食品化学 水和冰的结构
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
第一讲水对食品品质的影响解析
第一讲
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
2.2.3 水、冰的物理特性及与食品质量关系 水是一种特殊的溶剂，其物理性质和热行为
有与其它溶剂显著不同的方面：
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高得 多。如甲烷的b.p：-162℃ ，m.p：-183℃ ， 而水在0.1MPa下b.p：100℃ ，m.p：0℃ ；这 些特性将对食品加工中的冷冻和干燥过程产 生很大的影响；
SP3
O
H H 104.50
1.84D
2.2.2 水分子的缔合与水的三态
由于水分子的极性及两种组成原子的电负性差别， 导致水分子之间可以通过形成氢键而呈现缔合状态：
O
H
H
O
H
HO
H
H
第一讲
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
由于每个水分子上有四个形成氢键的位点，因此每 个水分子的可以通过氢键结合4个水分子。
会
更
精
彩
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研究生 课程
《高 级 食 品 化 学》
主 讲 人：刘延奇 所在单位：食品与生物工程学院 日 期：2011.06.01
第 第一讲 水 分
一 讲
2.1 概述 2.2 水、冰的结构
水
2.3 水与非水组分之间的相互作用
2.4 水分活度
分
2.5 水与食品的稳定性
第一讲
水 与 溶 质 的 相 互 作 用
2.3.1.3 与非极性物质的相互作用 非极性的分子通常包括烃类、脂类、甾萜类等，
通过化学的手段也可在一些含极性基团的分子 （如蛋白质等）中引入非极性部分（基团）。当 水中存在非极性物质，即疏水性物质时，由于它 们与水分子产生斥力，可以导致疏水分子附近的 水分子之间的氢键键合增强。由于在这些不相容 的非极性实体邻近的水形成了特殊的结构，使得 熵下降，此过程称为疏水水合作用。
食品化学：第二章 水和冰
4.食品中水分存在形式-2（P13）
结合水分类：构成水、邻近水和多层水
➢ 构成水(constitutional water)：结合最强的水， 已成为非水物质的一部分
➢ 邻近水(vicinal water)：占据着非水成分大多数亲 水基团的第一层位置
➢ 多层水(multilayer water)：占有第一层中剩下的 位置以及邻近水外侧的几层
水分吸附等温线（吸湿等温线）
➢ 在等温条件下，以食品含水量为纵坐标、以Aw为横 坐标作图。
➢ 不同食品，因其化学组成和组织结构不同，对水束 缚能力不一样，有不同的吸湿等温线，但都为S型。
7.食品中水分变化过程：水分吸附等温线-2
水分吸附等温线的意义：
➢ 表示食品的Aw与含水量对应关系； ➢ 浓缩、干燥等除去水的难易程度与Aw有关； ➢ 配制食品混合应注意水在配料间的转移； ➢ 测定包装材料的阻湿性质； ➢ 测定一定水分含量与微生物生长的关系； ➢ 预测食品稳定性与水分含量的关系。
➢ 冰点测定法：
✓ 先测定样品的冰点降低和含水量，利用 ✓ Aw = n1/(n1+n2) ；n2 = (G∆Tf ) /1860 ✓ G：样品中溶剂的量(g)；∆Tf：冰点降低(℃)
6.水对食品稳定性的影响：水分活度-10
冷冻食品中Aw的测定：
➢ 冷冻食品中，水的蒸汽压与同一温度下冰的蒸汽压 相等，能准确计算冷冻食品水Aw；
➢ Aw与非酶褐变
✓ Aw < 0.2 ： V 最小，褐变难于发生 ✓ Aw < 0.6 ： V 升高 ✓ Aw > 0.7 ： V 降低（因为水稀释了反应物浓度） ✓ Aw 0.6-0.7 ：V 最大（羰氨反应达到最大值）
➢ Aw与脂肪的氧化
食品化学_水分
第一章 水分
水和冰的结构 水和溶质的相互作用 食品中水的存在状态 水分活度与食品稳定性 等温吸湿曲线及其应用
主要内容
食品中水的存在
水和冰的结构与性质 水和溶质的相互作用 食品中水的存在状态 水分活度与食品稳定性 等温吸湿曲线及其应用 冻结与食品稳定性
1.1 食品中的水
肉类含水量在
70%左右。
水分含量与食品特性 4
面包和馒头含
水量在40%左 右。
水分含量与食品特性 5
米和面含水量
在12%左右。
水分含量与食品特性 6
饼干、糖果、
奶粉等食品的 含水量在8% 以下。
1.2 水的特性
水的物理性质和其他小分子有显著差异。
高熔点 高沸点 高热容量 高相变热 高表面张力 高介电常数 结冰时体积增大
毛细水
流动水
自由水
自由水
水分活度和水分含量
图：不同食品的等温吸湿曲线
等温吸湿曲线因食品 不同而性状各异。但 只有低水分食品才看 得出曲线的形状。
图：不同温度的等温吸湿曲线
因为水分活度随着
温度而变化，等温 吸湿曲线也随温度 变化。
等温吸湿曲线中的滞后效应
等温吸湿曲线可以用两种方法绘制：
水首先冷却成为过冷状态，然后围绕晶核结
冰，冰晶不断长大。快速冻结可以形成较多 晶核和较小冰晶，有利保持食品品质。
3 水和溶质的相互作用
纯水以氢键结合成连续结构，而如果在水中
加入其他物质，水的原有结构将受到打扰， 发生水-溶质相互作用。
其中包括几种情况：
离子与水的相互作用 亲水极性化合物与水的相互作用 疏水物质与水的相互作用
食品化学知识点
食品化学知识点第一章水1、在冷冻食品中存在4中主要的冰晶体结构：六方形、不规则树枝状、粗糙的球形和易消失的球晶以及各种中间状态的晶体。
2、冰的特性—过冷A】食品中水的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。
3、【水分活度W4、水在食品中以游离水和结合水两种状态存在的。
5、结合水的特性：①在-40℃不会结冰；②不能作为所加入溶质的溶剂；③在质子核磁共振试验中使氢的谱线变宽。
6、各种有机分子与水之间的作用以氢键为主要方式。
7、【吸湿等温线(MSI)】在恒定温度下，食品的水分含量与它的水分活度之间的关系图。
8、吸湿等温线：Ⅰ区：水的主要形式是化合水。
Ⅰ区和Ⅱ区分界线之间：水的主要形式是化合水和单层水。
Ⅱ区：水的主要形式是化合水+单层水+多层水。
Ⅱ区和Ⅲ区分界线之间：出现游离水。
Ⅲ区：游离水。
9、滞后现象：理论上二者应该一致，但实际二者之间有一个滞后现象，形成滞后环。
在一定时，食品的解吸过程一般比回吸过程时含水量更高。
【简答】10、简述水分活度与食品保存性的关系。
(一)、水分活度与微生物生长的关系：不同类群微生物生长繁殖的W A 最低范围是：大多数细菌为0.94~0.99，大多数霉菌为0.80~0.94，大多数耐盐细菌为0.75，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.60~0.65。
在低于0.60时。
绝大多数微生物就无法生长。
细菌形成芽孢时的W A 阈值比繁殖生长时要高。
(二)、水分活度与酶水解的关系：当降低到0.25~0.30的范围，就能有效地减慢或阻止酶促褐变的进行。
(三)、水分活度与化学反应的关系：① 大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行。
降低水分活度，食品中许多化学反应受到抑制，反应速率下降。
② 发生离子化学反应的条件是反应物首先必须进行离子的水合作用，所以要有足够的游离水。
③ 化学反应和生物反应都必须有水分子参与。
降低水分活度，减少了参加反应的水的有效数量，反应速率下降。
④ 当W A ＜0.8时，大多数酶活力受抑制；当W A 在0.25~0.30之间时，淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶就会丧失活力或受到强烈的抑制。
固态冰的立体结构
固态冰的结构与其分子的排列方式有关，冰的基本结构是由水分子（H₂O）构成的。
在冰的结构中，水分子通过氢键形成稳定的晶格，这导致冰在低温下凝固成为固态。
普通冰的结构：
1. 冰的分子结构：水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的。
在普通冰中，水分子呈六角形的环状结构排列。
2. 氢键：水分子之间通过氢键相互连接。
每个水分子通过氢键与其他四个水分子相连，形成一个均匀的晶格。
3. 晶格形状：水分子的六角形排列形成冰的晶格结构。
这种六角形排列的晶格结构使得冰的结构相对有序，而这也是冰在固态时呈现出透明和结晶质感的原因。
4. 密度增加：当水冷却至冰点以下，水分子的热运动减缓，氢键的形成使得水分子更加有序。
这导致水的密度增加，使得固态冰比液态水密度更大。
需要注意的是，虽然普通冰是最常见的冰相，但还存在其他形态的冰，例如压力下形成的冰₂、冰₂等，它们具有不同的晶体结构。
这些冰的结构差异通常是由于不同的温度和压力条件下，水分子之间的相互作用发生变化。
水和冰的结构
体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
水和冰的结构
▪ 水分子由2个氢原子与 1个氧原子所组成。
▪ 水分子的结构见右图
冰的结构和性质
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 性的六方形晶体结构。普通冰的晶胞和基础平面可如下图所示：
水分吸湿等温线在食品加工中的作用
▪ 看出食品的浓缩与脱水何时较难，何时较 易．
▪ 预测食品保持多大的含水量时方才稳定， ▪ 直接看出不同食品中非水成分与水结合能力
的强弱．
吸湿等温线的测定方法
测定方法：在恒定温度下，改变食品中的水分 含量，测定相应的活度，以水分含量为纵轴、 Aw为横轴画出曲线。
滞后现象
水
▪ 食品的含水量直接影响到食品的贮藏性能和消费者 接受程度。
▪ 食品的含水量和水在食品中的存在形式，是直接引 起食品化学和微生物变质的原因之一。
▪ 食品的含水量直接影响食品的加工工艺和贮藏性能。 ▪ 水分含量的检测是食品分析的重要指标之一。
食品 中水 的存 在形 式
结合水
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； 单分子层
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；
水，0.5%
特点：-40度不结冰，无溶剂能力，不
能被微生物利用；
定义：处于邻近水外极力结合的水；
5%
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；
自由水
水分活度对微生物的影响
▪ 当食品的水分活度降低到一定的限度以下时， 就会抑制要求水分活度阈值高于此值的微生 物的生长、繁殖或产生毒素，使食品加工和 贮藏得以顺利进行。当然发酵技术中要求所 用微生物能正常快速增殖，此时则要给予合 适的、必要高的水分活度；另外，利用水分 活度控制食品质量或加工工艺时还要考虑pH、 营养成分、氧气等因素对于微生物的影响。
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
食品化学 水和冰的结构
晶体形态：冰晶体有多种形态如冰晶、雪花、冰柱等其分子排列方式略有不同。 温度影响：随着温度的降低冰晶体中的水分子排列会更加有序形成更稳定的晶体结构。
密度：冰晶体的密 度比水小约为 0.917g/cm^3
稳定性：冰晶体在 常温下不稳定容易 融化
水的pH值：中性 约为7.0
水的酸碱性：既不 是酸性也不是碱性 属于中性物质
水的酸碱性质：与 酸碱反应可以中和 酸或碱
水的酸碱性质：在 化学实验中常用作 溶剂或反应介质
水可以参与氧化还原反应如 氢氧化反应、酸碱反应等
水是一种弱氧化剂可以氧化 某些金属和某些非金属
水可以参与光解反应如光解 水生成氢气和氧气
水是生命之源人体70%以上是水 水有助于维持体温调节身体机能 水有助于消化促进新陈代谢 水有助于排毒保持身体健康
制冷：冰块用于 食品、药品等物 品的冷藏和冷冻
空气净化：冰块 用于吸附空气中 的尘埃和异味
节能：冰块用于 建筑物的隔热和 保温降低能耗
环保：冰块用于处 理工业废水和废气 减少环境污染
溶解：水在工业生 产中用于溶解各种 化学物质如制药、 化工等
润滑：水在工业生 产中用于润滑设备 如机械加工、金属 加工等
冰块：用于饮料、 酒水等饮品的冷 却和装饰
冰激凌：制作各种 口味的冰激凌口感 细腻深受消费者喜 爱
冰雕：用于宴会、 展览等场合的装 饰和展示
冷冻食品：用于食 品的保鲜和运输延 长食品的保质期
水是一种弱电解质可以电离出氢离子和氢氧根离子 水可以参与酸碱反应如与酸反应生成盐和水 水可以参与氧化还原反应如与氧气反应生成氢气和氧气 水可以参与配位反应如与金属离子形成配合物
食品化学--水分课件
• 单分子层水 3、多层水——处于第一层的剩余位置的水和在邻近水
的外层形成的几个水层，主要结合力是水-水、水溶质氢键
24
自由水
1、滞化水——被组织中的显微和亚显微结构与膜所 阻留住的水
12
三、食品中水的存在状态
• 水与溶质的相互作用： 1、水与离子和离子基团 2、水与具有氢键键合能力的中性基团 3、水与非极性物质
13
1、水与离子和离子基团
邻近NaCl的水分子的可能排列方式
离子水合作用
O O
Na+
O O
O O
ClO
O
14
离子对水结构的影响
• 极化力——电荷除以半径 • 1、极化力小的离子增加水的流动性，
• 为什么3.98 ℃时水的密度最大？
9
冰晶的基本结构
• 低密度的刚性 结构，基本结 构为晶胞（右 图）
• O—O核间最近的距 离为0.276nm
• O—O—O键约为
109°
10
冰晶的六方形结构
四面体亚结构
0.452nm
11
冰晶的形成
• 纯水在0 ℃时一定会结冰吗？ • 晶核的形成，过冷温度 • 冷冻食品时为什么要速冻？
22
three
食品中水的存在状态
1、 结合水——指存在于溶质或其他非水组 分附近的、与溶质分子之间通过化学键的 力结合的那部分水，分为化合水、邻近水 和多层水
2、自由水——指没有被非水物质化学结合 的水，又分为滞化水、毛细管水和自由流 动水
23
结合水
食品化学复习资料
绪论1：食品化学：是一门研究食品中的化学变化与食品质量相关性的科学。
2：食品质量属性（特征指标）：色、香、味、质构、营养、安全。
第一章：水一：名词解释1：AW：指食品中水分存在的状态，即水分与食品结合程度（游离程度）。
AW=f/fo (f,fo 分别为食品中水的逸度、相同条件下纯水的逸度。
)2：相对平衡湿度（ERH）: 不会导致湿气交换的周围大气中的相对湿度。
3：过冷现象：由于无晶核存在，液体水温度降到冰点以下仍不析出固体。
4：异相成核：指高分子被吸附在固体杂质表面或溶体中存在的未破坏的晶种表面而形成晶核的过程（在过冷溶液中加入晶核，在这些晶核的周围逐渐形成长大的结晶，这种现象称为异相成核。
）5：吸湿等温线（MSI）：在一定温度条件下用来联系食品的含水量（用每单位干物质的含水量表示）与其水活度的图6：解吸等温线：指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。
7：单层值（BET）：单分子层水，量为BET，一般食品（尤为干燥食品）的水分百分含量接近BET时，有最大稳定性，确定某种食品的BET对保藏很重要。
8：滞后环：是退汞曲线和重新注入汞曲线所形成的圈闭线。
它反映了孔隙介质的润湿及结构特性。
9：滞后现象：MSI的制作有两种方法，即采用回吸或解吸的方法绘制的MSI，同一食品按这两种方法制作的MSI图形并不一致，不互相重叠，这种现象称为滞后现象。
二：简述题1：食品中水划分的依据、类型和特点。
答：以水和食品中非水成分的作用情况来划分，分为游离水（滞化水、毛细管水和自由流动水）和结合水【化合水和吸附水（单层水+多层水）】。
结合水：流动性差，在-40℃不会结冰，不能作为溶剂。
游离水：流动性强，在-40℃可结冰，能作为溶剂。
2：冰与水结构的区别答：水：由两个氢原子的s的轨道与一个氧原子的两个sp3杂化轨道形成两个σ共价键。
冰：由水分子构成的非常“疏松”的大而长的刚性结构，相比液态水则是一种短而有序的结构。
食品化学 水 教案
图：冰的立体结构模型
表：液体水结构的三个模型
表：不同温度下水的配位数及与最接近的水分子的距离
课后小结
在本课中我们了解了食品中水的研究意义，了解了水的一系列物理性质，并且通过对水的结构的学习解释了这些性质的原因。在水的结构的学习当中，先从微观角度，从分子和分子间作用力的层面重点掌握了水分子间氢键的结构，接下来又从宏观角度，理解了冰及水的结构。为未来课程的学习打下基础。
2.水分子的缔合
每个水分子以氢键与4个水分子缔合，形成含四个三维氢键的四面体结构，因此可以认为水分子之间存在着巨大的引力和某种意义上的固定结构。
因此，水分子之间的氢键可以贮藏大量能量，并且打破或扭曲分子间氢键所需额外的大量能量，导致了水：水的物理性质
图：水分子的结构
课程进展流程
第一节水的结构及性质
教学操作
(一)概述（3分钟）
《食品化学》课程中为什么要讲水？
a)六大营养素之一
b)食品中含量非常丰富，每一种食品具有特定的水分含量
c)与食物的结构、外观、质构密切相关
d)与食品的易腐败变质的敏感度相关
图：不同食物的水分含量
课堂讨论：（3分钟）
有哪些水分含量影响食品结构外观的实例？
(二)水的物理性质（4分钟）
水与其他结构类似、分子量相近的化合物相比区别明显：熔点、沸点、熔化热、蒸发热、密度、蒸汽压、比热容、粘度都十分异常。
其原因要从水的结构着手探究。
(三)水的结构（15分钟）
1.水分子的结构
O原子外层有6个价电子，杂化为4个SP3轨道，四面体伸展，两个单电子轨道与H原子形成两个O-H共价键，因此水分子为偶极子。
液体水结构的三个模型：混合模型、连续模型、填隙模型
食品化学的名词解释
普通冰属于六方晶系中的双六方双锥体，同时有9种以上晶型及无定形态每个水分子最多形成4个氢键，但不一定形成4个，键角104.5水的三个一般模型：混合、填隙和连续（均一）模型0℃时冰的配位数为4水的低粘度：水分子的氢键键合排列是高度动态的，允许各个水分子在毫微秒至微微秒的时间间隔内改变它们与邻近水分子间的氢键键合关系，即一个氢键快速地终止而代之以一个新的氢键，从而增加了水的流动性。
体相水：食品体系中的非结合水，包括自由水和截留水持水力（Water holding capacity）：由分子（通常以低浓度存在的大分子）构成的基质通过物理方式截留大量水以防止水渗出的能力。
←属于物理方式持水，加工性质几乎与纯水相似—物理截留水—干燥时易除去，冷冻时易成冰，可作为溶剂，食品被切割或剁碎时不会/不易流出，整体流动受到严格限制；各个分子的运动基本上与在稀盐溶液中的水分子相同结合水(Bound water)：存在于溶质和其他非水分成分相邻处，并且具有与统一体系中体相水显著不同性质的那部分水。
←属于“化学”方式持水，加工性质与纯水完全不同—化学截留水—低温（通常是指-40C或更低）下不能冻结；不能作为外加溶质的溶剂；流动性受到严格限制，处在溶质和其它非水物质的邻近位置；性质显著不同于同一体系中体相水(bulk-phase water)的性质结合水包括：构成水、邻近水和多层水净结构（Net structure）：包括正常的或新类型的水结构。
从“正常”的水结构来看，所有离子都是破坏性的。
净结构形成效应（Net structure forming effect）：小离子或多价离子产生强电场，强烈地与4至6个第一层水分子相互作用，导致它们比纯水中的HOH具有较低的流动性和包装得更紧密——Li+, Na+, H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH-净结构破坏效应（Net structure breaking effect）：大离子和单价离子产生较弱电场，打破水的正常结构，并且新的结构又不足以补偿这种结构上的损失——K+, Rb+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4-水分活度(AW)：能反映水和各种非水成分缔合的强度。
食品化学试题加答案
第一章水分一、填空题1、从水分子结构来瞧,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。
2、冰在转变成水时,静密度增大,当继续升温至3、98℃时密度可达到最大值,继续升温密度逐渐下降。
3、一般来说,食品中的水分可分为结合水与自由水两大类。
其中,前者可根据被结合的牢固程度细分为化合水、邻近水、多层水,后者可根据其在食品中的物理作用方式细分为滞化水、毛细管水、自由流动水。
4、水在食品中的存在状态主要取决于天然食品组织、加工食品中的化学成分、化学成分的物理状态;水与不同类型溶质之间的相互作用主要表现在与离子与离子基团的相互作用、与非极性物质的相互作用、与双亲(中性)分子的相互作用等方面。
5、一般来说,大多数食品的等温线呈S形,而水果等食品的等温线为J形。
6、吸着等温线的制作方法主要有解吸等温线与回吸等温线两种。
对于同一样品而言,等温线的形状与位置主要与试样的组成、物理结构、预处理、温度、制作方法等因素有关。
7、食品中水分对脂质氧化存在促进与抑制作用。
当食品中a w值在0、35 左右时,水分对脂质起抑制氧化作用;当食品中a w值>0、35时,水分对脂质起促进氧化作用。
8、冷冻就是食品储藏的最理想方式,其作用主要在于低温。
冷冻对反应速率的影响主要表现在降低温度使反应变得非常缓慢与冷冻产生的浓缩效应加速反应速率两个相反的方面。
二、选择题1、水分子通过的作用可与另4个水分子配位结合形成四面体结构。
(A)范德华力(B)氢键(C)盐键(D)二硫键2、关于冰的结构及性质,描述有误的就是。
(A)冰就是由水分子有序排列形成的结晶(B)冰结晶并非完整的警惕,通常就是有方向性或离子型缺陷的(C)食品中的冰就是由纯水形成的,其冰结晶形式为六方形(D)食品中的冰晶因溶质的数量与种类等不同,可呈现不同形式的结晶3、食品中的水分分类很多,下面哪个选项不属于同一类？(A)多层水(B)化合水(C)结合水(D)毛细管水4、下列食品中,哪类食品的吸着等温线呈S形？(A)糖制品(B)肉类(C)咖啡提取物(D)水果5、关于BET(单分子层水),描述有误的就是一。
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I区
0-0.2 1-6.5 不能冻结 无 单分子层水 不可利用
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
MSI与温度的关系
❖ 水分含量一定 T↑，Aw↑
❖ Aw一定 T↑，水分含量↓
在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线
疏水水合作用（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，此过程称为
疏水水合。
H2O＋R
R(水合)
疏水相互作用（hydrophobic interaction）
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，
2 、要想长时间地储存一种含脂肪的食品，希望其微观水分处于 什么状态为好？
A 高于多分子层吸附水状态 B 处于多分子层吸附水状态 C 处于单分子层吸附水状态 D 低于单分子层吸附水状态
产品
水分/％
产品
水分/％
产品
水分/％
番茄
85
牛奶
87
果酱
28
莴苣
95
马铃薯
78
蜂蜜
20
卷心菜
92
香蕉
75
奶油
16
啤酒
90
鸡
70
稻米、面粉
12
柑橘
87
肉
65
奶粉
4
苹果汁
87
面包
35
酥油
0
第一节 概述
Introduction
二、水和冰的物理特性
水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相 变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻 和干燥过程有重大影响。
二、对淀粉老化的影响
食品在较高Aw的（30％－60％）的情况下，淀粉老化速度最快；如 果降低Aw ，则老化速度减慢，若含水量降至10％－15%，则食品中水分 多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。
三、对蛋白质变性的影响
水分能使蛋白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团， Aw 的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。
思考题
1、葡萄中的汁可以用压榨法挤出来，而鸡肉中的水不能挤出来 A这说明葡萄中的水是自由水，而鸡肉中的水是结合水。 B这说明葡萄中的水大部分是自由水，而鸡肉中的水大部分是结合水。 C从以上事实中可以判断，葡萄中自由水的比例比鸡肉中更高。 D从以上事实尚不能判断葡萄和鸡肉中哪一种的自由水比例更高。
思考题
MSI的实际意义:
1、由于水的转移程度与Aw有关，从MSI 图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看 出如何组合食品才能避免水分在不同物料间 的转移。
2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的 影响。
3、从MSI还可看出食品中非水组分与水 结合能力的强弱。
MSI上不同区水分特性
区
Aw 含水量% 冷冻能力 溶剂能力 水分状态 微生物利用
解，阻止氧化进行。 2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。
在Aw＝0.33-0.73范围内，随Aw↑，反应速度↑的原因 1、水中溶解氧增加 2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化 3、催化剂和氧的流动性增加
当Aw>0.73时，随Aw↑，反应速度增加很缓慢的原因 催化剂和反应物被稀释
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)
二、水与离子和离子基团的相互作用
Interaction of water with Ionic groups 净结构形成效应 (Net structure 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
高蛋白食品
冷冻干燥熟猪肉 Aw＜0.85开始出现滞后 滞后不严重 回吸和解吸等温线均保持S形
淀粉质食品
冷冻干燥大米 存在大的滞后环 Aw=0.70时最严重
2、滞后现象产生的原因
（1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水 分。 （2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分 需不同的蒸汽压(要抽出需P内＞P外， 要填满则需P外＞ P内)。 （3）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。
食品化学
主讲人：
第二章 水与冰
第一节 概述 第二节 水与冰的结构 第三节 食品中水的存在形式 第四节 水分活度与吸着等温线 第五节 分子的移动性与食品的稳定性
第一节 概述
Introduction
一、水在食品中的作用
水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品
的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。 某些代表性食品的典型水分含量
第二节 水与溶质的相互作用
Water-solute ineractions
一、水与溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子
偶极-偶极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
疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用。
R(水合)＋R(水合)
R2(水合)＋H2O
球 状 蛋 白 质 的 疏 水 相 互 作 用
第三节 水分吸着等温线
Moisture Sorption Isotherms(MSI)
一、定义 Definition
在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关 系曲线。
净结构破坏效应 (Net structure 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
三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用
Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities
水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等 可与一些生物大分子构成“水桥”
木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥
四、水与非极性物质的相互作用
Interaction of water with nonpolar substance
第四节 水分活度与食品的稳定性
Water activity and food stability
几
类
重
要
除非酶氧化在Aw＜
的 反
0.3时有较高反应速
应
度外，其它反应均
速 度
是逾小反应速度愈
与
小。也就是说愈小
有利于食品的稳定
的 关
性。
系
Aw
一、对脂肪氧化酸败的影响
在Aw＝0-0.33范围内，随Aw↑，反应速度↓的原因 1、水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分
四、对化学及生物化学反应速度的影响
大多数化学反应在水溶液中进行， Aw愈大，自由水增多，有利于 反应进行：许多酶促反应需要水的介入和活化。
第五节 分子的移动性与食品的稳定性
Molecular mobility and food stability
本节自学
分子淌度(Mn) 玻璃态(Glass state) 玻璃化温度(Glass transition temperature,Tg) 无定形(Amorphous) 大分子缠结(Macromolecular entanglement)
二、滞后现象
Hysteresis
1、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。
在一指定的Aw时，解 吸过程中试样的水分含量大于 回吸过程中的水分含量
高糖-高果胶食品
空气干燥苹果 总的滞后现象明显 滞后出现在真实单层水区域 Aw＞0.65时，不存在滞后