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第二章 水Water 本章重点： 水和冰的结构 水的存在形式及其特征 水分活度与水分吸着等温线对食品稳定性的影响。 2.1 概述Introduction 水在食品中的作用 水是食品的重要组成部分 如 果蔬:75%-95% 肉类:50%-80% 面包:35%-45% 谷物:10%-15% 主要食品的水分含量 水与食品加工 了解水在食品中的存在形式是掌握食品加工和保藏技术原理的基础 大多数食品加工的单元操作都与水有关 复水、解冻没有完全成功 水是唯一的以三种物理状态广泛存在的物质 水的物理性质 与分子量相近或原子组成相似的化合物（如NH3、H2S等）相比： 高熔点、高沸点 介电常数高 表面张力高 热容和相变热 高 粘度正常 凝固时的异常膨胀率 2.2 水和冰的结构Structure of water and ice  水和冰的物理特性 水分子 水的结构 冰的结构 二、水 分 子 单个水分子的结构特征? 水分子的缔合 水为什么具有很特殊的物理性质？ 水分子之间存在很强的吸引力，在三维空间通过强氢键缔合形成网络结构。 水分子缔合的原因: 由于氧的电负性比氢大，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. 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. 静电效应. 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 (80 cal/g, 335 J/g) 高蒸发热?(539 cal/g, 2257 J/g) 三、水分子的结构特征(多个水分子在液态时的结构) 水是呈四面体的网状结构 水分子之间的氢键网络是动态的 水分子氢键键合程度取决于温度 四、冰的结构Structure of ice 所以冰具有熔点低，硬度和密度小的特点。 冰的分类（按冷冻速度和对称要素分） 冰形成的分子动力学过程(了解) 2.3 食品中水的存在形式（重点） 体相水与结合水的区分 体相水的特点 ?易结冰 ??可作为溶剂 ???能被微生物利用 可用简单的加热方法从食品中分离出来 结合水 与食品中成分以氢键结合而不能自由运动的水 体相水 截留水 在于动植物组织的细胞质、膜间隙中，任何组织的循环液，以及制成食品的结构组织中。 自由水 远离非水组分，宏观流动性不受限制的水。 2.4 水和溶质的相互作用 1.水与离子及离子基团的相互作用 离子对水的净结构的影响： ?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 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。 2. 水与能产生氢键键合的中性基团的相互作用 “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。 能与水形成氢键的基团： 羟基 氨基 羰基 酰氨基 亚氨基 能形成氢键的中性基团对水结构的影响： 总氢键数没有显著改变 当氢键部位的分布和定向在几何上与水不相容时，对水结构具有破坏作用。 —尿素的显著破坏效应 非极性物质指烃类、脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团 笼形水合物(Clathrate hydrates) 2.5 水分活度与吸湿等温线 水分活度(aw) 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) P—某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸气分压 P0—相同温度下纯水的饱和蒸汽压 ERH—样品周围的空气平衡相对湿度 n1—溶剂摩尔数 n2 —溶质摩尔数 水分活度的物理意义 表征生物组织和食品中能参与各种生理作用和化学作用的水分含量与总含水量的定量关