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1第二章水1.1水分子的结构单个水分子的结构特征:①H2O分子的四面体结构有对称型。②H-O共价键有离子性。③氧的另外两对孤对电子有静电力。④H-O键具有电负性。水分子的缔合形成三维氢键能力：水分子具有在三维空间内形成许多氢键的能力可充分地解释水分子间存在大的引力。水分子缔合的原因：①H-O键间电荷的非对称分布使H-O键具有极性，这种极性使分子之间产生引力。②由于每个水分子具有数目相等的氢键供体和受体，因此可以在三维空间形成多重氢键。③静电效应。水与溶质间的相互作用2.2结合水是存在于非水组分邻近的水，与同一体系中的体相水相比，它们呈现出与同一体系中体相水显著不同的流动性及其他性质；结合水由构成水、邻近水和多层水所组成。邻近水:是指水-离子和水-偶极的缔合作用，于非水组分的特定亲水位置发生强烈相互作用的那部分水。在-40℃下不结冰无溶解溶质的能力与纯水比较分子平均运动大大减少不能被微生物利用此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质体相水：距离非水组分位置最远，水-水氢键最多的那部分水。结冰，但冰点有所下降溶解溶质的能力强，干燥时易被除去与纯水分子平均运动接近，很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起食品的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关2.3水与离子及离子基团的相互作用水-离子键的强度大于水-水氢键的强度，但是远小于共价键的强度。加入可以离解的溶质会打破纯水的正常结构。水和简单的无机离子产生偶极-离子相互作用。离子和有机分子的离子基团在阻碍水分子流动的程度上超过其他类型的溶质。（1）水和简单的无机离子产生偶极-离子相互作用（2）一些离子在稀水溶液中具有净结构破坏效应净结构破坏效应溶液比纯水具有较高的流动性净结构形成效应溶液比纯水具有较低的流动性（3）一种离子改变水的净结构的能力与它的极化半径（电荷除以半径）或电场强度紧密相关。（4）离子效应——离子通过它们不同程度的水合能力：改变水的结构;影响介电常数；决定胶体粒子周围双电层的厚度；影响水对其它非水溶质和悬浮物质的相容程度；影响蛋白质的构象和胶体的稳定性。2疏水水合：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，此过程成为疏水水合，在热力学上是一个不利的过程（ΔG＞0）。ΔG=ΔH-TΔS，ΔG为正是因为ΔS是负的。熵的减少是由于在这些不相容的非极性物质的邻近处形成了特殊的结构。疏水相互作用：当两个分离的非极性基团存在时，不相容的水环境会促使它们缔合，从而减小了水-非极性界面，这是一个热力学上有利的过程（ΔG＜0）。此过程是疏水水合的部分逆转，被称为“疏水相互作用”。水分活度的定义水分活度定义：AW=f/f0，f：溶剂（水）的逸度。逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势f0：纯溶剂的逸度。在低压（例如室温）下，f/f0和p/p0之间的差别小于1%，AW=p/p0此等式成立的前提是溶液是理想溶液和存在热力学平衡。食品体系一般不符合上述两个条件，更合适的表达式应为AW≈p/p0“相对蒸汽压”（RVP）p/p0是测定项目，有时不等于aw，因此，使用p/p0项比aw更为准确。在少数情况下，由于溶质特殊效应使RVP成为食品稳定和安全的不良指标。金黄色葡萄球菌生长所需的最低P/P0取决于溶质的种类。Aw与产品环境的百分平衡相对湿度有关Aw=p/p0=%ERH/100RVP是样品的一种内在性质，而ERH是与样品平衡的大气的性质；仅当产品与它的环境达到平衡时方程的关系才能成立。平衡的建立是一个耗时的过程。冰点以下食品水分活度定义Pff：部分冷冻食品中水的蒸汽分压；P0(scw)：纯的过冷水的蒸汽；Pice：纯冰的蒸汽压冷冻食品中水的分压等于相同温度下冰的蒸汽压比较冰点以上和冰点以下Aw在冰点以上，水分活度是样品组成与温度的函数，并且前者是主要的因素；在冰点以下，水分活度仅与温度有关，即有冰相存在时，不受所存在的溶质的种类或比例的影响。在冰点以下，不能根据RVP值预测受溶质影响的冰点以下发生的过程，例如扩散控制过程、催化反应、低温保护剂影响的反应、抗微生物剂影响的反应和化学试剂（改变pH和氧化还原电位）影响的反应。因此，RVP作为物理和化学过程的指示剂在冰点以下比起冰点以上价值就低得多。当温度充分变化至形成冰或熔化冰时，从食品稳定性考虑aw的意义也发生变化。不能根据冰点以下温度的水分活度预测冰点以上相同食品的温度的水分活度。水分吸附等温线34.1定义在恒定温度下，食品水分含量（每单位质量干物质中水的质量）对水分活性作图得到的曲线称为水分吸着等温线。4.2水分吸着等温线与温度的关系在一定的水分含量时，水活性随温度的上升而增大，与克劳修斯-克拉贝龙方程意义＊在浓缩和干燥过程中样品脱水的难易程度与相对蒸汽压RVP的关系；＊配制混合食品必须避免水分在配料之间的转移；＊测定包装材料的阻湿性；＊测定什么样的水分含量能够抑制微生物的生长；＊预测食品的化学和物理稳定性与水分的含量的关系实际意义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.等温线区Ⅰ中的水是被最牢固地吸附着，是食品中最难流动的水。通过H2O-离子或H2O-偶极相互作用与可接近的极性部位缔合。在-40℃不能冻结，不具有溶解溶质的能力，它的量不足以产生对固体的增塑效应。可看作为固体的一部分。(2)区Ⅰ的高水分端（区Ⅰ和区Ⅱ的边界）相当于食品的“BET单层”水分含量。在高水分食品材料中，区Ⅰ水仅占总水量的极小部分。(3)单层并不表示所有干物质被紧密堆积的单分子水层所覆盖。它代表了构成水与邻近水。(4)区域II的水占剩余的第一层位置和固体的亲水基外的几层，被称为多层水。这部分水主要通过氢键与相邻的水分子和溶质分子缔合（水－水和水－溶质），流动性比整体相水稍差，其中大部分在-40℃不能冻结。(5)当水增加至靠近区Ⅱ的低水分端，它对溶质产生显著的增塑作用，降低了它们的玻璃化相变温度，并导致固体基质的初步肿胀。此作用和开始出现的溶解过程使大多数反应的速度加快。(6)区域III的水结合得最弱，流动性大，被称为体相水。BET单层水分含量一个试样含有的相当于区Ⅰ和区Ⅱ接界的水分含量。BET相当于一个干制品在呈现最高稳定性的前提下能含有的最高水分含量。“真实单层”不同于BET单层。真实单层涉及在区ⅡB和区Ⅲ接界的水分含量在此实例中，水分含量约为0.38gH2O/g干蛋白质和Aw=0.85）。此值相当于约300molH2O/mol溶菌酶和水分含量27.5%（重量），一个HOH平均占0.2nm2的蛋白质表面积。这个水分含量代表“完全水合”所需的水分含量，即占满全部第一层部位所需的最低水分含量。进一步加入的水的性质与体相水的性质没有显著差别。44.3滞后现象把水加到干的样品中（回吸）所得的水分吸附等温线与解吸所得的等温线不一定重叠，这种不重叠现象即为滞后现象。水分活度与食品的稳定性aw/m(1-aw)—aw图，即BET图，为一条直线。P/P0值大于0.35时此线性关系变差BET单分子层值计算公式:1、在aw=0-0.35范围内,随aw↑,反应速度↓的原因:①水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合,保护氢过氧化物的分解,阻止氧化进行②这部分水能与金属离子形成水合物,降低了其催化性2、在aw=0.35-0.8范围内,随aw↑,反应速度↑的原因:①水中溶解氧增加②大分子物质肿胀,活性位点暴露加速脂类氧化③催化剂和氧的流动性增加3.当aw＞0.8时,随aw↑,反应速度增加很缓慢的原因:催化剂和反应物被稀释第三章糖类1.单糖：不能再被水解的多羟基醛或酮，是碳水化合物的基本单位。2.低聚糖（寡糖）由2~10个单糖分子缩合而成，水解后生成单糖。（由2~20个糖单位通过糖苷键连接的碳水化合物称为低聚糖。主要靠分子内的氢键维持）3.多糖：由许多单糖分子缩合而成糖类的结构醛糖和酮糖（链式结构）最高碳数手性碳原子（C-5）上的羟基位置在右边的糖称为D-糖，最高碳数手性碳原子上的羟基位置在左边称为L-糖。单糖异构化1.含有相同数量碳原子的简单醛糖和酮糖互为异构物，通过异构化可以相互转化。通过异构化反应，醛糖转化成另一种醛糖（C-2具有相反的构型）和相应的酮糖，酮糖转化成相应的两种醛糖。2.D-葡萄糖、D-甘露糖以及D-果糖可以相互转化可以通过碱或酶进行催化。糖苷是由单糖或低聚糖的半缩醛羟基和另一个分子中的-ＯＨ、-NＨ2、-SＨ（巯基）等发生缩合反应而得的化合物。糖的半缩醛型能与醇反应，失去水后形成的产品（缩醛）被称为糖苷（O-糖苷）糖与硫醇（RSH）作用生成硫糖苷（S-糖苷）糖与胺（RNH2）作用生成氨基糖苷（N-糖苷）糖苷性质11(mY截距）＋斜率5无变旋现象无还原性糖苷一般在碱性条件下稳定，在温或热的酸性水溶液中通过水解产生还原糖。吡喃糖苷环比呋喃糖苷稳定N-糖苷一般不如O-糖苷稳定，易发生水解，但有些N-糖苷相当稳定，特别是N-葡基酰胺,不稳定的N-糖苷（葡基胺）在水中发生一系列的反应，使溶液色泽变深（从开始的黄色变成暗棕色），导致Maillard褐变常见糖苷类黄酮苷，毛地黄苷，皂角苷，甜菊苷，黄豆苷，银杏黄酮醇苷，硫葡糖苷，烯丙基硫葡萄糖苷，生氰糖甙等食品中重要的低聚糖麦芽糖，乳糖，乳酮糖，蜜二糖等为还原糖，蔗糖是非还原糖。β-环状糊精α-，β-，γ-环状糊精，6，7，8个D-1,4葡萄糖吡喃单位连接。结构1.结构具有高度的对称性糖苷键上的氧原子处于一个平面。2.环形和中间具有空穴的圆柱形，C6上的伯醇羟基都排列在外侧，外亲水；空穴内壁由疏水性C-H键和环氧组成，内疏水。应用：1.作为微胶囊壁材，包理风味物、香精油、胆固醇等。2.能够稳定的将客体化合物如维生素.风味物质和作为营养的苦味物质等3.配合在非化学计量的包合结构中，使客体化合物被截留在糖类环内，起到稳定食品香味的作用3.3多糖的性质多糖的溶解性多糖具有较强亲水性和易于水合。每个羟基均可和一个或几个水分子形成氢键。环氧原子以及连接糖环的糖苷氧原子也可与水形成氢键。使之具有改变和控制水分移动的能力。食品的许多功能性质包括质构都同多糖和水分有关。与多糖通过氢键相结合的水被称为水合水或结合水。这种水合水不会结冰，也称为塑化水，它使多糖分子溶剂化。从化学角度来看，这种水并没有牢固地被束缚，但它的运动受到阻滞，它能与其它水分子快速进行自由交换，在凝胶和新鲜组织食品中，水合水占总水中的比例极小。水溶性多糖和改性多糖称为胶或亲水胶粘度与稳定性多糖（亲水胶体或胶）主要具有增稠和胶凝功能，此外，还控制流体食品与饮料的流动性质与质构以及改变半固体食品的变形性等。在食品产品中，一般使用0.25~0.5％浓度的胶即能产生粘度和形成凝胶。影响因素61高聚物溶液的粘度同分子的大小、形状及其在溶剂中的构象有关。多糖分子在溶液中呈无序的无规线团状态，但是大多数多糖与严格的随机线团存在偏差，它们形成紧密的团；线团的性质同单糖的组成和连接方式有关。有些线团是紧密的，有些线团是伸展的。溶液中线性高聚物分子旋转和伸屈时占有很大的空间，分子间彼此碰撞的频率高，产生磨擦，消耗能量，因而产生粘度。线性多糖甚至在浓度很低时形成粘度很高的溶液。链长增加，高聚物占有的体积增加，溶液的粘度增加。线性分子，高粘度支链分子，体积小，低粘度2带电多糖，粘度增高仅带一种类型电荷（一般带负电荷，它由羧基或硫酸一酯基电离而得）的直链多糖由于相同电荷的斥力呈伸展构型，增加了从一端到另一端的链长，高聚物占有体积增大，因而溶液的粘度大大提高。3无支链的聚糖通过加热溶于水中，形成不稳定的分子分散体系，很快出现沉淀或胶凝。长分子的链段相互碰撞并在几个糖基之间形成分子间键，因而分子间产生缔合，在重力作用下产生沉淀或形成部分结晶。直链淀粉通过