试论食品化学之水分.ppt

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1、食品化学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1食品中的水食品中水的含量、分布和存在状态对食品的外观、质地、风味和保藏性关系极其密切。水具有高熔点、高沸点、高介电常数、高热容量、高相变热等特点，对于食品加工烹调过程具有重要影响。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水果含水量在80%以上。水分含量与食品特性3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

2、含水量在8%以下。2水和冰的分子结构水分子的电子结构氧原子电子结构：1S22S22Px22Py12Pz1两个共价键和两个孤对电子四个sp3杂化轨道水分子的结构特点sp3杂化轨道顶点连线呈现假想的四面体结构部分的离子性质可以通过分子间氢键形成三维网状结构图：水分子的电子云和共价键水分子是一个极性分子，其共价键具有部分的离子性质，分子具有较大偶极矩。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

3、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。因此，水分子不是自由的，而是水的动态连续结构中受束缚的一员。水分子的特性与氢键与分子量类似的化合物相比，水分子之间的引力要远远大于其他小分子。水的熔点、沸点、比热、气化热等异常高水和其他基团以氢键相互作用从而有良好的溶剂性质水的介电常数高水的表面张力大在0℃时，冰中水分子配位数为4。温度上升则配位数增加；然而水分子间的距离随着温度升高而加大。在3.98℃时，密度达到最大值。冰的结构水结冰之后，分子之间以氢键连接形成刚性结构。由于分子之间的距离大于液态水，冰的密度比水低，引而结

4、冰后体积增大。冰有多种晶型，在一般情况下形成正六方形对称结构冰晶。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。图：冰的氢键结构图为冰的晶胞。其中配位数为4，两个氧原子之间的距离为0.276nm。冰在不同温度和压力下有10种晶体结构，此为第一种。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水与离子和离子基团的相互作用水具有偶极，可以和

5、离子发生水合作用。由于离子和水分子的结合能力高于氢键键能，水分子优先与离子结合。在所产生的离子水合物当中，水分子被严密地控制在离子周围，失去自由移动的能力。离子水合物当中的水不能结冰，不能蒸发，不能成为溶剂，表现和固体一样。图：水与离子化合物的相互作用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

6、第一层水分子也失去了自由移动的能力。表：一些单糖和双糖结合水的能力单糖结合水量一般为0.2~0.4mg/g干重糖种类mol/OHml/g木糖0.580.28阿拉伯糖0.890.42果糖0.760.38葡萄糖0.700.35蔗糖0.480.20麦芽糖0.630.22表：一些氨基酸结合水的能力氨基酸结合水量一般为0.3~0.4mg/g干重氨基酸解离态mol/残基氨基酸解离态mol/残基AspCOOH2LysNH24.5COO－6NH3＋4.5GluCOOH2Val1COO－7.5Ala1.5TyrOH3Ser2O－7.5Pro3Phe0ProOH4水与非极性

7、基团的相互作用脂肪酸、非极性氨基酸等物质中的非极性基团与水分子产生排斥作用，可增强周围水分子之间的氢键结合力，称为“疏水水合作用”。一些疏水小分子的进入可形成“笼状水合物”。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(constitutionalwater)为结合最牢固的水2吸附水或临近水(vicinalwater)包括单层水和多层水，为吸附水3体相水(bulkphasewater)前两者为束缚水或称结合水(bondwater)，后者为自由水(fr

8、eewater)。自由水与束缚水的性质差异束缚水/结合水与自由水的不同：不易蒸发