食品化学第二章 水
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，<0.45gH2O/g干）作用力：氢键：H2O—H2O H2O—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。
食品化学第二章水知识点总结
食品化学第二章水知识点总结第二章水分2.1食品中的水分含量和功能2.1.1水分含量？普通生物和食物中的水分含量为3 ~ 97%？生物体中水的含量约为70-80%。
动物体内的水分含量为256±199，随着动物年龄的增长而减少，而成年动物体内的水分含量为58-67%不同部位水分含量不同:皮肤60 ~ 70%；肌肉和器官脏70 ~ 80%；骨骼12-15%植物中水分的含量特征？营养器官组织(根、茎和叶的薄壁组织)的含量高达70-90%？生殖器官和组织(种子、微生物孢子)的含量至少为12-15%表2-1某些食物的含水量食物的含水量(%)卷心菜，菠菜90-95猪肉53-60新鲜鸡蛋74牛奶88冰淇淋65大米12面包35饼干3-8奶油15-20 2.2水的功能2.2.1水在生物体中的功能1。
稳定生物大分子的构象，使它们表现出特定的生物活性2。
体内化学介质使生化反应顺利进行。
营养物质，代谢载体4。
热容量大，体温调节5。
润滑。
此外，水还具有镇静和强有力的作用。
护眼、降血脂、减肥、美容2.2.2水的食物功能1。
食品成分2。
展示颜色、香气、味道、形状和质地特征3。
分散蛋白质、淀粉并形成溶胶4。
影响新鲜度和硬度5。
影响加工。
它起着饱和和膨胀的作用。
它影响2.3水的物理性质2.3.1水的三态1，具有水-蒸汽(100℃/1个大气压)2、水-冰(0℃/1个大气压)3、蒸汽-冰(> 0℃/611帕以下)的特征:水、蒸汽、冰三相共存(0.0098℃/611帕)* * 2.3.2水的重要物理性质256水的许多物理性质，如熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热、表面张力和束缚常数数，都明显较高。
*原因:水分子具有三维氢键缔合，1水的密度在4℃时最高，为1；水结冰时，0℃时冰密度为0.917，体积膨胀约为9%(1.62毫升/升)。
实际应用:是一种容易对冷冻食品的结构造成机械损伤的性质，是冷冻食品工业中应注意的问题。
水的沸点与气压成正比。
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
食品化学课件精简
精心整理食品化学江西科技师范大学授课老师：赵利谭政第二章水第一节引言1.水分在食品加工中的作用⏹水对食品的外观形态、色泽、硬度、风味、鲜度等性质具有重要的影响。
⏹水是微生物生长繁殖和生物体内化学反应的必需条件，关系到食品腐败变质的问题，影响到食品⏹ ⏹⏹⏹➢在0➢⏹➢➢➢1.➢➢间隙式：水保留在一种似冰或笼形物的结构中，其中个别水分子填充在笼形物的间隙中。
➢连续式：液态水中存在着一个由水分子构成的连续网状结构，并且具有动态的本质，分子之间的氢键均匀地分布在整个水样中，原存在于冰中的许多氢键在冰融化时简单地扭曲而不是断裂。
（所有的模型都认为：各个水分子能够频繁地改变它们的排列，即一个氢键快速地终止而代之以一个新的氢键，在温度不变的条件下，整个体系维持一定的氢键键合和结构的程度。
）2.在液态水中，温度对水的缔合的影响：➢改变最邻近水分子间的距离➢改变水分子的配位数3.当固态的冰向液态的水转变时，同时出现两种情况：➢最邻近的水分子间的距离增大（密度下降，称之为“热膨胀效应”）➢最邻近的水分子的平均数目增加（密度增加，称之为“配位数增加效应”）（当配位数增加效应占优势时就导致大家所熟悉的净密度增加，而热膨胀效应占优势时则净密度下降。
）4.不同温度下水的密度变化的特点：➢水的密度在3.98℃达到最大值➢在0~3.98℃之间水的净密度随着温度的升高而逐渐升高➢超过3.98℃后表现为相反的变化趋势（这是因为配位数增加效应在0~3.98℃之间是占优势的，而热膨胀效应在温度超过了 3.98℃后占优势。
）第七节水-溶质相互作用二、分子水平1.水分在食品中的存在形式取决于：➢➢➢2.3.结合水⏹➢结合较牢固；➢牢固。
⏹具有“⏹⏹4.⏹⏹⏹1.2.离子对水的净结构的影响：⏹在稀水溶液中，存在两种效应：与极化力或电场强度紧密相关⏹净结构破坏效应(breakingeffect)➢大离子和单价离子产生较弱电场，能阻碍水形成网状结构➢K+,Rb+,Cs+,NH4+,Cl-,Br-,I-,NO3-,BrO3-,IO3-,ClO4-➢盐溶液流动性比纯水强⏹净结构形成效应(formingeffect)➢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⏹稀盐溶液中的各种离子对水的结构都有着一定程度的影响。
食品化学 2水分
食 品 中 水 分 的 存 在 形 式
1、结合水
化合水，又称组成水
是指与非水物质结合得最牢固并构成非水 物质整体的那些水。
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为0
不能被微生物利用
食 品 中 水 分 的 存 在 形 式
邻近水（单分子层水） 是指处在非水组分亲水性最强的基团周围的 第一层位置，与离子或离子基团缔合的水。
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。 结果：粘度变小，流动性增加
离子对水的净结构的影响
水 与 离 子 基 团 的 相 互 作 用
②净结构形成效应：溶液比纯水具有较低的流动性。
一些离子有助于水形成网状结构 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-
结晶大分子的亲水基团间的距离是与纯水中最邻近两 个氧原子间的距离相等。
如果在水合大分子中这种间隔占优势，这将会促进第一 层水和第二层水之间相互形成氢键。
在生物大分子的 两个部位或两个大 分子之间可形成由 几个水分子所构成 的“水桥”。
木瓜蛋白酶中的三分子水桥
水 与 非 极 性 物 质 的 相 互 作 用
结果：粘度增加，流动性变小
水与具有形成氢键能力的中性基团（亲水性溶 质）的相互作用 水能与某些基团， 例如羟基、氨基、 羰基、酰氨基和亚 氨基等极性基团， 发生氢键键合。
共价键 H2O-离子 H2O-H2O H2O-亲水性溶质 键的强度
食品化学02第二章 水
第二章 水
第一节 引言 第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平
持水力（water holding capacity）： 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。
第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平 二 分子水平
溶质和水的混合同时改变了溶质和水的性质 亲水溶质会改变邻近水分子的结构和流动性。 水会改变亲水溶质的反应性，甚至改变其结构。
二 分子水平
① 化合水 是与非水物质结合的最牢固的水，这些水是构成非水物
质结构的一部分。 ② 邻近水
处于非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置。是 水与离子或偶极缔合的这部分水。 ③ 多层水
占据邻近水剩余的位置和邻近水外层的几个水层，少量 水在-40℃可结冰，可溶解极少量的溶质。
二 分子水平
1 结合水： 2 体相水：具有类似纯水的性质，易结冰，能作
（P0-P）/ P0=n2/(n1+n2) P：食品在密闭容器中达到平衡时，水的蒸汽压 P0：同温度下纯水的饱和蒸汽压。 n1：溶剂的摩尔数 n2：溶质的摩尔数 上式仅适用理想溶液，电解质溶液误差很大。
第三节 水分活度与食品的稳定性
一 水分活度（Water Activity） 二 水分活度与温度的关系
键，形成四面体结构些不寻常的 性质?例如，高沸点.
由于每个水分子具有相同数目的氢 键供体和受体部位，它们可以形成
三维氢键，因此，每个水分子最多
2 水密度在4℃左右变化的原因?
能与其它4个水分子形成氢键，形成 四面体结构。
3 一些溶质溶于水后，为何水 的流动性会发生变化？
4 在中等至高水分含量食品中反 应速度随Aw提高而下降的原因 可能是?
食品化学习题集及答案
第二章水分一、名词解释1.结合水：是指存在于食品中的非水成分与水通过氢键结合的水。
2.自由水：是指食品中没有被非水物质化学结合的水。
3.毛细管水：是指在生物组织的细胞间隙和制成食品的结果组织中，还存在着一种由于天然形成的毛细管而保留的水分。
4.水分活度：是指在一定温度下，食品水的蒸汽压与纯水的饱和蒸气压的比值。
5.滞后现象：6.吸湿等温线：是指在恒定温度下，以食品的含水量为纵坐标，以其水分活度为横坐标绘制形成的曲线称为水分西施等温线。
7.单分子层水：8.疏水相互作用二、填空题1. 食品中的水是以结合水、邻近水、构成水、多层水、不移动水、毛细管水、自由流动水等状态存在的。
2. 水在食品中的存在形式主要有自由水和结合水两种形式。
3. 水分子之间是通过氢键相互缔合的。
4. 食品中的结合水不能为微生物利用。
5. 食品中水的蒸汽压p与纯水蒸汽压p0的比值称之为水分活度，即食品中水分的有效浓度。
6. 每个水分子最多能够与4个水分子通过氢键结合，每个水分子在3维空间有相等数目的氢键给体和受体。
7. 由化学键联系着的水一般称为结合水，以毛细血管力联系着的水一般称为自由水。
8．在一定温度下，使食品吸湿或干燥，得到的水分含量与水分活度的关系曲线称为水分等温吸湿线。
9. 温度在冰点以上，食品的组成、影响其Aw；温度在冰点以下，温度、湿度影响食品的Aw。
10. 回吸和解吸等温线不重合，把这种现象称为滞后现象。
11、在一定A W时，食品的解吸过程一般比回吸过程时水分含量更高。
12、食品中水结冰时，将出现两个非常不利的后果，即___膨胀效应_________和_____浓缩效应_______。
14、单分子层水是指__结合水和邻近水、_____，其意义在于_可准确地预测干制品最大稳定性时的最大水分含量_____。
15、结合水主要性质为：①在-40度下不结冰②不能作为溶质的溶剂③不能被微生物利用④不易发生增减变化。
三、选择题1、属于结合水特点的是（B C D）。
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
食品化学总结_2
第二章，水水－溶质相互作用一、 与离子和离子基团的相互作用(P15)当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团的盐类物质时，产生偶极-离子相互作用，可以固定相当数量的水。
随着离子种类及所带电荷的不同，与水之间的相互作用也有所差别。
大致可以分作两类：1、有助于水分子网状结构的形成，水溶液的流动性小于水，如：Li +、Na +、H 3O +、Ca 2+、Ba 2+、Mg 2+、Al 3+、OH -等。
2、能阻碍水分子之间网状结构的形成，其溶液的流动性比水大，此类离子如：K+、Rb+、Cs +、NH 4+、C l-、B r-、I -、NO -3、BrO -3等；二、水与具有氢键形成能力的中性基团(亲水性溶质)的相互作用许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等中的极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，均可与水分子通过氢键相互结合。
水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱。
三、 水与非极性物质的相互作用非极性的分子通常包括烃类、稀有气体、脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团等。
疏水水合作用 疏水相互作用 疏水基团还能和水形成笼形水合物。
四、水与双亲分子的相互作用双亲分子包括脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂类和核酸。
双亲分子在水中形成胶团。
食品中水的存在状态根据食品中水分的存在状态，可以把食品中的水分作不同的类型（如下页图）。
结合水，自由水（体相水）之间很难作截然的划分，其主要的区别在于：a.结合水的量与食品中所含极性物质的量有比较固定的关系。
b.结合水的蒸汽压比自由水低得多。
c.结合水不易结冰（冰点约－40℃）。
食品中水的存在形式构成水定义：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；邻近水定义：处于非水物质外围，与非水物质呈缔合状态的水；特点：-40度不结冰，无溶剂能力，不能被微生物利用；多层水定义：处于邻近水外围的，与邻近水以氢 键或偶极力结合的水；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；单分子层水，0.5%5%结合水自由水被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水滞化水不能自由流动，与非水物质没关系毛细管水由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水物理及化学性质与滞化水相同自由流动水以游离态存在的水可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用定义特点定义特点定义特点d.结合水不能作为溶质的溶剂。
名词解释 食品化学
制的等温线不相互重叠，这种不重叠性称为滞后现象。 7. 无定形态:指物质的所处的一种非平衡、非结晶状态，当饱和条件占优势并且通知保持非结晶时，
此时形成的固体就是无定形态。 玻璃态:指既像固体一样具有一定的形状和体积，又像液体一样分子间排列只是近似有序，因此它是非
晶态或无定形态。 橡胶态:指大分子聚合物转变成柔软而具有弹性的固体时的状态，分子具有相当的形变。 黏流态:指大分子聚合物链能自由运动，出现类似一般液体的黏性流动的状态。 8. 玻璃化转变温度：指非晶态的食品体系从玻璃态到橡胶态的转变时的温度。是特殊的，指食品体系在 冰形成时具有最大冷冻浓缩效应的玻璃化转变温度。 9. 饱和湿度差：空气的饱和湿度与同一温度下空气中的绝对湿度之差。 10. 蒸汽凝结：空气中的水蒸气在食品表面凝结成液体水的现象。 11. 分子移动性（Mm）：也称分子流动性，是分子的旋转移动和平动移动的总度量。
15. 辐解：辐照导致油脂降解的反应称为辐解。 16. 过氧化值（POV）：指 1kg 油脂中所含氢过氧化物的毫摩尔数（AV）：指中和 1g 油脂中游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。
皂化价（SV）：1g 油脂完全皂化时所需要的氢氧化钾毫克数。 二烯值（DV）：100g 油脂中所需顺丁烯二酸酐换算成碘的克数。 18. 油脂的精炼中 脱胶：应用物理、化学或物理化学方法将粗油中的胶溶性杂志脱除的工艺过程。 脱酸：游离脂肪酸影响油脂的稳定性和风味，可采用加碱中和的方法除去游离脂肪酸，又称为碱炼。 脱色：用吸附剂除去粗油中影响油脂稳定性的色素的过程。 脱臭：采用减压蒸馏的方法除去油脂中的一些非需宜的异味物质的过程。 19. 油脂的分提：在一定温度下，利用油脂中各种三酰基甘油的熔点差异及在不同溶剂中溶解度的差异通过 分步结晶，使不同的三酰基甘油因分相而分离的加工方法。 干法分提：指在无有机溶剂存在的情况下，将熔化的油脂缓慢冷却，直至较高熔点的三酰基甘油选择性
食品化学期末复习重点
《食品化学》期末复习重点第二章水分一、水的重要功能1.是体内化学反应的介质水为生物化学反应提供一个物理环境。
2.生化反应的反应物。
3.养分和代谢物的载体。
4.热容量大，体质体温。
5.粘度小，有润滑作用。
6.生物大分子构象的稳定剂。
二、水分子的缔合1.水分子具有形成三维氢键的能力，每个水分子至多能与其它四个分子形成氢键，静电力对氢键的键能做出了主要的贡献。
2.每个水分子具有数量相等的氢键给予体和氢键接受体的部位，并且这些部位的排列可以形成三维氢键。
3.与打破分子间氢键所需额外的能量有关的水的性质有：低蒸汽压、高蒸发热、高熔化热、高沸点。
4.水的介电常数也受氢键的影响，水分子的成簇氢键产生了多分子偶极，它能显著地提高水的介电常数。
三、冰的结构冰可以以10种多晶型结构存在，也可能以无定形的玻璃态存在，但在11种结构中，只有普通的六方形冰（属于六方晶系中的双六方双晶体型）在0℃和常压下是稳定的。
四、水的结构1.水有三个一般模型：混合模型、填隙模型和连续模型（也叫均一模型）。
2.水分子中分子间氢键键合的程度取决于温度，在0-4℃时，配位数的影响占主导，水的密度增大；随着温度继续上升，布朗运动占主导，水的密度降低。
两种因素的最终结果是，水的密度在3.98℃最大。
3.水的低粘度也与水的结构有关，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，增加了水的流动性。
五、持水力：1.概念：描述由分子（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渗出的能力。
2.在组织和凝胶中几乎所有的水可被归类为物理截留，被物理截留的水甚至当组织状食品被切割或剁碎时仍然不会流出，这部分水在食品加工中的性质几乎与纯水相似。
六、结合水1.概念：结合水是存在于溶质及其它非水组分附近的、与溶质分子之间通过化学键结合的那一部分水，与同一体系中的体相水相比，它们呈现出不同的流动性和其它显著不同的性质，这些水在-40︒C下不会结冰。
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 第二章___水
#食品中水分与溶质间的相互关系
1. 水与离子和离子基团的相互作用
作用力： 极性基团、偶极—离子相互作用 特点： 阻碍水分子流动的能力大于其它溶质 水—离子键＞水—水氢键 破坏水的正常结构，阻碍冰的形成
产生水合离子作用的离子分类
结构破坏离子:
能阻碍水形成网状结构，这类盐的溶液比纯水的流动性大 特点：离子半径大，电场强度较弱。如K+、Cl-、Rb+、NH4+、Br-、 I-等 结构促进离子： 有助于水形成网状结构，这类盐的溶液比纯水的流动性小 特点：离子半径小，电场强度较强。如Li+、Na+、H3O+、Ca2+、Mg2+、 Al3+等
Aw与温度的关系
P、P。和ERH与T有关 故 Aw = P/P。= ERH/100也与T有关
aw与温度的关系符合克劳休斯公式：
dlnaw/d(1/T) = －ΔH/R
当含水量相等时，温度越高，aw越大
温度变化对水活性产生的效应影响密封袋装或罐 装食品的稳定性 aw还与食品组成有关
较大温度范围，lnaw对1/T并非为直线
Aw > 0.8
Aw↑ V ↓ (稀释浓度)
Aw与非酶反应的关系
3. Aw与水溶性色素分解、维生素分解 Aw ↑ V分解 ↑
* *
结冰对食品稳定性影响
结冰时食品发生变化
1.非冻结相中，溶质变浓、产生浓缩效应 未冻结的pH、粘度、离子强度、氧化还原电位、胶体性质等发生
变化，加速一些化学反应。例如：
能与蛋白质分子产生疏水相互作用
水分活度与食品稳定性
* * 水分活度的意义 问题: 含水18%的果脯与含水18%的小麦比较，哪种耐储藏？ 定义: 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
【2024版】食品化学第二章水
• 液体水具有构造，某个水分子的定向与流 动性受到与它相邻分子的影响，水局部地 保存了冰的敝开、氢键和四面体排列 。
• 三种模型：混合、填隙和连续〔均一〕模 型。
• ⑴混合模型：
•
分子间氢键短暂地浓集在庞大成簇
的水分子中，后者与其他更稠密的水分子
处在动态平衡中。
⑵连续模型：
分子间氢键均匀地分布在整个水样中， 原存在于冰中的许多键在冰熔化时简单地 扭曲而不是断裂。此模型认为存在着一个 由水分子构成的连续网，具有动态本质。
三、冰的构造
• 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 体构造。
• 在冰的晶体构造中，每个水和另外4个水 分子相互缔合，O－O之间的最小距离为 0.276nm，O－O－O之间的夹角为109°。
(1)纯冰
普通冰属于六方晶系中的六方形双锥体 型。
冰还可能以其他9种多晶型构造存在， 也可能以无定形或无一定构造的玻璃 态存在。但是在总的11种构造中，只 有普通的六方形冰在0℃和常压下是 稳定的。
b.天然或加工食品的水分含量、 分布和存在状态决定着食品 的构造、特性、新鲜程度、 品质管理水平和储藏期；
c.水起着分散蛋白质、脂类和 淀粉，使其形成溶胶的作用。
d.水是引起食品化学变化及微 生物作用的重要原因，直接 关系到食品的贮藏和平安特 性。
第二节 水和冰的物理性质
• 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：
• H2O分子的四面体构造有对称型 • 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 • 单个水分子的键角为 104.5°，接近正四面体
的角度 109.28° ，O-H核间距0.096nm，氢和 氧的范德华半径分别为0.12nm和0.14nm。
第二章 食品中的水分
不能被微生物所利用
多层水
处于邻近水外围，与邻近水通过氢键缔合在一起的水 特点：有一定厚度（多层），-40℃基本结冰，
弱溶剂能力，可被蒸发
结合水与体相水之间难以作定量的划分，但可定性的区别：
➢ 结合水的量与食品中所含极性物质的量估有比较固定的关系，如100g蛋白质大约可结合50g 的水， 100g淀粉的持水能力在30～40g；
➢ 结合水不能作为可溶性成分的溶剂，即丧失了溶剂能力； ➢ 结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变； ➢ 体相水可被微生物所利用，结合水则不能。
水对于生命是必需的。
战争之源 “下一场世界大战将是对水资源的争夺”
一、 水在食品中的作用
➢ 溶剂 ➢ 反应物或反应介质 ➢ 浸涨剂 ➢ 传热介质 ➢ 去除食品加工过程中的有害物质 ➢ 生物大分子化合物构象的稳定剂
水对食品的结构、外观、质地、 风味、新鲜度以及腐败变质的敏 感性都有极大的影响，从而也深 刻影响着食品的运销和商品价值。
（3）水分子的缔合
在水分子中，由于两种原子电负性的差别，氢、氧之间的共用电子 对强烈偏向氧原子，使氢原子成为带有部分正电荷，表现出裸质子 的特征；而氧原子则带有部分负电荷，具有吸引质子的能力。
这个半径很小并带有部分正电荷的质子，能与另外一个水分子中带有部分负电荷的氧原子之间产生的 静电引力，这种作用力比共价键弱，比纯水之间的作用力强，称之为“氢键”。
补充知识点4：介电常数
介电常数：溶剂对两个带相反电荷离子间引力的抗力的度量，是溶剂一个重要的性质。
0℃水与0℃冰的物理性质与食品质量关系
➢ 冰的密度比水小，表现出异常的膨胀行为
结果：含水食品在冻结过程中组织结构遭到破坏损伤
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第二节
水、冰的结构和性质
一、水分子的结构
SP3
O H
104.50
H
1.84D
二、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：
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。
由于水分子之间可以以不同数目和不同形式结 合，因此缔合态的水在空间有不同的存在形式， 如：
尽管结合或附着在分子上的水分子数量并不多，但其作 用和性质常常非常重要。它们常是一些酶保持活性结构并 能发挥作用的重要因素；也常是食品保持正常结构的重要 因素。
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）。 疏水水合作用
Aw 测定方法
• • • • 冰点测定法 相对湿度传感器测定法 恒定相对湿度平衡法 水分活度测定仪测定
水分活度与温度的关系
冰点以上与冰点以下的Aw的比较：
1、冰点以上温度时，水分活度与食品组成和温度有 关；冰点以下温度时，水分活度仅与温度有关。 2、Aw的意义不同。 3、冰点以下的Aw不能预测相同食品冰点以上的Aw。
1、与离子或离子基团的相互作用 当食品中存在离子或可解离成离子或离子基团 的盐类物质时，这些物质由于在水中可以溶解而且 解离出带电荷的离子，因而可以固定相当数量的水。 例如食品中的食盐和水之间的作用。
Na+
Cl-
随着离子种类的变化及所带电荷的不同，与水之 间的相互作用也有所差别。大致可以分作两类： 阻碍水分子之间网状结构的形成 其溶液的流动性比水大，此类离子如：K+、Rb+、 Cs+、NH+4、Cl-、Br-、I-、NO-3、BrO-3等。
区Ⅱ的水的性质
• 通过氢键与相邻的水 分子和溶质分子缔合 • 流动性比体相水稍差 • 大部分在-40℃不结冰 • 导致固体基质的初步 肿胀 • 多层水 • 区Ⅰ和区Ⅱ的水占总 水分的5%以下
真实单层
• 区Ⅱ和Ⅲ接界 • 0.38g H2O/ g干物质
第四节 食品中水的存在状态
理解食品中水的存在状态是掌握水在食品中的 作用及各种与水相关的加工技术的关键。而水在食 品中的存在状态说到底是水在食品中和各类食品物 质之间的关系及水的存在量。
根据食品中水与非水物质之间的相互关系，可 以把食品中的水分作体相水和结合水。
结合水也称束缚水、固定水。结合水又分为化 合水、临近水、多层水。
水在食品中的重要作用
a.水是食品的重要组成成分，是形成食品加工工艺考虑的 重要因素；
某些代表性食品的含水量
食品名称 水分% 食品名称 水分% 食品名称 水分%
番茄 莴苣 卷心菜 啤酒 柑橘 苹果汁
95 95 92 90 87 87
牛奶 马铃薯 香蕉 鸡 肉 面包
87 78 75 70 65 35
果酱 蜂蜜 奶油 稻米面粉 奶粉 酥油
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。
疏水相互作用 由于疏水水合在热力学上是不利的，因此水倾向 于尽可能地减少与存在的非极性实体靠近。如果存在 两个分离的非极性实体，那么不相容的水环境将促使 它们相互靠近并缔合，从而减少水-非极性实体界面 面积，此过程是疏水水合的部分逆转，被称为“疏水 相互作用”。
• 食品的水分含量～食品的腐败性 – 存在相关性 – 但发现水分含量相同，腐败性显著不同 – 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 – 与微生物生长和许多降解反应具有相关性
二、水分活度的定义和测定方法
f Aw f0 f p f 0 po
有助于水分子网状结构的形成
其溶液的流动性小于水，此类离子一般为离子 半径小、电场强度大或多价离子，如：Li+、Na+、 H3O+、Ca2+、Ba2+、Mg2+、Al3+、OH-等。
2、与具有氢键键合能力的中性分子或基团的相互作用
许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维 素）、果胶等，其结构中含有大量的极性基团，如羟 基、羧基、氨基、羰基等，这些极性基团均可与水分 子通过氢键相互结合。因此通常在这些物质的表面总 有一定数量的被结合、被相对固定的水。
最强烈地吸附 最少流动 水－离子或水－偶 极相互作用 在-40℃不结冰 不能作为溶剂 看作固体的一部分 构成水和邻近水 占总水量极小部分
BET单层
• 区Ⅰ和Ⅱ接界 • 0.07g H2O/ g干物质 • Aw =0.2 • 相当于一个干制品能 呈现最高的稳定性时 含有的最大水分含量
H H H H O O O H H H H O H O H H H O H O H H O
H H O H
由于水分子之间除了通过氢键结合外，还有极 性的作用力，因此水分子之间的缔合数可能大于 4。
• 水分子缔合的原因有哪些？
• 氢键 • 静电效应 • H-O键的极性
在通常情况下，水有三种存在状态，即气态、液态和固 态。 水的存在状态与水分子之间的缔合程度的关系： 在气态下，水分子之间的缔合程度很小，可看作以自由 的形式存在。 在液态，水分子之间有一定程度的缔合，几乎没有游离 的水分子，由此可理解为什么水具有高的沸点。 在固态也就是结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4， 每个水分子都固定在相应的晶格里，这也是水的熔点高的原 因。
食品所含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。一般有4种类型，即 六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶。 六方形是多见的、在大多数冷冻食品中重要的 结晶形式。这种晶形形成的条件是在最适的低温冷 却剂中缓慢冷冻，并且溶质的性质及浓度不严重干 扰水分子的迁移。 现代食品冷藏技术中提倡速冻，这是因为速冻 形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活 动受到更大限制，从而保证了食品品质。
四、水、冰的物理特性与食品质量关系 a.水的熔点、沸点比质量和组成相近的分子高
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。
b.水在冻结时体积增加 水的密度较低，水在冻结时体积增加，表现出异 常的膨胀行为，这会使得含水的食品在冻结的过程中 其组织结构遭到破坏。
差别1%
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
仅适合理想溶液
RVP,相对蒸汽压
Aw =P/P0=ERH/100
• ERH 食品上空已经恒定了的水蒸气的分压与同 温下水的饱和蒸汽压的比值（用乘以100后的整 数表示） • Aw 是食品内在的品质，与食品的组成结构有关， 而ERH则与食品平衡时大气的性质有关。 • 应用aw =ERH/100时必须注意: • ① aw 是样品的内在品质,而ERH是与样品中的水 蒸气平衡是的大气性质。 ②仅当食品与其环境 达到平衡时才能应用。
28 20 16 12 4 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。
水与食品加工的关系
• 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。 • 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。
结合水与自由水主要的区别在于：
a.结合水的量与食品中所含极性物质的量有比较固定的关系 如100g蛋白质大约可结合50g 的水，100g淀粉的持水能力 在30～40g；结合水对食品品质和风味有较大的影响，当结合 水被强行与食品分离时，食品质量、风味就会改变。 b.结合水的蒸气压比体相水低得多 在一定温度（100℃）下结合水不能从食品中分离出来。
1、食品中非水物质可以分为哪几种类型？ 2、食品中水的存在形式有哪几种？主要 区别在哪里？ 3、水分活度的定义？
三、 水分吸着等温线
（一）定义
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: 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。
在冰的晶体结 构中，每个水 和另外4个水 分子相互缔合， O－O之间的最 小距离为 0.276nm，O－ O－O之间的夹 角为109°。
纯水的结晶 过冷温度结晶
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），把开始出现稳定晶核时的温度叫过冷 温度。
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 I区 0-0.2 1-6.5 不能冻结 无 II区 0.2-0.85 6.5-27.5 不能冻结 轻微-适度 III区 ＞0.85 ＞27.5 正常 正常
单分子层水 多分子层水 体相水 部分可利用 可利用
微生物利用 不可利用
区Ⅰ的水的性质
水的黏度与水分子之间缔合的关系：
水的流动性与水分子之间缔合的关系： 水具有流动性是因为水分子之间的缔合是动态的。当水 分子在很短的时间内改变它们与临近水分子之间的氢键键合 关系时，会改变水的流动性。