第二章 水
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第2章 水
续表2-1
食 乳制品 奶油 山羊奶 奶酪（含水量与品种有关） 奶粉 冰淇淋 人造奶油 焙烤食品 面包 饼干 馅饼 糖及其制品 蜂蜜 果冻、果酱 蔗糖、硬糖、纯巧克力 品 含水量（%） 15 87 40~75 4 65 15 35~45 5~8 43~59 20 <35 <1
2. 水在食品方面的功能
单个水分子的结构特征
• 水分子的四面体结构
有对称性
• H-O共价键具离子性
与电负性
• 氧的另外两对孤对电
子具有静电力
2. 水分子的缔合作用
①H-O键间电荷的非对 称分布(氧电负性大，使 氢原子带有部分正电荷且 电子屏蔽小，表现裸质子 特征)使H-O键具有极性， 这种极性使分子之间产生 引力。 ②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 形成多重氢键网络结构。 ③静电效应。 为什么水分子间存 在强大吸引力能进 行高强度缔合？ 氢键供体
不同的缔合形式，可导致水分子之间的缔合数大于4。
水的结构特征
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。
温度(℃)
0 1.5
配位数
4 4.4
分子间距nm
0.276 0.290
8.3
4.9
0.305
为什么水的密度在3.98℃/4 ℃最大？
水分子之间的氢键网络是动态的； 水的氢键键合程度取决于温度； 0 ℃时，冰中水分子配位数是4，随着温 度上升，配位数增多，密度增大，在0-3.98 ℃时，配位数的影响占主导。但温度升高 密度降低；
第二章
水
Water
本章简介
本章作业
第2章 水
掌握内容 讲授
第二章 水
第二章
பைடு நூலகம்
水
四川旅游学院 食品科学系
主要内容
第一节 水的基本概述 一、 食物中水的存在 二、 水的化学组成和结构 第二节 水在食品中的性质和存在状态
一、食品中水的性质及在烹饪中的应用 二、生物和食品中水的存在状态 第三节 水分活度 一、水分活度的概念 二、水分活度的影响因素 三、水分活度的意义和应用 第四节 水在烹饪加工中的变化 一、食品水分的转移 二、烹饪和食品加工水分的变化
95 95 92 90 87 87
牛奶 马铃薯 香蕉 鸡 肉 面包
87 78 75 70 65 35
果酱 蜂蜜 奶油 稻米面粉 奶粉 酥油
28 20 16 12 4 0
表2.1 某些代表性食品的含水量
一、生物和食物中水的作用
1、水是食品的重要组成成分，是形成食品加工
工艺考虑的重要因素；
2、水分含量、分布和状态对于食品的结构、外 观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响； 3、是引起烹饪化学变化及微生物作用的重要原 因，直接关系到食品的贮藏特性。
2.水的分散功能对食品的影响和在烹饪中的应用
从食品与水形成的各种分散体系的性质来看， 食品可分为富含水食品和低含水食品。 低含水食品宏观上是干燥的固体或富含油脂的 半固体食品。例如，干淀粉、食盐等 富含水食品为含水湿润状态，分为液态食品和 湿固态食品两大类。
•当水溶液结冰时，六方形是在大多数冷冻食品中重要 的结晶形式。
•水的冰点为0℃，可纯水并不在0℃就冻结，常常首先被冷
却到过冷状态，这时开始出现稳定晶核，冰晶围绕有限的晶核长 大。开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度。 •食品中含有一定水溶性成分，这将使食品的冻结点降低，大多
பைடு நூலகம்
水
四川旅游学院 食品科学系
主要内容
第一节 水的基本概述 一、 食物中水的存在 二、 水的化学组成和结构 第二节 水在食品中的性质和存在状态
一、食品中水的性质及在烹饪中的应用 二、生物和食品中水的存在状态 第三节 水分活度 一、水分活度的概念 二、水分活度的影响因素 三、水分活度的意义和应用 第四节 水在烹饪加工中的变化 一、食品水分的转移 二、烹饪和食品加工水分的变化
95 95 92 90 87 87
牛奶 马铃薯 香蕉 鸡 肉 面包
87 78 75 70 65 35
果酱 蜂蜜 奶油 稻米面粉 奶粉 酥油
28 20 16 12 4 0
表2.1 某些代表性食品的含水量
一、生物和食物中水的作用
1、水是食品的重要组成成分，是形成食品加工
工艺考虑的重要因素；
2、水分含量、分布和状态对于食品的结构、外 观、质地、风味、新鲜程度会产生极大的影响； 3、是引起烹饪化学变化及微生物作用的重要原 因，直接关系到食品的贮藏特性。
2.水的分散功能对食品的影响和在烹饪中的应用
从食品与水形成的各种分散体系的性质来看， 食品可分为富含水食品和低含水食品。 低含水食品宏观上是干燥的固体或富含油脂的 半固体食品。例如，干淀粉、食盐等 富含水食品为含水湿润状态，分为液态食品和 湿固态食品两大类。
•当水溶液结冰时，六方形是在大多数冷冻食品中重要 的结晶形式。
•水的冰点为0℃，可纯水并不在0℃就冻结，常常首先被冷
却到过冷状态，这时开始出现稳定晶核，冰晶围绕有限的晶核长 大。开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度。 •食品中含有一定水溶性成分，这将使食品的冻结点降低，大多
第二章 水
NH
4 +
Cl
-
Br -I
-
NO
3
-
BrO
3
-
IO
3
-
ClO
4
-
等
净结构形成效应（Net structure- forming
effect）
另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect)，此时溶液具有比纯水较 差的流动性，这些离子大多是小离子和多价离子，电 场强度大，离子半径小，是净结构形成体。如：Li + Na + Ca 2+ Ba 2+ Mg 2+ Al 3+ F - OH - 等 如何判断离子对水结构的影响？
水与离子、离子基团的相互作用
一、水与离子基团的相互作用
水与简单无机离子产生偶极—离子的相互作用，作用强度 相对于氢键较强
溶质对水结构的影响
净结构破坏效应
（Net structure-breaking effect ）
在稀水溶液中一些离子具有净结构破坏效应 (Netstructure-breaking effect),此时溶液具有 比纯水较好的流动性, 这些离子大多为单价离子 和大的正离子，产生较弱的电场，它们是净结构 破坏体，破坏了水的正常结构。如：K + Rb + Cs +
蛋白质 的水合 过程与 蛋白质 的性质
B、随着水分活度的增加,蛋白质的结 构也有不同，这对蛋白质的食品功能 性将产生较大影响。 C、随着水分活度的增加，溶菌酶 活性也不同，当有体相水存在时， 才表现出较明显的酶活性。这对理 解食品保藏及加工有重要意义。
七、水分活度（Aw）与相对蒸汽压
食品的水分含量和它的腐败性之间存在着一定的关系 在评价食品中水分时，除了注意水分的含量外，更注意水
4 +
Cl
-
Br -I
-
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3
-
BrO
3
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等
净结构形成效应（Net structure- forming
effect）
另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure- forming effect)，此时溶液具有比纯水较 差的流动性，这些离子大多是小离子和多价离子，电 场强度大，离子半径小，是净结构形成体。如：Li + Na + Ca 2+ Ba 2+ Mg 2+ Al 3+ F - OH - 等 如何判断离子对水结构的影响？
水与离子、离子基团的相互作用
一、水与离子基团的相互作用
水与简单无机离子产生偶极—离子的相互作用，作用强度 相对于氢键较强
溶质对水结构的影响
净结构破坏效应
（Net structure-breaking effect ）
在稀水溶液中一些离子具有净结构破坏效应 (Netstructure-breaking effect),此时溶液具有 比纯水较好的流动性, 这些离子大多为单价离子 和大的正离子，产生较弱的电场，它们是净结构 破坏体，破坏了水的正常结构。如：K + Rb + Cs +
蛋白质 的水合 过程与 蛋白质 的性质
B、随着水分活度的增加,蛋白质的结 构也有不同，这对蛋白质的食品功能 性将产生较大影响。 C、随着水分活度的增加，溶菌酶 活性也不同，当有体相水存在时， 才表现出较明显的酶活性。这对理 解食品保藏及加工有重要意义。
七、水分活度（Aw）与相对蒸汽压
食品的水分含量和它的腐败性之间存在着一定的关系 在评价食品中水分时，除了注意水分的含量外，更注意水
第二章水文基础知识
W Q•T
y Q •T •103 Q •T (mm)
F •106
1000F
径流模数（M）：流域出口断面上的流量与流域面积的比值。
M=1000Q/F
径流系数（α）：某时段降雨量x所形成径流深y的比例数
α =y/x
因为降雨总是会有损失，所以一般α只能小于1。
3/3
（三）流域平均降雨量的计算
流域内各站降雨量是不同的，分析流域 降雨与径流关系时，需要由降雨量计算流域 平均面雨量，根据流域内雨量资料，常用以 下方法：
1. 算术平均法
式中
——某一指定时段的流域平均雨量，mm； ——流域内的雨量站数； ——流域内第站指定时段的雨量，mm。
2. 泰森多边形法
f4 f3
2. 降水的分类 按空气抬升形成动力冷却的原因可以把降水分
为4种类型：
强度大，范围小，历时短
降水
对流雨 地形雨 气旋雨
迎风面雨多，背风面雨少
温带气旋雨
气旋前方：暖锋云系及连续性降雨 气旋后方：狭窄的冷锋云系和降雨 气旋中部：暖气团，层云或毛毛雨
热带气旋雨 水汽充足，运动强烈，易带来狂风暴雨
锋面雨
冷锋雨 暖锋雨
水面蒸发常用蒸发器进行观测。换算关 系为：
式中
——天然水面蒸发量，mm； ——蒸发器实测蒸发量，mm； ——蒸发器折算系数。
（二） 土壤蒸发 土壤蒸发比水面蒸发要复杂得多。湿润
的土壤，其蒸发过程一般可以分为三个阶段。
（三）植物散发 土壤中的水分经植物根系吸收后，输送
至叶面，再从叶面散发到大气中，称为植物 散发。
（四） 流域总蒸发
流域总蒸发是流域内所有的水面、土壤以及植 被蒸发与散发的总和。目前采用的方法是从全流 域综合角度出发，用水量平衡原理来推算流域总 蒸发量。
第2章 水分
球状蛋白质的疏水相互作用
疏水基团缔合或发生 “疏水相互作用”， 引起了蛋白质的折叠。 疏水相互作用是蛋白 质折叠的主要驱动力。 同时也是维持蛋白质 三级结构的重要因素
2 水的存在形式
滞化水
自由水 毛细管水
水 结合水
自由流动水 化合水
邻近水
多层水
结合水
指通过化学键结合的水。根据被结合的牢固程度， 有几种不同的形式：
Ice-twelve (ice XII)
（5）冰形成的动力学过程
研究了过冷水（230K）体系中冰的形成 (Masakazu Matsumoto, NATURE /VOL 416 /28 ,03,2002 ) 四个阶段： －静态化学势能相对稳定期 (t＝256–290 ns); －短暂的化学势能快速衰减期 （t＝290－320ns） －短暂的化学势能快速增加期 （t＝320－360ns) －终止期，化学势能虽有降低但 相对恒定，冰结构完全形成 （t＞360ns）
演示1 演示2
在稀水溶液中一些离子具有净结构破坏效 应（Net structure-breaking effect), 这些离 子大多大的正离子。 另外一些离子具有净结构形成效应（Net structure-forming effect),这些离子大多是电 场强度大，离子半径小的离子。
(2) 水与有氢键键合能力中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding apabilities
水分活度的测定方法 Measurement methods of Aw
1. 冰点测定法:先测样品的冰点降低和含水量 据下两式计算AW: aw=n1/(n1+n2) n2=G△Tf/(1000.Kf) G—溶剂克数 △Tf—冰点降低(℃) Kf—水的摩尔冰点降低常数(1.86)
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食品中的水分含量及功能水分含量一般生物体及食品中水分含量为3～97% 水在生物体内的含量约70~80% 水在动物体内的含量特点随动物年龄的增加而减少，成人含水量为58~67%。
不同部位水分含量不同：皮肤 60~70%；肌肉及器脏 70~80%；骨骼 12~15%。
水在植物体内的含量特点营养器官组织含量最高 70~90%。
繁殖器官组织含量最低 12~15%。
某些食品的水分含量表2—1食品水分含量 ( % )白菜，菠菜90—95 猪肉 53—60 新鲜蛋74 奶88 冰淇淋65 大米12 面包35 饼干3—8 奶油 15--20 水的功能水在生物体内的功能1.稳定生物大分子的构象，使其表现特异的生物活性2.体内化学介质，使生物化学反应顺利进行3.营养物质，代谢载体4.热容量大，调节体温5.润滑作用此外，水还具有镇静、强壮效果；保护眼睛，降脂减肥和美容作用。
水的食品功能 1.食品的组成成分2.显示色、香、味、形、质构特征3.分散蛋白质、淀粉、形成溶胶4.影响鲜度、硬度5.影响加工，起浸透、膨胀作用6.影响储藏性水的物理性质水的三态1、以水—汽2、水—冰3、汽—冰特点: 具有水、汽、冰三相共存 * * 水的重要物理性质水的许多物理性质：如熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、表面张力和界电常数都明显偏高. * *原因:水分子间存在着三维氢键缔合的缘故１水的密度在4℃最大，为1；0℃时冰密度为,水结冰时,体积膨胀约9%(/L). 实际应用:这种性质易对冷冻食品的结构造成机械损伤,是冷冻食品行业中应关注的问题2. 水的沸点与气压呈正相关关系.当气压升高时,则其沸电升高;当气压下降，则沸点降低。
实际应用:(1)热敏性的食品如牛奶、肉汁、果汁等的浓缩通常采用减压或真空方式来保护食品的营养物质(2)不易煮烂的食物，如动物的筋、骨、牛肉等可采用高压蒸煮，低酸性的罐头的杀菌 (3)高原上做饭应采用高压 3.水的比热较大水的比热大是因为当温度升高时，除了分子动能需要吸收热量外，同时缔合的分子转化为单分子时也需要吸收热量所致。
第二章地球上的水循环
第二章
地球上的水分循环 和水量平衡
一、水分循环
（一）水分循环及其成因
地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸发和蒸 腾，化为水汽，上升至空中，冷却凝结成水滴或冰晶， 在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。降落于 地表的水又重新产生蒸发、凝结、降水和径流等变化。 水的这种不断地蒸发、输送、凝结、降落的往复运动过 程称为水分循环。
水循环
陆地上地表水总量约360000km3，生物水量约2000km3。 陆地上的大气降水与冰雪融水消耗于蒸发、生物吸收和 渗透到地下，另有约36000km3通过径流返回海洋。陆地 上水体的自然更新一次的时间长短不一，河流约需10-20 天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内 海约需10-1000年。
1．大循环
从海洋表面蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适 当的条件下，以降水的形式降落到地面后，其中一部分蒸 发到空中，另一部分经过地表和地下径流又流到海洋，这 种海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循 环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。
2．小循环
小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成 的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。 海洋小循环就是从海洋表面蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落海洋上的循环过程。
水循环
全球水分循环中各主要贮水库的总水量以及各主要贮水库之间水 分交换通量，在地质历史时期曾发生过重大变化。如白垩纪中晚期 地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮水。再如第四纪冰期鼎盛时期，
以距今18000年末次冰期鼎盛时期为例，当时的全球平均气温要比
现代低6-7℃，全球陆上冰体总量要比现代多约50.72×106km3， 世界海洋水位要比现代低约130m，海面蒸发量要比现代少约
地球上的水分循环 和水量平衡
一、水分循环
（一）水分循环及其成因
地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸发和蒸 腾，化为水汽，上升至空中，冷却凝结成水滴或冰晶， 在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。降落于 地表的水又重新产生蒸发、凝结、降水和径流等变化。 水的这种不断地蒸发、输送、凝结、降落的往复运动过 程称为水分循环。
水循环
陆地上地表水总量约360000km3，生物水量约2000km3。 陆地上的大气降水与冰雪融水消耗于蒸发、生物吸收和 渗透到地下，另有约36000km3通过径流返回海洋。陆地 上水体的自然更新一次的时间长短不一，河流约需10-20 天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内 海约需10-1000年。
1．大循环
从海洋表面蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适 当的条件下，以降水的形式降落到地面后，其中一部分蒸 发到空中，另一部分经过地表和地下径流又流到海洋，这 种海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循 环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。
2．小循环
小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成 的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。 海洋小循环就是从海洋表面蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落海洋上的循环过程。
水循环
全球水分循环中各主要贮水库的总水量以及各主要贮水库之间水 分交换通量，在地质历史时期曾发生过重大变化。如白垩纪中晚期 地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮水。再如第四纪冰期鼎盛时期，
以距今18000年末次冰期鼎盛时期为例，当时的全球平均气温要比
现代低6-7℃，全球陆上冰体总量要比现代多约50.72×106km3， 世界海洋水位要比现代低约130m，海面蒸发量要比现代少约
高中生物第二章 水和无机盐优秀课件
抗热等抗逆性增强 。
〔如：越冬植物、干种子等〕
５.种子萌发
种子晒干过程中失去的是自由水，可以萌发。 种子在烘烤过程中失去的是结合水。不能萌发。 种子萌发的根本条件：充足的水分、充足的氧气、适宜的温度。
将烘干的骨、小麦种子和植物秸秆 等点燃烧尽, 最终都会得到一些灰白色 的灰烬 , 请问这些灰烬是什么呢 ?
B：植物缺B〔
)
花而不实
细胞外液渗透压：Na+ 〔3〕维持细胞的渗透压和酸碱平衡 细胞内液渗透压： K+
血浆PH：HCO3-、HPO42-
思考&讨论
资料1 植物在缺乏N、P、K等营养物质时会出现各种病症，因此生产 过程中常要给植物施肥。玉米在生长过程中缺乏P,植株就
植物体缺p常表现为生长发育不正常，这说明什么？ P是植物生命活动不可缺少的。
资料2 以下图是一种叶绿素分 子和血红素分子局部结构简图 。
讨论
1．植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？ 缺镁时叶绿素的形成受到阻碍，从而影响光合作用。
2．有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？ 当铁缺乏时，血红蛋白就不能合成，从而发生缺铁性贫血。
无机盐
3.无机盐生理功能的验证 (1)对照组 植物＋完全培养液→正常生长 (2)实验组
无机盐
无子形式存在，少数以化合物 形式存在。
2.功能
〔1〕组成细胞中的化合物:
Mg2+叶绿素， Fe2+血红蛋白， I-甲状腺激素 PO43-磷脂 核酸 Ca2+骨骼、牙齿
CaCO3是动物和人体的骨骼、牙齿中的重要成分。
无机盐
〔2〕维持细胞和生物体的生命活动 Ca2+：血钙〔过高：肌无力 ；过低：抽搐 〕
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Why!!!
Compd. H2O H2S NH3 Methanol
M.P 0º C -83º C -78º C -98º C
B.P 100º C -60º C -33º C 65º C
2.水的结构 Structure of water
• Tetrahedral arrangement • Two free electrons of O act as H-bond acceptors while H acts as donor • Highly electronegative O pulls electrons from H, making H behave like a bare proton • Forms a dipole because of the electronegative O
移。
冰不是一个均匀体系，不仅含有普通 水分子，而且还有H+(H3O+)和OH-离 子以及HOH的同位素变体；
冰的结晶并不是完整的晶体，通常是 有方向性或离子型缺陷的。
冰结构中氢原子( ● )的位置 (A)瞬时 结构；(B)平均结构(也称半氢,鲍林或统 计结构)；O为氧原子
• 冰晶并非总是完美的， 一般存在定向型或离 子型缺陷。 • 冰的HOH分子在温 度接近-180℃或更低 时 ，氢键才是完整 的。
①H-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.
②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.
③静电效应.
目前提出的3类水的结构模型: 混合模型:混合模型强调了分子间氢键的概念, 认为分子间氢键短暂地浓集于成簇的水分子之 间,成簇的水分子与其它更密集的水分子处于 动态平衡. 连续模型:分子间氢键均匀地分布于整个水样, 水分子的连续网络结构成动态平衡. 填隙式模型:水保留在似冰状或笼状结构中, 个别的水分子填充在笼状结构的缝隙中.
• 溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大 小、结构、位臵和取向。此外，冷冻速度对 冰晶的形成也有影响。
①按冷冻速度和对称要素分，冰可分为四大类
六方型冰晶 不规则树枝状结晶 粗糙的球状结晶 易消失的球状结晶及各种中间体
②六方冰晶形成的条件：
在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻
溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁
(1)单个水分子的结构特征
H2O分子的四面体结构有对称型. H-O共价键有离子性. 氧的另外两对孤对电子有静电力. H-O键具有电负性.
(2)水分子的缔合
水分子在三维空间形成多重 氢键键合 —每个水分子具有相等数目的 氢键给体和受体，能够在三 维空间形成氢键网络结构
(3)水分子缔合的原因:
水和非极性基团具有相对抗作用 水调整自身结构以便尽可能少地与非极性基团接触
非极性物质的疏水相互作用
水在疏水表面的取向
第一种测略
疏水水合(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，此过程成为疏水水合。
Multilayer water: water that occupies remaining first-layer sites and forms several additional layers around hydrophilic groups of nonaqueous constituents; water-water and water-solute hydrogen bonds predominate. 大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但冰 点大大降低。 有一定溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动大大降低 不能被微生物利用
下图所示为位于中心的水分子将 RNA酶中三个分离的残基联系起 来。在微生物RNA酶家族中，这 些水分子和他们的结合位点都保 留了下来。
4.水与疏水基团的相互作用 Interaction of water with nonpolar substances
水中加入疏水性物质 疏水基团与水分子产 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,结构更为有序 疏水基团之间相互聚 集，从而使它们与水的接 触面积减小，结果导致自 由水分子增多 非极性物质具有两种特殊的性 质： 蛋白质分子产生的疏水相互作 用（hydrophobic interaction） 非极性物质能和水形成笼形水 合物（clathrate hydrates）
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，疏水基团之间进行缔合，这 种作用成为疏水相互作用。
球状蛋白质的疏水相互作用
疏水基团缔合或发生 “疏水相互作用”， 引起了蛋白质的折叠 。
疏水相互作用是蛋 白质折叠的主要驱动 力。 同时也是维持蛋 白质三级结构的重要 因素
Bulk-phase water: water that occupies positions furthest removed from nonaqueous constituents; water-water hydrogen bonds predominate. 能结冰，但冰点有所下降 溶解溶质的能力强，干燥时易被除去 与纯水分子平均运动接近 很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起 Food的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相 关。
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
温度(℃) 0 1.5 83
配位数 4 4.4 4.9
分子间距nm 0.276 0.290 0.305
冰的结晶
• 冰有11种结晶类型，普通冰的结晶属于六方 晶系的双六方双锥体。在常压和温度0℃时， 这11种结构中只有六方型冰结晶才是稳定的 形式 。
笼形水合物(Clathrate hydrates)：是象冰一 样的包含化合物，水为“宿主”，它们靠氢 键键合形成象笼一样的结构，通过物理方式 将非极性物质截留在笼内，被截留的物质称 为“客体”。一般“宿主”由20-74个水分子 组成，较典型的客体有低分子量烃，稀有气 体，卤代烃等。
• 在水中，CO2分子周围可以形 成由19个水分子构成的十二面 体壳层结构， CO2分子中的每 个氧原子直接同三个水分子结 合，然后以此为核心构成 CO2(H2O)278的二十面体结构。
2.水与离子基团的相互作用 Interaction of water with Ionic groups
－ 大量证据表明一些离子 在稀溶液具有净结构破 坏效应（溶液比纯水具 有较高的流动性）；而 另外一些离子具有净结 构形成效应（溶液比纯 水具有较低的流动性）
一种指定的离子改变净 结构的能力关系到它的 极化力或者它的电场强 度
3.水与有氢键键合能力中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups possessing hydrogen-bonding capabilities
水与溶质之间的氢键 键合比水与离子之间的 相互作用弱。氢键作用 的强度与水分子之间的 氢键相近。 与溶质以氢键键合的水主要 是化合水和邻近水，水的移 动性比纯水明显减弱，结冰 也十分困难。
冰中质子缺陷示意图 (A) 定 向作用形成的方向性缺陷 (B) 离子型缺陷
2.3 食品中水的存在形式 Categories of water in foods
自由水 体相水 水 结合水
截留水 化合水 邻近水 多层水
Constitutional water: Water a nonaqueous constitutents. 在-40℃下不结冰 无溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动为0 不能被微生物利用
mvapor chemical potential: energy/mole m food mfood RT ln aw = m vapor p = RT ln p o
2.4 水与溶质的相互作用 Water –solute interactions
1.水与溶质相互作用的分类
相互作用强弱 （与H2O-H2O氢键比较） 偶极-离子 H2O-游离离子 较强 H2O-有机分子带电基团 偶极-偶极 H2O-PR-NH， H2O-PR-CO 近乎相等 H2O-侧链OH 疏水水合 H2O+R→R（水合） △G＞0 疏水相互作用 R（水合）＋R（水合） →R2（水合）+ H2O △G＜0 种类 实例
Vicinal water: Water that strongly interacts with specific hydrophilic sites of nonaqueous constituents by water-ion and water-dipole associations
在-40℃下不结冰 无溶解溶质的能力 与纯水比较分子平均运动大大减少 不能被微生物利用 此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质。
○是疏水基团，圆球周围的“L －形”物质根据疏水表面定向的 水分子，●代表与极性基团缔合 的水分子
第二种策 略
• 非极性物质能和水形 成笼形水合物 （clathrate hydrates） • 笼状水合物代表水对 一种非极性物质最大 的结构形成响应 • “宿主”水分子与 “客体”分子的相互 作用一般是弱的范德 华力，与静电相互作 用
Chapter 2 Water
水
本章提要
重点：
水和冰的结构及其在食品体系中的行为 对食品的质地、风味和稳定性的影响。水分 活度与水分吸着等温线及水分活度对食品稳 定性的影响。食品中水分含量和水分活度的 测定方法。
难点： 分子淌度与食品稳定性的关系，笼形水 合物。