水和冰PPT课件

自由水
一般描述
存在于溶质或其他非水成分附 距离非水成分位置最远， 近的那部分水，它包括化合水、 主要以水-水氢键存在。 邻近水及几乎全部的多层水。
4.4
4.9
H—O…H 0.276nm 距离
0.29nm
0.305nm
食品中水的存在状态
水与溶质的相互作用
*水与离子和离子基团的相互作用
*水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用
*水与非极性物质的相互作用
食品中水分的存在状态
*结合水
*自由水
水与离子和离子基团的相互作用
离子或离子基团通过自 身的电荷与水分子偶极 的静电相互作用而产生 水合。
水的熔点、沸点较高 介电常数、表面张力、热容和相变热高 密度较低 水结冰时体积增加，表现出异常的膨胀特性 水的热导值大于其它液体物质
水的物理性质在食品加工中的作 用
水分子极性大，分子小，能使许多食品成分分 子表面带有水膜
水是食品加工中优良的热介质 水的沸点高，且沸点随压力而变 水的热容大，载热能力强（尤其水蒸气）
生物体内的水分含量
通常占生物体重量的50～90％ 成年人体内水分含量：58～67％；
人体中水分含量随年龄增大而减少；在体 内分布亦不均衡。 植物体内水分含量与分布也因植物种类、部位、 发育状况而异，变化很大
人体内水的分布
含水量：随年龄、性别不同而有差异 新生儿：75～80％ ；成年男子：60％； 成年女子：50～55％；老年人：40～50％
如果与溶质形成的氢键部位的分布和定向在几 何上与正常水的氢键部位是不相容的，具有结 构破坏效应。
生物大分子中有许多可与水分子形成氢键的基 团，水分子介入形成的氢键对生物大分子的结 构与功能及食品功能性都有重要的影响。
水与非极性物质的相互作用
疏水基团与邻近的水分子仅产生微弱的相互作 用，邻近疏水基团的水比纯水的结构更为有 序——疏水水合作用。
水的溶解能力强
水分子的缔合
水缔合体 的氢键结合程 度受多重因素 影响：
其中重要 的是温度和其 它溶质的影响。
水分子的缔合
冰的结构
水和冰的结构
水和冰
液态水的结构和冰的结构的区别 在于它们的配位数和两个水分子间的距离。
水与冰结构中水分子之间的配位数和距离
0℃（冰） 1.5℃
83℃
配位数
4
白萝卜 94.8
冬瓜
96.9
胡萝卜 90.0
黄瓜
96.0
黄豆芽 89.8
南瓜
88.8
绿豆芽 95.3
丝瓜
94.1
茄子（紫、 93.4 辣椒（青、 93.4
长）
尖）
番茄
95.2
甜椒
94.6
樱桃番茄 92.5 娃娃菜 95.0
西兰花 91.6
油菜
95.6
花菜
93.2 大白菜 95.6
食物名称 芹菜 生菜 草莓 鸭梨 苹果
水合使离子转变为水合 离子，离子的性质就发 生了一定变化。
水合离子越大，迁移的 阻力就越大。
水与离子和离子基团的相互作用
水分子同Na+的水和作用能约83.68kJ.mol-1
离子的水合同时改变了水的结构和性质：
➢ 当离子的周围存在多层水时，离子对最内层和最 外层的水产生的影响相反；
➢ 在高浓度的盐溶液中水的结构变化很大，水分子 自由移动受到极大限制；
合，从而减少水与非极物质的界面面积，这是一个热力 学上有利的过程（△G<0），此过程称为疏水相互作用
（A）
A
疏水水合
（BB）
疏水相互 作用
疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力
水与溶质的相互作用
水—溶质的相互作用分类
种类
偶极—离 子
实例
相互作用的强度（与
H2O—H2O氢键比较）
H2O—游离离子
较强
葡萄 香蕉 冬枣 西瓜
含水量 95.4 96.7 91.3 88.3 85.9
88.7 75.8 69.5 92.1
本章主要内容
水和冰的物理特性及其在食品中的应用 水和冰的结构 水与溶质的相互作用及水分的存在状态 水分活度与水分的吸着等温线 水分活度与食品稳定性 冰在食品稳定中的作用
水与冰的物理特性
为使这种热力学不利的变化降到最小，疏水基 团尽可能相互聚集，使其同水分子接触的机会 降至最低限度——疏水相互作用。
非极性物质能和水形成笼型水合物：水是这类 化合物的“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 在笼中，被截留的物质称为“客体”。
疏水相互作用示意图
疏水水合作用的结果是促进了非极性物质之间的缔
44
0.1 0.4
12.1
橙汁饮料 88.2
46
0.5 0
11.0
牛奶
86.9
69
3.4 3.9
5.1
牛奶（巧克力） 84.4
74
2.3 2.8
9.9
酸乳饮料 87.8
54
1.1 1.3
9.4
杏仁露
90.3
49
0.7 2.1
6.8
蔬菜、水果中的含水量（100g可食部计）
食物名称 含水量 食物名称 含水量
水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互 作用弱。
当体系中添加具有氢键键合能力的溶质时，每摩 尔溶液中的氢键总数不会明显的改变，这类溶质 对水的网状结构几乎没有影响。
在生物大分子的两个部位或两个大分子之间可形 成有几个水分子所构成的“水桥” 。
大分子中存 在的“水桥”
水与具有氢键键合能力的中性基 团的相互作用
➢ 在稀盐溶液中，离子对水结构的影响是不同的：
小离子和多价离子：如Li+、Na+、Ca2+、Ba2+、 Mg2+、Al3+、F－、OH－，净结构形成效应
大离子和单价离子：如K＋、Rb＋、Cs＋、 Cl－ 、 NH4＋、Br－、I－、NO3－、BrO3－、IO3－、ClO4－，净结 构破坏效应
水与具有氢键键合能力的中性 基团的相互作用
各组织器官的含水量（％）
组织器官 含水量 血液 91～92 脑 70～85 肌肉 72～80
脂肪组织 10.0
饮料中所含成分（100g可食部计）
饮料名称 可口可乐
水分 能量（kcal） 蛋白质 脂肪 碳水化合物
89.1
43
0.1 0
10.8
苹果汁饮料 86.7
54
0.1 0.3
12.8
苹果果肉饮料 87.3
H2O—有机分子中的带电 基团
偶极—偶 极/氢键
NH H2O—蛋白质CO 蛋白质侧链OH
H2O＋R→R（水合） R(水合)＋R（水合） →R2（水合）＋ H2O
接近或相等
远小于（ΔG＞0） 不可比较（ΔG＜0）
食品中水分的存在状态
食品中不同状态水的性质比较
结合水