食品化学 第二章 水PPT课件
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食品化学-第二章-水分PPT课件
2021/2/4
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近似相等
疏水水合ΔG>0 疏水相互作用
ΔG<0
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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 水-有机分子上的带电基团
较大 （离子水合作用）
偶极-偶极
水-蛋白质NH 水-蛋白质CO 水-侧链OH
水＋R→R（水合的）
偶极-疏水性物 R（水合的）＋R（水合的）→R2
水分子簇所 密 0在以 度-33，增..99在加88这，℃℃个在以：范3上缔产高溶.高9围：合三生了剂8的内维水程℃了水性沸氢，分度时多的，相点键随子起，变分介可、网温热之决熔密子电以络等点度间定度偶 常 促中。、升的作最的极 数 进热高每距用大， ， 电容一，离，；有 所 解和个效 以 质水地 具 电分提 有 离子。 水分子是占 降可主 低导。移地动位，密度是个因又可氢此移键水随动，具温的同有度，时流的它形动升们成性高快新，速的黏而地氢度切键较断网低一，。
水＋R→R（水合的） R（水合的）＋R（水合的）
→R2（水合的）＋水
作用强度 （与水-水氢键比）
较大
近似相等
疏水水合ΔG>0 疏水相互作用ΔG<0
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3、水与非极性物质的相互作用
类型 偶极-离子 偶极-偶极
实例
水-游离离子 水-有机分子上的带电基团
水-蛋白质NH 水-蛋白质CO 水-侧链OH
净结构破坏效应：离子一般为低价离子，离子半径
较大，这些离子能阻碍水形成网络结构，因此这种溶液 比纯水的流动性要大。
K+、Rb+ 、 CI-
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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。
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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
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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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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。
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• 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.
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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。
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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》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
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（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
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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
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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
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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
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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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
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C
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D
第二章 水
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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
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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
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食品中不同状态水的性质比较
第二章 水
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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 水
3
2. 水分子的缔合作用
图中：○氧原子；●氢原子；━σ键；┄氢键
左图表示水分子可
通过氢键作用与另4个 水分子配位结合形成正
四面体结构。水分子氧 原子上2个未配对的电 子与其他2分子水上氢 形成氢键，水分子上2 个氢与另外2个水分子 上氧形成氢键。
第二章 水
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二、冰和水的结构
1、冰的结构
在生物物质中最典型的就是，在暴露的蛋白质疏水 基团的周围存在有笼状结构。
第二章 水
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第二章 水
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3、水与双亲分子的相互作用
第二章 水
（1）~（3）双 亲脂肪酸盐的 各结构，（4） 双亲分子的一 般结构，（5） 双亲分子在水 中形成的胶团 结构。
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二、食品中水分存在状态
1、结合水
（1）、化合水 （2）、邻近水 （3）、多层水
第二章 水
1
第2章 水
了解食品中水分的意义
本
水分活度
章
主
水与溶质的相互作用
要
内
容
水分活度与食品的稳定性
分子流动性和食品稳定性
第二章 水
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第一节 水和冰的物理特性
一、水分子
1. 水分子
H
H
由上图可知：水分子中氧的6个价电子参与杂化，形成4 个SP3杂化轨道，有近似四面体的结构，其中2个杂化轨道与 2个氢原子结合成两个σ共价键，另2个杂化轨道呈未键合电 子对。
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。
（A）
（B）
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（2）笼状水合物(Clathrate hydrates)
笼状水合物是水对一种非极性物质的响应，通过 氢键键合形成一处象笼子那样的结构。此结构中，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。
疏水水合作用的结果是促进了非极性物质之间的缔合
，从而减少水与非极物质的界面面积，这是一个热力学上有 利的过程（△G<0），此过程称为疏水相互作用（ Hydrophobic interaction）。
R（水合）+ R（水合）→ R2（水合）+H2O
R为非极第性二基章团水
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疏水相互作用( Hydrophobic interaction)示意图
第二章 水
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第二节 食品中水的存在状态
一、 水与溶质的相互作用 1、水与离子基团的相互作用
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（1）溶质对水结构的影响
Net structure-breaking effect
在稀水溶液中一些离子具有净结构破坏效应（Net structure-breaking effect), 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（此时溶液具有比纯水较好的流动性）。
（3）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。
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在生物大分子的两个部位或两个大分子之间，由于存在有可产生氢
键作用的基团，于是在生物大分子之间可形成由几个水分子所构成的“水 桥”。下图表示水与蛋白质分子中的两种功能团之间形成的氢键（A）、 木瓜蛋白酶（B）、核糖核酸酶中肽链之间由水分子构成的水桥（C）及 血红素结构中的水桥（D）。
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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（此时溶液具有比纯水较差的流
动性）。
（2）如何判断离子对水结构的影响？
湿基表示：水分占含水食 品总质量的百分数。
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2、水分活度（aw）
水分活度的定义可用下式表示：
式中p为某种食品在密闭容器中达到平衡状态 时的水蒸汽分压；
po为在同一温度下纯水的饱和蒸汽压。
在数值上，食品水分活度等同于空气的平衡相 对湿度：
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注意事项
水分活度的物理意义是表征生物组织和食品中能参 与各种生理作用的水分含量与总含水量的定量关系.
离子半径小的离子和/或多价离子产生强电 场，产生净结构形成效应 ；离子半径大的离子
和/或单价离子产生弱电场，产生净结构破坏效 应。
第二章 水
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2、水与有氢键键合能力的中性基团的相互作用
（1）水与非离子、亲水性溶质之间的相互作用 弱于水与离子的相互作用。
（2）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。