食品化学水和冰的结构实用教案

1、第二章 水与冰第1页/共23页第一页，共23页。第一节 概述(i sh)Introduction一、水在食品(shpn)中的作用 水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品的结构、外观、质地(zhd)、风味、新鲜程度产生极大的影响。产 品 水分/ 产 品 水分/ 产品 水分/ 番 茄 85 牛 奶 87 果酱 28 莴 苣 95 马铃薯 78 蜂蜜 20 卷心菜 92 香 蕉 75 奶油 16 啤 酒 90 鸡 70 稻米、面粉 12 柑 橘 87 肉 65 奶粉 4 苹果汁 87 面 包 35 酥油 0 某些代表性食品的典型水分含量第2页/共23页第二页，共23页。第一节 概述

2、(i sh)Introduction二、水和冰的物理(wl)特性 水的熔点、沸点(fidin)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3页/共23页第三页，共23页。第二节 水与溶质(rngzh)的相互作用Water-solute ineractions一、水与溶质(rngzh)相互作用的分类第4页/共23页第四页，共23页。二、水与离子(lz)和离子(lz)基团的相互作用n净结构形成(xngchng)效应 (Net structure forming effect)n 净结构(jigu)破坏效应 (Net struct

3、ure breaking 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Interaction of water with Ionic groups第5页/共23页第五页，共23页。三、水与具有氢键(qn jin)形成能力的中性基团的相互作用Interaction of water with neutral group

4、s processing hydrogen-bonding capabilitiesn水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱n能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等n可与一些(yxi)生物大分子构成“水桥”木瓜(m u)蛋白酶中的三分子水桥第6页/共23页第六页，共23页。四、水与非极性物质(wzh)的相互作用Interaction of water with nonpolar substancen疏水水合(shuh)作用（hydrophobic hydration） H2OR R(水合(shuh)n疏水相互作用（hydrophobic interaction） 向水

5、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，此过程称为疏水水合。 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第7页/共23页第七页，共23页。球状蛋白质的疏水相互作用第8页/共23页第八页，共23页。第三节 水分(shufn)吸着等温线Moisture Sorption Isotherms(MSI) 在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质(wzh)中水的质量）与Aw的关系曲线。一、定义(dngy) DefinitionMSIMSI的实

6、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。第9页/共23页第九页，共23页。MSI上不同区水分(shufn)特性区区 I I区区 IIII区区 IIIIII区区 Aw 0-0.2 0.2-0.85 0.85 含水量% 1-6.5 6.5-27.5 27.5 冷冻能力 不能冻结 不能冻结 正常 溶剂能力 无 轻微-适度 正常 水分状态 单分子层水 多分子层水 体相水 微生物利用 不可利用 部分可利用

7、可利用 NoImage第10页/共23页第十页，共23页。MSIMSI与温度(wnd)(wnd)的关系v水分含量(hnling)一定v T，AwvAw一定v T，水分含量(hnling)在不同(b tn)温度下马铃薯的水分吸着等温线第11页/共23页第十一页，共23页。二、滞后(zh hu)现象Hysteresis 1、定义：采用回吸(resorption)的方法绘制的MSI和按解吸(desorption)的方法绘制的MSI并不互相重叠(chngdi)的现象称为滞后现象。 在一指定的Aw时，解吸过程(guchng)中试样的水分含量大于回吸过程(guchng)中的水分含量第12页/共23页第十二

8、页，共23页。高糖-高果胶(u jio)食品空气干燥苹果总的滞后现象明显滞后出现在真实(zhnsh)单层水区域Aw0.65时，不存在滞后第13页/共23页第十三页，共23页。高蛋白食品(shpn)冷冻干燥熟猪肉Aw0.85开始出现滞后滞后不严重回吸和解吸( jix)等温线均保持S形第14页/共23页第十四页，共23页。淀粉质食品(shpn)冷冻干燥大米存在(cnzi)大的滞后环Aw=0.70时最严重第15页/共23页第十五页，共23页。2、滞后现象(xinxing)产生的原因 （1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出(fn ch)水分。 （2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满

9、或抽空水分需不同的蒸汽压(要抽出需P内P外， 要填满则需P外 P内)。 （3）解吸作用时，因组织改变,当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的aw。第16页/共23页第十六页，共23页。第四节 水分(shufn)活度与食品的稳定性Water activity and food stability几类重要的反应速度(fn yng s d)与Aw的关系除非酶氧化在Aw0.3时有较高反应速度外(d wi)，其它反应均是逾小反应速度愈小。也就是说愈小有利于食品的稳定性。第17页/共23页第十七页，共23页。一、对脂肪氧化(ynghu)酸败的影响在AwAw0-0.330-0.33

10、范围内，随AwAw，反应速度的原因 1 1、水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分解，阻止氧化进行(jnxng)(jnxng)。 2 2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。在AwAw0.33-0.730.33-0.73范围内，随AwAw，反应速度的原因 1 1、水中溶解氧增加 2 2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化 3 3、催化剂和氧的流动性增加当Aw0.73Aw0.73时，随AwAw，反应速度增加很缓慢的原因 催化剂和反应物被稀释第18页/共23页第十八页，共23页。二、对淀粉(dinfn)老化的影响 食品在较高Aw的（3060）的情况(qngk

11、ung)下，淀粉老化速度最快；如果降低Aw ，则老化速度减慢，若含水量降至1015%，则食品中水分多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。三、对蛋白质变性(binxng)的影响 水分能使蛋白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团， Aw的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。四、对化学及生物化学反应速度的影响 大多数化学反应在水溶液中进行， Aw愈大，自由水增多，有利于反应进行：许多酶促反应需要水的介入和活化。第19页/共23页第十九页，共23页。第五节 分子(fnz)的移动性与食品的稳定性Molecular mobility and food stability分子淌度(Mn)玻璃态(Glass state)玻璃化温度(wnd)(Glass transition temperature,Tg)无定形(Amorphous)大分子缠结(Macromolecular entanglement)本节自学(zxu)第20页/共23页第二十页，共23页。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(pndun)，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(pndun)葡萄和鸡肉