江西农业大学食品科学与工程学院：《食品化学》课程PPT教学课件（讲稿）第二章 水和冰

画痕业太学食晶斛学蜀工程学院 第二章水和冰 21概述 2食品中静在状态 水分活度与 线

江西农业大学食品科学与工程学院 第二章 水和冰 2.1 概述 2.2 食品中水的存在状态 2.3 水分活度与吸湿等温曲线 2.4与水相关的食品处理技术

教学目的和要求 1、了解水在食品中的重要作用、水和冰的结 构及性质、含水食品的水分转移规律、分 子流动性和食品稳定性关系; 2、掌握水在食品中的存在状态、水分活度和 水分吸湿等温线的概念和意义、水分活度 与食品的稳定性之间的关系

教学目的和要求 1、了解水在食品中的重要作用、水和冰的结 构及性质、含水食品的水分转移规律、分 子流动性和食品稳定性关系； 2、掌握水在食品中的存在状态、水分活度和 水分吸湿等温线的概念和意义、水分活度 与食品的稳定性之间的关系

概述 >水在食品中的重要作用 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; 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; √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 的贮藏特性 表1.1某些代表性食品的含水量 食品名称水分%食品名称水分%食品名称水分% 番茄 95 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 70 稻米面粉 12 柑橘 87 肉 65 奶粉 苹果汁 87 面包 35

概述 ➢水在食品中的重要作用 ✓ 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； ✓ 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； ✓ 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 的贮藏特性。 表1.1 某些代表性食品的含水量 食品名称 水分% 食品名称 水分% 食品名称 水分% 番茄 95 莴苣 95 卷心菜 92 啤酒 90 柑橘 87 苹果汁 87 牛奶 87 马铃薯 78 香蕉 75 鸡 70 肉 65 面包 35 果酱 28 蜂蜜 20 奶油 16 稻米面粉 12 奶粉 4 酥油 0

水、冰的结构和质 ·水的结构 104.50 1.84D 二水分子的缔合与水的 H ·由于水分子的极性及两种 H 组成原子的电负性差别, 导致水分子之间可以通过 H 形成氢键而呈现缔合状态

水、冰的结构和性质 • 水的结构 • 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： O H H 104.5 0 1.84D SP 3 O H H O H H O H H

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。 由于水分子之间可以以不同数目和不同形式结合,因此缔合态的 水在空间有不同的存在形式,如: H HHH O H 0-H H H 由于水分子之间除了通过氢键结合外,还有极性的作用力,因此 水分子之间的缔合数可能大于4在15°C和83C时分别为44和49)

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。 由于水分子之间可以以不同数目和不同形式结合，因此缔合态的 水在空间有不同的存在形式，如： O H H O H H O H H O H H O H H O H H O H H O O H H H H 由于水分子之间除了通过氢键结合外，还有极性的作用力，因此 水分子之间的缔合数可能大于4(在1.5℃和83℃时分别为4.4和4.9)

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°C时,水分子的配位数是4,相互缔合的水分子 之间的距离是0276nm;当冰开始熔化时,水分子之间的刚 性结构遭到破坏,此时水分子之间的距离增加,如1.5°C时 为029nm,但由0°C~3.8℃时,水分子的缔合数增大,如 1.5℃C时缔合数是4.4,因此冰熔化的开始阶段,密度有 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

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

Pa 三相共存点P:611Pa,T:0.0098℃ 水 冰 P1\F 101300 611 S 0.00.0 100 200 水的三相图

水县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 在ns或ps这样短的时间内改 与临近水分子之间的氢 键键合系时,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 和判了形有极性基团的有 汎分/滩过氢键相互结 所以 氢基酸类 白质酮类“醫 化合物在水中均有一定的 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

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

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℃C,mp: 183°℃,而水在01MPa下bp:100℃C,mp: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 方法及工艺永件必须以水为量京进行考和设计;特别是在利用食品低温 加工技米是要充分量视水的热传导和热扩散的特点

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

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: 4 4.52nn (1)普通冰的晶胞 (2)普通冰的结构 图2.13普通冰的晶胞和结构

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：