第二章 水和冰 (1)分析
食品化学第二章水知识点总结
食品化学第二章水知识点总结第二章水分2.1食品中的水分含量和功能2.1.1水分含量？普通生物和食物中的水分含量为3 ~ 97%？生物体中水的含量约为70-80%。
动物体内的水分含量为256±199，随着动物年龄的增长而减少，而成年动物体内的水分含量为58-67%不同部位水分含量不同:皮肤60 ~ 70%；肌肉和器官脏70 ~ 80%；骨骼12-15%植物中水分的含量特征？营养器官组织(根、茎和叶的薄壁组织)的含量高达70-90%？生殖器官和组织(种子、微生物孢子)的含量至少为12-15%表2-1某些食物的含水量食物的含水量(%)卷心菜，菠菜90-95猪肉53-60新鲜鸡蛋74牛奶88冰淇淋65大米12面包35饼干3-8奶油15-20 2.2水的功能2.2.1水在生物体中的功能1。
稳定生物大分子的构象，使它们表现出特定的生物活性2。
体内化学介质使生化反应顺利进行。
营养物质，代谢载体4。
热容量大，体温调节5。
润滑。
此外，水还具有镇静和强有力的作用。
护眼、降血脂、减肥、美容2.2.2水的食物功能1。
食品成分2。
展示颜色、香气、味道、形状和质地特征3。
分散蛋白质、淀粉并形成溶胶4。
影响新鲜度和硬度5。
影响加工。
它起着饱和和膨胀的作用。
它影响2.3水的物理性质2.3.1水的三态1，具有水-蒸汽(100℃/1个大气压)2、水-冰(0℃/1个大气压)3、蒸汽-冰(> 0℃/611帕以下)的特征:水、蒸汽、冰三相共存(0.0098℃/611帕)* * 2.3.2水的重要物理性质256水的许多物理性质，如熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热、表面张力和束缚常数数，都明显较高。
*原因:水分子具有三维氢键缔合，1水的密度在4℃时最高，为1；水结冰时，0℃时冰密度为0.917，体积膨胀约为9%(1.62毫升/升)。
实际应用:是一种容易对冷冻食品的结构造成机械损伤的性质，是冷冻食品工业中应注意的问题。
水的沸点与气压成正比。
食品化学：第二章 水和冰
4.食品中水分存在形式-2（P13）
结合水分类：构成水、邻近水和多层水
➢ 构成水(constitutional water)：结合最强的水， 已成为非水物质的一部分
➢ 邻近水(vicinal water)：占据着非水成分大多数亲 水基团的第一层位置
➢ 多层水(multilayer water)：占有第一层中剩下的 位置以及邻近水外侧的几层
水分吸附等温线（吸湿等温线）
➢ 在等温条件下，以食品含水量为纵坐标、以Aw为横 坐标作图。
➢ 不同食品，因其化学组成和组织结构不同，对水束 缚能力不一样，有不同的吸湿等温线，但都为S型。
7.食品中水分变化过程：水分吸附等温线-2
水分吸附等温线的意义：
➢ 表示食品的Aw与含水量对应关系； ➢ 浓缩、干燥等除去水的难易程度与Aw有关； ➢ 配制食品混合应注意水在配料间的转移； ➢ 测定包装材料的阻湿性质； ➢ 测定一定水分含量与微生物生长的关系； ➢ 预测食品稳定性与水分含量的关系。
➢ 冰点测定法：
✓ 先测定样品的冰点降低和含水量，利用 ✓ Aw = n1/(n1+n2) ；n2 = (G∆Tf ) /1860 ✓ G：样品中溶剂的量(g)；∆Tf：冰点降低(℃)
6.水对食品稳定性的影响：水分活度-10
冷冻食品中Aw的测定：
➢ 冷冻食品中，水的蒸汽压与同一温度下冰的蒸汽压 相等，能准确计算冷冻食品水Aw；
➢ Aw与非酶褐变
✓ Aw < 0.2 ： V 最小，褐变难于发生 ✓ Aw < 0.6 ： V 升高 ✓ Aw > 0.7 ： V 降低（因为水稀释了反应物浓度） ✓ Aw 0.6-0.7 ：V 最大（羰氨反应达到最大值）
➢ Aw与脂肪的氧化
【中国海洋大学食品化学】第二章_水(1)
从左图可以看出，每
个水分子能够缔合另 外4个水分子（配位数 为4），即1，2，3和 W'，形成四面体结构。
第二章 水
4
2、水的结构
纯水是具有一定结构的液体。液体水的结构与冰的结构的区别在于 它们的配位数和二水分子之间的距离（下表） 。
水与冰结构中水分子之间的配位数和距离
配位数
O—H…O距离
冰（0℃）
干基表示：水分占食品干 物质质量的百分数。
湿基表示：水分占含水食 品总质量的百分数。
第二章 水
20
2、水分活度（aw）
水分活度的定义可用下式表示：
式中p为某种食品在密闭容器中达到平衡状态时 的水蒸汽分压；
po为在同一温度下纯水的饱和蒸汽压。
在数值上，食品水分活度等同于空气的平衡相 对湿度：
第二章 水
R（水合）+ R（水合）→ R2（水合）+H2O
R为非极第性二基章团水
13
疏水相互作用( Hydrophobic interaction)示意图
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，这种作用成为疏水相互作用。Βιβλιοθήκη （A）（B）第二章 水
14
（2）、笼状水合物(Clathrate hydrates)
第二章 水
28
低水分含量范围食品的水分吸着等温线
等温线区间Ⅱ的水包括区间I的水加 上区间Ⅱ内增加的水(回吸作用)，区间 Ⅱ增加的水占据固形物表面第一层的剩 余位置和亲水基团周围的另外几层位置， 这一部分水叫做多分子层水。多分子层 水主要靠水-水和水-溶质的氢键键合作 用与邻近的分子缔合，流动性比体相水 稍差，其蒸发焓比纯水大，相差范围从 很小到中等程度不等，主要取决于水与 非水组分的缔合程度。区间Ⅱ显得比较 平坦，其吸附量的大小取决于水蒸气压、 原始水分和温度。这种水大部分在-40℃ 时不能结冰。
小学科学《冰和水》教学设计与反思
小学科学《冰和水》教学设计与反思教学目标：科学探究1.能根据实验方法进行水结冰、冰融化成水的实验。
能对冰和水互相转化的实验产生浓厚兴趣。
2.能用表格进行实验记录。
和同学分工合作，共同完成任务。
3.能分析数据，归纳出实验结论。
了解身边物体的存在状态在一定条件下可以转化。
教学过程：(一)创设情境，提出问题1.引导:寒冬来临时，经常看到水结冰的现象。
(出示冰的图片)2.提问:水在什么温度下能结冰？(二)实验操作，观察记录1.研究水结冰的现象。
(1)掌握方法。
①播放课件，提示学生注意实验的过程和方法。
指定学生汇报，然后出示实验方法。
A.将铁架台、试管、纯净水、碎冰等器材，按照实验装置图自下而上安装。
B.在试管中加入适量纯净水(不要过多)，用记号笔在管壁上标记好水面高度。
C.将温度计吊起，插入试管里的水中。
D.在烧杯中装满碎冰，把试管放入碎冰中。
E.当温度变化缓慢或者不变时在碎冰里加些食盐，继续观察温度计数值的变化。
(该实验向碎冰中加入适量的食盐，会加快水结冰，缩短实验时间，提高实验效果。
)教师画出关键词，让学生利用关键词进行记忆。
②学生回忆实验方法，并进行复述、记忆。
③出示注意事项。
A.小组同学分工合作(包括观察、记录、收拾等)。
B.小组成员轮流观察。
C.实验过程中要安静有序。
(2)实验并观察。
学生分组进行实验，将实验现象记录在《科学学生活动手册》第13页中，教师巡回指导，提示学生注意安全(要求学生认真、准确、实事求是地进行实验记求，以此来帮助学生树立实事求是的科学态度和科学精神。
)(3)描述现象。
汇报实验结果。
(教师引导学生可以按照“我是怎么做的？观察到什么现象？”的方式进行汇报，要求其他学生认真倾听，并对其进行补充、修改和评价。
)(4)分析并得出结论提问:水在什么温度时开始结冰，水结冰后体积会怎样？总结:在0℃时水会结成冰，水在结冰的过程中体积会变大。
2.观察冰的融化。
(1)提出问题。
提问:当水温降到0℃时水会结成冰，冰受热又会发生什么变化呢？引导:你有哪些方法能够加快冰的融化？(2)掌握方法。
第二章 水和冰
2012-8-12
一般有4种类型，即六方形、不规则树状、粗糙球状、易消失的球晶； 六方形是多见的、在大多数冷冻食品中重要的结晶形式。这种晶形形成的 条件是在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻，并且溶质的性质及浓度不严重干 扰水分子的迁移。
2012-8-12
冰的扩展结构
2012-8-12
纯水结晶时有下列行为：即尽管冰点是0℃，但常 并不在0℃结冻，而是出现过冷状态，只有当温度降 低到零下某一温度时才可能出现结晶（加入固体颗粒 或振动可促使此现象提前出现）；
2012-8-12
出现冰晶时温度迅速回升到0℃。把开始出现稳定晶核时 的温度叫过冷温度。如果外加晶核，不必达到过冷温度 就能结冰，但此时生产的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕 有限数量的晶核成长。
视频：过冷水结冰过程
2012-8-12
一般食品中的水均是溶解了其中可溶性成分所形成 的溶液，因此其结冰温度均低于0℃。把食品中水完 全结晶的温度叫低共熔点，大多数食品的低共熔点在 -55～-65℃之间。但冷藏食品一般不需要如此低的温 度，如我国冷藏食品的温度一般定为-18℃,这个温度 离低共熔点相差甚多，但已使大部分水结冰，且最大 程度的降低了其中的化学反应。
冰的热扩散速度是水的9倍，因此在一定的环境 条件下，冰的温度变化速度比水大得多。
2012-8-12
二、冰
冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定 刚性的六方形晶体结构。普通冰的晶胞和基础平面可如下图所示：
2012-8-12
2012-8-12
2012-8-12
在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相 互缔合，O－O之间的最小距离为0.276nm，O－O－ O之间的夹角为109°。
2012-8-12
食品化学 第二章 水分
18种同位素变体 量极少
水分子的缔合作用
一个水分子可以和周围四个水分子缔合， 形成三维空间网络结构。
2015年10月25日
第二章 水分
水分子缔合的原因:
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.
R（水合的）＋R（水合的）→R2（水合 偶极-疏水性物质 疏水相互作用ΔG<0 的）＋水
2015年10月25日
疏水水合ΔG>0
第二章 水分
1、水与离子和离子基团的相互作用
类 型 实 例 作用强度 （与水-水氢键比）
偶极-离子
水-游离离子 较大 水-有机分子上的带电基团 （离子水合作用）
水-蛋白质NH 水-蛋白质CO 水-侧链OH 水＋R→R（水合的） R（水合的）＋R（水合的）→R2 （水合的）＋水
水分含量不是一个腐败性的可靠指标
水分活度Aw 水与非水成分缔合强度上的差别 比水分含量更可靠，也并非完全可靠
与微生物生长和许多降解反应具有相关性
第二章 水分
2015年10月25日
第四节
f Aw f0 f p f 0 po
差别1%
2015年10月25日
水分活度
f ——溶剂（水）的逸度 f0——纯溶剂（水）的逸度 逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势
p Aw po
严格
p Aw po
第二章 水分
仅适合理想溶液
RVP,相对蒸汽
第四节
水分活度
一、定义: 指食品中水的蒸汽压和该温度下纯水 的饱和蒸汽压的比值
Aw=P/P0
食品化学课后题问题详解
食品化学课后题问题详解食品化学课后复习题答案第一章绪论一、名词解释1、食品《食品工业基本术语》对食品的定义：可供人类食用或饮用的物质，包括加工食品、半成品和未加工食品，不包括烟草或只作药品用的物质。
《食品卫生法》对“食品”的法律定义：各种供人食用或者饮用的成品和原料以及按照传统既是食品又是药品的物品，但是不包括以治疗为目的的物品。
2、食品化学研究食品的种类、组成、营养、变质、分析技术及食品成分在加工和贮藏过程中所发生的化学反应的一门学科。
或者也可定义为是从化学角度和分子水平上研究食品的化学组成、结构、理化性质、营养和安全性质以及它们在生产加工、贮存和运销过程中的化学变化及其对食品品质和食品安全性影响的科学。
3、基本营养素营养素是指那些能维持人体正常生长发育和新陈代谢所必需的物质。
基本营养素一般包括六大类，即蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水。
二、简答题1、食品化学家与生物化学家的研究对象和兴趣有何不一样。
答：生物化学家的研究对象是具有生命的生物物质，他们的兴趣包括在与生命相适应或几乎相适应的环境条件下，生物物质所进行的繁殖、生长和变化。
而食品化学加则研究的是死的或将死的生物物质，其主要研究兴趣在于暴露在环境变化很大、不适宜生存的环境中热处理、冷冻、浓缩、脱水、辐照等加工和保藏条件下食品中各个组分可能发生的物理、化学和生物化学变化。
2、简述食品化学的主要研究内容。
首先是对食品中的营养成分、呈色、呈香、呈味成分和激素、有毒成分的化学组成、性质、结构和功能进行研究。
其次研究食品成分之间在生产、加工、贮存、运输、销售过程中的变化，即化学反应历程、研究反应过程中的中间产物和最终产物的结构及其对食品的品质和卫生安全性的影响。
最后是对食品贮藏加工的新技术、开发新的产品和新的食品资源以及新的食品添加剂等进行研究。
这三大部分构成了食品化学的主要研究内容。
3、简述食品化学的研究方法。
任何一门学科的发展都是通过理论－实践－理论不断循环的体系中发展的，食品化学是一门实践性很强的学科，在食品化学的研究中，要采用理论和实验相结合的方法，实验主要通过感官实验和理化实验两条途径来实现，将实验结果与查证的资料相结合从而得出新的结论或者观点，然后将理论知识再反馈到实践中，又可以指导实践，不断循环，使得食品化学的理论只是不断推向新的阶段。
水环境化学-第二章 天然水的主要理化性质(专业知识模板)
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
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概述
2.1.1 水在食品中的作用 食品的溶剂 食品中的反应物或反应介质 除去食品加工过程中的有害物质（单宁、秋水仙
碱） 食品的浸胀剂 食品的传热介质 生物大分子化合物构象的稳定剂
氨NH3（三个供体和一个受体部位形成四面体排列 ）和氟化氢HF（一个供体和三个受体部位形成四 面体排列）分子由于没有相等数量的供体和受体 部位，都无法形成和水一样的三维氢键网络，而 是形成二维氢键网络，每个分子参与的氢键数目 小于水分子。
水分子的结构特征
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
解释水和冰的异常物理性质，最好先从研究单个 水分子的性质开始，进而拓展到水分子束的特性 ，最终考察整体相水的特征。
2.2 水、冰的结构和性质
一、单个水分子的结构
接近完美四面体结构的强极性分子。 水分子由两个氢原子与一个氧原子的两个SP3杂 化轨道结合成两个σ共价键，形成近似四面体结 构，氧原于位于四面体中心，四面体的四个顶点 中有两个被氢原子占据，其余两个为氧原子的非 共用电子对所占有。
水的缔合程度及水分子之间的距离也与温度有密 切的关系；在0℃ 时，水分子的配位数是4，相互 缔合的水分子之间的距离是0.276nm；当冰开始熔 化时，水分子之间的刚性结构遭到破坏，此时水 分子之间的距离增加，如1.5℃ 时为0.29nm，但由 0℃ ~3.8℃ 时，水分子的缔合数增大，如1.5℃ 时 缔合数是4.4，因此冰熔化的开始阶段，密度有一 个提高的过程；随着温度的继续提高，水分子之 间的距离继续增大，缔合数逐步降低，因此密度 逐渐降低。
冰的热导率是同样温度下水的4倍——说明冰对热 的传导速率要比生物材料中非流动水的导热率快 得多。
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。
正是由于水的以上物理特性，导致含水食品在加 工贮藏过程中的许多方法及工艺条件必须以水为 重点进行考虑和设计；特别是在利用食品低温加 工技术是要充分重视水的热传导和热扩散的特点。
水具有一定的黏度是因为水分子在大多数情况下 是缔合的，而水具有流动性是因为水分子之间的 缔合是动态的。当水分子在ns或ps这样短的时间 内改变它们与临近水分子之间的氢键键合关系时， 会改变水的淌度和流动性。
水分子不仅相互之间可以通过氢键缔合，而且可 以和其它带有极性基团的有机分子通过氢键相互 结合，所以糖类、氨基酸类、蛋白质类、黄酮类、 多酚类化合物在水中均有一定的溶解度。另外， 水还可以作为两亲分子的分散介质，通过这种途 径使得疏水物质也可在水中均匀分散。
食品中的含水量
水是食品的主要组成成分，食品中的水分含量、 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；食品中的水分也是引 起食品变质的重要原因；影响食品的品质和加工 工艺。
食品名称
番茄 莴苣 卷心菜 啤酒 柑橘 苹果汁
表2.1 某些代表性食品的含水量
水分%
食品名称
水分%
水分子两个O—H键的夹角即(H—O—H)的键角 为104.5°，O—H核间距为0.096 nm，氢和氧的 范德华半径分别为0.12和0.14 nm。
SP3
O
H H 104.50
1.84D
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
水的结构
3种结构模型 混合型
水分子间以氢键形式瞬时聚体成庞大的水分子簇
连续结构
水分子间的氢键均匀地分布在整个水体系中，连续网状
填隙式模型
水保留了一种似冰或是笼型的结构，单个水分子填充在整 个笼型结构的间隙空间中
冰的结构
冰的结构和性质
冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的 低密度、具有一定刚性的六方形晶体结构。普通 冰的晶胞和基础平面可如下图所示：
第二章 水和冰
目的和要求：
1.掌握水在食品中的重要作用、存在的状态，水 分活度和水分等温吸湿线的概念及其意义，水分 活度与食品稳定性的关系。
2.了解水和冰的结构及其性质,分子流动性与食品 稳定性的关系。
水和冰
生物体系的基本成分：蛋白质、碳水化合物、脂 肪、核酸、矿物质和水。其中水是最普遍存在的， 它往往占植物、动物质量或食品质量的50%~90%。
食品名称
95
牛奶
87
95
马铃薯
78
果酱 蜂蜜
92
香蕉
75
奶油
90
鸡
70
稻米面粉
87
肉
65
奶粉
87
面包
35
酥油
水分%
28 20 16 12 4 0
2.1.2 水、冰的物理特性
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：
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。
H
O
H
HO
H
H
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。
水分子之间还可以以静电力相互结合，因此缔合
态的水在空间有不同的存在形式，如：
H
H
H HH O OO
OH HO
H
O
H
H HH
O
H
O
HH
OH H
H
不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。
在通常情况下，水有三种存在状态，即气态、液 态和固态。水分子之间的缔合程度与水的存在状 态有关。在气态下，水分子之间的缔合程度很小， 可看作以自由的形式存在；在液态，水分子之间 有一定程度的缔合，几乎没有游离的水分子，由 此可理解为什么水具有高的沸点；而在固态也就 是结冰的状态下，水分子之间的缔合数是4，每个 水分子都固定在相应的晶格里，这也是水的熔点 高的原因。
水分子氢键键合程度取决于温度
配位数（coordination number）是中心离子的重 要特征。直接同中心离子（或原子）配位的原子 数目叫中心离子（或原子）的配位数。
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