食品化学 水和冰的结构

食品化学食品化学 水和冰的结构水和冰的结构n n第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述n n第二节第二节第二节第二节 水与冰的结构水与冰的结构水与冰的结构水与冰的结构n n第三节第三节第三节第三节 食品中水的存在形式食品中水的存在形式食品中水的存在形式食品中水的存在形式n n第四节第四节第四节第四节 水分活度与吸着等温线水分活度与吸着等温线水分活度与吸着等温线水分活度与吸着等温线n n第五节第五节第五节第五节 分子的移动性与食品的稳定性分子的移动性与食品的稳定性分子的移动性与食品的稳定性分子的移动性与食品的稳定性第二章第二章 水与冰水与冰第一节第一节 概述概述Introduction一、水在食品中的作用一、水在食品中的作用 水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。某些代表性食品的典型水分含量第一节第一节 概述概述Introduction二、水和冰的物理特性二、水和冰的物理特性 水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻和干燥过程有重大影响。第二节第二节 水与溶质的相互作用水与溶质的相互作用Water-solute ineractions一、水与溶质相互作用的分类一、水与溶质相互作用的分类二、水与离子和离子基团的相互作用二、水与离子和离子基团的相互作用n净结构形成效应净结构形成效应(Net structure forming effect)n 净结构破坏效应净结构破坏效应(Net structure breaking effect)小离子或多价离子产生强电场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-流动性比纯水强流动性比纯水强Interaction of water with Ionic groups三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用三、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 capabilitiesn水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱n能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等n可与一些生物大分子构成“水桥”木木瓜瓜蛋蛋白白酶酶中中的的三三分分子子水水桥桥四、水与非极性物质的相互作用四、水与非极性物质的相互作用Interaction of water with nonpolar substancen疏水水合作用（疏水水合作用（hydrophobic hydration）H2OR R(水合水合)n疏水相互作用（疏水相互作用（hydrophobic interaction）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。R(水合水合)R(水合水合)R2(水合水合)H2O球球状状蛋蛋白白质质的的疏疏水水相相互互作作用用第三节第三节 水分吸着等温线水分吸着等温线Moisture Sorption Isotherms(MSI)在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关系曲线。一、定义一、定义 DefinitionMSIMSI的实际意义的实际意义:1、由于水的转移程度与Aw有关，从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。2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响。3、从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。MSI上不同区水分特性上不同区水分特性MSIMSI与温度的关系与温度的关系v水分含量一定水分含量一定 T，AwvAw一定一定 T，水分含量水分含量在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线二、滞后现象二、滞后现象Hysteresis 1、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。在一指定的Aw时，解吸过程中试样的水分含量大于回吸过程中的水分含量高糖高糖-高果胶食品高果胶食品空气干燥苹果n总的滞后现象明显n滞后出现在真实单层水区域nAw0.65时，不存在滞后高蛋白食品高蛋白食品冷冻干燥熟猪肉nAw0.85开始出现滞后n滞后不严重n回吸和解吸等温线均保持S形淀粉质食品淀粉质食品冷冻干燥大米n存在大的滞后环nAw=0.70时最严重2、滞后现象产生的原因 （1）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。（2）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)。（3）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。第四节第四节 水分活度与食品的稳定性水分活度与食品的稳定性Water activity and food stability几几类类重重要要的的反反应应速速度度与与Aw的的关关系系除非酶氧化在Aw0.3时有较高反应速度外，其它反应均是逾小反应速度愈小。也就是说愈小有利于食品的稳定性。一、对脂肪氧化酸败的影响一、对脂肪氧化酸败的影响在在AwAw0-0.330-0.33范围内，随范围内，随AwAw，反应速度，反应速度的原因的原因 1、水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合，保护氢过氧化物的分解，阻止氧化进行。2、这部分水能与金属离子形成水合物，降低了其催化性。在在AwAw0.33-0.730.33-0.73范围内，随范围内，随AwAw，反应速度，反应速度的原因的原因 1、水中溶解氧增加 2、大分子物质肿胀，活性位点暴露，加速脂类氧化 3、催化剂和氧的流动性增加当当Aw0.73Aw0.73时，时，随随AwAw，反应速度增加很缓慢的原因，反应速度增加很缓慢的原因 催化剂和反应物被稀释二、对淀粉老化的影响二、对淀粉老化的影响 食品在较高AwAw的（3060）的情况下，淀粉老化速度最快；如果降低AwAw，则老化速度减慢，若含水量降至1015%，则食品中水分多呈结合态，淀粉几乎不发生老化。三、对蛋白质变性的影响三、对蛋白质变性的影响 水分能使蛋白质膨润，体积增大，暴露出长链中可氧化的基团，Aw的增大会加速蛋白质的氧化，破坏蛋白质结构，导致其变性。四、对化学及生物化学反应速度的影响四、对化学及生物化学反应速度的影响 大多数化学反应在水溶液中进行，Aw愈大，自由水增多，有利于反应进行：许多酶促反应需要水的介入和活化。第五节第五节 分子的移动性与食品的稳定性分子的移动性与食品的稳定性Molecular mobility and food stability分子淌度(Mn)玻璃态(Glass state)玻璃化温度(Glass transition temperature,Tg)无定形(Amorphous)大分子缠结(Macromolecular entanglement)本节自学本节自学1、葡萄中的汁可以用压榨法挤出来，而鸡肉中的水不能挤出来A这说明葡萄中的水是自由水，而鸡肉中的水是结合水。B这说明葡萄中的水大部分是自由水，而鸡肉中的水大部分是结合水。C从以上事实中可以判断，葡萄中自由水的比例比鸡肉中更高。D从以上事实尚不能判断葡萄和鸡肉中哪一种的自由水比例更高。思考题思考题2、要想长时间地储存一种含脂肪的食品，希望其微观水分处于什么状态为好？A 高于多分子层吸附水状态B 处于多分子层吸附水状态C 处于单分子层吸附水状态D 低于单分子层吸附水状态 思考题思考题