食品化學(xué)_水.

1、食品化學(xué)食品化學(xué)鄭小美鄭小美1525887439815258874398 帶教材帶教材，否則扣2分； 不遲到不遲到（遲到5分鐘者請坐第一排，課后說明原 因）、早退早退，有事先請假有事先請假； 手機關(guān)機手機關(guān)機（以免打擾他人）； 學(xué)生從第二排起坐； 不睡覺，不睡覺，否則進(jìn)行說明登記； 不做與課堂無關(guān)的事情；不做與課堂無關(guān)的事情； 請勿在課堂內(nèi)用餐！ 課堂垃圾請隨身帶走！2課堂要求課堂要求重點與難點重點與難點3Chapter 2 Water 了解水在食品中的重要作用、食品中的水分含量、水的物理特性對于理化性質(zhì)的影響； 掌握食品中水與非水成分相互作用的類型和特點，水在食品中的各種存在狀態(tài)、水分活度和

2、等溫吸附線的概念及意義，水分活度與食品的穩(wěn)定性之間的關(guān)系。 了解食品的凍結(jié)過程，速凍、緩凍和溫度波動對食品的影響。 第二章第二章 水水第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 Introduction一、水的作用一、水的作用成年人水分含量：約60% 男性:60%65%60%65%;女性50%60%50%60%分布狀態(tài)不均：腦、肝等7080%，皮膚6070%；骨骼1215%成年人日均攝水量：22.7 L（建議：建議：晨起：200ml；9:30 200ml；午餐前200ml；上班前200ml；下班前200ml；睡前200ml）缺水程度不同，可能會造成輕重程度不同的后果：缺水程度不同，可能會造成輕重程度不同的后果：v

3、 流失1%的水分，會造成口渴。v 流失5%的水分，會造成輕微發(fā)燒。v 流失10%的水分，會造成舌頭發(fā)脹，腎臟衰竭，肌肉痙攣。v 流失20%的水分，會造成皮膚龜裂，器官停止運作，導(dǎo)致死亡。人體的生命活動是圍繞水進(jìn)行，沒有水就沒有生命！沒有水就沒有生命！水在人體的作用水在人體的作用v 調(diào)節(jié)體溫。調(diào)節(jié)體溫。生物體在散失水分的過程中，水分較高的氣化熱能降低體溫。對植物來說可避免強烈太陽照射下產(chǎn)生體溫的劇烈升高，對動物來說是調(diào)節(jié)體溫的一種最重要方式。v 促進(jìn)新陳代謝。促進(jìn)新陳代謝。水是良好的溶劑，因此能溶解物質(zhì)，加速化學(xué)反應(yīng)，有利于營養(yǎng)的消化吸收、運輸和代謝廢物的排泄。v 天然的潤滑劑天然的潤滑劑。淚液

4、可防止眼球干燥。關(guān)節(jié)滑液可防止骨關(guān)節(jié)的磨損。食物的吞咽也需水的幫助。飲用水具有什么標(biāo)準(zhǔn)？飲用水具有什么標(biāo)準(zhǔn)？“五十年代淘米洗菜，六十年代水質(zhì)變壞，七五十年代淘米洗菜，六十年代水質(zhì)變壞，七十年代魚蝦絕代，八十年代洗不凈馬桶蓋十年代魚蝦絕代，八十年代洗不凈馬桶蓋”我國環(huán)保部門統(tǒng)計，在我國七大水系中，不適合做飲用水源的河段已接近40，城市水域中78的河段不適合做飲用水源，約64的城市地下水受到污染。 據(jù)初步調(diào)查，全國農(nóng)村有3億多人飲水不安全，其中： 約6300萬人飲用高氟水 約200萬人飲用高砷水 約3800多萬人飲用苦堿水 約1.9億人飲用水有害物質(zhì)含量超標(biāo) 血吸蟲病區(qū)約1100多萬人飲用水不安全

5、生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，2006年年12月月29號發(fā)布，號發(fā)布，2007年年7月月1日開始實施，日開始實施，2012年的年的7月月1號全面實施，標(biāo)準(zhǔn)由號全面實施，標(biāo)準(zhǔn)由35項增至項增至106項。項。 例如：n 作為介質(zhì)和反應(yīng)物n 水是微生物繁殖的重要因素，影響其貨架期n 含水量影響到食品的貯藏性能和消費者的接受程度.在食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，水分是一個重要的質(zhì)量指標(biāo)！在食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，水分是一個重要的質(zhì)量指標(biāo)！二、水在食品中的作用水的含量、分布、狀態(tài)對食品的結(jié)構(gòu)、外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、色澤、流動性、新鮮程度和腐敗變質(zhì)等產(chǎn)生極大的影響。各種食品的含水量食 品含水量(%)肉 豬肉： 生的分割瘦

6、肉5360 牛肉： 生的零售分割肉5070 雞肉： 各種級別的去皮生肉74 魚： 肌肉蛋白質(zhì)6581水果漿果、櫻桃、梨8086 蘋果、桃子、桔子、柚子8590 草莓、番茄9095蔬菜豌豆(綠)7480 甜菜、胡蘿卜、馬鈴薯8090 蘆筍、卷心菜、花菜、萵苣9095三、水和冰的物理特性三、水和冰的物理特性n與在周期表中與氧臨近的各元素的氫化物相比，水的許多物理常數(shù)，如熔點、沸點、比熱容、熔化熱、蒸發(fā)熱、升華熱、表面張力和介電常數(shù)等明顯偏高。P15n同溫下，冰的熱導(dǎo)率是同樣溫度下水的4倍,說明其熱傳導(dǎo)速率比水快。n同溫下，冰的熱擴散系數(shù)約為水的9倍，說明在一定的環(huán)境條件下，冰的溫度變化速率比水大得

7、多。解釋為什么生物組織的冷凍速率比解凍速率快？解釋為什么生物組織的冷凍速率比解凍速率快？原因：冷凍時，水形成冰，冰傳熱快；解凍時，冰形成原因：冷凍時，水形成冰，冰傳熱快；解凍時，冰形成水，傳熱慢水，傳熱慢四四、水和冰的、水和冰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)水的結(jié)構(gòu)水的結(jié)構(gòu)sp3構(gòu)型電子結(jié)構(gòu)：H 1s1，O 1s22s22pz22py12px1四面體，O占據(jù)中心，2個H占據(jù)2個頂點，另外兩個為O的非公用電子對電電子子對對電電子子對對HHHOH 的鍵角為104.5OH核間距為0.096 nmH-O的R分別為0.12和0.14 nm氣態(tài)分子的范德華半徑單個水分子的結(jié)構(gòu)特征單個水分子的結(jié)構(gòu)特征 1. H2O分

8、子的四面體結(jié)構(gòu)有對稱性 2. H-O共價鍵有離子性和電負(fù)性 3. 氧的另外兩對孤對電子有靜電力 水分子的締合作用n在液態(tài)水中，若干個水分子會締合成(H2O)n大分子，這是由于水分子偶極分子之間的靜電吸引力及產(chǎn)生氫鍵鍵合作用形成的。氧原子的兩個孤對電子與鄰近的兩個水分子的氫原子產(chǎn)生氫鍵鍵合，形成如圖所示的四面體結(jié)構(gòu)。冰的結(jié)構(gòu)n水分子通過四面體之間的作用力結(jié)晶，形成一種低密度的結(jié)構(gòu)，OOO鍵角約為109，非常接近正四面體角10928 。n冰的晶體結(jié)構(gòu)比較開闊，水分子間有較大的空隙，這就是冰的密度比較小的原理。 00下冰的晶格下冰的晶格單元單元 普通冰的結(jié)構(gòu)普通冰的結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 食品中水的存在形

9、式食品中水的存在形式n水和非水成分的相互作用水和非水成分的相互作用水與離子或離子基團的相互作用水與具有氫鍵鍵合能力的中性基團的相互作用水與非極性物質(zhì)的相互作用n水的存在形式：所處狀態(tài)、與非水組分結(jié)合強弱水的存在形式：所處狀態(tài)、與非水組分結(jié)合強弱的不同的不同 結(jié)合水 自由水1 1、水與離子或離子基團的相互作用、水與離子或離子基團的相互作用 n 凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng) (Net structure forming effect)n 凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng) (Net structure breaking effect)小離子或多價離子產(chǎn)生強電場小離子或多價離子產(chǎn)生強電場Li+, Na+,

10、 H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH-具有比純水較低的流動性和較緊密的堆積具有比純水較低的流動性和較緊密的堆積大離子和單價離子產(chǎn)生較弱電場大離子和單價離子產(chǎn)生較弱電場K+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3- , BrO3- , IO3- , ClO4-流動性比純水強流動性比純水強Interaction of water with Ionic groups一一、食品中食品中水和水和非水成分非水成分的相互作用的相互作用Na+與H2O作用能83.68kJ/mol83.68kJ/mol，氫鍵20.9kJ/mol20.9kJ/mol，低于

11、共價鍵的鍵能，pHpH的變化影響溶質(zhì)分子的離解的變化影響溶質(zhì)分子的離解2、水與具有氫鍵形成能力的中性基團的相互作用、水與具有氫鍵形成能力的中性基團的相互作用Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilitiesn水與溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱n能與水形成氫鍵的基團主要有：羥基-OH、氨基-NH3+、 羰基（-C=O）、酰氨基（-C0NH-）等n可與一些生物大分子構(gòu)成“水橋水橋”木瓜蛋白酶中的三分子水橋木瓜蛋白酶中的三分子水橋n疏水水合作用（疏水水合作用（hydropho

12、bic hydrationhydrophobic hydration） H2OR R(水合水合)n疏水相互作用（疏水相互作用（hydrophobic interactionhydrophobic interaction） 向水中添加疏水物質(zhì)時，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基團附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強，使得熵減小，此過程稱為疏水水合。 當(dāng)水與非極性基團接觸時，為減少水與非極性實體的界面面積，疏水基團之間進(jìn)行締合，這種作用稱為疏水相互作用。 3 3、水與非極性物質(zhì)的相互作用、水與非極性物質(zhì)的相互作用Interaction of water with nonpolar substanc

13、eR(水合水合)R(水合水合) R2(水合水合)H2O水水- -溶質(zhì)的相互作用分類總結(jié)溶質(zhì)的相互作用分類總結(jié)1. 結(jié)合水 n定義 ：結(jié)合水是食品中可與非水組分通過化學(xué)鍵、氫鍵結(jié)合的水，是食品中與非水組分結(jié)合的最為牢固的水。n分類:根據(jù)與食品中非水組分氫鍵結(jié)合強弱的不同n構(gòu)成水n鄰近水n多層水多分子層水。有一定厚度。占5%。特點： -40不結(jié)冰，溶劑能力下降，可被蒸發(fā)。特征：不能用做溶劑，與非水組分結(jié)合的牢固，蒸發(fā)能力弱，特征：不能用做溶劑，與非水組分結(jié)合的牢固，蒸發(fā)能力弱，不能被微生物利用，不能用做介質(zhì)進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)。不能被微生物利用，不能用做介質(zhì)進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)。單分子層水。占0.5%。特

14、點： -40不結(jié)冰，無溶劑能力，不能被微生物利用。二二、食品中水的存在形式食品中水的存在形式2. 2. 自由水自由水v 定義：指沒有被非水物質(zhì)化學(xué)結(jié)合的水。 v 分類：滯化水 不能自由流動，與非水物質(zhì)無關(guān)。毛細(xì)管水 性質(zhì)與滯化水相同。自由流動水 可自由流動，可正常結(jié)冰，具有溶劑能力，可被微生物利用。特征：特征： 可做溶劑、在可做溶劑、在-40-40之前可結(jié)冰，易蒸發(fā)，微之前可結(jié)冰，易蒸發(fā)，微生物可繁殖、可進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)。生物可繁殖、可進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)。自由水與結(jié)合水的性質(zhì)差別v 結(jié)合水與非水組分結(jié)合，特別是有機物分子中的 極性基團的結(jié)合；自由水則相距遠(yuǎn)；v 被蒸發(fā)的難易程度不同；v -40以

15、上結(jié)冰與否；v 能否作溶劑；v 能否為微生物所利用。n其中，又以-40以上能否結(jié)冰、能否作溶劑兩方面最典型。第三節(jié)第三節(jié) 水分活度水分活度 Water Activity Awn在實際貯存食品的過程中，我們會發(fā)現(xiàn)， 1、有的食品看起來水分含量并不大，卻很容易腐敗。 2、兩類有相同含水量的食品，其保藏性不一定相同。 說明：食品的保藏性不與水分的絕對含量相關(guān)。那么，如何體現(xiàn)水分與食品質(zhì)量的關(guān)系呢？我們引入新的關(guān)于水分活度的概念。n與水分含量相比，應(yīng)用水分活度的大小，更能說明食品發(fā)生腐敗的問題。 一、水分活度的定義和測定方法一、水分活度的定義和測定方法 n定義：根據(jù)熱力學(xué)定律，應(yīng)按下式定義水分活度：

16、Aw = f/f0 (1) f：溶劑的逸度；f0：純?nèi)軇┑囊荻取?逸度：溶劑從溶液逃脫的趨勢。 n在低壓（例如室溫下），f/f0 和P/P0 （P 和 P0分別為水和純水的蒸汽壓）之間的差別小于1%，因此可根據(jù)P/P0定義Aw。于是： Aw = P / P0 (2)n水分活度：指溶液（食品）中水的蒸汽壓與同一溫度下純水飽和蒸汽壓之比。n但嚴(yán)格講（2）式僅適用于理想溶液和熱力學(xué)平衡體系。食品體系一般不符合上述兩個條件，更適合的是：AwP/P0 n如果溶液也是純水，其Aw=1；而食品中水分由于存在溶質(zhì)（無機鹽、有機物），所以，總是PP0， 故Aw0.9n酵母菌對水分活度的要求：Aw0.87n大多數(shù)

17、霉菌對水分活度的要求：Aw0.8n在食品中，微生物賴于生存的水主要是自由水，食品內(nèi)自由水含量越多，水分活度越大，故水分活度大的食品易受微生物污染，穩(wěn)定性差。 2 2、酶促反應(yīng)與水分活度的關(guān)系、酶促反應(yīng)與水分活度的關(guān)系n酶促反應(yīng)需在酶的催化作用下進(jìn)行。酶的催化活性取決于酶分子的構(gòu)象，酶分子的構(gòu)象與其存在的環(huán)境有密切的關(guān)系，只有以水作為介質(zhì)的環(huán)境中，用來維持酶分子活性構(gòu)象的各種作用力，特別是非極性側(cè)鏈間的疏水作用力，才能充分地發(fā)揮作用。另外，水的存在也有利于酶和底物分子在食品內(nèi)的移動，使之充分地靠攏。 3 3、非酶反應(yīng)與水分活度的關(guān)系、非酶反應(yīng)與水分活度的關(guān)系nMaillardMaillard反應(yīng)

18、：反應(yīng)： n當(dāng)Aw=0.6-0.7時，反應(yīng)達(dá)最大值；n當(dāng)Aw0.7時，Maillard反應(yīng)的速度反而降低，這是由于繼續(xù)增加的水稀釋了反應(yīng)物的濃度，因而也降低了反應(yīng)速度。n脂肪非酶氧化反應(yīng)：脂肪非酶氧化反應(yīng)：n反應(yīng)在水分活度很低時便開始進(jìn)行，隨著水分活度升高，反應(yīng)速度反而降低，降低的趨勢一直延續(xù)到水分活度0.4左右，從此開始水分活度升高，反應(yīng)速度增大，但增大到0.7-0.8之間的最大值后，又出現(xiàn)降低的勢頭。食品中的水與氫過氧化物食品中的水與氫過氧化物結(jié)合，防止了它的分解。結(jié)合，防止了它的分解。增多的水加大了氧的溶解度，并使大增多的水加大了氧的溶解度，并使大分子膨脹，暴露出較多易被氧化的部分子膨脹

19、，暴露出較多易被氧化的部位，加速了反應(yīng)進(jìn)行。位，加速了反應(yīng)進(jìn)行。水分再增加后，稀釋了反水分再增加后，稀釋了反應(yīng)體系，反應(yīng)速度下降。應(yīng)體系，反應(yīng)速度下降。四、食品的凍結(jié)保藏四、食品的凍結(jié)保藏(Freezing preservation of foods) 目前，普遍認(rèn)為凍結(jié)是保藏食品，特別是保藏生鮮食品的最好辦法。生鮮食品中含有大量的水（60%-90%），因此，在凍結(jié)過程中，最主要的問題，就是水如何變成冰，以及由此帶來的后果。 水水結(jié)冰的兩個過程結(jié)冰的兩個過程 a、晶核的形成：一部分水分子結(jié)合成小的冰的晶核； b、冰晶生長：眾多的水分子按冰的晶體結(jié)構(gòu)的要求，順序地結(jié)合到晶核上，使之成長為大的晶體

20、。速凍、慢凍與緩凍的區(qū)別速凍、慢凍與緩凍的區(qū)別a、速凍速凍：生成大量的細(xì)小的冰的晶體。b b、慢凍：、慢凍：生成數(shù)量少，但體積大的冰的晶體。 溫度的波動也影響冰的結(jié)構(gòu)：結(jié)冰的食品，解凍時先融化小的冰晶，再凍結(jié)則易生成大的冰晶（晶體）。由于細(xì)小的冰晶（晶核）易融化、口感細(xì)膩，所以一般制作冰淇淋一類的食品，采用速凍（20以下）。保藏冷凍食品，要注意溫度的穩(wěn)定。c、緩凍：緩凍：在細(xì)胞間隙生成大的冰晶，由于體積明顯增大，造成細(xì)胞、組織的機械損傷，解凍時，則導(dǎo)致汁液外流，風(fēng)味改變，不能恢復(fù)新鮮食品的組織狀態(tài)。食品的凍結(jié)保藏機理食品的凍結(jié)保藏機理n用凍結(jié)的辦法保藏食品，最關(guān)鍵的是低溫。在低溫下，引起食品腐敗的微生物活動和化學(xué)反應(yīng)均受到巨大的抑制。n1. 凍結(jié)對微生物活動的