河南农业大学：《食品化学》课程教学资源（PPT课件）第二章 水与冰

◼ 第一节 概述 ◼ 第二节 水与冰的结构 ◼ 第三节 食品中水的存在形式 ◼ 第四节 水分活度与吸着等温线 ◼ 第五节 分子的移动性与食品的稳定性 第二章 水与冰

◼ 第一节 概述 ◼ 第二节 水与冰的结构 ◼ 第三节 食品中水的存在形式 ◼ 第四节 水分活度与吸着等温线 ◼ 第五节 分子的移动性与食品的稳定性 第二章 水与冰

第一节 概述 Introduction 一、水在食品中的作用 水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品 的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。 产 品 水分/％ 产 品 水分/％ 产品 水分/％ 番 茄 85 牛 奶 87 果酱 28 莴 苣 95 马铃薯 78 蜂蜜 20 卷心菜 92 香 蕉 75 奶油 16 啤 酒 90 鸡 70 稻米、面粉 12 柑 橘 87 肉 65 奶粉 4 苹果汁 87 面 包 35 酥油 0 某些代表性食品的典型水分含量

第一节 概述 Introduction 一、水在食品中的作用 水是食品的主要组成成分，食品中水的含量、分布和状态对食品 的结构、外观、质地、风味、新鲜程度产生极大的影响。 产 品 水分/％ 产 品 水分/％ 产品 水分/％ 番 茄 85 牛 奶 87 果酱 28 莴 苣 95 马铃薯 78 蜂蜜 20 卷心菜 92 香 蕉 75 奶油 16 啤 酒 90 鸡 70 稻米、面粉 12 柑 橘 87 肉 65 奶粉 4 苹果汁 87 面 包 35 酥油 0 某些代表性食品的典型水分含量

第一节 概述 Introduction 二、水和冰的物理特性 水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相 变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻 和干燥过程有重大影响

第一节 概述 Introduction 二、水和冰的物理特性 水的熔点、沸点比较高，介电常数、表面张力、热容和相 变热等物理常数也较高，水的这些热学性质对于食品加工冷冻 和干燥过程有重大影响

第二节 水与溶质的相互作用 Water-solute ineractions 一、水与溶质相互作用的分类 种 类 实 例 相互作用的强度 与水-水氢键比较 偶极-离子 H2O-游离离子 H2O-有机分子上的带电基团 较强 偶极-偶极 H2O-蛋白质 NH H2O-蛋白质 CO H2O-侧链 OH 近乎相等 疏水水合 H2O + R→R（水合） 远低(△G＞0) 疏水相互作用 R(水合)+R(水合)→R2(水合)+H2O 不可比较(△G＜0)

第二节 水与溶质的相互作用 Water-solute ineractions 一、水与溶质相互作用的分类 种 类 实 例 相互作用的强度 与水-水氢键比较 偶极-离子 H2O-游离离子 H2O-有机分子上的带电基团 较强 偶极-偶极 H2O-蛋白质 NH H2O-蛋白质 CO H2O-侧链 OH 近乎相等 疏水水合 H2O + R→R（水合） 远低(△G＞0) 疏水相互作用 R(水合)+R(水合)→R2(水合)+H2O 不可比较(△G＜0)

二、水与离子和离子基团的相互作用 ◼净结构形成效应 (Net structure forming effect) ◼ 净结构破坏效应 (Net structure breaking effect) ➢小离子或多价离子产生强电场 ➢Li+ , Na+ , H3O+ , Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F- , OH- ➢具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积 ➢大离子和单价离子产生较弱电场 ➢K+ , Cs+ , NH4 + , Cl- , Br- , I- , NO3 - , BrO3 - , IO3 - , ClO4 - ➢流动性比纯水强 Interaction of water with Ionic groups

二、水与离子和离子基团的相互作用 ◼净结构形成效应 (Net structure forming effect) ◼ 净结构破坏效应 (Net structure breaking effect) ➢小离子或多价离子产生强电场 ➢Li+ , Na+ , H3O+ , Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F- , OH- ➢具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积 ➢大离子和单价离子产生较弱电场 ➢K+ , Cs+ , NH4 + , Cl- , Br- , I- , NO3 - , BrO3 - , IO3 - , ClO4 - ➢流动性比纯水强 Interaction of water with Ionic groups

三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities ◼ 水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱 ◼ 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等 ◼ 可与一些生物大分子构成“水桥” 木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥

三、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用 Interaction of water with neutral groups processing hydrogen-bonding capabilities ◼ 水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱 ◼ 能与水形成氢键的基团主要有：羟基、氨基、羰基、酰氨基等 ◼ 可与一些生物大分子构成“水桥” 木 瓜 蛋 白 酶 中 的 三 分 子 水 桥

四、水与非极性物质的相互作用 Interaction of water with nonpolar substance ◼疏水水合作用（hydrophobic hydration） H2O＋R R(水合) ◼疏水相互作用（hydrophobic interaction） 向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏 水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程称为 疏水水合。 当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积， 疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用。 R(水合)＋R(水合) R2 (水合)＋H2O

四、水与非极性物质的相互作用 Interaction of water with nonpolar substance ◼疏水水合作用（hydrophobic hydration） H2O＋R R(水合) ◼疏水相互作用（hydrophobic interaction） 向水中添加疏水物质时，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏 水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，使得熵减小，此过程称为 疏水水合。 当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积， 疏水基团之间进行缔合，这种作用称为疏水相互作用。 R(水合)＋R(水合) R2 (水合)＋H2O

球状蛋白质的疏水相互作用

球状蛋白质的疏水相互作用

第三节 水分吸着等温线 Moisture Sorption Isotherms(MSI) 在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关 系曲线。 一、定义 Definition MSI的实际意义: 1、由于水的转移程度与Aw有关，从MSI 图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看 出如何组合食品才能避免水分在不同物料间 的转移。 2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的 影响。 3、从MSI还可看出食品中非水组分与水 结合能力的强弱

第三节 水分吸着等温线 Moisture Sorption Isotherms(MSI) 在恒定温度下，食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关 系曲线。 一、定义 Definition MSI的实际意义: 1、由于水的转移程度与Aw有关，从MSI 图可以看出食品脱水的难易程度，也可以看 出如何组合食品才能避免水分在不同物料间 的转移。 2、据MSI可预测含水量对食品稳定性的 影响。 3、从MSI还可看出食品中非水组分与水 结合能力的强弱

MSI上不同区水分特性 区 I区 II区 III区 Aw 0-0.2 0.2-0.85 ＞0.85 含水量% 1-6.5 6.5-27.5 ＞27.5 冷冻能力 不能冻结 不能冻结 正常 溶剂能力 无 轻微-适度 正常 水分状态 单分子层水 多分子层水 体相水 微生物利用 不可利用 部分可利用 可利用

MSI上不同区水分特性 区 I区 II区 III区 Aw 0-0.2 0.2-0.85 ＞0.85 含水量% 1-6.5 6.5-27.5 ＞27.5 冷冻能力 不能冻结 不能冻结 正常 溶剂能力 无 轻微-适度 正常 水分状态 单分子层水 多分子层水 体相水 微生物利用 不可利用 部分可利用 可利用