食品化学 第二章 水PPT课件

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
4
二、冰和水的结构
1、冰的结构
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。
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
16
第二章 水
17
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。
18
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
2
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。
应用aw =ERH%时 必须注意:
① aw 是样品的内在品质,而ERH是 与样品中的水蒸气平衡是大气性质
②仅当食品与其环境达到平衡时才 能应用
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。
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）
第二章 水
15
（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。
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ห้องสมุดไป่ตู้ 水
9
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。
第二章 水
8
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。
第二章 水
21
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：
第二章 水
22
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.
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
14
疏水相互作用( Hydrophobic interaction)示意图
（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。
第二章 水
10
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）。
第二章 水
6
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
第二章 水
7
（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）。