食品化学课件

《食品化学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品化学课件（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 水 Water2.1 概述 2.2 水和冰的结构 2.3 食品中水的存在形式 2.4 水和溶质的相互作用 2.5 水分活度和吸湿等温线 2.6 分子的流动性和食品的稳定性 2.7 水分含量和水分活度的测定主要内容(contents)各种食品都有显示其品质的特征含水量, 如果蔬:75%-95%, 肉类:50%-80%, 面包:35%-45%, 谷物:10%-15%2.1 Introduction2.2 Structure of water and ice水的物理性质:1. 熔点,沸点高.2. 介电常数大3. 水的表面张力和相变热大.4. 密度低,结冰时体积膨胀.5. 导热值比非金属固体大

2、,0时,冰的 导热值为同温度下水的4倍,扩散速度为水 的9倍.6. 密度随温度而变化.一 水和冰的物理特性二 水和冰的结构单个水分子的结构特征 The water molecule1. H2O分子的四面体结构有对称型.2. H-O共价键有离子性.3. 氧的另外两对孤对电子有静电力.4. H-O键具有电负性.水分子的缔合 Association of water molecules水分子的缔合1. H-O键间电荷的非对称分布使H-O键 具有极性,这种极性使分子之间产生引 力.2. 由于每个水分子具有数目相等的氢键 供体和受体,因此可以在三维空间形成 多重氢键.3. 静电效应.水分子缔合的原因:水

3、分子的结构特征v 水是呈四面体的网状结构 v 水分子之间的氢键网络是动态的 v 水分子氢键键合程度取决于温度温度() 配位数 分子间距nm0 4 0.276 1.5 4.4 0.29083 4.9 0.305 冰的结构 Structure of ice 在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻 溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁移。六方冰晶形成的条件：按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类： o 六方型冰晶 o 不规则树枝状结晶 o 粗糙的球状结晶 o 易消失的球状结晶及各种中间体。冰的分类2.3 Categories of water in foods自由水体相水 截留水水 化合水结合水 邻近水多

4、层水Water that is an integral part of a nonaqueous constitutents. 在-40下不结冰 无溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动为0 不能被微生物利用Constitutional waterWater that strongly interacts with specific hydrophilic sites of nonaqueous constituents by water-ion and water-dipole associations 在-40下不结冰 无溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动大大减少 不能被微生物利用 此

5、种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。Vicinal waterwater that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hyyydrophilic groups of nonaqueous constituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate. 大多数多层水在-40下不结冰，其余可结冰，但冰点 大大降低。 有一定溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动大大降低 不能被微生物利用Mult

6、ilayer waterwater that occupies positions furthest removed from nonaqueous constituents; water-water hydrogen bonds predominate. 能结冰，但冰点有所下降 溶解溶质的能力强，干燥时易被除去 与纯水分子平均运动接近很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起Food 的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。Bulk-phase water2.4 Water solute interactions水与溶质相互作用的分类种类 实例 相互作用强弱（与H2O-H2O氢键比较 ）偶

7、极-离子 H2O-游离离子 较强H2O-有机分子带电基团 偶极-偶极 H2O-PR-NH， H2O-PR-CO 近乎相 等H2O-侧链OH疏水水合 H2O+RR（水合） G 0疏水相互作用 R（水合）R（水合）R2（水合）+ H2O G 0水与溶质相互作用的分类水与离子基团的相互作用 Interaction of water with Ionic groups在稀水溶液中一些离子具有净结构破坏效应（Net structure-breaking effect), 这些离子大多为负离子和 大的正离子，如：K+, Rb+, Cs+, NH4+, Cl-, Br-，I-,NO3-,BrO3-,IO3-

8、，ClO4-等。Net structure-breaking effect另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect),这些离子大多是电场强度大 ，离子半径小的离子。如：Li+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+，F-,OH-, 等。Net structure- forming effect水与有氢键键合能力中性基团的相互作 用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities水与疏水基团的相互作用 Intera

9、ction of water with nonpolar substances疏水水合(Hydrophobic hydration)：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，此过程成为疏水水 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 ，这种作用成为疏水相互作用。疏水相互作用( Hydrophobic interaction)是象冰一样的包含化合物，水为“宿主”，它们靠氢键 键合形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性物 质截留在笼内，被截留的物质称为“客体”。一般“宿主” 由20-

10、74个水分子组成，较典型的客体有低分子量烃 ，稀有气体，卤代烃等。笼形水合物(Clathrate hydrates)2.5 Water activity and Moisture Sorption Isotherms2.5 Water activity and Moisture Sorption Isotherms 一 Water activity(aw)的定义:水分活度(water activity)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=N=n1/(n1+n2)水分活度的物理意义是表征生物组织和食 品中能参与各种生理作用的水分

11、含量与总含 水量的定量关系.应用aw =ERH/100时必须注意: aw 是样 品的内在品质,而ERH是与样品中的水蒸气平 衡是的 大气性质. 仅当食品与其环境达到 平衡时才能应用.注意事项只有当溶质是非电解质且浓度小于1mol/L的稀溶液 时,其水分活度才可以按 aw =n1/(n1+n2)计算:溶质 A aw理想溶液 0.9823=55.51/(55.51+1)丙三醇 0.9816蔗糖 0.9806氯化钠 0.967氯化钙 0.945 A:1千克水(约55.51mol)溶解1mol溶质 aw=-KH/RT二 水分活度与温度的关系(temperature dependence)比较高于和低于

12、冻结温度下的aw时 应注意两个重要差别:在冻结温度以上, aw是样品组分与 温度的函数,且前者是主要因素,在冻结温 度以下, aw与样品组分无关,只取决于温度 ,不能根据aw预测受溶质影响的冰点以下 发生的过程,如扩散控制过程,催化反应等. 冻结温度以上和以下aw对食品稳的 影响是不同的.水分吸湿等温线 Moisture Sorption IsothermsDefinition:polts interrelating water content of a food with its water activity at constant temperature . 由于水的转移程度与aw有关,从

13、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. 据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响. 从MSI还可看出食品中非水组分与水结合 能力的强弱.MSI的实际意义区 I区 II区 III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 可利用MSI上不同区水分特性滞后现象 Hysteresis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.苹果干制品冷冻干燥熟猪肉滞后现象产生的原因 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. 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). 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.2.6 水分活度与食品的稳定性 Water activity and food stability水分活度与食品的稳定性 Stability of low- and intermediate moisture