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第二章 水 第一节 引言 一 水在生物体内的含量 1 水是生物体系的基本组成成分：生物体系的基本成分包括蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸、维生素、矿物质、水。其中，水是最普遍存在的组分。 2 每种食品都具有特定的水分含量范围：以适当的数量、定位和定向存在于食品中的水对食品的结构、外观、外表以及对腐败的敏感性有着很大影响。 3 主要食品的水分含量见表2－1，p7。 二 水的功能 1 水是体内化学反应的介质，水为必需的生物化学反应提供一个物理环境； 2 水是生化反应的反应物； 3 水作为代谢所需的营养成分； 4 水作为代谢产生的废物的输送介质； 5 促进呼吸气体氧和二氧化碳的输送； 6 热容量大，体质体温与此有关； 7 粘度小，有润滑作用； 8 生物大分子构象的稳定剂。 食品的水分含量决定着食品的特性、质构、可口程度、消费者可接受性、品质管理水平和保藏期，是许多食品的法定标准。 水在食品中的存在形式取决于食品的化学成分和这些成分的物理状态，水在食品中可形成胶体，可作为糖、盐、有机酸、酚、亲水性大分子的溶剂。 食品加工中许多单元操作以水为目标：以某种方式从食品中除去水（干燥、浓缩）；将水转变成非活性成分（冷冻）；将水固定在凝胶、结构食品和低（或中等）食品中，以提高食品的稳定性。 将水回复到它的原来状态的所有尝试（复水、解冻）都没有取得完全成功。 第二节 水和冰的物理性质 1 水和冰的物理性质见p8表2－2。 2 将其物理性质与其具有相似的相对分子质量和原子成分的分子（CH4、HF、H2S、H2Se、H2Te）比较：水的熔点、沸点异常高；水的表面张力、介电常数、热容和相转变热（熔化热、蒸发热、升华热）异常高；水的密度较低；水在结晶时显示异常的膨胀特性；水具有正常的粘度。 第三节 水分子 水分子中氧原子具有4个sp3杂化轨道，两个氢原子靠近氧原子的2个sp3形成2个δ键，其离解键能460KJ/mol. O-H共价键具有部分（40％）离子特性。 分离的水分子（蒸汽状态）的键角为104.5°。 O、H同位素的存在，形成了18种HOH分子，加上离子及其同位素变异体，水中含有33种以上的HOH化学变异体。 第四节 水分子的缔合 1 HOH分子呈V字形状，O－H具有极性，造成不对称的电荷分布，纯水在蒸汽状态时具有1.84D偶极矩。 2 水分子极性产生分子间吸引力，使水分子具有强烈缔合的倾向。 3 水分子间吸引力不完全是由于它的大偶极矩，偶极矩并不能指出水分子中电荷暴露的程度和水分子的几何形状，而这二者对水分子的缔合程度具有重要影响。 4 水分子参与形成三维空间多重氢键的能力可以解释水分子间的大吸引力。 共价键平均键能约335KJ/mol，氢键离解能约13～25KJ/mol。 每个水分子具有数目相等的氢键供体和受体部位，可以形成三维氢键。 每个水分子最多能与其它4个水分子形成氢键，形成四面体结构。 与同样能形成氢键的分子（如NH3、HF）比较，水分子间的吸引力高很多。 5 水形成三维氢键的能力可解释水高相转变热、高表面张力等性质。 6 水的介电常数也受氢键影响：通过氢键结合的水分子簇产生多分子偶极，有效地提高了水的介电常数。 水合氢离子带正电，比非离子化水更大氢键给与能力，羟基，更大接受能力 第五节 冰的结构 1 水分子通过四面体之间的作用力结晶。在冰中，O－O核间距0.276nm，O－O－O键角约109°。每一个水分子能同其它4个水分子缔合（配位数4）。 2 当几种晶格单元结合在一起并从顶部（沿着C轴向下）观察时，冰的六面体对称就很清楚。分子W和与它最相邻的4个分子（其中1，2，3是可见的，而第4个分子位于纸平面下，正好处在分子W下面）形成了明显的四面体结构。从三维观察图可以明显看到两平面的分子（空心、实心圆组成）。此2平面平行、非常接近，冰在压力下滑动或流动时作为一个单元运动。此类平面构成冰的基本平面。 3 沿着C轴观察到图2－5所示式样，表明基本平面在空间配制完美，并在此方向是单折射而在其它方向是双折射，C轴是冰的光学轴。 4 普通冰属于六方晶系的六方形双锥体组，此外冰还能以9种其它结晶多晶型结构存在及无定形或玻璃态存在。正常压力和0℃下，六方形冰是最稳定的。 5 冰中除了普通HOH外，纯冰还含有HOH的同位素变种。在研究水和冰结构时，主要考虑HOH、H+（H3+O）和OH-。由于H3+O和OH-的运动以及HOH的振动，冰结晶总是有缺陷的，存在于冰结晶空隙中的HOH分子能缓慢地扩散通过晶格。冰远非是静止或均一的，其特征还取决于温度，当温度接近-180℃或更低时，所有的氢键才是完整的。 6 冰中溶质的种类和数量影响冰结晶的结构。避免极端快速冻结、溶质的性质和浓度不显著妨碍水分子运动的条件下