《食品化学第二章水》PPT课件

水分含量%
53-60 50-70
74 65-81
80-85 85-90 90-95
74-80 80-90 90-95
水与食品加工
• 了解水在食品中的存在形式是掌握食 品加工和保藏技术原理的基础
• 大多数食品加工的单元操作都与水有 关
干燥、浓缩、冷冻、水的固定
• 复水、解冻没有完全成功
第二节 水和冰的物理性质
（一）概述
溶质-水
– 亲水溶质改变邻近水的结构和疏水性 – 水会改变亲水溶质的反应性和结构
二、分子水平
水-溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子 偶极-偶极
疏水水合 疏水相互作用
实例
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
• 多层水(multilayer water) – 占有第一层中剩下的位置以及形成了邻近水外的几层
三、水与离子及离子基团的相互作用
键的强度
大 共价键
H2O-离子键 H2O- H2O
小
水-溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子 偶极-偶极
疏水水合 疏水相互作用
实例
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
• 高熔点（0℃）、高沸点（100℃） • 介电常数高 • 表面张力高 • 热容和相转变热焓高
熔化焓、蒸发焓、升华焓
• 密度低（1 g/cm3） • 凝固时的异常膨胀率 • 黏度正常（1 cPa·s）
第三节 水分子
• 4个杂化轨道 2px2 2py1 2pz1
• 由于氧的高负电性， O-H共价键具有部 分离子特征
第二章 水
第一节 引 言
水的重要功能
• 水是最普遍存在的组分，占50%～90% • 为生物化学反应提供一个物理环境 • 代谢所需营养成分和反应产物的载体 • 是其它食品组分的溶剂
主要食品的水份含量
食品 肉
猪肉、生的分割瘦肉 牛肉、生的零售部分 鸡肉、各种级别的去皮生肉 鱼、肌肉蛋白质 水果 浆果、樱桃、梨 苹果、桃子、桔子、葡萄柚 大黄、草莓、蕃茄 蔬菜 鳄梨、香蕉、豌豆（绿） 甜菜、茎椰菜、胡萝卜、马铃薯 芦笋、菜豆（绿）、卷心菜、花菜、莴苣
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)
离子对水的净结构的影响
与极化力或电场强度紧密相关 • 净结构形成效应 (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 • 净结构破坏效应 (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
• 具有“被阻碍的流动性”，而不是“被固定化的” • 占总水量很小的一部分 • 相当于邻近亲水基团的第一层水
结合水的分类
• 构成水(constitutional water) – 结合最强的水，已成为非水物质的整体部分
• 邻近水(vicinal water) – 占据着非水成分的大多数亲水基团的第一层位置
• 羟基 • 氨基 • 羰基 • 酰基 • 亚氨基
四、水与具有氢键形成能力的中性 基团（亲水性溶质）的相互作用
键的强度
大
共价键
H2O-离子
H2O- H2O H2O- 亲水性溶质
小
水-溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子 偶极-偶极
疏水水合 疏水相互作用
实例
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
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
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
第六节 水的结构
• 水的结构模型 – 混合式 – 填隙式 – 连续式
• 液态水通过氢键而缔合 • 氢键程度取决于温度 • 冰转变为水时，密度净增加
第七节 水-溶质相互作用
一、宏观水平
术语： • 水结合（Water binding） • 水合（Hydration）
水结合和水合常被用来表示水与包 括细胞物质在内的亲水物质缔合的一 般倾向。
• 持水力（Water holding capacity）
描述由分子（通常是以低浓度存在的大分 子）构成的基体通过物理方式截留大量水而 阻止水渗出的能力。
例如：果胶、淀粉凝胶、动物组织细胞
特点 – 切割或剁碎时不会流出 – 性质几乎与纯水相同 • 易干燥除去、易冻结为冰，可作为溶剂 – 整体流动被严格控制，但个别分子的运动与一般稀盐溶液中的水 分子无异
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
（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Biblioteka Baidu显著不同的性质。 （熔点、沸点、流动性）
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)
对水结构的影响
• 一般会增加（至少不会破坏）水净结 构
• 溶质氢键部位的分布和定向在几何上 与水不相容时
– 对水结构具有破坏作用
• 尿素——显著破坏效应
• 总氢键数没有显著改变，对水的净结 构没有多大影响
能与水形成氢键的基团