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1、第二章 水,水的重要性水和冰的物理性质水分子及其缔合、冰的结构水在食品中存在的状态水溶质的相互作用水分活度和食品稳定性分子流动性和食品稳定性总结,水的重要性,水是生物组织的主要成分（2/3）见表2.1为各种生物化学反应提供物理环境水的含量与存在形式与食品加工有极密切的关系,水和冰的物理性质,见书P.8表2-2，与相似相对分子质量和原子成分的分子相比，水有以下特点：熔点、沸点、表面张力、介电常数、热容、相转变热（熔化热、蒸发热、升华热）都很高有较低的密度，结晶时有异常的膨胀特性粘度正常，极性溶剂,水分子及其缔合、冰的结构,水分子结构水分子的缔合：P.10 图2-2 这是一个三维氢键网，可解释水的
2、物理性质 水分子的氢键排列是高度动态的，但在温度恒定条件下，整个体系的氢键和结构程度保持不变，可解释水的正常粘度纯冰的结构：有序的六方型冰晶，属刚性结构 书P.11 图2-3，2-4,水在食品中存在的状态,(1)束缚水Bound water 书P.14给出了许多“结合水”的定义 不能在-40以上结冰的水、不能作为溶剂的水 从一个理论观点来看，可将结合水看作为存在于溶质和其他非水组分邻近的水，并呈现出与同一体系中的“体相水”显著不同的性质 可分：单分子层水、多分子层水(2)自由水Free water 易结冰、也能溶解溶质的水 含 量：量大 类 型：不可移动水、滞化水Immobilized wat
3、er 毛细管水Capillary water 自由流动水Fluidal water,单分子层水(Monolayer water)：,书P.19的BET单层的概念存在方式：与非水组分中离子化的和强极性基团(如羧基,氨基等)直接以偶级-离子相互作用或氢键结合。(第一层)与非水成分结合相当牢.特 点：蒸发能力很弱,蒸发潜热大,不能为微生物所利用.含 量：并非固定不变,可与外层中的水交换，相当于与之结合的极性基团的摩尔数.此含量可由吸附等温方程式求出,多分子层水(Multilayer water)：,书P.19的真实单层的概念，代表“完全水合”存在方式：单分子层外的几个水分子层中的水,以及与非水组分的
4、弱极性基团以氢键相结合的水。水与非水成分结合力仍然较显著。特 点：蒸发能力也较弱,蒸发潜热仍较大；干燥食品吸收了这部分水后,非水组分开始膨胀.含 量：高水分含量食品中,总量略低于食品总水量的5%.,不可移动水（滞化水）Immobilized water为生物膜或食品凝胶网络所阻留的水不能流出体外,可通过透过生物膜或大分子网络向外蒸发,毛细管水Capillary water细胞组织间隙和食品中由毛细管力所系留的水,在生物组织中,又称为细胞间水。水蒸汽压随毛细管直径减少而降低；可在毛细管内自由流动,易蒸发；但不能流出体外；可以用加压方法将其压出体外,自由流动水Fluidal water可以自由流动
5、的水,存在于动物血浆,尿液、液体食品,如果毛细管的直径很小(如低于0.2)时,水被结合得很牢,与束缚水相当,水结合和水合表示水与亲水物质缔合的一般倾向持水力常被用来描述由分子（通常由低浓度的大分子）所构成的基质，物理截留大量水以防止渗出的能力,水结合（water binding）水合(hydration)持水力(water holding capacity),水溶质的相互作用,见书P.14表2-3水与离子和离子基团的相互作用偶极和离子的相互作用水与具有氢键形成能力的中性基团（不带电荷的亲水性物质）的相互作用 形成水溶质氢键水与非极性物质 P.17图2-9，2-10 疏水水合和疏水缔合 此时，水
6、与溶质之间的结合力非常弱P.18图2-11 疏水相互作用水与双亲物质 P.19图2-12 以上三种情况的集合体 蛋白质的水合过程 P.19表2-4,水分活度和食品稳定性,1.水分活度基本概念 书P.22图2-13 溶质特殊效应使RVP成为食品稳定和安全的不良指示物2.食品的稳定性与水分活度有关,当食品中水分的蒸汽压=环境中水分的蒸汽分压,水分活度的测量a蒸汽压测量 b冰点下降测量c以湿度测定为基础的测量适于小试样的测定P.22,水分活度和食品稳定性,（1）水分活度（water activity）AW的一般理解（2）AW与温度关系（3）AW与食品水分含量的关系（4）AW与食品品质稳定性的关系,水
7、分活度的一般理解,反映系统中水和非水成分缔合强弱程度；反映系统中水分的可利用程度；可以看成系统中水的“有效浓度”；可以作为食品稳定性的一般标准。,AW与温度关系,AW与食品水分含量的关系水分吸着等温线（Moisture sorption Isotherms）,AW与食品品质稳定性的关系(P.28 Fig.2-22),AW与微生物生长关系.(P.29表2-5)AW与生化作用的关系 食品的包装和贮藏中,控制水分成了关键 主要的障碍是由于缺乏数值化的这种热力学性质,分子流动性与食品稳定性,Mm:molecular mobility，指分子的移动或转动，与平均分子量有关，取决于水和起支配作用的一个溶质
8、或几个溶质无定形物质：处于非平衡、非结晶状态的物质-高聚物玻璃态：无定形物质处于链段被冻结的状态，此时只有较小的运动单元如侧基，支链和较小的链节能够进行有限的运动，此时的状态称为玻璃态。Tg:glass transition temperature，是无定形液体转变为玻璃态的温度，可描述Mm大小 Tg越低，说明该食品的Mm越高（一般来说，越不稳定）P40.表2-9,Aw与Mm的关系 互相补充 Aw表示食品中水的有效性，Mm表示食品的微观粘度和化学组成的扩散性。一般说，Aw越高、Tg越低，食品越不稳定。实际指导意义 贮藏 含水量较多的食品，如猪肉、浓缩果汁。P40表2-10。若能将食品保藏于Tg以下，则能大大延长食品的保藏期 如刚烤制出炉的面包，水分含量较高，柔软，Tg较低，室温放置下，T贮Tg，失水，淀粉老化变硬，米饭、馒头类似 淀粉类制品 饼干等干食品在常温下贮藏即可。,分子流动性与食品稳定性,总结,水是食品中最丰富的组分，赋予食品理想的质构特征和性质，同时又是食品易腐败的原因；水是决定许多期望和不期望的化学反应的因素，是导致食品在冷冻期间发生不期望的副反应的一个强烈因子。,
