀定温度下，使⾷品吸湿或⼲燥，得到的⽔分含量与⽔分活度的关系曲线称为⽔分等温吸湿线。
9. 温度在冰点以上，⾷品的组成、影响其Aw；温度在冰点以下，温度、湿度影响⾷品的Aw。
10. 回吸和解吸等温线不重合，把这种现象称为滞后现象。
11、在⼀定A W时，⾷品的解吸过程⼀般⽐回吸过程时⽔分含量更⾼。
12、⾷品中⽔结冰时，将出现两个⾮常不利的后果，即___膨胀效应_________和_____浓缩效应_______。
14、单分⼦层⽔是指__结合⽔和邻近⽔、_____，其意义在于_可准确地预测⼲制品最⼤稳定性时的最⼤⽔分含量_____。
15、结合⽔主要性质为：①在-40度下不结冰②不能作为溶质的溶剂③不能被微⽣物利⽤④不易发⽣增减变化。
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食品化学第2章水分
一、名词解释
（1）、食品化学（2）、水分活度
二、判断题
（1）、在温差相等的情况下，生物组织的冷冻速率比解冻速率更快的原因是冰的热扩散速率比水的大。
（）
（2）、当水含量一定是，水分活度与温度呈反比的关系。
（）
（3）、因为降低食品的水分活度可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少食品营养成分的破坏，防止水溶性色素的分解，因此在食品保鲜过程中要尽可能将食品的水分活度降到最低。
（）
三、填空题
（1）、在水与非极性物质的相互作用中，水对于非极性物质产生的结构形成响应，其中重要的两个结果是和。
（2）、在水的滞后现象中，一般来说，当水分活度的值一定时，解吸过程中食品的水分含量回吸过程中的水分含量。
（3）、不同的食品具有不同的水分吸附等温线，但吸附等温线主要有两种形态。
其中大多数食品的水分吸附等温线呈，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以及多聚物含量不高的食品的水分吸附等温线为。
四、解答题
（1）、简述现代冻藏工艺中提倡速冻的原因。
（2）、许多食品的水分吸附等温线都表现出滞后现象，而对于吸附滞后现象的确切解释却还未形成，但请简述滞后现象产生的大致原因。
参考答案
一、（1）P2食品化学是利用化学的理论和方法研究食品本质的一门科学，即从
化学角度和分子水平上研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养素和安全性质以及它们在生产、加工、储藏和运销过程中的变化以及其对食品品质和安全性的影响。
（2）P23水分活度是指食品中水的蒸汽压与同温下纯水的饱和蒸汽压的比值。
二、（1）√ P13
（2）× P24 公式（2-4）
（3）× P32 注意当食品的水分活度过低时，会加速脂肪的氧化酸败。
因此在食品保质过程中最好是将食品的水分活度保持在结合水范围内。
三、（1）P20 笼形水合物的形成蛋白质中的疏水相互作用
（2）P28 大于
（3）P27 S形 J形
四、（1）P16 因为在该工艺下形成的冰晶颗粒数目多且细小，使食品组织更小
程度的受到破坏，此外，冻结时间缩短使微生物活动受到更大限制，因而食品品质更好。
（2）P28 原因：①食品解吸过程中的一些吸水部位与非水组分作用而无法释放出水分。
②食品不规则形状而产生的毛细现象，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压。
③解吸是将使食品组织发生变化，当在吸水时就无法紧密结合水分，由此导致较高的水分活度。