张忠版食品生物化学-第1章水和冰

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1、第一章水分授课主要内容•第一节概述•第二节食品中的水•第三节水分活度第一节概述一、水在生物体内的含量及生理功用糖脂无蛋核类质机白酸32盐水质7%%%1%7015%%水的生理功能•水虽无直接的营养价值，但具有某些特殊性能，如溶解力强，介电常数大，比热高，粘度小等，是维持生理活性和进行新陈代谢不可缺少的物质。•水是体内化学作用的介质，同时也是生物化学反应的反应物及组织和细胞所需的养分和代谢物在体内运转的载体。二、水和冰的物理特性•熔点、沸点、介电常数、表面张力、热容、相变热等物理常数较高：如甲烷的b.p：-162℃，m.p：-183℃，而水b.p：100℃，m.p：0℃；•热

2、导性、热扩散速度：冰>水——水的冻结速度比解冻速度要快得多•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；水在不同条件下与食物成分的作用（一）冰冻影响-5～0℃停留时间为什么不能超过半小时？这个温度容易形成大冰晶。-5～-2℃为什么比0℃以上变质速度还快？开始冻结后，为冻结部分的反应物浓度越来越大，这个温度是以浓缩为主，加速了多种反应；进一步降温，温度效应为主导，温度越低，反应速度越慢，综合节能和保质采取-18℃（二）水-溶质相互作用的分类种类实例相互作用的强度与水-水氢键比较偶极-离子H2O-游离离子较强H2O-有机分子上

3、的带电基团焓偶极-偶极H2O-蛋白质NHH2O-蛋白质CO近乎相等H2O-侧链OH疏水水合H2O+RR（水合）远低(△G＞0)疏水相互作用R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O不可比较(△G＜0)热力学不能自发进行熵△G=△H-T△S(1)水与离子基团的相互作用键的强度大共价键H2O-离子键H2O-H2O小(2)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-H2OH2O-亲水性溶质小(3)水与疏水基团的相互作用疏水水合(Hydrophobichydration)：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

4、基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程成为疏水水合。油脂烃类分层。(4)水与双亲分子的相互作用水作为双亲分子的分散介质双亲分子–一个分子中同时存在亲水和疏水基团–脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂质、核酸水中存在同时含有多个亲水性和疏水性侧链基团的生物大分子，其分子中的疏水基团以色散力相互吸引，避开与水的接触，疏水基团包埋在分子内部，亲水基与水以氢键结合，这种现象称疏水性基相互作用。第二节食品中的水•食品中的水，是以自由态、水合态、胶体吸润态、表面吸附态等状态存在的。•水之所以能以各种形态存在于动植物组织中，是由于水能被两种作用力即氢键结合力和毛细管力联系着

5、。定义：与非水物质呈紧密结合状态的水化构合成水水特点：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，与非水物质水，0.5%结合水邻近水呈缔合状态的水；特点：-40度不结冰，无溶剂能力，不能被微生物利用；定义：处于邻近水外围的，与邻近水以氢食品多层水键或偶极力结合的水；5%中水特点：有一定厚度(多层)，-40度基本不结的存冰，溶剂能力下降，可被蒸发；在形式定义被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水滞化水特点不能自由流动，与非水物质没关系自由水定义由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水毛细管水特点物理及化学性质与滞化水相同

6、定义以游离态存在的水自由流动水特点可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用(一)结合水•结合水是与食品中蛋白质、淀粉、果胶物质、纤维素等成分通过氢键而结合着的。•根据各种有机分子的不同极性基团与水形成氢键的牢固程度有所不同。结合水又可分为单分子层结合水和多分子层结合水•(二)自由水•以毛细管力联系着的水称为自由水(或游离水)。•存在于植物组织的细胞质、膜、细胞间隙中和任何组织的循环液以及制成食品的结构组织中。结合水与自由水在性质上的差别•结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系。•结合水的蒸气压比自由水低得多，所以在一定温度(100℃)下结合水不能从

7、食品中分离出来。•结合水对食品的可溶性成分不起溶剂的作用。•自由水能为微生物所利用，结合水则不能。•结合水在低温（-40C或更低）下不能冻结。•结合水在核磁共振实验中产生宽带。第三节水分活度一、定义和测定方法Ø水分活度(wateractivity)是指食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值,可用下式表示Aw=P/P0=ERH/100（equilibriumrelativehumidity）=n1/(n1+n2)Aw=p/p0自由水其中：Aw：水份活度；p：食品中水的蒸气分压；p0：同温下纯水蒸气压；•水分活度测定公