食品化学第1章 水分
食品化学第1章--水分
Hydrogen Bond
The bond is formed due to the affinity of electro-positive hydrogen atoms for electro-negative atoms such as O. Binding energy of hydrogen bond is about 10% of covalent bond.
2021/3/10
• colloid [英] [ˈkɔlɔid] [美] [ˈkɑlˌɔɪd] 胶体(的) • hydration [英] [haiˈdreiʃən]水合,水合作用
构像(conformation)指一个分子中，不改变共价键结构, 仅单键周围的原子放置所产生的空间排布.一种构像改变为 另一种构像时,不要求共价键的断裂和重新形成.
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Questions
❖ types of water
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为防止水的活跃造成食品腐败，可以采取：
• 干燥、浓缩 • 脱水 • 冷冻
合。
水的主要物理特性：
a.水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、
热容和相变热均比质量和组成相近的分子 Se）高得多。2H 、S 2H、 （ 4CH、HF、3 NH
b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，
表现出异常的膨胀行为，这会使得含水食 品在冻结过程中组织结构遭到破坏。
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（三）冰的结构（P11图1-3）
食品化学-第一章 水
第1章水（Water）水在人类生存的地球上普遍存在，它是食品中的重要组分，各种食品都有其特定的水分含量，并且因此才能显示出它们各自的色、香、味、形等特征。
从物理化学方面来看，水在食品中起着分散蛋白质和淀粉等成分的作用，使它们形成溶胶或溶液。
从食品化学方面考虑，水对食品的鲜度、硬度、流动性、呈味性、保藏性和加工等方面都具有重要的影响，水也是微生物繁殖的重要因素，影响着食品的可储藏性和货架寿命。
在食品加工过程中，水还能发挥膨润、浸透等方面的作用。
在许多法定的食品质量标准中，水分是一个重要的指标。
天然食品中水分的含量范围一般在50~92%，常见的一些食品含水见表1-1。
表1-1 一些食品中水分的含量（%）食品水分含量食品水分含量水果、蔬菜等新鲜水果90谷物及其制品全粒谷物10-12 果汁85-93 燕麦片等早餐食品<4 番石榴81 通心粉9 甜瓜92-94 面粉10-13 成熟橄榄72-75 饼干等5-8 鳄梨65 面包35-45 浆果81-90 馅饼43-59 柑橘86-89 面包卷28 干水果<25高脂肪食品人造奶油15 豆类（青）67 蛋黄酱15 豆类（干）10-12 食品用油0 黄瓜96 沙拉酱40 马铃薯78乳制品奶油15 红薯69 奶酪（切达）40 小萝卜78 鲜奶油60-70 芹菜79 奶粉 4畜、水产品等动物肉和水产品50-85 液体乳制品87-91 新鲜蛋74 冰淇淋等65 干蛋粉 4糖类果酱<35 鹅肉50 白糖及其制品<1 鸡肉75 蜂蜜及其他糖浆20-40食品的加工过程经常有一些涉及对水的加工处理，如采用一定的方式从食品中除去水分（加热干燥、蒸发浓缩、超滤、反渗透等），或将水分转化为非活性成分（冷冻），或将水分物理固定（凝胶），以达到提高食品稳定性的目的。
因此研究水的结构和物理化学特性，食品中水分的分布及其状态，对食品化学和食品保藏技术有重要意义。
1.1 水的结构和性质1.1.1 水的结构（Structure）水分子由两个氢原子的s轨道与一个氧原子的两个sp3杂化轨道形成两个 共价键（具有40%离子性质）。
第一讲水对食品品质的影响解析
第一讲
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
2.2.3 水、冰的物理特性及与食品质量关系 水是一种特殊的溶剂，其物理性质和热行为
有与其它溶剂显著不同的方面：
a.水的熔点、沸点、介电常数、表面张力、热 容和相变热均比质量和组成相近的分子高得 多。如甲烷的b.p：-162℃ ，m.p：-183℃ ， 而水在0.1MPa下b.p：100℃ ，m.p：0℃ ；这 些特性将对食品加工中的冷冻和干燥过程产 生很大的影响；
SP3
O
H H 104.50
1.84D
2.2.2 水分子的缔合与水的三态
由于水分子的极性及两种组成原子的电负性差别， 导致水分子之间可以通过形成氢键而呈现缔合状态：
O
H
H
O
H
HO
H
H
第一讲
水 与 冰 的 结 构 与 性 质
由于每个水分子上有四个形成氢键的位点，因此每 个水分子的可以通过氢键结合4个水分子。
会
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研究生 课程
《高 级 食 品 化 学》
主 讲 人：刘延奇 所在单位：食品与生物工程学院 日 期：2011.06.01
第 第一讲 水 分
一 讲
2.1 概述 2.2 水、冰的结构
水
2.3 水与非水组分之间的相互作用
2.4 水分活度
分
2.5 水与食品的稳定性
第一讲
水 与 溶 质 的 相 互 作 用
2.3.1.3 与非极性物质的相互作用 非极性的分子通常包括烃类、脂类、甾萜类等，
通过化学的手段也可在一些含极性基团的分子 （如蛋白质等）中引入非极性部分（基团）。当 水中存在非极性物质，即疏水性物质时，由于它 们与水分子产生斥力，可以导致疏水分子附近的 水分子之间的氢键键合增强。由于在这些不相容 的非极性实体邻近的水形成了特殊的结构，使得 熵下降，此过程称为疏水水合作用。
食品化学问答题
食品化学问答题work Information Technology Company.2020YEAR第一章食品中的水分1食品的水分状态与吸湿等温线中的分区的关系如何？2食品的水分活度Aw与食品温度的关系如何？3食品的水分活度Aw与食品稳定性的关系如何（水分活度对食品稳定性/品质有哪些影响）4在水分含量一定时，可以选择哪些物质作为果蔬脯水分活度降低剂？5水具有哪些异常的物理性质？并从理论上加以解释。
6食品的含水量和水分活度有何区别？7 如何理解液态水既是流动的，又是固定的？8水与溶质作用有哪几种类型每类有何特点9为什么说不能用冰点以下食品水分活度预测冰点以上水分活度的性质？10 水在食品中起什么作用？11为什么说食品中最不稳定的水对食品的稳定性影响最大？12冰对食品稳定性有何影响（冻藏对食品稳定性有何影响）采取哪些方法可以克服冻藏食品的不利因素13食品中水的存在状态有哪些各有何特点14试述几种常见测定水分含量方法的原理和注意事项？15 水分活度、分子移动性和Tg在预测食品稳定性中的作用有哪些请对他们进行比较 16 为什么冷冻食品不能反复解冻—冷冻？17 食品中水分的转移形式有哪些类型如何理解相对湿度越小，在其他相同条件时，空气干燥能力越大第二章食品中的糖类1为什么杏仁，木薯，高粱，竹笋必须充分煮熟后，在充分洗涤？2利用那种反应可测定食品，其它生物材料及血中的葡萄糖请写出反应式3什么是碳水化合物，单糖，双糖，及多糖？4淀粉，糖元，纤维素这三种多糖各有什么特点？5单糖为什么具有旋光性？6如何确定一个单糖的构型？7什么叫糖苷如何确定一个糖苷键的类型8采用什么方法可使食品不发生美拉德反应？9乳糖是如何被消化的采用什么方法克服乳糖酶缺乏症10低聚糖的优越的生理活性有哪些？11为什么说多糖是一种冷冻稳定剂？12什么是淀粉糊化和老化？13酸改性淀粉有何用途？14 HM和LM果胶的凝胶机理？15卡拉胶形成凝胶的机理及用途？16什么叫淀粉糊化影响淀粉糊化的因素有哪些试指出食品中利用糊化的例子17影响淀粉老化的因素有哪些谈谈防止淀粉老化的措施试指出食品中利用老化的例子 18试述膳食纤维及其在食品中的应用试从糖的结构说明糖为何具有亲水性19 阐述美拉德反应的机理及其对食品加工的影响。
食品化学习题集及答案
习题集卢金珍武汉生物工程学院第一章水分一、名词解释１．结合水 2。
自由水 3.毛细管水 4.水分活度５。
滞后现象６。
吸湿等温线 7．单分子层水８.疏水相互作用二、填空题ﻩ1。
食品中的水是以、、、等状态存在的。
2. 水在食品中的存在形式主要有和两种形式。
3。
水分子之间是通过相互缔合的。
4。
食品中的不能为微生物利用.5。
食品中水的蒸汽压ｐ与纯水蒸汽压p０的比值称之为，即食品中水分的有效浓度。
6. 每个水分子最多能够与个水分子通过结合,每个水分子在维空间有相等数目的氢键给体和受体。
7．由联系着的水一般称为结合水,以联系着的水一般称为自由水.8.在一定温度下,使食品吸湿或干燥,得到的与的关系曲线称为水分等温吸湿线。
９. 温度在冰点以上,食品的影响其Aｗ；温度在冰点以下，影响食品的Aw.10. 回吸和解吸等温线不重合，把这种现象称为。
11、在一定ＡＷ时，食品的解吸过程一般比回吸过程时更高。
１2、食品中水结冰时，将出现两个非常不利的后果,即___＿______＿＿和______＿＿__＿_。
1３、单个水分子的键角为____＿____，接近正四面体的角度______,O-H核间距___＿__，氢和氧的范德华半径分别为1。
2A０和1.４A0。
1４、单分子层水是指__________＿_______＿____＿_，其意义在于＿___＿____＿__＿_＿____＿。
１5、结合水主要性质为：①②③④。
三、选择题１、属于结合水特点的是（）。
A具有流动性 B在-40℃下不结冰C不能作为外来溶质的溶剂 D具有滞后现象2、结合水的作用力有（）。
A配位键B氢键 C部分离子键D毛细管力3、属于自由水的有（）。
Ａ单分子层水 B毛细管水C自由流动水Ｄ滞化水４、可与水形成氢键的中性基团有( ）.A羟基 B氨基 C羰基 D羧基５、高于冰点时，影响水分活度Aｗ的因素有（ )。
Ａ食品的重量 B颜色Ｃ食品组成 D温度6、对食品稳定性起不稳定作用的水是吸湿等温线中的( )区的水.AⅠBⅡ CⅢ DⅠ与Ⅱ7. 下列食品最易受冻的是（）。
食品化学_水分
第一章 水分
水和冰的结构 水和溶质的相互作用 食品中水的存在状态 水分活度与食品稳定性 等温吸湿曲线及其应用
主要内容
食品中水的存在
水和冰的结构与性质 水和溶质的相互作用 食品中水的存在状态 水分活度与食品稳定性 等温吸湿曲线及其应用 冻结与食品稳定性
1.1 食品中的水
肉类含水量在
70%左右。
水分含量与食品特性 4
面包和馒头含
水量在40%左 右。
水分含量与食品特性 5
米和面含水量
在12%左右。
水分含量与食品特性 6
饼干、糖果、
奶粉等食品的 含水量在8% 以下。
1.2 水的特性
水的物理性质和其他小分子有显著差异。
高熔点 高沸点 高热容量 高相变热 高表面张力 高介电常数 结冰时体积增大
毛细水
流动水
自由水
自由水
水分活度和水分含量
图：不同食品的等温吸湿曲线
等温吸湿曲线因食品 不同而性状各异。但 只有低水分食品才看 得出曲线的形状。
图：不同温度的等温吸湿曲线
因为水分活度随着
温度而变化，等温 吸湿曲线也随温度 变化。
等温吸湿曲线中的滞后效应
等温吸湿曲线可以用两种方法绘制：
水首先冷却成为过冷状态，然后围绕晶核结
冰，冰晶不断长大。快速冻结可以形成较多 晶核和较小冰晶，有利保持食品品质。
3 水和溶质的相互作用
纯水以氢键结合成连续结构，而如果在水中
加入其他物质，水的原有结构将受到打扰， 发生水-溶质相互作用。
其中包括几种情况：
离子与水的相互作用 亲水极性化合物与水的相互作用 疏水物质与水的相互作用
食品化学试题-水分
食品化学食品化学--水分水分A 卷一、 名词解释。
（本题共20分，每小题5分）（1） 过冷温度（2）吸湿等温线（MSI ）（3）水分活度（4）疏水水合二、 选择题。
（本题共60分，每小题4分）（1）水分子中O －H 核间的距离、氧和氢的范德瓦尔斯半径分别为（ ）A. 0.276nm ；0.16nm ；0.14nmB. 0.276nm ；0.14nm ；0.12nmC. 0.096nm ；0.16nm ；0.14nmD. 0.096nm ；0.14nm ；0.12nm（2）能与水形成笼形水合物的基团是（ ）A. 具有氢键键合能力的中性基团B. 非极性物质C. 离子或离子基团D. 疏水性物质（3）下列说法错误的是( )A. 食品的回吸过程一般比解吸过程时的含水量更高。
B. 吸湿等温线的三个区间之间没有明显的分界线。
C. 食品中水分的相转移主要形式为水分蒸发和蒸气凝结。
D. 影响食品水分蒸发的主要因素是食品的温度和环境水蒸压。
（4）食品化学反应的最大反应速度一般发生在含水量（ ）的食品中A. 0.2~0.3B. 0.25~0.66C. 0.5~0.65D. 0.7~0.9（5）下列说法正确的是（ ）A. 等温线每一个区间之间的水都不能发生交换。
B. 往等温线区间Ⅲ中加水，对区间Ⅱ水的性质影响并不大。
C. 等温线区间Ⅰ和Ⅱ中水都不具有溶剂能力。
D. 等温线区间Ⅱ的水主要靠化学吸附结合。
（6）水分蒸发会对以下食品产生较大不良影响的是（ ）A. 牛肉干B. 面粉C. 麦片D. 苹果（7）食品冻结时组织结构会被破坏，这主要是因为（ ）A. 冰的刚性结构破坏了食品的组织结构B. 温度过低，使原本维持食品组织结构的成分失去了作用C. 水的密度较低，水结冰时表现出异常的膨胀特性D. 水分子的缔和作用随温度的下降而减弱，使本来靠水分子维系的组织结构变得松散（8）下列哪种物质对纯水的正常结构有明显的破坏作用？（）A.乙醇B. 丙酮C. 尿素D. 氯化氨（9）下列食品的吸湿等温线呈S形的是（）A. 天然大米淀粉B. 荔枝C. 咖啡D. 糖果（10）吸湿等温线区间Ⅰ和Ⅱ上的水分特性在以下哪方面有共同点（）A. 溶剂能力B. 冻结能力C. 水分状态D. 微生物利用（11）降低水分活度可以提高食品稳定性的原因,请选出下列不正确的答案（）A. 降低水分活度可使食品中自由水的比例减小B. 降低水分活度可抑制食品中的离子反应C. 降低水分活度可直接杀死食品中的微生物D. 降低水分活度可以抑制食品中酶的活力（12）以下相同含水量的哪种食品最容易腐败（）A. 鸡肉B. 鳕鱼肉C. 香蕉D. 苹果（13）下列对水分活度对非酶褐变的影响描述不正确的是( )A. 一般情况下，浓缩的液态食品和低湿食品位于非酶褐变的最适合水分含量范围内B. 水分活度在一定范围内时,非酶褐变随着a W的增大而增大C. 水分活度大于褐变高峰的a W值时,由于溶质的浓度下降而导致褐变速度减慢D. 水分活度在0.6~0.2时非酶褐变会受到抑制而减弱（14）以下关于水分活度对脂肪氧化酸败的影响不正确的是（）A. 在干燥的样品中加入水会明显的促进氧化B. 微量金属可以催化氧化作用的初期反应C. 当a W值已较大时,进一步加水可降低氧化速度D. 水分活度对脂肪氧化酸败呈阶段性的影响（15）由以下的图，不能得到的结论是（）A. 水分活度的对数在不太宽的温度范围内随温度升高而正比例升高B. 水分含量少时，温度变化所引起的a w的变化小C. 水分含量少时，温度变化所引起的a w的变化大D. 横坐标表示温度的值越来越小三、是非题。
食品化学知识点
食品化学知识点第一章水1、在冷冻食品中存在4中主要的冰晶体结构：六方形、不规则树枝状、粗糙的球形和易消失的球晶以及各种中间状态的晶体。
2、冰的特性—过冷A】食品中水的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。
3、【水分活度W4、水在食品中以游离水和结合水两种状态存在的。
5、结合水的特性：①在-40℃不会结冰；②不能作为所加入溶质的溶剂；③在质子核磁共振试验中使氢的谱线变宽。
6、各种有机分子与水之间的作用以氢键为主要方式。
7、【吸湿等温线(MSI)】在恒定温度下，食品的水分含量与它的水分活度之间的关系图。
8、吸湿等温线：Ⅰ区：水的主要形式是化合水。
Ⅰ区和Ⅱ区分界线之间：水的主要形式是化合水和单层水。
Ⅱ区：水的主要形式是化合水+单层水+多层水。
Ⅱ区和Ⅲ区分界线之间：出现游离水。
Ⅲ区：游离水。
9、滞后现象：理论上二者应该一致，但实际二者之间有一个滞后现象，形成滞后环。
在一定时，食品的解吸过程一般比回吸过程时含水量更高。
【简答】10、简述水分活度与食品保存性的关系。
(一)、水分活度与微生物生长的关系：不同类群微生物生长繁殖的W A 最低范围是：大多数细菌为0.94~0.99，大多数霉菌为0.80~0.94，大多数耐盐细菌为0.75，耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母为0.60~0.65。
在低于0.60时。
绝大多数微生物就无法生长。
细菌形成芽孢时的W A 阈值比繁殖生长时要高。
(二)、水分活度与酶水解的关系：当降低到0.25~0.30的范围，就能有效地减慢或阻止酶促褐变的进行。
(三)、水分活度与化学反应的关系：① 大多数化学反应都必须在水溶液中才能进行。
降低水分活度，食品中许多化学反应受到抑制，反应速率下降。
② 发生离子化学反应的条件是反应物首先必须进行离子的水合作用，所以要有足够的游离水。
③ 化学反应和生物反应都必须有水分子参与。
降低水分活度，减少了参加反应的水的有效数量，反应速率下降。
④ 当W A ＜0.8时，大多数酶活力受抑制；当W A 在0.25~0.30之间时，淀粉酶、多酚氧化酶和过氧化物酶就会丧失活力或受到强烈的抑制。
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※补充
• 氢原子失去ls电子就成为H+，H+实际上是氢原子的核,即质子。近的原子或分子强烈地变形。H+在水溶液中与 H2O结合，以水合氢离子(H3O+)存在。
• stabilizing [英] [ˈsteibəˌlaiziŋ]
浸透作用等。
第一节 水与冰的结构（Struture）
（一）水分子的结构
单个水分子的结构:
水分子中，H原 子与O原子形成2个 σ共价键。
※补充
1.分子的极性 分子中正、负电荷中心不重合，正电荷集中的点为“+”
极，负电荷集中的点为“”极，这样分子产生了偶极，称 为极性分子（由于两个原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏
Questions
❖ types of water
为防止水的活跃造成食品腐败，可以采取：
• 干燥、浓缩 • 脱水 • 冷冻
复水、解冻 且易腐败
食品很难回复到以前的状态， 对水、冰的研究很有必要
第二章 水分 （Water或Moisture）
[目的要求]
1、了解食品中水的类型； 2、掌握Aw及其与食品稳定性的关系； 3、了解MSI分区及与食品中水分类型的对应关系； 4、掌握水结冰的过程并解释速冻和缓冻对食品质量
向吸引电子能力较强的原子一方，因而吸引电子能力较弱的原子一方相对
的显正电性）；有的分子正、负电荷中心重合，不产生偶极， 称为非极性分子。
2.范德华半径 在分子晶体中，分子之间以范德华力相互接近，这时非
键的两个同种原子核间距离的一半，称为范德华半径。
3.偶极矩 衡量分子极性的大小，德拜（Debye）在1912年提出： 分子中电荷中心上的电荷量与正、负电荷中心间距离的
属性的影响 。
[重点难点] 重点：食品的冻结保藏； 难点：吸湿等温线。
[基本内容] 1、食品中水的类型； 2、水分活度及其与食品稳定性的关系； 3、吸湿等温线； 4、食品的冻结保藏。
从物化方面来看，水可分散蛋白质和淀 粉，使它们形成溶胶或溶液；从化学方面来 看，水对食品的新鲜程度、外观、质地、风 味、保藏性和腐败变质的敏感性产生极大的 影响；在食品加工过程中，水可发挥膨润和
H-bond strength = 10 Kcal/mol.
H+d O-d
H+d
H+d O-d
H+d H+d
O-d
O-d
H+d H+d
H+d
Water is a good dissolving solvent - Why?
1. Physical action of dispersion of solute molecule due to the highactivity of water molecules at the surface of the solute.
乘积。偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向，其方向是从 正极到负极。
（二）水分子的缔合
（P10图1-2）
配位数
➢ 每个水分子都有2个H键供体和受体部位，
众多的水分子便通过H键缔合成三维取向的 立体结构
➢ 每个水分子最多能与其他4个水分子H键，
形成四面体结构
Hydrogen Bond
The bond is formed due to the affinity of electro-positive hydrogen atoms for electro-negative atoms such as O. Binding energy of hydrogen bond is about 10% of covalent bond.
3. Hydration of the solute by a chemical complex such as the “hydrogen bond”
※补充
吸引；亲和性
<美] [əˈfɪnɪti] <化] affinity [英] [əˈfɪnɪti:]
covalent [英] [kəuˈveilənt]共有原子价的,共价的
• colloid [英] [ˈkɔlɔid] [美] [ˈkɑlˌɔɪd] 胶体(的) • hydration [英] [haiˈdreiʃən]水合,水合作用
构像(conformation)指一个分子中，不改变共价键结构, 仅单键周围的原子放置所产生的空间排布.一种构像改变为 另一种构像时,不要求共价键的断裂和重新形成.
Water Functions
WATER
Important component of food. 1. Universal solvent (salt, vitamins, sugar, gases, pigment)
核桃热水去皮除苦、鲜黄花菜
2. Capable of ionizing (H3O+, OH-) 3. Affects the texture 4. Chemical reactions (hydrolysis of protein = n amino acids) 5. Stabilizing the colloids by hydration，生物大分子构像的稳定剂 6. Necessary for micro-organisms growth
D=The Capacity of Condenser of a Material/The Capacity of Condenser of Vacuum Condition
MW: Molecular Weight
MP(C): Melting Point
BP(C): Boiling Point solute [英] [ˈsɔlju:t]溶解物,溶质
dielectric constant: 【介电常数permittivity 】又称为“电容率”或“相对电 容率”在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空 时电容的比值称为该物质的“介电常数”。
2. The high dielectric constant of water (80x that of vacuum) diminishes the effectiveness of attractive forces that tend to hold the solute molecules together.