食品化学水和冰的结构

关于食品化学水和冰的结构第一节概述第二节水与冰的结构第三节食品中水的存在形式第四节水分活度与吸着等温线第五节分子的移动性与食品的稳定性第二章水与冰第2页,共23页，2024年2月25日，星期天第一节概述Introduction一、水在食品中的作用

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、风味、新鲜程度产生极大的影响。某些代表性食品的典型水分含量第3页,共23页，2024年2月25日，星期天第一节概述Introduction二、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4页,共23页，2024年2月25日，星期天第二节水与溶质的相互作用Water-soluteineractions一、水与溶质相互作用的分类第5页,共23页，2024年2月25日，星期天二、水与离子和离子基团的相互作用净结构形成效应(Netstructureformingeffect)

净结构破坏效应(Netstructurebreakingeffect)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InteractionofwaterwithIonicgroups第6页,共23页，2024年2月25日，星期天三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用Interactionofwaterwithneutralgroupsprocessinghydrogen-bondingcapabilities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”木瓜蛋白酶中的三分子水桥第7页,共23页，2024年2月25日，星期天四、水与非极性物质的相互作用Interactionofwaterwithnonpolarsubstance疏水水合作用（hydrophobichydration）H2O＋RR(水合)疏水相互作用（hydrophobicinteraction）

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8页,共23页，2024年2月25日，星期天球状蛋白质的疏水相互作用第9页,共23页，2024年2月25日，星期天第三节水分吸着等温线MoistureSorptionIsotherms(MSI)

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。一、定义DefinitionMSI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。第10页,共23页，2024年2月25日，星期天MSI上不同区水分特性第11页,共23页，2024年2月25日，星期天MSI与温度的关系水分含量一定

T↑，Aw↑Aw一定

T↑，水分含量↓在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线第12页,共23页，2024年2月25日，星期天二、滞后现象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并不互相重叠的现象称为滞后现象。

在一指定的Aw时，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量第13页,共23页，2024年2月25日，星期天高糖-高果胶食品空气干燥苹果总的滞后现象明显滞后出现在真实单层水区域Aw＞0.65时，不存在滞后第14页,共23页，2024年2月25日，星期天高蛋白食品冷冻干燥熟猪肉Aw＜0.85开始出现滞后滞后不严重回吸和解吸等温线均保持S形第15页,共23页，2024年2月25日，星期天淀粉质食品冷冻干燥大米存在大的滞后环Aw=0.70时最严重第16页,共23页，2024年2月25日，星期天2、滞后现象产生的原因

（1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分。

（2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满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17页,共23页，2024年2月25日，星期天第四节水分活度与食品的稳定性Wateractivityandfoodstability几类重要的反应速度与Aw的关系除非酶氧化在Aw＜0.3时有较高反应速度外，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18页,共23页，2024年2月25日，星期天一、对脂肪氧化酸败的影响在Aw＝0-0.33范围内，随Aw↑，反应速度↓的原因

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。

2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。在Aw＝0.33-0.73范围内，随Aw↑，反应速度↑的原因

1、水中溶解氧增加

2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化

3、催化剂和氧的流动性增加当Aw>0.73时，随Aw↑，反应速度增加很缓慢的原因

催化剂和反应物被稀释第19页,共23页，2024年2月25日，星期天二、对淀粉老化的影响

食品在较高Aw的（30％－60％）的情况下，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10％－15%，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20页,共23页，2024年2月25日，星期天第五节分子的移动性与食品的稳定性Molecularmobilityandfoodstability分子淌度(Mn)玻璃态(Glassstate)玻璃化温度(Glasstransitiontemperature,Tg)无定形(Amorphous)大分子缠结(Macromolecularentanglement)本节自学第21页,共23页，2024年2月25日，星期天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