《食品化学_水》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品化学_水（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、食品化学,郑小美 15258874398,带教材，否则扣2分；不迟到（迟到5分钟者请坐第一排，课后说明原 因）、早退，有事先请假；手机关机（以免打扰他人）；学生从第二排起坐；不睡觉，否则进行说明登记；不做与课堂无关的事情；请勿在课堂内用餐！课堂垃圾请随身带走！,2,课堂要求,重点与难点,3,Chapter 2 Water,了解水在食品中的重要作用、食品中的水分含量、水的物理特性对于理化性质的影响；掌握食品中水与非水成分相互作用的类型和特点，水在食品中的各种存在状态、水分活度和等温吸附线的概念及意义，水分活度与食品的稳定性之间的关系。了解食品的冻结过程，速冻、缓冻和温度波动对食品的影响。,第一节
2、 概述 第二节 食品中水的存在形式 第三节 水分活度 第四节 吸着等温线 第五节 水分活度与食品的稳定性,第二章 水,第一节 概述 Introduction,一、水的作用,成年人水分含量：约60% 男性:60%65%;女性50%60% 分布状态不均：脑、肝等7080%，皮肤6070%；骨骼1215% 成年人日均摄水量：22.7 L（建议：晨起：200ml；9:30 200ml；午餐前200ml；上班前200ml；下班前200ml；睡前200ml）,缺水程度不同，可能会造成轻重程度不同的后果：流失1%的水分，会造成口渴。流失5%的水分，会造成轻微发烧。流失10%的水分，会造成舌头发胀，肾脏衰竭，
3、肌肉痉挛。流失20%的水分，会造成皮肤龟裂，器官停止运作，导致死亡。,人体的生命活动是围绕水进行，没有水就没有生命！,水在人体的作用,调节体温。生物体在散失水分的过程中，水分较高的气化热能降低体温。对植物来说可避免强烈太阳照射下产生体温的剧烈升高，对动物来说是调节体温的一种最重要方式。促进新陈代谢。水是良好的溶剂，因此能溶解物质，加速化学反应，有利于营养的消化吸收、运输和代谢废物的排泄。天然的润滑剂。泪液可防止眼球干燥。关节滑液可防止骨关节的磨损。食物的吞咽也需水的帮助。,饮用水具有什么标准？,“五十年代淘米洗菜，六十年代水质变坏，七十年代鱼虾绝代，八十年代洗不净马桶盖”,我国环保部门统计，在
4、我国七大水系中，不适合做饮用水源的河段已接近40，城市水域中78的河段不适合做饮用水源，约64的城市地下水受到污染。据初步调查，全国农村有3亿多人饮水不安全，其中：约6300万人饮用高氟水约200万人饮用高砷水约3800多万人饮用苦碱水约1.9亿人饮用水有害物质含量超标血吸虫病区约1100多万人饮用水不安全,生活饮用水卫生标准，2006年12月29号发布，2007年7月1日开始实施， 2012年的7月1号全面实施，标准由35项增至106项。,例如：作为介质和反应物水是微生物繁殖的重要因素，影响其货架期含水量影响到食品的贮藏性能和消费者的接受程度在食品质量标准中，水分是一个重要的质量指标！,二、
5、水在食品中的作用,水的含量、分布、状态对食品的结构、外观、质地、风味、色泽、流动性、新鲜程度和腐败变质等产生极大的影响。,各种食品的含水量,三、水和冰的物理特性,与在周期表中与氧临近的各元素的氢化物相比，水的许多物理常数，如熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、升华热、表面张力和介电常数等明显偏高。P15 同温下，冰的热导率是同样温度下水的4倍,说明其热传导速率比水快。 同温下，冰的热扩散系数约为水的9倍，说明在一定的环境条件下，冰的温度变化速率比水大得多。,解释为什么生物组织的冷冻速率比解冻速率快？,原因：冷冻时，水形成冰，冰传热快；解冻时，冰形成水，传热慢,四、水和冰的结构与性质,水的结构,
6、sp3构型,电子结构：H 1s1，O 1s22s22pz22py12px1 四面体，O占据中心，2个H占据 2个顶点，另外两个为O的非公用电子对,电子对,电子对,H,H,HOH 的键角为104.5 OH核间距为0.096 nm H-O的R分别为0.12和0.14 nm,气态分子的范德华半径,单个水分子的结构特征,1. H2O分子的四面体结构有对称性 2. H-O共价键有离子性和电负性 3. 氧的另外两对孤对电子有静电力,水分子的缔合作用,在液态水中，若干个水分子会缔合成(H2O)n大分子，这是由于水分子偶极分子之间的静电吸引力及产生氢键键合作用形成的。氧原子的两个孤对电子与邻近的两个水分子的氢
7、原子产生氢键键合，形成如图所示的四面体结构。,冰的结构,水分子通过四面体之间的作用力结晶，形成一种低密度的结构，OOO键角约为109，非常接近正四面体角10928 。 冰的晶体结构比较开阔，水分子间有较大的空隙，这就是冰的密度比较小的原理。,0下冰的晶格单元,普通冰的结构,第二节 食品中水的存在形式,水和非水成分的相互作用 水与离子或离子基团的相互作用 水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用 水与非极性物质的相互作用 水的存在形式：所处状态、与非水组分结合强弱的不同结合水自由水,1、水与离子或离子基团的相互作用,净结构形成效应 (Net structure forming effect),净
8、结构破坏效应 (Net structure 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,一、食品中水和非水成分的相互作用,Na+与H2O作用能83.68kJ/mol，氢键20.9kJ/mol， 低于共价键的键
9、能，pH的变化影响溶质分子的离解,2、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用,Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities,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-OH、氨基-NH3+、羰基（-C=O）、酰氨基（-C0NH-）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,疏水水合作用（hydrophobic hydration）,H2OR R(水合),疏水相互作用（hydrophobic interaction）,向
10、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。,3、水与非极性物质的相互作用,Interaction of water with nonpolar substance,R(水合)R(水合) R2(水合)H2O,水-溶质的相互作用分类总结,1. 结合水,定义 ：结合水是食品中可与非水组分通过化学键、氢键结合的水，是食品中与非水组分结合的最为牢固的水。 分类:根据与食品中非水组分氢键结合强弱的不同 构成水 邻近水 多
11、层水,多分子层水。有一定厚度。占5%。特点： -40不结冰，溶剂能力下降，可被蒸发。,特征：不能用做溶剂，与非水组分结合的牢固，蒸发能力弱，不能被微生物利用，不能用做介质进行生物化学反应。,单分子层水。占0.5%。特点： -40不结冰， 无溶剂能力，不能被微生物利用。,二、食品中水的存在形式,2. 自由水,定义：指没有被非水物质化学结合的水。 分类： 滞化水 不能自由流动，与非水物质无关。 毛细管水 性质与滞化水相同。 自由流动水 可自由流动，可正常结冰，具有溶剂能力，可被微生物利用。,特征： 可做溶剂、在-40之前可结冰，易蒸发，微生物可繁殖、可进行生物化学反应。,自由水与结合水的性质差别,
12、结合水与非水组分结合，特别是有机物分子中的 极性基团的结合；自由水则相距远；被蒸发的难易程度不同；-40以上结冰与否；能否作溶剂；能否为微生物所利用。 其中，又以-40以上能否结冰、能否作溶剂两方面最典型。,第三节 水分活度 Water Activity Aw,在实际贮存食品的过程中，我们会发现，1、有的食品看起来水分含量并不大，却很容易腐败。2、两类有相同含水量的食品，其保藏性不一定相同。说明：食品的保藏性不与水分的绝对含量相关。那么，如何体现水分与食品质量的关系呢？我们引入新的关于水分活度的概念。 与水分含量相比，应用水分活度的大小，更能说明食品发生腐败的问题。,一、水分活度的定义和测定方
13、法,定义：根据热力学定律，应按下式定义水分活度：Aw = f/f0 (1) f：溶剂的逸度；f0：纯溶剂的逸度。逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势。 在低压（例如室温下），f/f0 和P/P0 （P 和 P0分别为水和纯水的蒸汽压）之间的差别小于1%，因此可根据P/P0定义Aw。于是：Aw = P / P0 (2) 水分活度：指溶液（食品）中水的蒸汽压与同一温度下纯水饱和蒸汽压之比。 但严格讲（2）式仅适用于理想溶液和热力学平衡体系。食品体系一般不符合上述两个条件，更适合的是：AwP/P0 如果溶液也是纯水，其Aw=1；而食品中水分由于存在溶质（无机盐、有机物），所以，总是PP0， 故Aw1。,相对蒸
14、汽压（RVP, Relative Vapor Pressure）：即P/P0 食品的平衡相对湿度（ERH, Equilibrium Relative Humidity）：食品中水分的蒸发达到平衡时（即单位时间内脱离开食品的水分子数等于返回食品的水分子数的时刻），食品上空已经恒定了的水蒸汽的分压力与在此温度时水的饱和蒸汽压的比值（用乘以100后的整数表示）。Aw P/P0 = ERH/100 (3),水分活度的定义和测定方法,三者的关系：RVP = P / P0 = ERH / 100 RVP 是样品的一种内在性质，与食品的组成结构有关，而ERH是与样品平衡的大气的性质有关。仅当产品与它的环境达
15、到平衡时上述关系才成立。,水分活度的定义和测定方法,水分活度和温度的关系,冰点以上水分活度和温度的关系 水分活度与温度有关系，可根据Clausius-Clapeyron 方程式的改变形式估计这个关系：dlnAw / d ( 1/T) = - H / RT：绝对温度；R：摩尔气体常数；H：样品中水分的等量净吸附热；lnAw对-1/T作图（在恒定的水分含量）是一条直线。lnAw -1/T lnAw T,不同水分含量的天然马铃薯淀粉Aw和温度的关系 在每一条直线上表明了每克干淀粉水分含量(g) 当食品中水分含量增加时，温度对水分活度的影响程度也提高。,水分活度和温度的关系,Aw 1/T,Aw T,温
16、度范围扩大时，lnAw对-1/T作图并非总是一条直线，在冰开始形成时一般出现明显的折断。 lnAw对-1/T在冰点以下，也是线性的； 温度对 Aw的影响在冰点以下远大于在冰点以上； 在样品的冰点时，此直线出现明显的折断。,水分活度和温度的关系,冰点以下水分活度和温度的关系,冰点以下食品的水分活度的定义：Aw = Pff / P。(scw) = Pice / P。(scw)Pff ：部分冻结食品中水的蒸汽分压 P。(scw) ： 纯的过冷水的蒸汽压Pice ： 纯冰的蒸汽压,水分活度在冰点以上和以下的不同点,定义不同。Aw的含义不同。 在冰点以上温度，Aw是试样成分和温度的函数，试样成分起着主要作用； 在冰点以下温度，Aw与试样成分无关，仅取决于温度，即冰相存在时Aw不受溶质的种类和比例的影响。因此，不能根据Aw预测受溶质影响的冰点以下发生的过程。不能根据冰点以下的 Aw预测冰点以上的Aw。,
