第一章水和冰

1、Water Functions水的重要性水的重要性1、Universal solvent (一般溶劑)2、Capable of ionizing (H3O+, OH-)3、Affects the texture4、Chemical reactions (hydrolysis of protein = n amino acids)5、Stabilizing the colloids by hydration6、Necessary for micro-organisms growth一、水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一、水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1 1、水的結(jié)構(gòu)、水的結(jié)構(gòu) 1 1個個H H2 2O O分子是由分子是由2 2個

2、氫原子與一個氧原子組成。個氫原子與一個氧原子組成。 氫原子的電子結(jié)構(gòu)為氫原子的電子結(jié)構(gòu)為1 1S1 1, ,氧原子為氧原子為1S22S22P4;形成了一個四面形成了一個四面體結(jié)構(gòu)，鍵角為體結(jié)構(gòu)，鍵角為104.5104.50 0。氧和氫。氧和氫之間的距離為之間的距離為0.096nm0.096nm，范德，范德華力半徑為華力半徑為0.140.14、0.12nm0.12nm；H +OH +-104.5 由于水分子中氫原子無外層電子，不會受其他原由于水分子中氫原子無外層電子，不會受其他原子的排斥，而只能和另外一個水分子的氧原子的孤獨(dú)子的排斥，而只能和另外一個水分子的氧原子的孤獨(dú)電子相吸引，因此，水分子之

3、間便形成氫鍵而發(fā)生締電子相吸引，因此，水分子之間便形成氫鍵而發(fā)生締合。合。0攝氏度時普通冰的晶胞攝氏度時普通冰的晶胞六方形冰晶六方形冰晶 冰是水分子有序排列形成的晶體，水結(jié)冰時冰是水分子有序排列形成的晶體，水結(jié)冰時分子之間靠氫鍵連接在一起形成低密度的剛性結(jié)分子之間靠氫鍵連接在一起形成低密度的剛性結(jié)構(gòu)（非常構(gòu)（非?！笆杷墒杷伞钡拇蠖L的剛性結(jié)構(gòu)）。的大而長的剛性結(jié)構(gòu)）。 在冷凍食品中存在在冷凍食品中存在4 4種主要的冰晶體結(jié)種主要的冰晶體結(jié)構(gòu)，即六方體、不規(guī)則樹枝狀、粗糙的球構(gòu)，即六方體、不規(guī)則樹枝狀、粗糙的球形和易消失的球體。形和易消失的球體。達(dá)到了冰點(diǎn)但不結(jié)冰。？達(dá)到了冰點(diǎn)但不結(jié)冰。？產(chǎn)生了

4、過冷現(xiàn)象。產(chǎn)生了過冷現(xiàn)象。 只有當(dāng)溫度降低到開始出現(xiàn)穩(wěn)定性只有當(dāng)溫度降低到開始出現(xiàn)穩(wěn)定性晶核時，或在振動的促進(jìn)下才會立即向晶核時，或在振動的促進(jìn)下才會立即向冰晶體轉(zhuǎn)化并放出潛熱。冰晶體轉(zhuǎn)化并放出潛熱。 當(dāng)慢慢冷卻時，形成的晶體粗大；當(dāng)慢慢冷卻時，形成的晶體粗大； 冷卻速度若很快，形成的晶核增長冷卻速度若很快，形成的晶核增長的速度較慢，形成的冰晶較微細(xì)。的速度較慢，形成的冰晶較微細(xì)。1.食品中水的存在形式Categories of water in foods水水游離水（體相水、自由水）游離水（體相水、自由水）結(jié)合水（固相水）結(jié)合水（固相水） 游離水：沒有與非水成分結(jié)合的水。游離水：沒有與非水成

5、分結(jié)合的水。固相水（結(jié)合水）（見固相水（結(jié)合水）（見P14 表表1-2） 存在于溶質(zhì)及其他非水組分鄰近的那一存在于溶質(zhì)及其他非水組分鄰近的那一部分水；食品中大部分的結(jié)合水是和蛋白質(zhì)、部分水；食品中大部分的結(jié)合水是和蛋白質(zhì)、碳水化合物等相結(jié)合。碳水化合物等相結(jié)合。2.水與溶質(zhì)的相互作用水與溶質(zhì)的相互作用Water solute interactions 水與溶質(zhì)相互作用的分類水與溶質(zhì)相互作用的分類水與離子基團(tuán)的相互作用Interaction of water with Ionic groups在生物大分子的兩個部在生物大分子的兩個部位或兩個大分子之間可位或兩個大分子之間可形成由幾個水分子所構(gòu)形成

6、由幾個水分子所構(gòu)成的成的“水橋水橋”。水與疏水基團(tuán)的相互作用水與疏水基團(tuán)的相互作用Interaction of water with nonpolar substances水分活度（水分活度（Water activity Water activity ）Aw=ERH100ERH:食品的平衡相對濕度食品的平衡相對濕度水分活度的測定水分活度的測定-水分活度測定儀水分活度測定儀注意注意: :水分活度的物理意義是表征生物組織和食水分活度的物理意義是表征生物組織和食品中能參與各種生理作用的水分含量與總品中能參與各種生理作用的水分含量與總含水量的定量關(guān)系。含水量的定量關(guān)系。應(yīng)用應(yīng)用Aw=ERH/100Aw

7、=ERH/100時必須注意時必須注意: : AwAw是樣品的內(nèi)在品質(zhì)是樣品的內(nèi)在品質(zhì), ,而而ERHERH是與樣品是與樣品中的水蒸氣平衡時的大氣性質(zhì)中的水蒸氣平衡時的大氣性質(zhì). . 僅當(dāng)食品僅當(dāng)食品與其環(huán)境達(dá)到平衡時才能應(yīng)用。與其環(huán)境達(dá)到平衡時才能應(yīng)用。4、吸濕等溫線MSI的實際意義:由于水的轉(zhuǎn)移程度與由于水的轉(zhuǎn)移程度與aw有關(guān)有關(guān),從從MSI圖可以圖可以看出食品脫水的難易程度看出食品脫水的難易程度,也可以看出如何組合也可以看出如何組合食品才能避免水分在不同物料間的轉(zhuǎn)移。食品才能避免水分在不同物料間的轉(zhuǎn)移。據(jù)據(jù)MSI可預(yù)測含水量對食品穩(wěn)定性的影響。可預(yù)測含水量對食品穩(wěn)定性的影響。從從MSI還可

8、看出食品中非水組分與水結(jié)合能還可看出食品中非水組分與水結(jié)合能力的強(qiáng)弱。力的強(qiáng)弱。I區(qū)：以化合水為主；區(qū)：以化合水為主；I、II交界：單層吸附水；交界：單層吸附水；II區(qū)：多層水；區(qū)：多層水；II、 III區(qū)交界：少量的滯化水；區(qū)交界：少量的滯化水；III區(qū)：自由水。區(qū)：自由水。 （g/g）0-0.07007-0.320.40滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象(Hysteresis) 定義定義:采用回吸的方法繪制的采用回吸的方法繪制的MSI和按解吸和按解吸的方法繪制的的方法繪制的MSI并不互相重疊的現(xiàn)象稱為滯后并不互相重疊的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象現(xiàn)象. 冷凍干燥熟豬肉冷凍干燥熟豬肉滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

9、解吸過程中一些水分與非水溶液成分作用解吸過程中一些水分與非水溶液成分作用而無法放出水分。而無法放出水分。 解吸作用時，因組織發(fā)生了改變，當(dāng)再吸解吸作用時，因組織發(fā)生了改變，當(dāng)再吸水時無法緊密結(jié)合水，由此可導(dǎo)致回吸相同水分水時無法緊密結(jié)合水，由此可導(dǎo)致回吸相同水分含量時處于較高的含量時處于較高的aw。1.糖果糖果 2. 干燥后菊苣提取物干燥后菊苣提取物3. 焙烤后的咖啡焙烤后的咖啡4.豬胰臟提取粉豬胰臟提取粉 5.天然大米淀粉天然大米淀粉5、水分活度與食品的穩(wěn)定性、水分活度與食品的穩(wěn)定性（Water activity and food stability）關(guān)鍵詞水和冰的結(jié)構(gòu)：Structure of water and iceStructure of water and ice化合水：Constitutional waterConstitutional water鄰近水：Vicinal waterVicinal water多層水：Multilayer waterMultilayer water體相水：Bulk-phase waterBulk-phase water水分活度：Water