食品化学第1章--水分

Hydrogen Bond
The bond is formed due to the affinity of electro-positive hydrogen atoms for electro-negative atoms such as O. Binding energy of hydrogen bond is about 10% of covalent bond.
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• colloid [英] [ˈkɔlɔid] [美] [ˈkɑlˌɔɪd] 胶体(的) • hydration [英] [haiˈdreiʃən]水合,水合作用
构像(conformation)指一个分子中，不改变共价键结构, 仅单键周围的原子放置所产生的空间排布.一种构像改变为 另一种构像时,不要求共价键的断裂和重新形成.
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Questions
❖ types of water
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为防止水的活跃造成食品腐败，可以采取：
• 干燥、浓缩 • 脱水 • 冷冻
合。
水的主要物理特性：
a.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 Se）高得多。2H 、S 2H、 （ 4CH、HF、3 NH
b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，
表现出异常的膨胀行为，这会使得含水食 品在冻结过程中组织结构遭到破坏。
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（三）冰的结构（P11图1-3）
2. The high dielectric constant of water (80x that of vacuum) diminishes the effectiveness of attractive forces that tend to hold the solute molecules together.
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食品中水的类型（Types 第二节 （
划分依据：水在食品中所处状态的不同以及与非 。（水组分结合强弱的不同（degree of water bindness
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化合水
定义:与非水物质呈紧密结合状态的水； 特点:非’必要的组分，-40℃不结冰，
食结
无溶剂能力，不能被微生物利用；
单分
品 中
合 水 单层水
定义:处非’外围，与非’呈缔合状态的水； 特点:-40℃不结冰，无溶剂能力，不能被微
生物利用；
子层 水
水
定义:处单层水外围，与单’以氢键或偶极力结合；
的
多层水 特点:有一定厚度（多层），-40℃基本不结冰，无溶
存
剂能力，可被蒸发；
在
滞化水
定义:被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留； 特点:不能自由流动，与非’没关系；
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冰是水分子通过氢 键相互结合、有序排 列形成的低密度、具 有一定刚性的立方形 晶体结构。
在冰的晶体结构中， 每个水和另外4个水分 子相互缔合。
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➢ 水利用其自身的每个分子都能通过H键与相
邻4个分子缔合的能力。在00C以下时，生成 结构相当开阔的冰的晶体。
Questions
❖ what is the most important nutrient?
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Water Functions
WATER
Important component of food. 1. Universal solvent (salt, vitamins, sugar, gases, pigment)
乘积。偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向，其方向是从 正极到负极。
（二）水分子的缔合
（P10图1-2）
配位数
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➢ 每个水分子都有2个H键供体和受体部位，
众多的水分子便通过H键缔合成三维取向的 立体结构
➢ 每个水分子最多能与其他4个水分子H键，
形成四面体结构
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➢单分子层水（Monolayer water）
与非水组分中强极性基团（-COOH、-NH2等） 直接以氢键结合的第一个水分子层中的水。
1、与非水组分结合最牢固，蒸发能力很弱； 2、不能被微生物利用，不能作为介质。
Monolayer Water is bound in food - restricted in its movement due to charges, hydrogen bond, physical entrapment. Hard to remove from food. Never be able to remove water completely 。
向吸引电子能力较强的原子一方，因而吸引电子能力较弱的原子一方相对
的显正电性）；有的分子正、负电荷中心重合，不产生偶极， 称为非极性分子。
2.范德华半径 在分子晶体中，分子之间以范德华力相互接近，这时非
键的两个同种原子核间距离的一半，称为范德华半径。
3.偶极矩 衡量分子极性的大小，德拜（Debye）在1912年提出： 分子中电荷中心上的电荷量与正、负电荷中心间距离的
核桃热水去皮除苦、鲜黄花菜
2. Capable of ionizing (H3O+, OH-) 3. Affects the texture 4. Chemical reactions (hydrolysis of protein = n amino acids) 5. Stabilizing the colloids by hydration，生物大分子构像的稳定剂 6. Necessary for micro-organisms growth
Free or Mobile Water - consisted with ideal solution(理想溶液) .
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二、结合水（束缚水）(Bound water, Immobilized water)
食品中与各非水组分以氢键结合的水，与非水组分结 合最为牢固。不能作为溶剂，-400C下不能结冰。
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单层值（BET）的意义
单分子层水，其量为单层值（Brunauer, Emmett and Teller BET）:一般食品（尤为干燥食品），其水% 接近单层值时，有最大的稳定性。确定某种食品的 单层值对其保藏非常重要。
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BET Monolayer Determination（BET单层值的计算）
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THE EFFECTS OF HYDROGEN BONDS OF WATER
Compounds
MW
H2S
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H2O
18
CH416Fra bibliotekMP(C) -86 0
-184
BP(C) -16 100 -164
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氨分子有三个H给体一个H受体； 氟化氢有一个H给体三个H受体（F原子上有三对孤对电子， H原子核与另一个HF分子中F原子的某一孤对电子之间形成氢键） 所以NH3、HF分子在固、液甚至气态时都以锯齿形链相聚
※补充
• 氢原子失去ls电子就成为H+，H+实际上是氢原子的核,即质子。 由于质子的半径为氢原子半径的几万分之一，因此质子具有很强 的电场，能使邻近的原子或分子强烈地变形。H+在水溶液中与 H2O结合，以水合氢离子(H3O+)存在。
• stabilizing [英] [ˈsteibəˌlaiziŋ]
形 式
游 离
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:理化性质同滞化水相同；
水 自由
定义:以游离态存在的水；
流动水 特点:可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用。
（一、游离水（Free water）或体相水（Bulk water
食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留的水。主要 存在于富水的细胞中或凝胶块中，属自由水。 1、可作为溶剂，-400C下可结冰； 2、与食品的风味、硬度和韧性有关。
3. Hydration of the solute by a chemical complex such as the “hydrogen bond”
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※补充
吸引；亲和性
<美] [əˈfɪnɪti] <化] affinity [英] [əˈfɪnɪti:]
covalent [英] [kəuˈveilənt]共有原子价的,共价的
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➢现代食品冷藏技术中提倡速冻，因为形 成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且 微生物活动受到更大限制，从而保证了 食品品质。
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（四）液态水的结构
液态水中的水分子通过氢键缔合形成水分 子簇。此水分子簇具有与冰晶类似的结构，但 有些氢键已断裂或被扭曲。随着温度的升高， 液态水中出现了越来越多单个的水分子，它们 可以进入水分子簇内似冰结构的空隙中。因此， 液态水的密度比冰大。
H-bond strength = 10 Kcal/mol.
H+d O-d
H+d
H+d O-d
H+d H+d
O-d
O-d
H+d H+d
H+d
Water is a good dissolving solvent - Why?
1. Physical action of dispersion of solute molecule due to the highactivity of water molecules at the surface of the solute.
➢ 冰晶的最小单位是冰晶胞。每个晶胞中含4
个水分子。
➢ 冰有11种结构，在常压和00C时，只有普通
正六方晶系是稳定的。大多数冷冻食品中的 冰晶体是高度有序的六方形结构。
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➢过冷现象：纯水在冷冻时，尽管冰点是 0℃，但常不在0℃结冰，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（其他方法？ 加入晶核， 如固体颗粒，或振动）。
MW: Molecular Weight
MP(C): Melting Point
BP(C): Boiling Point solute [英] [ˈsɔlju:t]溶解物,溶质
dielectric constant: 【介电常数permittivity 】又称为“电容率”或“相对电 容率”在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空 时电容的比值称为该物质的“介电常数”。
浸透作用等。
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第一节 水与冰的结构（Struture）
（一）水分子的结构
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单个水分子的结构:
水分子中，H原 子与O原子形成2个 σ共价键。
※补充
1.分子的极性 分子中正、负电荷中心不重合，正电荷集中的点为“+”
极，负电荷集中的点为“”极，这样分子产生了偶极，称 为极性分子（由于两个原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏
属性的影响 。
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[重点难点] 重点：食品的冻结保藏； 难点：吸湿等温线。
[基本内容] 1、食品中水的类型； 2、水分活度及其与食品稳定性的关系； 3、吸湿等温线； 4、食品的冻结保藏。
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从物化方面来看，水可分散蛋白质和淀 粉，使它们形成溶胶或溶液；从化学方面来 看，水对食品的新鲜程度、外观、质地、风 味、保藏性和腐败变质的敏感性产生极大的 影响；在食品加工过程中，水可发挥膨润和
复水、解冻 且易腐败
食品很难回复到以前的状态， 对水、冰的研究很有必要
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第二章 水分 （Water或Moisture）
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[目的要求]
1、了解食品中水的类型； 2、掌握Aw及其与食品稳定性的关系； 3、了解MSI分区及与食品中水分类型的对应关系； 4、掌握水结冰的过程并解释速冻和缓冻对食品质量
D=The Capacity of Condenser of a Material/The Capacity of Condenser of Vacuum Condition
电介质经常是绝缘体,蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质， 其相对介电常数约为80。
poly-、mono-、divacuum [英] [ˈvækjuəm]