食品化学 第三章食品中的水和冰 第三节 水分活度与吸湿等温曲线
食品化学
一、名词解释1水分活度：是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2结合水：指食品中的非水组分与水通过氢键结合的水3吸湿等温线：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称为吸湿等温线4自由水：存在于组织，细胞和细胞间隙中容易结冰的水5平面相对湿度：吸湿物质与周围水汽交换达到平衡时的相对湿度。
6滞后现象：吸湿等温线与解吸等温线不能完全重叠蛋白质的凝胶作用：指变性蛋白质发生的有序聚集反应，形成可容纳水的网状结构必须氨基酸：人体必须而又不能合成或合成能力有限必须从食物中获得的氨基酸蛋白质组织化：有些蛋白质原本不具有像畜禽的组织结构和咀嚼性能，经加工处理后使它形成具有咀嚼性能和良好持水性能的片状或纤维状产品，作为肉的代用品或替代品。
氨基酸的等电点：是氨基酸的静电荷为0（呈电中性时）的溶液的ph值，此时氨基酸的溶解性能最差。
蛋白质的变性：蛋白质分子因受理化因素影响高级结构破坏使其理化性质有所改变，但并不导致一级结构的破坏蛋白质的功能性质：指除营养价值外的那些对食品需宜特性有利的蛋白质的物理化学性质。
膨润型：蛋白质吸收水分膨胀而不溶解，这种水化性质叫膨润型盐溶与盐析：在低盐浓度时，离子同蛋白质荷电基团相互作用而降低相邻分子的异种电荷间的静电吸引，从而有助于蛋白质水化和提高其溶解度，当盐浓度更高时，由于离子的水化作用争夺了水，导致蛋白质脱水，从而降低其溶解度使之析出，称为盐析变性淀粉：通过物理化学或生物化学的方法改善天然淀粉的性能，得到适合于食品特殊用途的淀粉称为变性淀粉膳食纤维：不能被人体吸收的多糖类碳水化合物和木质素，统称为膳食纤维。
淀粉的糊化：淀粉在适当的温度下，破坏结晶区弱的氢键，在水中溶胀，分裂，胶束则全部崩溃，形成均匀的糊状溶液的过程。
焦糖化反应：糖类尤其是单糖在没有氨基化合物存在的情况下，加热到熔点以上的高温，因糖发生脱水与降解，产生褐变反应，这种反应成为焦糖化反应。
淀粉的老化：经过糊化的α淀粉或低于室温下放置后，会变得不透明甚至凝结而沉淀，这种现象称为老化。
食品化学水分PPT课件
(p0-p)/p0 =n1/(n1+n2)
(1)
1kg水含55.51mole，1mole理想溶质溶在 1kg水中将使蒸汽压降低0.0177，或1.77％。
水分活度的由来 2
(p0-p)/p0 =n1/(n1+n2) 1- P/P0 =n1/(n1+n2) - P/P0 = - n2/(n1+n2) P/P0 = n2/(n1+n2)
水与离子化 合物通过离 子-偶极作 用结合。
水与极性基团的相互作用
蛋白质、淀粉、膳食纤维等具有极性基团的 物质都可以与水通过氢键而结合。
不同极性基团与水的结合能力不同，其中未 解离-NH2和-COOH结合力最强，-OH和 -CONH等基团结合力稍逊。
这些物质周围以氢键结合的水称为“临近 水”，对维持大分子构象十分重要。其第一 层水分子也失去了自由移动的能力。
图：水分子的氢键
水分子四面体氢键网络的形成。氢键键能为 25kJ/mol。
水分子的氢键
OH键中的氢原子带有部分正电性，而氧原 子的孤对电子带有部分负电性，形成偶极分 子，偶极矩为1.84D。
每个水分子可以和4个其他水分子形成氢键， 氢键向四面伸展，可以形成立体的连续氢键 结构，也就是水分子的缔合作用。
非极性物质之间倾向于彼此结合以减少与水 的接触表面，称为“疏水相互作用”。它是 维持蛋白质三级结构的重要力量之一。
4 水在食品当中的存在状态
1 化合水或结构水(constitutional water) 为结合最牢固的水
2 吸附水或临近水(vicinal water) 包括单 层水和多层水，为吸附水
水分含量与食品特性 1
蔬菜含水量在 90%以上。
水分含量与食品特性 2
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
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其中：aw：水份活度； p：样品中水的蒸气分压 N：稀溶液中溶质的mol分数； n2：稀溶液中溶质的mol数。 p0：同温纯水蒸气压； ERH：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度； n1：稀溶液中水的mol数；
整理此式可得： lnaw=-kΔH/R(1/T)………………(2)
其中：此处的ΔH 可用纯水的汽化潜热表示，是常数，其值为40537.2J/mol；
样 品 的 绝 对 温 度 － 纯 水 的 蒸 气 压 为 样 品 蒸 气 压 ( p ) 时 的 绝 对 温 度 纯 水 的 蒸 气 压 为 样 品 蒸 气 压 ( p ) 时 的 绝 对 温 度
其中：Ax：活度低的盐溶液活度；
By：活度高的盐溶液活度 x：使用B时的净增值； y：使用A时的净减值；
3.3.2 水分活度和温度的关系 上边对于水分活度定义及测定方法的叙述中，均强调了在一定的温度 下。也就是说温度对于水分活度的值有较大的影响。 物理化学中的克劳修斯-克拉贝龙方程精确表示了水分活度与绝对温度 （T）之间的关系： dlnaw/d(1/T)=-△H/R……………….(1) 其中R为气体常数，△H为样品中水分的等量净吸附热。
注意：1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平衡， 食品体系一般不符合这个条件，因此上式严格讲，只是近似的表达。 （Owen R. Fennema “食品化学2.8.2）
2.公式中的前两项，即aw=p/p0=ERH/100，是根据水分活度定义 给出的；而后两项是拉乌尔定律所确定的，其前提是稀溶液。所以前两项 和后两项之间也应该是近似的关系。 3.由于p/p0和n1/n1+n2，因此，aw的值在0～1之间。 二、测定方法 可以利用不同的方法对于食品中的水分活度进行测定： a.冰点测定法： 通过测定样品冰点的降低值（△Tt）及含水量（求出n1）,根据公式： n2= G △Tt/1000Kt 在将此公式的值带入活度的定义公式即可求出样品 的水分活度。此法的误差很小，准确度较高。 b.相对湿度传感器测定法：
高级食品化学讲稿-16-09-02水
果酱 28 蜂蜜 20 奶油 16 稻米面粉 12 奶粉 4 酥油 0
b.水分含量、分布和状态对于食品的结构、外观、 质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响； c.是引起食品化学变化及微生物作用的重要原因， 直接关系到食品的贮藏特性。
2.2 水、冰的结构和性质
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
2.2.1 水分子的结构
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
水分子不仅相互之间可以通过氢键缔合，而且 可以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键 相互结合，所以糖类、氨基酸类、蛋白质类、 黄酮类、多酚类化合物在水中均有一定的溶解 度。另外，水还可以作为两亲分子的分散介质， 通过这种途径使得疏水物质也可在水中均匀分 散。
2.2.3 水、冰的物理特性及与食品质量关系
d.冰的热扩散速度是水的9倍，因此在一 定的环境条件下，冰的温度变化速度比水 大得多。 正是由于水的以上物理特性，导致含水食 品在加工贮藏过程中的许多方法及工艺条 件必须以水为重点进行考虑和设计；特别 是在利用食品低温加工技术是要充分重视 水的热传导和热扩散的特点。
2.2.4 冰的结构和性质
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
纯水结晶时有下列行为：即尽管冰 点是0℃，但常并不在0℃结冻，而 是出现过冷状态，只有当温度降低 到零下某一温度时才可能出现结晶 （加入固体颗粒或振动可促使此现 象提前出现）；出现冰晶时温度迅 速回升到0℃。把开始出现稳定晶 核时的温度叫过冷温度。如果外加 晶核，不必达到过冷温度就能结冰， 但此时生产的冰晶粗大，因为冰晶 主要围绕有限数量的晶核成长。
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
食品化学试题-水分
食品化学食品化学--水分水分A 卷一、 名词解释。
（本题共20分，每小题5分）（1） 过冷温度（2）吸湿等温线（MSI ）（3）水分活度（4）疏水水合二、 选择题。
（本题共60分，每小题4分）（1）水分子中O －H 核间的距离、氧和氢的范德瓦尔斯半径分别为（ ）A. 0.276nm ；0.16nm ；0.14nmB. 0.276nm ；0.14nm ；0.12nmC. 0.096nm ；0.16nm ；0.14nmD. 0.096nm ；0.14nm ；0.12nm（2）能与水形成笼形水合物的基团是（ ）A. 具有氢键键合能力的中性基团B. 非极性物质C. 离子或离子基团D. 疏水性物质（3）下列说法错误的是( )A. 食品的回吸过程一般比解吸过程时的含水量更高。
B. 吸湿等温线的三个区间之间没有明显的分界线。
C. 食品中水分的相转移主要形式为水分蒸发和蒸气凝结。
D. 影响食品水分蒸发的主要因素是食品的温度和环境水蒸压。
（4）食品化学反应的最大反应速度一般发生在含水量（ ）的食品中A. 0.2~0.3B. 0.25~0.66C. 0.5~0.65D. 0.7~0.9（5）下列说法正确的是（ ）A. 等温线每一个区间之间的水都不能发生交换。
B. 往等温线区间Ⅲ中加水，对区间Ⅱ水的性质影响并不大。
C. 等温线区间Ⅰ和Ⅱ中水都不具有溶剂能力。
D. 等温线区间Ⅱ的水主要靠化学吸附结合。
（6）水分蒸发会对以下食品产生较大不良影响的是（ ）A. 牛肉干B. 面粉C. 麦片D. 苹果（7）食品冻结时组织结构会被破坏，这主要是因为（ ）A. 冰的刚性结构破坏了食品的组织结构B. 温度过低，使原本维持食品组织结构的成分失去了作用C. 水的密度较低，水结冰时表现出异常的膨胀特性D. 水分子的缔和作用随温度的下降而减弱，使本来靠水分子维系的组织结构变得松散（8）下列哪种物质对纯水的正常结构有明显的破坏作用？（）A.乙醇B. 丙酮C. 尿素D. 氯化氨（9）下列食品的吸湿等温线呈S形的是（）A. 天然大米淀粉B. 荔枝C. 咖啡D. 糖果（10）吸湿等温线区间Ⅰ和Ⅱ上的水分特性在以下哪方面有共同点（）A. 溶剂能力B. 冻结能力C. 水分状态D. 微生物利用（11）降低水分活度可以提高食品稳定性的原因,请选出下列不正确的答案（）A. 降低水分活度可使食品中自由水的比例减小B. 降低水分活度可抑制食品中的离子反应C. 降低水分活度可直接杀死食品中的微生物D. 降低水分活度可以抑制食品中酶的活力（12）以下相同含水量的哪种食品最容易腐败（）A. 鸡肉B. 鳕鱼肉C. 香蕉D. 苹果（13）下列对水分活度对非酶褐变的影响描述不正确的是( )A. 一般情况下，浓缩的液态食品和低湿食品位于非酶褐变的最适合水分含量范围内B. 水分活度在一定范围内时,非酶褐变随着a W的增大而增大C. 水分活度大于褐变高峰的a W值时,由于溶质的浓度下降而导致褐变速度减慢D. 水分活度在0.6~0.2时非酶褐变会受到抑制而减弱（14）以下关于水分活度对脂肪氧化酸败的影响不正确的是（）A. 在干燥的样品中加入水会明显的促进氧化B. 微量金属可以催化氧化作用的初期反应C. 当a W值已较大时,进一步加水可降低氧化速度D. 水分活度对脂肪氧化酸败呈阶段性的影响（15）由以下的图，不能得到的结论是（）A. 水分活度的对数在不太宽的温度范围内随温度升高而正比例升高B. 水分含量少时，温度变化所引起的a w的变化小C. 水分含量少时，温度变化所引起的a w的变化大D. 横坐标表示温度的值越来越小三、是非题。
第3章 水分 习题
第3章水分一、填空题O分子中氧原子的杂化状态为（），两个H-O键之间的夹角为（）。
1、水是食品的重要组成成成分，其H22、冰的导热系数在0℃时近似为同温度下水的导热系数的倍，冰的热扩散系数约为水的倍，说明在同一环境中，冰比水能更的改变自身的温度。
水和冰的导热系数和热扩散系数上较大的差异，就导致了在相同温度下组织材料冻结的速度比解冻的速度。
3、一般的食物在冻结后解冻往往，其主要原因是。
4、按照食品中的水与非水组分之间的关系，可将食品中的水分成和。
5、就水分活度对脂质氧化作用的影响而言，在水分活度较低时由于（）而使氧化速度随水分活度的增加而减小；当水分活度大于0.4 时，由于（）而使氧化速度随水分活度的增加而增大；当水分活度大于0.8 由于（），而使氧化速度随水分活度的增加而减小。
（食化P32）6、冻结食物的水分活度的计算式为（）。
7、结合水与自由水的性质主要区别：（）、（）等。
8、根据与食品中非水组分之间的作用力的强弱可将结合水分成和。
9、食品中水与非水组分之间的相互作用力主要有（）、（）、（）。
10、食品的水分活度用水分蒸汽压表示为，用相对平衡湿度表示为。
11、水分活度对酶促反应的影响体现在两个方面，一方面影响，另一方面影响。
12、多数微生物的生长繁殖需要（）的水分活度，耐盐、耐高渗的微生物只需要水分活度（）的环境，当水分活度（），任何微生物都不能生长。
13、一般说来，大多数食品的吸湿等温线都成形。
14、一种食物一般有两条等温吸湿线，一条是，另一条是，往往这两条曲线是，把这种现象称为。
产生这种现象的原因是。
15、食物的水分活度随温度的升高而。
16、可以将MSI分作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区，Ⅰ区为（），Ⅱ区为（），Ⅲ区为（）。
BET值是指（）。
二、名词解释1、结合水2、自由水3、毛细管水4、水分活度5、“滞后”现象6、食品的吸湿等温线#7、分子流动性8、单分子层水三、回答题1、什么是水分活度？食物冰点以上和冰点以下的水分活度之间有何区别与联系？2、试论述水分活度与食品稳定性的关系？3、试说明水分活度对脂质氧化的影响规律并说明原因。
食品化学_水
水分活度的概念： 水分活度的概念：
Aw＝p/p0
严格地说，（1）式仅适用于理想溶液和热力学平衡体 系。然而，食品体系一般不符合上述两个条件，因此 （1）式应看为一个近似，更确切的表示是aw≈p/p0 。 由于p/p0项时可以测定的，但有时又不等于aw，因此用 p/po表示比aw更精确。尽管以相对蒸汽压（RVP= p/po） 在食品体系中表示比用aw表示更为科学，但是已经普 遍接受aw这个术语
第四节 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。 MSI的实际意义: MSI的实际意义: 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。
（一） 水与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 相互作用的强度 与水与水-水氢键比较 较强 近乎相等 远低(△G＞0) 不可比较(△G＜0)
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 + R→R（水合） R(水合)+R(水合)→R2(水合)+H2O
三、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
第二节 食品中水的存在形式
水的存在形式 水和溶质的相互作用
食品化学水和冰的结构
思考题
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
精品课件
木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥
精品课件
四、水与非极性物质的相互作用
Interaction of water with nonpolar substance
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
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”
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，
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
精品课件
球 状 蛋 白 质 的 疏 水 相 互 作 用
精品课件
精品课件
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。
食品化学1-4章复习
食品化学复习第2章水分第3章碳水化合物第 4章蛋白质第2章水分[教学内容] [重点] [难点]一、水的功能二、水和冰的结构和性质三、食品中水的存在形式※四、水分活度※五、吸湿等温线※※六、水分活度与食品的稳定性※一、水的功能1 水在食品工艺学方面的功能a 从食品理化性质上讲，水在食品中起着溶解、分散蛋白质、淀粉等说溶性成分的作用，使它们形成溶液或凝胶。
b 从食品质地方面讲，水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味、耐贮性和加工适应性都具有重要的影响。
c 从食品安全性讲，水是微生物繁殖的必需条件。
d 从食品工艺的角度讲，水起着膨润、浸透、均匀化等功能。
2 水在食品生物学方面的功能a 水是体内化学作用的介质，亦是化学反应的反应物和产物，是组织或细胞所需养分和代谢物质以及排泄物质转运的载体。
b 水的比热大，是体温良好的稳定剂。
c 水是构成集体的重要成分。
d 水可对体内的机械摩擦产生润滑，减少损伤。
实例1. 水在食品中的作用表1 不同含水量面皮制作的速冻水饺的冻裂率加水量（%）34 36 38 40 42冻裂率（%）7d 8.0 4.0 0.0 8.0 8.014d 12.0 8.0 4.0 12.0 8.0 通过表1可以看出，面团含水量较低时面皮容易出现干裂现象，随着水分的升华食品表面的水分蒸发，干裂情况逐渐加重；当含水量增加到38%时冻裂率最低，防裂效果最好；当含水量进一步增加，水结冰以后体积膨胀，冻裂情况有所增加，但储存期间没有加剧现象出现。
表 2 干燥时间对产品品质的影响干燥时间（h）胚片含水量（%）干燥后外观膨化外观口感0 64.00 平整较湿淡黄色略白大气泡产生柔软1 25.50 略卷曲边缘干燥中心潮湿淡黄色膨胀明显软2 8.10 卷曲基本干燥黄色膨胀明显气泡少酥脆3 5.20 卷曲有裂缝黄色膨胀不明显气泡少较脆4 3.30 容易破碎黄色几乎不膨胀无气泡硬从表2 看出，坯料含水量的不同对蚕豆脆片的膨化有着显著的影响，当含水量在25.5% 时，经油炸后脆片柔软不脆，而且有大量的气泡鼓出。
食品化学——水
（二）绘制
等温吸湿曲线的绘制
高水分食品等温吸湿曲线
低水分食品等温吸湿曲线
（三）形状
等温吸湿曲线的形状
大多数食品的MSI 是S形。 水果、糖果和咖 啡提取物含有大量 糖和其他可溶性小 分子，而聚合物的 含量不高，呈J形。
（四）分区
Ⅰ区：Aw＝0-0.25
含水量：0-0.07gH2O/g干物 质，0-7％。
＋
H2 O
－
＋
－
H2O
…＋
H2O
－… ＋
H2O
－
静电相互作用 氢键
液态水的缔合结构
三维氢键： 氢键给体＝ 氢键受体
氢键数目最多
水的性质异常
液态水的缔合结构
液态水的结构模型 混合式模型 连续式模型 填隙式模型
(三) 固态水-冰
固态水的缔合结构
冰为晶体结构, 冰的基本结构单元是晶胞。
晶胞含４个水分子
(三) 测定方法 1 2 3 4
水分活度的测定方法
水分活度仪 扩散方法（恒定相对湿度平衡室法） 相对湿度传感器测定法 n2（溶质的摩尔数） 冰点降低法 =G×△Tt/1000Kt
G：溶剂的克数 △Tt：冰点降低 Kt：水的摩尔冰 点降低常数1.86
（四）Aw与非水组分及温度的关系 克劳休斯－克拉贝龙方程：
㏑Aw=-K△H/RT 样品一定和温度变化范围较 K=T-T′/ T′ 窄的情况下，Ｋ可看为常数 T:样品的绝对温度 T′:纯水蒸汽压＝样品蒸汽压时的温度 R:气体常数 H:纯水的摩尔蒸发热
Aw 与 非 水 组 分 及 温 度 的 关 系
T不变
含水量 非水组分
Aw
含水量不变
Ｔ↑
Aw↑
冰点以上，Aw决定因 素是温度和非水组分。 并主要受非水组分 （食品组成）影响。
第3章 水分
固态食品中的水
单分子层水Ⅰ型水
结合水（束缚水）多分子层水Ⅱ型水
少部分毛细管水
自由水
大部分的毛细管水Ⅲ型水
截留水
结合水与自由水的性质特点：束缚水在食品内部不
能作溶剂，在－40℃以上不结冰；而相反，自由水在食品 中可作溶剂，在－40℃以上可以结冰。
液态食品中的水则主要是可流动的自由水
单个水分子的结构特征:
1. H2O分子的四面体结构有对称型. 2. H-O共价键有离子性. 3. 氧的另外两对孤对电子有静电力. 4. H-O键具有电负性.
2、水分子间的缔合
原因：
➢水分子中的电荷是非对称分布的。由于O 的高电负性，水分子中O－H共用电子对 强烈地偏向于O原子一边，使得H原子带 有部分正电荷（δ＋），成为强极性分子。 每个水分子上的H因正电性可以和另一个 H引2，O分而子形的成负氢电键性，O使原2个子、的3孤个对…电…子水相分吸 子缔合起来。
MSI的实际意义
➢ 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. ➢ 据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响. ➢ 从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能 力的强弱.
回吸等温线与解吸等温线
食品和生物材料的回吸等温线
大多数食品的等温 线呈S形，而水果、 糖制品、含有大量 糖和其他可溶性小 分子的咖啡提取物 以及多聚物含量不 高的食品的等温线 为J形。
4、冻结食品中的水分活度Aw的意义 ①在冻结温度以上, aw是样品组分与温度的函数, 且前者是主要因素,在冻结温度以下, aw与样品组 分无关,只取决于温度,不能根据aw预测受溶质影 响的冰点以下发生的过程,如扩散控制 过程,催化 反应等. ②冻结温度以上和以下aw对食品稳的影响是不同 的.
食品化学
吸湿等温线：在恒定温度下，食品水分含量（以干物质计）与水分活度之间的关系曲线。
水分活度：食品的蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压之比。
美拉德反应：羰基和氨基经缩合，聚合生成类黑色素的反应，又称褐变反应。
剪切稀释：当液体分散体系如匀浆、乳浊液、糊状物或凝胶的流速增加时，他们的黏度系数降低，这种现象称为剪切稀释。
同质多晶：指化学组成相同的物质，可以有不同结晶方式，但融化后生成相同的液相。
抗氧化剂：能阻止或推迟食品氧化，以提高食品质量的稳定性和延长贮藏期的食品添加剂。
烟点：指在不通风的条件下加热，观察到样品发烟时的温度。
闪点：在严格规定的条件下加热油脂，油脂挥发能被点燃、但不能维持燃烧的温度。
着火点：指油脂挥发物能被点燃，并能维持不少于5s的温度。
油脂氢化：油脂氢化是三酰基甘油的不饱和脂肪酸双键与氢发生加成反应的过程。
油脂酸价（AV）：中和1克油脂中游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。
油脂皂化价（SV）：1g油脂完全皂化时所需的氢氧化钾毫克数称为皂化价。
油脂碘价（IV）：指100g油脂吸收碘的克数。
发色团（生色团）：食品色素一般为有机物化合物，其分子结构中往往具有一些在紫外和可见光区具有吸收峰的基因，这些基因被称为发色团或生色团。
淀粉老化：经过糊化后的α—淀粉在室温或低于室温下放置后，会变得不透明甚至凝结而沉淀，这种现象称为淀粉的老化。
淀粉糊化：生淀粉在水中加热后，结晶胶束区的弱的氢键破坏，水分子开始侵入淀粉粒内部，淀粉粒开始水合和溶胀，结晶胶束逐渐消失，淀粉粒破裂，偏光十字和双折射现象消失，大部分直链淀粉溶解到溶液中，溶液黏度增加，这种现象称为淀粉糊化。
蛋白质的功能性质：指食品体系在加工、贮藏、制备和消费过程中，蛋白质对食品产生需要特征的那些物理、化学性质。
蛋白质可逆变性：蛋白质在除去变性因素后，在适当的条件下蛋白质的构象可以由变性状态恢复到天然状态。
水分活度对食品化学变化有哪些影响？答：对淀粉老化的影响；对蛋白质构象稳定性和蛋白质变性的影响；对脂肪酸败的影响；对酶促褐变和非酶褐变的影响；对水溶性色素分解的影响。
水分
p Aw po
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五、水分活度与吸湿等温曲线
Water activity and Moisture Sorption Isotherms
Aw与产品环境的百分平衡相对湿度（ERH）有关
p ERH Aw p0 100
ERH ：Equlibrium Relative Humidity
注意！！！
Water activity and Moisture Sorption Isotherms
2.水分活度与温度的关系
水分含量相同，温度不同，Aw不同 克劳修斯-克拉伯龙（Clausius-Clapeyron）公式
d ln Aw KH d (1 / T ) R
T —— 绝对温度 R —— 气体常数 H —— 纯水的汽化潜热 K —— 达到同样水蒸汽压时食品温度比纯水温度高出的比值
12
四、食品中水的存在状态
1. 结合水 Vicinal water（邻近水）
是处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位臵， 与离子或离子基团缔合的水是结合最紧密的邻近水。 ※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。
公式（3）
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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五、水分活度与吸湿等温曲线
Water activity and Moisture Sorption Isotherms 水分活度测定方法：
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五、水分活度与吸湿等温曲线
Water activity and Moisture Sorption Isotherms
食品化学名词解释与问答题
食品化学习题集（第二版）参考答案第二章水名词解释1.水分活度：水分活度——食品中水分逸出的程度，可以近似地用食品中水的蒸汽分压与同温度下纯水饱和蒸汽压之比表示，也可以用平衡相对湿度表示。
2.吸湿等温线：在恒定温度下，食品水分含量（每单位质量干物质中水的质量）对Aw作图得到水分吸着等温线。
（等温条件下以食品含水量为纵坐标Aw为横坐标得到的曲线。
）3.滞后现象：对于食品体系，水分回吸等温线很少与解吸等温线重叠，一般不能从水分回吸等温线预测解吸现象（解析过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量）。
水分回吸等温线和解吸等温线之间的不一致性被称为滞后现象。
问答题1.食品中水的存在状态有哪些？各有何特点？答：食品中水的存在状态有结合水和自由水两种，其各自特点如下：①结合水（束缚水，bound water ，化学结合水）可分为单分子层水（monolayer water ），多分子层水（multilayer water ）作用力：配位键，氢键，部分离子键特点：在-40 ℃以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂②自由水（free water ）（体相水，游离水，吸湿水）可分为滞化水、毛细管水、自由流动水（截留水、自由水）作用力：物理方式截留，生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留；毛细管力特点：可结冰，溶解溶质；测定水分含量时的减少量；可被微生物利用。
2.食品的水分活度Aw与吸湿等温线中的分区的关系如何？答：为了说明吸湿等温线内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区：Ⅰ区Aw=0 ～0.25 约0～0.07g 水/g 干物质作用力：H2O—离子，H2O—偶极，配位键属单分子层水（含水合离子内层水）不能作溶剂，-40 ℃以上不结冰，与腐败无关Ⅱ区Aw=0.25 ～0.8 （加Ⅰ区，<0.45gH 2O/g 干）作用力：氢键：H2O—H2O H 2O—溶质属多分子层水，加上Ⅰ区约占高水食品的5%，不作溶剂，-40 ℃以上不结冰，但接近0.8 （Aw w）的食品，可能有变质现象。
易伟食品化学答案
食品化学答案第2章:水分1.如何从理论上解释水的独特理化性质？水分子中的O原子的电负性更大,O——H键的共用电子对强烈地偏向于O原子一边,使得H原子几乎成为带有一个正电荷的裸露质子,整个水分子发生偶极化,形成偶极分子.同时,其H原子也极易与另一水分子的O 原子外层上的孤电子对形成H键,水分子间通过这种H键产生了较强的缔合作用.由于每个水分子具有等数目的H键给体和受体,能狗在三维空间形成H键网络结构.水分子的H键网络结构为说明水的异常理化性质奠定了理论基础.2.食品中的离子、亲水性物质、疏水性物质分别以何种方式与水作用？食品中水的存在形式有哪些？各有何特点？答.（1）、水与离子及离子基团的相互作用：与离子和离子基团的相互作用的水是食品中结合最紧密的一部分水。
它们是通过离子或离子基团的电荷与水分子偶极子发生静电相互作用而产生水合作用。
对于既不具有氢键受体又没有供体的简单无机离子，它们与水相互作用时仅仅是极性结合，这种作用通常称为离子水合作用（属于静电相互作用）。
（2）、水与亲水性物质的相互作用：水与亲水性物质通过氢键而结合。
（3）、水与疏水性物质的相互作用：疏水基团和水形成笼形水合物及和蛋白质产生疏水相互作用。
水存在的形式及特点：食品中水的存在形式有体相水与结合水，体相水又分为滞化水、自由水、毛细管水。
结合水又分为化合水、邻近水（单层水）和多层水三种类型（1）化合水的性质：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（2）邻近水( Vicinal water) 的性质：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（3）多层水的性质: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（4）体相水（游离水）的性质: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、很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起Food的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。
05753食品化学与分析(名解、简答)
名词解释1、食品化学：在化学角度和分子水平上，研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养&安全性，以及它们在生产、加工、贮藏&运销过程中发生的变化和这些变化对食品品质、安全性影响的科学。
2、食品分析：研究食品中的化学组成及可能存在的不安全因素，并探讨食品品质、食品卫生及其变化的一门学科。
3、自由水：指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作用的水。
4、结合水：指存在于食品中的与非水成分通过氢键结合的水。
5、水分活度：表示食品中水分的有效浓度，在物理化学上是指食品的水蒸气分压与相同温度下纯水的蒸汽压之比。
6、等温吸湿曲线：在恒定温度下，使食品吸湿或干燥，所得到的水分活度与含水量关系的曲线。
7、糖类化合物：是多羟基的醛类和多羟基的酮类化合物及其缩合物和某些衍生物的总称。
8、环状糊精：是由6-8单位α-D-吡喃葡萄糖基，通过α-1,4糖苷键，首尾相连形成的环状低聚物。
9、淀粉的糊化：生淀粉在水中加热至胶束结构全部崩溃，淀粉分子形成单分子，并被水所包围而呈溶液状态。
10、淀粉的老化：经糊化后的淀粉在室温或室温以下的条件下放置后，溶液变得不透明甚至凝结而沉淀。
11、同质多晶：同一种物质可具有不同晶体形态，称同质多晶现象；化学组成相同而晶体结构不同的一类化合物称同质多晶体。
12、脂肪的起酥性：指在面团调制过程中加入塑性油脂，使烘烤面制品的质地变得酥脆。
13、油脂的油性：指液体油形成润滑薄膜的能力。
14、油脂的粘性：主要指油脂的粘连程度，用粘度表示。
15、油脂的氢化：指三酰基甘油的不饱和脂肪酸双键与氢发生加成反应的过程。
16、蛋白质：由20种L-α-氨基酸通过肽键构成，并具有稳定的构象和生物学功能的一类复杂高分子含氮化合物。
17、氨基酸的等电点：当调节氨基酸溶液的pH值，使氨基酸分子上的氨基和羧基的解离度完全相等时，即氨基酸所带净电荷为零，此时，氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
18、维生素：活细胞为了维持正常生理功能所必需的，但需要极微量的天然有机物质的总称。
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Ⅱ区：多层水区，即食品中与酰胺基、羧基等基团和结合水、邻近水 以水－溶质、水－水以氢键和缔合作用被相对固定的水，也包括直径小于 1μm的毛细管的水；这部分水的aw一般在0.25～0.8之间，相当于物料含 水量在0.07g/g干物质至0.14～0.33g/g干物质。当食品中的水分含量相当 于Ⅱ区和Ⅲ区的边界时，水将引起溶解过程，它还起了增塑剂的作用并且 促使固体骨架开始溶胀。溶解过程的开始将促使反应物质流动，因此加速 了大多数的食品化学反应。
不同种类的食品即使水分含量相同，其腐败变质的难易程度也有明 显的差异。食品的品质和贮藏性能与水分活度有密切的关系。
3.3.1 水分活度的定义及测定方法
一、定义：一定温度下样品水分蒸气压与纯水蒸气压的比值；
用公式表示即为：aw=p/p0=ERH/100=N=n1/(n1+n2)
其中：aw：水份活度； p：样品中水的蒸气分压 p0：同温纯水蒸气压； ERH：样品周围空气不与样品换湿时的平均相对湿度；
3.由于p测定方法
可以利用不同的方法对于食品中的水分活度进行测定：
a.冰点测定法：
通过测定样品冰点的降低值（△Tt）及含水量（求出n1）,根据公式： n2= G △Tt/1000Kt 在将此公式的值带入活度的定义公式即可求出样品 的水分活度。此法的误差很小，准确度较高。
N：稀溶液中溶质的mol分数； n2：稀溶液中溶质的mol数。
n1：稀溶液中水的mol数；
注意：1.上述公式成立的前提是溶液是理想溶液并达到热力学平衡， 食品体系一般不符合这个条件，因此上式严格讲，只是近似的表达。 （Owen R. Fennema “食品化学2.8.2）
2.公式中的前两项，即aw=p/p0=ERH/100，是根据水分活度定义 给出的；而后两项是拉乌尔定律所确定的，其前提是稀溶液。所以前两项 和后两项之间也应该是近似的关系。
样品
康维氏微量扩散器
饱和盐 溶液
样品达平衡时样品吸收或失去水的质量，利用下式求算样品的水分活度：
aw=(Ax+By/(x+y) 其中：Ax：活度低的盐溶液活度；
By：活度高的盐溶液活度 x：使用B时的净增值； y：使用A时的净减值；
3.3.3 吸湿等温曲线
一、定义及测定方法
定义：在恒定温度下，食品的水含量（以g水/g干物质表示）对其活度 形成的曲线称为等温吸湿曲线（MSI）。
食品单分子层水含量的意义及计算：
意义：由于一般食品当其含水量接近单层值时，有最大的稳定性，因而根据具体对象确 定其单层值，对于食品的有效保存是非常重要的。
计算：a..公式法：BET方程式：
m (A 1-w A w )=m 1 1C+m C1 -C 1A w
其中：m：水分含量（g水/g干物质） m1：单层值 C：常数 b.作图法：以Aw/[m(1-Aw)]~Aw作BET图，在一定范围内有较好的 线性关系。由图上可 以直接测量出Y轴截距及斜率；通过下式求出M1值。
Ⅲ区：自由水区，aw在0.8～0.99之间，物料最低含水量在0.14～0.33 g/g干物质，最高为20g/g干物质。这部分水是食品中与非水物质结合最不 牢固、最容易流动的水，也称为体相水。其蒸发焓基本上与纯水相同，既 可以结冰也可作为溶剂，并且还有利于化学反应的进行和微生物的生长。 在凝胶和细胞体系中，体相水以物理的方式被截留，其宏观流动性受到影 响，但它与稀盐溶液中水的性质相似。
c.结合水不易结冰，由于这种性质使得植物的种子和微生物的孢子 得以在很低的温度下保持其生命力；而多汁的组织在冰冻后细胞结构往 往被体相水的冰晶所破坏，解冻后组织不同程度的崩溃；
d.结合水不能作为可溶性成分的溶剂，也就是说丧失了溶剂能力；
e.体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
3.3 水分活度与吸湿等温曲线
大多数食品或食品原料的吸湿等温线为S型，而水果、糖制品、含有大 量糖和其他可溶性小分子的咖啡提取物等食品的吸湿等温线为J型。如图：
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。
二、MSI中的分区
一般的MSI均可分为三个区，如下图所示：
Ⅰ区：为构成水和邻近水区，即与食 品成分中的羧基、氨基等基团通过氢 键或静电引力相互结合的那部分水。 由于这部分水比较牢固的与非水成分 结合，因此aw较低，一般在0～0.25之 间，相当于物料含水量0～0.07g/g干 物质。这种水不能作为溶剂而且在40℃不结冰，对固体没有显著的增塑 作用，可以简单的看作固体的一部分。 要注意的是，一般把Ⅰ区和Ⅱ区交界 处的水分含量称为食品的“单分子层” 水含量，这部分水可看成是在干物质 可接近的强极性基团周围形成一个单 分子层所需水量的近似值。
三、滞后现象
所谓滞后现象即向干燥的样品中添加水（回吸作用）后绘制的吸湿等 温线和由样品中取出一些水（解吸作用）后绘制的吸湿等温线并不完全重 合，这种不重合性称为滞后现象，可用下页图表示。
按照吸湿等温线将食品中所含的水分作三个区，对于食品中水的应用 及防腐保鲜具有重要的意义。但也要理解，这种分区是相对的。因为除化 学吸附结合水外，等温线每一个区间内和区间与区间之间的水都可以发生 交换。另外，向干燥物质中增加水虽然能够稍微改变原来所含水的性质， 即基质的溶胀和溶解过程，但是当等温线的区间Ⅱ增加水时，区间Ⅰ水的 性质几乎保持不变；同样在区间Ⅲ内增加水，区间Ⅱ的性质也几乎保持不 变。从而说明，食品中结合得最不牢固的那部分水对食品的稳定起着重要 的作用。
b.相对湿度传感器测定法：
将已知含水量的样品置于恒温密闭的小容器中，使其蒸气压和环境蒸
气充分作用，达到平衡；用湿度传感器测定其空间的湿度，即可得出ERH， 这时可得到样品的水分活度。
c.康维氏微量扩散器测定法 康维氏微量扩散器可如右图示意：
分隔并相通的两个小室分别放样 品和饱和盐溶液；样品量一般为1g； 恒温温度一般为25℃ ，平衡时间为 20min；分别测定水分活度高的饱和 盐溶液和水分活度低的饱和盐溶液和