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1、3.1 概述3.1.1 水在食品中的重要作用a.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；表3.1 某些代表性食品的含水量,b.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；c.水是引起食品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和安全特性。,3.1.2 水、冰的结构和性质一、水分子的结构,二、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：,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
2、的水在空间有不同的存在形式，如：,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
3、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。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
4、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。3.1.3 水、冰的物理特性及与食品质量关系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：a.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。如甲烷的b.p：-162，m.p：-183，而水在0.1MPa下b.p：100，m.p：0；这些特性将对食品加工中的冷冻和干燥过程产生很大的影响；b.水的密度较低，水在冻结时体积增加，表现出异常的膨胀行为，这会使得含水的食品在冻结的过程中其组织结构遭到破坏；c.水的热导率较大，然而冰的热导率却是水同温度下的
5、4倍。这说明冰的热传导速度比非流动水（如动、植物组织内的水）快得多；因此水的冻结速度比熔化速度要快得多；d.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。,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。3.1.4 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：,在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相互缔合，OO之间的最小距离为0.276nm，OOO之间的
6、夹角为109。当水溶液结冰时，其所含溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向。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。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）；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。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。,
