第二章 水资料
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act as H-bond acceptors while H acts as donor • Highly electronegative O pulls electrons from H, making H behave like a bare proton • Forms a dipole because of the electronegative O
Why!!!
Compd. M.P
H2O H2S NH3
Methanol
0ºC -83ºC -78ºC -98ºC
B.P
100ºC -60ºC -33ºC 65ºC
2.水的结构 Structure of water
• Tetrahedral arrangement • Two free electrons of O
• 冰的HOH分子在温 度接近-180℃或更低 时 ，氢键才是完整 的。
2.3 食品中水的存在形式 Categories of water in foods
自由水
体相水
水
截留水
化合水
结合水 邻近水
多层水
Constitutional water: Water that is an integral part of a nonaqueous constitutents.
(1)单个水分子的结构特征
➢ H2O分子的四面体结构有对称型. ➢ H-O共价键有离子性. ➢ 氧的另外两对孤对电子有静电力. ➢ H-O键具有电负性.
(2)水分子的缔合
水分子在三维空间形成多重 氢键键合
—每个水分子具有相等数目的 氢键给体和受体，能够在三 维空间形成氢键网络结构
(3)水分子缔合的原因:
1. 水和冰的物理特性 Physical character of water and ice
➢与元素周期表中邻近氧的 某些元素的氢化物比较 （CH4、NH3、HF、H2S） －表面张力、介电常数、热 容及相变热大，熔点，沸点 高 --密度低，结冰时体积膨胀 --与冰比较，导热值低，热 扩散速率慢等） --密度随温度而变化
➢ 能结冰，但冰点有所下降 ➢ 溶解溶质的能力强，干燥时易被除去 ➢ 与纯水分子平均运动接近
➢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
Vicinal water: Water that strongly interacts with specific hydrophilic sites of nonaqueous constituents by water-ion and water-dipole associations
➢ 连续模型:分子间氢键均匀地分布于整个水样, 水分子的连续网络结构成动态平衡.
➢ 填隙式模型:水保留在似冰状或笼状结构中, 个别的水分子填充在笼状结构的缝隙中.
水分子的结构特征
❖ 水是呈四面体的网状结构 ❖ 水分子之间的氢键网络是动态的 ❖ 水分子氢键键合程度取决于温度
温度(℃)
0 1.5 83
Chapter 2 Water
水
本章提要
重点：
水和冰的结构及其在食品体系中的行为 对食品的质地、风味和稳定性的影响。水分 活度与水分吸着等温线及水分活度对食品稳 定性的影响。食品中水分含量和水分活度的 测定方法。
难点： 分子淌度与食品稳定性的关系，笼形水
合物。
2.2 水和冰的结构 Structure of water and ice
➢ 大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但冰 点大大降低。
➢ 有一定溶解溶质的能力 ➢ 与纯水比较分子平均运动大大降低 ➢ 不能被微生物利用
Bulk-phase water: water that occupies positions furthest removed from nonaqueous constituents; water-water hydrogen bonds predominate.
配位数 分子间距nm
4
0.276
4.4
0.290
4.9
0.305
冰的结晶
• 冰有11种结晶类型，普通冰的结晶属于六方 晶系的双六方双锥体。在常压和温度0℃时， 这11种结构中只有六方型冰结晶才是稳定的 形式 。
• 溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大 小、结构、位置和取向。此外，冷冻速度对 冰晶的形成也有影响。
➢ 冰的结晶并不是完整的晶体，通常是 有方向性或离子型缺陷的。
冰结构中氢原子( ● )的位置 (A)瞬时 结构；(B)平均结构(也称半氢,鲍林或统 计结构)；O为氧原子
冰中质子缺陷示意图 (A) 定
向作用形成的方向性缺陷 (B) 离子型缺陷
• 冰晶并非总是完美的， 一般存在定向型或离 子型缺陷。
①H-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.
②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.
③静电效应.
目前提出的3类水的结构模型:
➢ 混合模型:混合模型强调了分子间氢键的概念, 认为分子间氢键短暂地浓集于成簇的水分子之 间,成簇的水分子与其它更密集的水分子处于 动态平衡.
➢ 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大大减少 ➢ 不能被微生物利用
此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。
Multilayer water: water that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hydrophilic groups of nonaqueous constituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate.
①按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类
➢ 六方型冰晶 பைடு நூலகம் 不规则树枝状结晶 ➢ 粗糙的球状结晶 ➢ 易消失的球状结晶及各种中间体
②六方冰晶形成的条件：
➢ 在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻 ➢ 溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁
移。
➢ 冰不是一个均匀体系，不仅含有普通 水分子，而且还有H+(H3O+)和OH-离 子以及HOH的同位素变体；
Why!!!
Compd. M.P
H2O H2S NH3
Methanol
0ºC -83ºC -78ºC -98ºC
B.P
100ºC -60ºC -33ºC 65ºC
2.水的结构 Structure of water
• Tetrahedral arrangement • Two free electrons of O
• 冰的HOH分子在温 度接近-180℃或更低 时 ，氢键才是完整 的。
2.3 食品中水的存在形式 Categories of water in foods
自由水
体相水
水
截留水
化合水
结合水 邻近水
多层水
Constitutional water: Water that is an integral part of a nonaqueous constitutents.
(1)单个水分子的结构特征
➢ H2O分子的四面体结构有对称型. ➢ H-O共价键有离子性. ➢ 氧的另外两对孤对电子有静电力. ➢ H-O键具有电负性.
(2)水分子的缔合
水分子在三维空间形成多重 氢键键合
—每个水分子具有相等数目的 氢键给体和受体，能够在三 维空间形成氢键网络结构
(3)水分子缔合的原因:
1. 水和冰的物理特性 Physical character of water and ice
➢与元素周期表中邻近氧的 某些元素的氢化物比较 （CH4、NH3、HF、H2S） －表面张力、介电常数、热 容及相变热大，熔点，沸点 高 --密度低，结冰时体积膨胀 --与冰比较，导热值低，热 扩散速率慢等） --密度随温度而变化
➢ 能结冰，但冰点有所下降 ➢ 溶解溶质的能力强，干燥时易被除去 ➢ 与纯水分子平均运动接近
➢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
Vicinal water: Water that strongly interacts with specific hydrophilic sites of nonaqueous constituents by water-ion and water-dipole associations
➢ 连续模型:分子间氢键均匀地分布于整个水样, 水分子的连续网络结构成动态平衡.
➢ 填隙式模型:水保留在似冰状或笼状结构中, 个别的水分子填充在笼状结构的缝隙中.
水分子的结构特征
❖ 水是呈四面体的网状结构 ❖ 水分子之间的氢键网络是动态的 ❖ 水分子氢键键合程度取决于温度
温度(℃)
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Chapter 2 Water
水
本章提要
重点：
水和冰的结构及其在食品体系中的行为 对食品的质地、风味和稳定性的影响。水分 活度与水分吸着等温线及水分活度对食品稳 定性的影响。食品中水分含量和水分活度的 测定方法。
难点： 分子淌度与食品稳定性的关系，笼形水
合物。
2.2 水和冰的结构 Structure of water and ice
➢ 大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但冰 点大大降低。
➢ 有一定溶解溶质的能力 ➢ 与纯水比较分子平均运动大大降低 ➢ 不能被微生物利用
Bulk-phase water: water that occupies positions furthest removed from nonaqueous constituents; water-water hydrogen bonds predominate.
配位数 分子间距nm
4
0.276
4.4
0.290
4.9
0.305
冰的结晶
• 冰有11种结晶类型，普通冰的结晶属于六方 晶系的双六方双锥体。在常压和温度0℃时， 这11种结构中只有六方型冰结晶才是稳定的 形式 。
• 溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大 小、结构、位置和取向。此外，冷冻速度对 冰晶的形成也有影响。
➢ 冰的结晶并不是完整的晶体，通常是 有方向性或离子型缺陷的。
冰结构中氢原子( ● )的位置 (A)瞬时 结构；(B)平均结构(也称半氢,鲍林或统 计结构)；O为氧原子
冰中质子缺陷示意图 (A) 定
向作用形成的方向性缺陷 (B) 离子型缺陷
• 冰晶并非总是完美的， 一般存在定向型或离 子型缺陷。
①H-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.
②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.
③静电效应.
目前提出的3类水的结构模型:
➢ 混合模型:混合模型强调了分子间氢键的概念, 认为分子间氢键短暂地浓集于成簇的水分子之 间,成簇的水分子与其它更密集的水分子处于 动态平衡.
➢ 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大大减少 ➢ 不能被微生物利用
此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。
Multilayer water: water that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hydrophilic groups of nonaqueous constituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate.
①按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类
➢ 六方型冰晶 பைடு நூலகம் 不规则树枝状结晶 ➢ 粗糙的球状结晶 ➢ 易消失的球状结晶及各种中间体
②六方冰晶形成的条件：
➢ 在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻 ➢ 溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁
移。
➢ 冰不是一个均匀体系，不仅含有普通 水分子，而且还有H+(H3O+)和OH-离 子以及HOH的同位素变体；