食品化学 水和冰的结构

I区
0-0.2 1-6.5 不能冻结 无 单分子层水 不可利用
II区
0.2-0.85 6.5-27.5 不能冻结 轻微-适度 多分子层水 部分可利用
III区 ＞0.85 ＞27.5 正常 正常 体相水 可利用
MSI与温度的关系
❖ 水分含量一定 T↑，Aw↑
❖ Aw一定 T↑，水分含量↓
在不同温度下马铃薯的水分吸着等温线
相互作用的强度 与水-水氢键比较
较强
近乎相等
远低(△G＞0) 不可比较(△G＜0)
二、水与离子和离子基团的相互作用
Interaction of water with Ionic groups 净结构形成效应 (Net structure forming effect)
➢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
二、对淀粉老化的影响
食品在较高Aw的（30％－60％）的情况下，淀粉老化速度最快；如 果降低Aw ，则老化速度减慢，若含水量降至10％－15%，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
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
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 分子的移动性与食品的稳定性
Molecular mobility and food stability
本节自学
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)
第四节 水分活度与食品的稳定性
Water activity and food stability
几
类
重
要
除非酶氧化在Aw＜
的 反
0.3时有较高反应速
应
度外，其它反应均
速 度
是逾小反应速度愈
与
小。也就是说愈小
有利于食品的稳定
的 关
性。
系
Aw
一、对脂肪氧化酸败的影响
在Aw＝0-0.33范围内，随Aw↑，反应速度↓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
MSI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
区
Aw 含水量% 冷冻能力 溶剂能Biblioteka Baidu 水分状态 微生物利用
食品化学
主讲人：
第二章 水与冰
第一节 概述 第二节 水与冰的结构 第三节 食品中水的存在形式 第四节 水分活度与吸着等温线 第五节 分子的移动性与食品的稳定性
第一节 概述
Introduction
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
产品
水分/％
产品
水分/％
产品
水分/％
番茄
85
牛奶
87
果酱
28
莴苣
95
马铃薯
78
蜂蜜
20
卷心菜
92
香蕉
75
奶油
16
啤酒
90
鸡
70
稻米、面粉
12
柑橘
87
肉
65
奶粉
4
苹果汁
87
面包
35
酥油
0
第一节 概述
Introduction
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。
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)＋R(水合)
R2(水合)＋H2O
球 状 蛋 白 质 的 疏 水 相 互 作 用
第三节 水分吸着等温线
Moisture Sorption Isotherms(MSI)
一、定义 Definition
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。
思考题
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
净结构破坏效应 (Net structure breaking effect)
➢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
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 capabilities
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-高果胶食品
空气干燥苹果 总的滞后现象明显 滞后出现在真实单层水区域 Aw＞0.65时，不存在滞后
疏水水合作用（hydrophobic hydration）
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。
H2O＋R
R(水合)
疏水相互作用（hydrophobic interaction）
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，
水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等 可与一些生物大分子构成“水桥”
木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥
四、水与非极性物质的相互作用
Interaction of water with nonpolar substance
第二节 水与溶质的相互作用
Water-solute ineractions
一、水与溶质相互作用的分类
种类 偶极-离子
偶极-偶极 疏水水合 疏水相互作用
实例
H2O-游离离子 H2O-有机分子上的带电基团 H2O-蛋白质 NH H2O-蛋白质 CO H2O-侧链 OH H2O + RR（水合） R(水合)+R(水合)R2(水合)+H2O
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Aw＝0.33-0.73范围内，随Aw↑，反应速度↑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Aw>0.73时，随Aw↑，反应速度增加很缓慢的原因 催化剂和反应物被稀释
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
高蛋白食品
冷冻干燥熟猪肉 Aw＜0.85开始出现滞后 滞后不严重 回吸和解吸等温线均保持S形
淀粉质食品
冷冻干燥大米 存在大的滞后环 Aw=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。