江南大学食品化学课件

1、第二章 水（water),第一节 引 言（introduction) 一、水是食品的主要组分之一 水是生物体系的基本成分: Protein、Carbohydrate、 lipids、nucleic acid、mineral and water。 主要营养成分： 营养素： Protein、Carbonhydrate、 lipids、Vitamin、mineral、water、Fibre。 每一种食品具有特定的水分含量 水对食品的结构、外观和质构以及对腐败的敏感性有着很大的影响。,桅坑坎审菲孽斗酝绅想揭殖堂胆遇案贵冯瀑酥荒低佩环旋腻诗炼吵小敝坠江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,主要食品的水

2、分含量,抗驶铂预洞铭牢漱出忽亢谦满堂线佩筐澈病多餐扑韧汹棚原哗蝇嗽勋猎合江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,二、水的重要功能,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。 生化反应的反应物 养分和代谢物的载体 热容量大，体质体温 粘度小，有润滑作用 生物大分子构象的稳定剂,髓圃琅诈拓痒汰命旦漾闻两蛀茄鼎貉甫务院府灶裤果涝柴拙探图焦鞘先葬江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,三、水分子 （Water Molecule),斯陶特模型,小于正方体的109.5,骄宿据柴逾摈揍病匹驴谗绪纪霓髓较凿绝虹啡檄立侯假缸隅重热拈紧辞董江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,2p,2s,皆

3、盎粳晚窑砒码饰恩连屹啪殆老澜寄志抒校供学喻侧浙瘩坛证虹扳度谭涝江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,彤职爹石寺混藤荷奏驹仟励谗爽秧控柿拂剃潜氛内嗡比羚俐因周停创涸或江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,四、水分子的缔合 （ Association of Water Molecules),形成三维氢键能力（three dimensional H-bond network） 水分子具有在三维空间内形成许多氢键（hydrogen bond）的能力.这可充分地解释水分子间存在大的引力。 与共价键（平均键能约355kJ/mol）相比，氢键是弱键（一般为2-40kJ/mol），它有着较长而多变的键

4、长。 静电力(对氢键键能作出了主要的贡献). 每个水分子至多能与四个其他的分子形成氢键。,轴德览檀闯荆请焚液霜颗天空丰四赞恨骚尖砖钡亦镍冰倚烬页伦掷竹叮沛江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,恒硒丢槐回脖磨凰姆驯冰惜乏袋坍闸谁理东乡腐毯导馋惨谨妨丝遭惟准颅江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,克库勒模型,Tetrahedral coordination of Water molecules,师门赏磺漏瞩挂蒸撞猿校牙璃酝踞析酥颧相褐郭漏侩衬悟措抗杰汞种庆遍江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,每个水分子具有数量相等的氢键给予体（hydrogen bond donor)和氢键接受体（H

5、- bond acceptor)的部位，并且这些部位的排列可以形成三维氢键，因此，存在于水分子间的吸引力仍然是特别的大。 水合氢离子(H3+O)带正电荷，比非离子化水具有更大的氢键给予能力；羟基(OH-)离子带负电荷，比非离子化水具有更大的氢键接受能力。,溅高泽尘樟烛奇周紫拖躯纳过演题兹俞慰侨麦坞窑继蚕妇铅舱纺砰柳彼欠江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,与打破分子间氢键所需额外能量有关的水的性质,低蒸汽压 高沸点 高熔化热 高蒸发热,拘最棕闭瘪天澄甸粤燎殆纠呐项籽芽杠遂贸淖唬暗涯互赊搬安等递举训菩江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,五、冰的结构 （Structure of Ice）

6、,（一）纯冰(Pure ice),芭峭锌诲疡胆寨铆寸防女饥暮署仰桅滦甘响咕净旬播命抖猫倍烛匙钟适峪江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,揣缮芝浇抿指话炙厢速类钡爬境唁树况饼捆矮硬钳轰砌刃吸渭氖鼻盂十玛江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,甫遗迭变首潭丑猪翁抢轴丢抠帧镀伶挽沾也屋陇疾羌警哩掖骗杏隅仔埃藕江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,六方晶系的六方金刚石,a.六方柱体 b. 六方双锥体 c-d. 双晶,六方晶系 单斜晶系 正交晶系 三方晶系,四方双锥,斜方双锥,迭眉砧罩所吟魁弄闺屁哦焚着极贩仁茫辟笑灌导嫩乎饿刽欢绿枉萧家吗克江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,冰结晶的对称

7、性,普通冰属于六方晶系中的双六方双锥体型。 冰还可能以其他9种多晶型结构存在，也可能以无定形或无一定结构的玻璃态存在。但是在总的11种结构中，只有普通的六方形冰在0和常压下是稳定的。,既谅征徊契辗陶建浩咏制注滑婿吴讣鸳火蚂纸签收男付品沪支螟燎岔磁硫江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,冰的结构的复杂性,纯冰不仅含有普通的HOH分子，而且还含有离子和HOH同位素变种(氢有重氢，氧有17.18) 。 由于H3O+和OH-的运动和HOH的振动，冰结晶不是完美的，总存在缺陷。这些缺陷的存在可用于解释冰中质子的流动性以及当水冻结时直流电导的稍有减小。 冰不是静止的或均一的体系，存在于结晶空隙的HOH

8、分子可以缓慢地扩散通过晶格，它的特性取决于温度。 仅在温度近-180或更低时，所有的氢键才是完整的。随着温度升高，完整的（固定的）氢键平均数将逐渐地减少。,宿架何人乐舔腿年宰狙腊金敲昆童反赎玉分支深膳沮罚约杂摈裂教蝉痴毯江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,六、 水的结构 （Structure of liquid water）,液体水具有结构。 某个水分子的定向与流动性受到与它相邻分子的影响。 水部分地保留了冰的敝开、氢键和四面体排列。 冰的熔化热很高，但熔化只打断了冰中约15%的氢键。 三个一般模型：混合、填隙和连续（均一）模型。,啃跟泡橇燃迂涅命放凳恨锋矫配魔拽疵梆婪霉陶真瘪酌吱题篮板

9、教劝打杏江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,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。 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。 填隙模型： 水保留一种似冰或笼形物结构，而个别水分子填充在笼形物的间隙中。,碱茂蛰迄郁歪躺涛警问炯曙竞涅瓤讹推链筐量拈幸趴磅铜消磁盯遁线帝街江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,在所有的三种模型中，主要的结构特征是在短暂、扭曲的四面体中液态水分子通过氢键缔合。 所有的模型也容许各个水分子频繁地改

10、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，而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。,王湛孜匆躺载铆迹痕肺懦吐干辨彪孵练陷苦臃惫横伦扭介啃琉庇顿粗旅闽江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,水分子中分子间氢键键合的程度取决于温度,在0时冰的配位数为4，与最接近的水分子的距离为0.276nm。 当输入熔化潜热时冰熔化，即一些氢键断裂（最接近的水分子间的距离增加），而其他氢键变形，水分子呈缔合的流体状态，总体上它们更加紧密。 随着温度提高，配位数从0冰时的4.0增加至1.50水时的4.4时，随后83水时的4.9。同时，最接近的水分子间的距离从0冰时的0.276n

11、m增加至1.5水时的0.29nm，随后83水时的0.305nm。,梗陡竭韶望潞榨榆印炕酷沦腹玛瓶无狭潦粱肃措贤胯痊掏释执恼圃报夫逼江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,冰向水转变伴随着最接近的水分子间的距离的增加 最接近的水分子的平均数目的增加。 水的密度在3.98达到最大。 密度增加 在0和3.98之间，配位数增加的效应占优势。 密度下降 超过3.98后，最接近的水分子间的距离增加的效应（热膨胀）占优势。 水的低粘度 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。,缝秘鞘岗间顿誉甘柿博始酥阳芋观霉闻褐骸

12、藕害陡谗收劫琉哮王调毋瓶踞江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,第二节 水和溶质的相互作用 Water-solute interaction,一、宏观水平(macroscopic level) 一般概念 水结合（Water binding） 水与亲水物质缔合的一般倾向。 水合（Hydration）水与亲水物质缔合的一般倾向。 “水结合位”（water binding potential） 有定量意义，但仍然仅适用于宏观水平 水结合或水合的程度和强度取决于包括非水组分的本质、盐组成、pH和温度等很多因素。,辊蜒梯份徐奄瞪啮估泡份嘛赡亮诡贴宋隘钞厌狸炳串吴狂玫湘秘窿伊革俐江南大学食品化学课件江

13、南大学食品化学课件,持水力（Water holding capacity）,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水渗出的能力。 果胶、淀粉凝胶以及动物和植物组织细胞。 这部分水在食品加工中的性质几乎与纯水相似；即在干燥时它易被除去，在冷冻时易转变成冰，可以作为溶剂。但在组织状食品被切割或剁碎时不会流出。 这部分水的整体流动受到严格地限制，但是各个分子的运动基本上与在稀盐溶液中的水分子相同。,臭暂烂楔鸟溉韧托如漳较耳浊桐晃秘兢缘弓护迸眺魔柞好嗡樱韶望升慑校江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,二、分子水平(Molecular level),（一）概述 溶质

14、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。,聚敝蒲和脉晋隙流陵痒停塘烤煤镁拷氢契比跨郴包梳行佩篷郁涣遭豆炳篆江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,磨京艘樱扩兴卞虽凝丸嫌棱看拙公酞或萝间选研马拆疾八违憾军舌颂耪匣江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,（二）结合水(Bound water),定义： 结合水是一个样品在某一个温度和较低的相对湿度下的平衡水分含量； 在低温（通常是指-40C或更低）下不能冻结； 不能作为外加溶质的溶剂； 处在溶质和其它非水物质的邻近位置，它的性质显著地不同于同一体系中体相水(bulk

15、-phase water)的性质。,惧栋亥筷跺蘸迟稍与茧具薛南宗泵潞捅亮睡拯昌杂缉婴碑歧过浙营书茬碗江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,与体相水比较，结合水具有“被阻碍的流动性”而不是“被固定的”。 在高水分含量的食品中，结合水仅包括总水分中的一个微小部分，大致相当于邻近亲水基团的第一层水分子。 表观结合水量常随测定方法变化。,哼捧都溢衣湍谓吻曲若箱辩瑰仑茂越公狠掐渔豁郁乖肇礁藩雕籽申噬押恒江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,在复杂的体系中存在不同结合程度的水；即其结合水由构成水、邻近水和多层水所组成。 构成水 结合最强的水，已成为非水物质的整体部分。如存在于蛋白质分子的空隙区域的

16、水和成为化学水合物的一部分的水。 邻近水 占据着非水成分的大多数亲水基团的第一层位置。如与离子或离子基团相缔合的水。 多层水 占有第一层中剩下的位置以及形成了邻近水外的几层。虽然结合程度不如邻近水，仍与非水组分靠得足够近，其性质大大不同于纯净水的性质。,辽缔鲍奄豺三旬拟像苟组赌村伴剿寓票另澜品雷焙耿涛机数保哇洪偶厂痕江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,结合水（另一种分类法）,单分子层水 氨基、羧基等强极性基团常以离子形式存在。这些离子可以与水通过氢键结合。在他们周围结合的第一层水单分子层结合水。 蒸发能力弱，不易去除，可看作食品的一部分。 多分子层水：与酰胺基、羟基、巯基等极性基团结合的

17、及离子基团单分子层以外的几层水。蒸发仍然需要较多能量。,仲肋提晃箕哑萧氮币门削仔令跑魏道记嫁扦县时摔咐涯缮褐求肖若隔颠蹋江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,95-100 烘干测定的是自由水和多分子层水。 单分子层水要减压干燥才能测定出来。 结晶水测定：水合硫酸铜晶体，在260280脱水。由蓝色全部变为白色。,蚁材仆宁熙哇郭将装拙白退呛扁絮漫罗枫禾邪院嗅党相篇喳逝焙哇辖另恶江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,三、水与离子及离子基团的相互作用 Interaction of water with ions and ionic groups,水-离子键的强度大于水-水氢键的强度，但是远小于

18、共价键的强度。 加入可以离解的溶质会打破纯水的正常结构，也会阻碍水分子的流动。,铃敦污已绢厘桅寂寐典滋姬弱州市太贷呵贝赠古丘谆尼计楔怂淫扩烛实羊江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,唇褥恤竞虏沦油尘炕己塑凛尘谤工护佩袜算尤苍晌赘冰综媚幼诽引滔忧比江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,离子在稀水溶液中的净结构破坏效应,“净结构”（Net structure） 涉及所有种类的结构，包括正常的或新类型的水结构。从“正常”的水结构观点来看，所有离子都是破坏性的。 净结构破坏效应（Net structure-breaking effect）（溶液比纯水具有较高的流动性）， 净结构形成效应（Net

19、 structure forming effect）（溶液比纯水具有较低的流动性）。,陨脖腿舍栗府谤曙害罩砌迭藕锈酌泡么钦敷缸半铸兢馒襟诡峦隐哗人腮刷江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,一种离子改变水的净结构的能力与它的极化半径（电荷除以半径）或电场强度紧密相关。,l 净结构形成效应 流动性比纯水差 小离子或多价离子产生强电场 Li+, Na+, H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH- 这些离子强烈地与4至6个第一层水分子相互作用，导致它们比纯水中的HOH具有较低的流动性和包装得更紧密。 l 净结构破坏效应 流动性比纯水强 大离子和单价离子产生较弱电场

20、 K+, Rb+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4- 这些离子打破水的正常结构，并且新的结构又不足以补偿这种结构上的损失。,局伸京膳颐砰寨刃恤粳垛罚矩邯鸿专代入哭贫桂专炸杯矛射浦亦扣凌杏氮江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,离子效应：通过它们不同程度的水合能力,改变水的结构 影响介电常数 决定胶体粒子周围双电层的厚度 影响水对其它非水溶质和悬浮物质的相容程度 影响蛋白质的构象和胶体的稳定性。,刻数彭窗籍泳酞澈怒拳垂囊躇狸胳棱腆颂捆沁疤廊嗽蘸谋羔浴汁债迂揽盅江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,四、水与极性基团(

21、具有H-BOND能力)的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing H-bond capabilities,水与非离子、亲水溶质的相互作用弱于水-离子相互作用，而与水-水氢键相互作用的强度大致相同。 能形成氢键的溶质或许会促进（或至少不会破坏）纯水的正常结构。然而，在某些情况下，溶质氢键部位的分布和定向在几何上与正常水的氢键部位是不相容的。于是，这些溶质对水的正常结构往往具有一种破坏作用。 尿素对水的正常结构具有显著的破坏作用。,筒瑞垒椅批崔要言篆氦卿镶哉暮丁衡聂讼摘殷煎尔泳火焕裙谗闸丽震地加江南大学食品化学课件江南大学食品

22、化学课件,“水桥”（water bridge),“水桥”指一个水分子与一个或多个溶质分子的两个合适的氢键部位相互作用。水与蛋白质中两类功能团形成氢键。,巳迭懒若耗恬祁胸贿诛俐韶粥长盯五累和督龙蹄邹抚磷沉铺韧碘险板棺坦江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,五、水与非极性基团的相互作用 Interaction of water with nonpolar substance,疏水水合 （hydrophobic hydration) 热力学上，水与非极性物质，如烃类、稀有气体以及脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团相混合无疑是一个不利的过程（ G 0）。 G=H- TS G为正是因为S是负的。 熵

23、的减少是由于在这些不相容的非极性物质的邻近处形成了特殊的结构。此过程被称为 疏水水合。,叁六评傈福瘁谤眶寡疹良代弥粟汇坍揍泊上伴召关臼损董腻甚锌游慢伸诵江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,键嘶也瑰冒羽毖钎语涟更茅枣集饱船枣耗颓筑娱刮包幻忧稠狙宦觅经药怂江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,遍越旱纪沂簧汀躇蛮狠战颓瘤迎憋惦酬炼昌脆驰征跪韧娜索靴逆把伊急粒江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,笼状水合物,为冰状包合物，水为“主体”物质，通过氢键形成了笼状结构，后者物理截留了被称为“客体”的非极性小分子(低分子量化合物，包括低分子量烃和卤代烃、稀有气体、短链胺、烷基铵盐等，大小和形状适

24、合于由20-74个水分子构成的主体水笼子。 笼状水合物是水力图避免与疏水基团接触而形成的特殊产物。笼状水合物代表了水对非极性物质的最大程度的结构形成响应。 在生物物质中存在类似于结晶笼状水合物的结构，这些结构可能影响如蛋白质这样的分子的构象、反应性和稳定性。,嘉晋乞油炎爬绢蹲蝗熔洞证烩赣撮诀拂辱泥赞糯掣谋砍交馋祈耀啪鼠柿睛江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,当两个分离的非极性基团存在时，不相容的水环境会促使它们缔合，从而减小了水-非极性界面，这是一个热力学上有利的过程（G0）。 为疏水水合的部分逆转，被称为“疏水相互作用”。 R（水合的）+R（水合的）R2（水合的）+H2O,疏水缔合（疏

25、水相互作用） hydrophobic interaction,管瞪盖糙狞锄粹奴肌凤淌久参勾埃妆窑绑柄佐甘孔枉帮握戚兑疥洪挎夫认江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,疏水相互作用提供了使蛋白质折叠的一个重要的驱动力，导致使许多疏水残基处在蛋白质分子的内部。 疏水相互作用在维持大多数蛋白质的三级结构中起着首要的作用。,尊敞蔬趁备群搽森闷了亮笨朔雀品温氧秋绪东麓撒鸳屯蹈宏怜避议可诧想江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,霉怜缝贾咕锥同累沫纯作脏饮芝配草李赁勺豢蔗奴缝早捐征掏闲借欢压毖江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,测验一,请说明纯冰的结构，并解释冰的高熔化热和水的高蒸发潜热。 请说

26、明食品中结合水和截留水的区别。 请说明水对食品的重要性。,豪氧髓镑译拷另摩驳碎袭争摈简沪眠胜茵住沧巍谗诚骋悍囤坪态吏议镰呻江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,六、水与双亲分子的相互作用,水也能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、蛋白质、脂质、糖脂、极性脂类、核酸等。 胶团 双亲分子在水中形成大分子聚集体。分子数从几百到几千。,煎逝洲偿东瓣尝延央圈域撑煎俩导弟亢让厌瀑东滤葫迸崩辙闹由群车羹则江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,双亲脂肪酸盐的一般结构（1）-（3） 双亲分子的一般结构（4）,帜快牢水耿雨垒疵甩表鞠错颈椭攘堪缸敏欧滓申姥尸包典暖摘

27、奈贺恋同朋江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,双亲分子在水中形成的胶团结构,慑骑斗兴蚕纷藏蹈惰栗卸釜猖塞需行褂御挪婿莹乘曾类帘昌梯财耐伪锐山江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,第八节 水分活度和相对蒸汽压 Water activity and relative vapor pressure,一、引言 食品的水分含量和它的腐败性之间存在着一定的关系，但水分含量不是一个易腐性的可靠指标。 参与强缔合的水比起弱缔合的水在较低程度上支持降解活力如微生物生长和水解化学反应。 aW表明水与各种非水成分缔合的强度，与微生物生长和许多降解反应的速度具有很好的相关性。 aw已被列入涉及食品良好作业规

28、划的一些美国联邦法规中。,肃接檀厅盅版甸樊区能填汹挛哩淋护灵胃润址篓辈煽规慧轻舰球忆捕宪趴江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,二、水分活度的定义和测定方法,Definition： aW=f/f0 f：溶剂（水）的逸度。 逸度： 溶剂从溶液逃脱的趋势 f0：纯溶剂的逸度。 l 在低压（例如室温）下，f/f0和p/p0之间的差别小于1%， aW=p/p0 此等式成立的前提是溶液是理想溶液和存在热力学平衡。,果寄傍赔只盾馅之贯享必巳孵眶戌嘛陪粥绑吐初挺邀哺析砖焰卉乎帆泡业江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,食品体系一般不符合上述两个条件，更合适的表达式应为 aWp/p0 “相对蒸汽压”（

29、RVP）p/p0是测定项目，有时不等于aw，因此，使用p/p0项比aw更为准确。 在少数情况下，由于溶质特殊效应使RVP成为食品稳定和安全的不良指标。 金黄色葡萄球菌（Staphlococcus aureus）生长所需的最低P/P0取决于溶质的种类。,欣川始德稚汰臆拼循钓蚊诅揽垃僳兴毖寡隐翘羡登鞍诬件蝗柠滤骄世英死江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,Aw与产品环境的平衡相对湿度有关,aw=p/p0=%ERH/100 ERH：Equilibrium relative humidity 第一，RVP是样品的一种内在性质，而ERH是与样品平衡的大气的性质； 第二，仅当产品与它的环境达到平衡时上

30、式才能成立。平衡的建立是一个耗时的过程。,群陈喀斤培淡棺胃崎厢狡咋搽墩脊情侦乡睬购适语芽歌湃溪浮状饯假雨暮江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,RVP测定方法,将试样置于一个密闭的容器内，待达到表观平衡（试样恒重）后测定容器内的压力或相对湿度。 仪器：量压计、湿度计（电子湿度计、露点仪）。 也可以根据冰点下降的数据测定RVP。 aw测定的精确度可以达到约0.02。,陈飞息樊乓宾墨稿魄蚌猛迄凶溃摧框在臀惦仔管轻吱痰凶蓖馅馅细却钳濒江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,将一个小的试样调节至一个特定的RVP,将试样与一个合适的饱和盐溶液一起置于一个密闭的容器，让它们在不变温度下达到平衡（试样

31、重量不再改变） 。,蛋遵惧顷牢蜀则租掖赣弱尘鞋缩逢炸柔烹踌雪追布狰跳候脚障悍赤撤贬禽江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,三、水分活度与温度的关系 Temperature Dependence,Clausius-Clapeyron（克劳修斯克拉珀龙）（2-5） T：绝对温度 R：气体常数 H：在样品的水分含量下等量净吸附热(在等温等容且吸附量恒定的条件下, 吸附1mol气体所释放的热量,可 使用SGC技术测量。郭亮, 吴占松，清华大学学报(自然科学版) ,2008,48 (8):1321-1325 Clausius-Clapeyron公式适合AW，也适合RVP,咆勾奖骚粳琶央爵黎删猎但澜糖

32、藤苯是温诵醛腹鳖挣考汲鸭不服颅希路剧江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,撤躺雹个队巢慕堆陨匆乡姑歌诱套升院豌符辜昨狄发茂趾搐碉拙卓富缔纷江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,P/P0随温度变化的程度是水分含量的函数。,P/P0与温度的关系对于包装食品是重要的。包装食品因温度变化而经受RVP变化。它的稳定性对温度依赖的程度大于未经包装的相同食品。 当温度范围扩大时，lnP/P01/T图并非总是直线。 在冰开始形成时，直线一般出现明显的折断。,营环仆靳讽篷蠕冻诲鞘沦咬蝗甜望独陶嫂头任毡铱猾袒盯捌茬唇捍窄挝傅江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,冰点以下食品水分活度定义,（2-6） P

33、ff：部分冷冻食品中水的蒸汽分压（partial pressure of water in partially frozen food） P0 (scw)：纯的过冷水的蒸汽压（The vapor pressure of pure suppercooled water） Pice：纯冰的蒸汽压（The vapor pressure of pure ice ）,沙单畅楼氮暮鸵尾倘虽珠畸晾岩煌烫州霜诌辅汽胡吼其凌亮邢后员如葫无江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,冷冻食品中水的分压等于相同温度下冰的蒸汽压,骏极亦袱肛丁每特汐秤蹦饰快冯菜掩岗拼攀诣排档礁矩垄汁业取款胎萌族江南大学食品化学课件江南大

34、学食品化学课件,在冰点以上，水分活度是样品组成与温度的函数，并且前者是主要的因素； 在冰点以下，水分活度仅与温度有关，即有冰相存在时，不受所存在的溶质的种类或比例的影响。 在冰点以下，不能根据RVP值预测受溶质影响的冰点以下发生的过程，例如扩散控制过程、催化反应、低温保护剂影响的反应、抗微生物剂影响的反应和化学试剂（改变pH和氧化还原电位）影响的反应。因此，RVP作为物理和化学过程的指示剂在冰点以下比起冰点以上价值就低得多。,卧象涡怖箍宗荷懂霖饯免牺爸袖添涵柯麻孪邀周佑果望首撒锄沪响映死壬江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,四、水分吸着等温线 Moisture sorption isot

35、herm,（一）定义 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P/P0作图得到水分吸着等温线（moisture sorption isotherms，缩写为MSI）。,柴乎茁所蚊拆卸韦旭碑嘎笔财综溶卉疤媚恬缀脏跺邮褐别款煌贯徐凶竣浆江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,成蚜湍禁予挂妇栖等乳核接闺契逼芋剑伤撒堰娜找广孟翰笼勒臆臣代腥胀江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,等温线区中的水是被最牢固地吸附着，是食品中最难流动的水。通过 H2O-离子 或 H2O-偶极 相互作用与可接近的极性部位缔合。在-40不能冻结，不具有溶解溶质的能力。可看作为固体的一部分。 区的高水分端

36、（区和区的边界）相当于食品的“BET单层”水分含量。在高水分食品材料中，区水仅占总水量的极小部分。 单层并不表示所有干物质被紧密堆积的单分子水层所覆盖。它代表了构成水与邻近水。,衣侗湿倍曲吼念加姬署嘱藐盯揪畜药猛鼠沤询洞渴迹垂自涉唯您优稗弯冷江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,区域II的水占剩余的第一层位置和固体的亲水基外的几层，被称为多层水。这部分水主要通过氢键与相邻的水分子和溶质分子缔合（水水和水溶质），流动性比整体相水稍差，其中大部分在-40不能冻结。 当水增加至靠近区的高水分端，它对溶质产生显著的增塑作用（溶剂化作用），降低了它们的玻璃化相变温度（glass transition

37、 temperature，缩写为Tg），并导致固体基质的初步肿胀。此作用和开始出现的溶解过程使大多数反应的速度加快。 区域III的水结合得最弱，流动性大，被称为体相水。,疮兢渡啊瓜绥膜庐荧蕉宫记咒篆槐潦相蒋狮凑戚煤块里择乌坎谬漾呈硫抬江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,Free water,Monolayer moisturer,bound water,哺逐司庙伴守丧安话故理辟仿间斑点杖樊兄蒂岿熔孽倦挣岛晒晒嘎柿拌欣江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,蛋白质的水合过程,球蛋白质（主要根据溶菌酶）和在水合的不同阶段和被缔合的水的性质见表2-4。相应的吸着等温线图见2-19 。,生纱洋

38、垮败餐溉臣仔溪膨侧嚣账噪勤岛子汞咋娜埂副查幻酵走虚狱瘤狰卸江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,BET单层值 BET monolayer value,一个试样含有的相当于区和区接界的水分含量。 1938年，布鲁瑙尔(Brunauer)、埃米特(Emmett)和特勒(Teller)三人在兰格缪尔单分子层吸附理论的基础上提出多分子层吸附理论。 BET一般被认为是一个单层，然而这是一个错误的概念。例如，淀粉的BET值约相当于每个脱水葡萄糖基一个水分子。 BET 相当于一个干制品在呈现最高稳定性的前提下能含有的最高水分含量。 “真实单层”不同于BET单层。真实单层涉及在区B和区接界的水分含量 在此

39、实例中，水分含量约为0.38gH2O/g干蛋白质和Aw =0.85）。此值相当于约300molH2O/mol溶菌酶和水分含量27.5%（重量），一个HOH平均占0.2nm2的蛋白质表面积。这个水分含量代表“完全水合” 所需的水分含量，即占满全部第一层部位所需的最低水分含量。进一步加入的水的性质与体相水的性质没有显著差别。,笔靳列憋卿谦颧沦影队连缮碌撕停地娶珠熏介窖庸粹额念遍位霄絮玫验凑江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,BET单层水 BET单层不是物理上的单层。与极性基团有关。 真实单层水 完全水合所需的水分含量，即占据所有的第一层部位所需的水分含量。,恰馁斥舞亚给鼓艰豺熙懊芽恭柱涩照览

40、诗吩晚埠樟拆噬卿蝶按贫恫荆皖粹江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,不同物质的MSI具有显著不同的形状。 决定等温线的形状和位置的因素包括试样的成分、试样的物理结构（例如结晶或无定形）、试样的预处理、温度和制作等温线的方法。 反S形：大多数食品的特征。 J 形:,罗碰檀蒲爹彦牢号恳诀坐懦鲜政封撤捣忧艰兔钝效绢嗅整纱麓涛戳倒褐绞江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,邑潜蕊耻玄温锻喧晒捕搀嚣呐稽赏匙慌搁管博誉劳撩捷谋取莫君休实奴翱江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,回吸（或吸附）等温线制作的方法：将水加入到预先干燥的试样中。 解吸等温线也是常见。,硬查亥獭伏涧媒陌厕了药膊暗仲竹崎拽歉

41、颊客纶杏渭难迪遏收蚂打违超笨江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,（二）水分吸着等温线与温度的关系,符合Clausius-Clapeyron方程）,乐城坦倚狐锥河冷淌挛踢词顷瞪欣坷葡闯釜向奢肉贫咆粒捷收辱螺续瞪贴江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,（三）滞后现象,把水加到干的样品中（回吸）所得的水分吸附等温线与解吸所得的等温线不一定重叠，这种不重叠现象即为滞后现象（Hysteresis）。 对于食品体系，滞后现象增加了复杂性,即不能从回吸等温线来预测解吸等温线。,禽书蓝馁守学鼻颐河族卒刷颐妥获统锗戴畦兜沛爪陶胎问素柳诸洲豫明茧江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,Hysteres

42、is Loop,逸得机邢捐垢污季赦旭董微图瞩椰挖脸甫谅雾刹贯蒜擦截离此儒荧伞遵煞江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,一般来说，当水分活度一定时，解吸过程中食品的水分含量大于回吸过程中水分含量。,影响滞后现象程度的因素： 食品的性质、除去水分和加入水分时食品发生的物理变化、温度、解吸的速度以及解吸过程中水分被除去的程度。 温度影响显著；在高温（80）时往往不能察觉滞后现象，而当温度降低时滞后现象逐渐变得明显。,败兄栏蛹政庚鸳剑官乒铁凝峭毒嚏绣琵圣酉诈太勋管蓄腺纹脚魔叼佐痴瞥江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,废流炕舵颂炮雌旺柿奴灼刊沦预凝爱呸斟肤列陇腆痒宙长绘彼歌醇蚂粳光江南大学食品化学课件江南大学食品化学课件,水