食品化学第1章水分.

Questionswhatisthemostimportantnutrient?WATERWaterFunctionsImportantcomponentoffood.1.Universalsolvent(salt,vitamins,sugar,gases,pigment)核桃热水去皮除苦、鲜黄花菜2.Capableofionizing(H3O+,OH-)3.Affectsthetexture4.Chemicalreactions(hydrolysisofprotein=naminoacids)5.Stabilizingthecolloidsbyhydration，生物大分子构像的稳定剂6.Necessaryformicro-organismsgrowth•氢原子失去ls电子就成为H+，H+实际上是氢原子的核,即质子。由于质子的半径为氢原子半径的几万分之一，因此质子具有很强的电场，能使邻近的原子或分子强烈地变形。H+在水溶液中与H2O结合，以水合氢离子(H3O+)存在。•stabilizing[英][ˈsteibəˌlaiziŋ]•colloid[英][ˈkɔlɔid][美][ˈkɑlˌɔɪd]胶体(的)•hydration[英][haiˈdreiʃən]水合,水合作用构像(conformation)指一个分子中，不改变共价键结构,仅单键周围的原子放置所产生的空间排布.一种构像改变为另一种构像时,不要求共价键的断裂和重新形成.※补充Questionstypesofwater为防止水的活跃造成食品腐败，可以采取：•干燥、浓缩•脱水•冷冻复水、解冻食品很难回复到以前的状态，且易腐败对水、冰的研究很有必要第二章水分（Water或Moisture）[目的要求]1、了解食品中水的类型；2、掌握Aw及其与食品稳定性的关系；3、了解MSI分区及与食品中水分类型的对应关系；4、掌握水结冰的过程并解释速冻和缓冻对食品质量属性的影响。[重点难点]重点：食品的冻结保藏；难点：吸湿等温线。[基本内容]1、食品中水的类型；2、水分活度及其与食品稳定性的关系；3、吸湿等温线；4、食品的冻结保藏。从物化方面来看，水可分散蛋白质和淀粉，使它们形成溶胶或溶液；从化学方面来看，水对食品的新鲜程度、外观、质地、风味、保藏性和腐败变质的敏感性产生极大的影响；在食品加工过程中，水可发挥膨润和浸透作用等。第一节水与冰的结构（Struture）（一）水分子的结构单个水分子的结构:水分子中，H原子与O原子形成2个σ共价键。1.分子的极性分子中正、负电荷中心不重合，正电荷集中的点为“+”极，负电荷集中的点为“”极，这样分子产生了偶极，称为极性分子（由于两个原子吸引电子的能力不同，共用电子对必然偏向吸引电子能力较强的原子一方，因而吸引电子能力较弱的原子一方相对的显正电性）；有的分子正、负电荷中心重合，不产生偶极，称为非极性分子。2.范德华半径在分子晶体中，分子之间以范德华力相互接近，这时非键的两个同种原子核间距离的一半，称为范德华半径。3.偶极矩衡量分子极性的大小，德拜（Debye）在1912年提出：分子中电荷中心上的电荷量与正、负电荷中心间距离的乘积。偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向，其方向是从正极到负极。※补充（二）水分子的缔合（P10图1-2）配位数每个水分子都有2个H键供体和受体部位，众多的水分子便通过H键缔合成三维取向的立体结构每个水分子最多能与其他4个水分子H键，形成四面体结构HydrogenBondThebondisformedduetotheaffinityofelectro-positivehydrogenatomsforelectro-negativeatomssuchasO.Bindingenergyofhydrogenbondisabout10%ofcovalentbond.H-bondstrength=10Kcal/mol.H+dO-dH+dH+dH+dH+dO-dO-dH+dH+dH+dO-dWaterisagooddissolvingsolvent-Why?1.Physicalactionofdispersionofsolutemoleculeduetothehigh-activityofwatermoleculesatthesurfaceofthesolute.2.Thehighdielectricconstantofwater(80xthatofvacuum)diminishestheeffectivenessofattractiveforcesthattendtoholdthesolutemoleculestogether.3.Hydrationofthesolutebyachemicalcomplexsuchasthe“hydrogenbond”吸引；亲和性化][əˈfɪnɪti]美[][əˈfɪnɪti:]英affinity[covalent[英][kəuˈveilənt]共有原子价的,共价的MW:MolecularWeightMP(C):MeltingPointBP(C):BoilingPointsolute[英][ˈsɔlju:t]溶解物,溶质dielectricconstant:【介电常数permittivity】又称为“电容率”或“相对电容率”在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。D=TheCapacityofCondenserofaMaterial/TheCapacityofCondenserofVacuumCondition电介质经常是绝缘体,蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。di-、mono-、poly-vacuum[英][ˈvækjuəm]※补充THEEFFECTSOFHYDROGENBONDSOFWATERH2S34-86-16H2O180100CompoundsMWMP(C)BP(C)CH416-184-164氨分子有三个H给体一个H受体；氟化氢有一个H给体三个H受体（F原子上有三对孤对电子，H原子核与另一个HF分子中F原子的某一孤对电子之间形成氢键）所以NH3、HF分子在固、液甚至气态时都以锯齿形链相聚合。水的主要物理特性：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（NH3、HF、CH4、H2S、H2Se）高得多。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，这会使得含水食品在冻结过程中组织结构遭到破坏。（三）冰的结构（P11图1-3）冰是水分子通过氢键相互结合、有序排列形成的低密度、具有一定刚性的立方形晶体结构。在冰的晶体结构中，每个水和另外4个水分子相互缔合。水利用其自身的每个分子都能通过H键与相邻4个分子缔合的能力。在00C以下时，生成结构相当开阔的冰的晶体。冰晶的最小单位是冰晶胞。每个晶胞中含4个水分子。冰有11种结构，在常压和00C时，只有普通正六方晶系是稳定的。大多数冷冻食品中的冰晶体是高度有序的六方形结构。过冷现象：纯水在冷冻时，尽管冰点是0℃，但常不在0℃结冰，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（其他方法？加入晶核，如固体颗粒，或振动）。现代食品冷藏技术中提倡，因为形成的冰晶细小，呈针状，冻结时间短且微生物活动受到更大限制，从而保证了食品品质。速冻（四）液态水的结构液态水中的水分子通过氢键缔合形成水分子簇。此水分子簇具有与冰晶类似的结构，但有些氢键已断裂或被扭曲。随着温度的升高，液态水中出现了越来越多单个的水分子，它们可以进入水分子簇内似冰结构的空隙中。因此，液态水的密度比冰大。第二节食品中水的类型（Types）划分依据：水在食品中所处状态的不同以及与非水组分结合强弱的不同（degreeofwaterbindness）。结合水食品中水的存在形式游离水化合水单层水多层水滞化水毛细管水自由流动水定义:与非水物质呈紧密结合状态的水；特点:非’必要的组分，-40℃不结冰，无溶剂能力，不能被微生物利用；单分子层水定义:处非’外围，与非’呈缔合状态的水；特点:-40℃不结冰，无溶剂能力，不能被微生物利用；定义:处单层水外围，与单’以氢键或偶极力结合；特点:有一定厚度（多层），-40℃基本不结冰，无溶剂能力，可被蒸发；定义:被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留；特点:不能自由流动，与非’没关系；定义:由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水；特点:理化性质同滞化水相同；定义:以游离态存在的水；特点:可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用。一、游离水（Freewater）或体相水（Bulkwater）食品中被生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留的水。主要存在于富水的细胞中或凝胶块中，属自由水。1、可作为溶剂，-400C下可结冰；2、与食品的风味、硬度和韧性有关。FreeorMobileWater-consistedwithidealsolution(理想溶液).二、结合水（束缚水）(Boundwater,Immobilizedwater)食品中与各非水组分以氢键结合的水，与非水组分结合最为牢固。不能作为溶剂，-400C下不能结冰。单分子层水（Monolayerwater）与非水组分中强极性基团（-COOH、-NH2等）直接以氢键结合的第一个水分子层中的水。1、与非水组分结合最牢固，蒸发能力很弱；2、不能被微生物利用，不能作为介质。MonolayerWaterisboundinfood-restrictedinitsmovementduetocharges,hydrogenbond,physicalentrapment.Hardtoremovefromfood.Neverbeabletoremovewatercompletely。单层值（BET）的意义单分子层水，其量为单层值（Brunauer,EmmettandTellerBET）:一般食品（尤为干燥食品），其水%接近单层值时，有最大的稳定性。确定某种食品的单层值对其保藏非常重要。BETMonolayerDetermination（BET单层值的计算）(Aw)多分子层水（Multilayerwater）强极性基团单分子层外的水分子层中的水以及与非水组分中弱极性基团以氢键相结合的水。1、被束缚的程度弱于单分子层水，但与非水组分间的结合仍牢固；2、蒸发的能力也较弱。但干燥食品吸收了这部分水后，非水组分开始膨胀。MultilayerWater-additionallayerofwateraroundfoodparticle.Notashardtoremoveasthemonolayer.（P16图1-8,a\b）1.L状2.P折叠•Relationshipbetweenwaterandperishability•Variousfoodswiththesamewatercontentdiffersignificantlyinperishability–Watercontentaloneisnotreliable•Importanceofwaterassociationswithnon-aqueousconstituentstosupportdeteriorativeactivities•Ratesofdeteriorativechangesandmicrobialgrowthatnormalfoodstorageconditionsoftendependonwatercontentandaw.第三节Aw与食品稳定性（Stability）不同种类的食品即使水分含量相同，但其腐败变质的难易程度也有明显的差异。一、水分活度（Wateractivity，Aw）Wateractivityisdefinedastheratioofthevaporpressureofwaterinamaterial(p)tothevaporpressureofpurewater(po)atthes