水对烘焙制品品质的影响-

1、1水2一、水和冰的物理性质与结构二、水分子的缔合作用三、水与溶质的相互作用四、水与食品的关系五、生活饮用水大纲3一、 水和冰的物理性质与结构4（一）水第一节 水的三相5水的三相图374.26第二节 水的特性7 kg/m3 温度 密度不同温度下水的各类物理参数不同温度下水密度的变化分界点备注：水的密度在3.982（忽略为4）时最大，为1000kg/m3；主要由分子排列决定，也可以说由氢键导致。由于水分子有很强的极性，能通过氢键结合成缔合分子。水的热胀冷缩是反常的，水在低于4时热缩冷胀，导致密度下降，而大于4时，则恢复热胀冷缩。85、水的反常膨胀： 物质的密度由物质内分子的平均间距决定。水中存在单

2、个水分子，也存在由多个水分子组合在一起的缔合水分子，缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合的单个水分子个数决定。具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱；当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。在水中，常温下有大约50的单个水分子组合为缔合水分子，其中双分子缔合水分子最稳定。 在水温由0升至4的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大，为反常膨胀。 水温超过4时，同样应当考虑缔合水分

3、子中的氢键断裂、水分子运动速度加快这两个因素，综合分析它们对水密度的影响。水温比较高的时候，水中缔合数大的缔合水分子数目比较少，氢键断裂所造成水密度增加的影响较小，水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响，所以在水温由4继续升高的过程中，水的密度随温度升高而减小，即呈现热胀冷缩现象。 在4时，水中双分子缔合水分子的比例最大，水分子的间距最小，水的密度最大91、水的分子结构水分子由2个氢原子与1个氧原子所组成。 化学式：H O 结构式：HOH 相对分子质量： 18.016 4个杂化轨道 2px2 2py1 2pz1 水分子的四面体结构有对称型 由于氧的高负电性，O-H共价键具有部分离子特征 氧

4、的另外两对孤对电子有静电力 H-O键具有电负性 水分子的结构见右图第三节 水的分子结构 Structure of water 10水的结构演示四面体结构 氧：氢： HO键成104.5，比正四面体的109 28要小，成角锥体结构OH键是较强极性键 11水分子之间的氢键网络是动态的；随着温度提高，配位数（周围电子数吸引力）从0 时的4.0，增加至1.5 的4.4，而83 时为4.9。同时，最接近的水分子从0 的0.276nm增加至1.5 的0.29nm，至83 时的0.305nm；水分子氢键键合程度取决于温度。温度（） 配位数 分子间距nm 040.276 1.54.40.290 8.34.90.

5、305 2、水的三维空间结构：12(二) 冰 有12种结晶类型 六方型冰晶 不规则树枝状结晶 粗糙的球状结晶 易消失的球状结晶及各种中间体 只有六方型冰结晶稳定（常压，0）第一节 冰的晶体类型13第二节 冰的结构 水分子通过四面体之间的作用力结晶 O-O核间最相邻距离为0.276nm O-O-O键角约109(四面体角10928) 冰的六面体晶格结构 在C轴是单折射，其它方向是双折射 结晶对称性：六方晶系的六方形双锥体组 溶质的种类和数量影响冰结晶的结构1415第二节 冰的特性1、冰的特性 熔点：0（常压下） 体积：较水大1/9 密度：0时下，为 0.917kg/m3 热导率：0.023 J/s

6、cmK16二、水分子的缔合作用17第一节 什么叫做缔合作用？1、什么叫做缔合作用 由同种分子结合成较复杂的分子，但又不引起化学性质改变，这种现象叫做分子缔合。HF、NH3、H2O等由同种分子结合成较复杂的分子，但又不引起化学性质改变，这种现象叫做分子缔合； HF、NH3、H2O等分子容易发生分子缔合，主要原因是形成了氢键，形成的分子叫缔合分子。 分子发生缔合时放热，在固态时，大量水分子以氢键互相连接成巨型缔合分子，这个结构向空间无限周期性地延伸，就形成冰晶体。182、水分子的缔合作用 O-H键具有极性 不对称的电荷分布 偶极距 分子间有吸引力 强烈的缔合倾向 形成三维氢键 四面体结构19 水分

7、子缔合结果 ：水分子在三维空间形成多重氢键键合每个水分子具有相等数目的氢键给体和受体，能够在三维空间形成氢键网络结构。 水合氢离子帶正电荷。 比非离子化水具有更大的氢键能力；羟基离子帶负电荷，比非离子化水有更大的氢接受能力。20第二节 缔合的原因 H-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。 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；而氢键是弱键，它有较长、且多变的键长。 静电力对氢键能作出主要的贡献。 每个水分子至多能与四个它的分子形成氢键 根据水在三维空间形成氢键键合的能力，可以从理论上解释水的许多性质 。21第三节 氢键的形

8、成实线代表在平面上之键合。虚线代表在平面下之键合。粗线代表面对我们的方向1、水氢键的作用(如打破氢键所需额外能量)，导致水的特性：低蒸汽压高沸点高溶解热高蒸发热具导电度(成簇氢键，产生分子偶极)2223DNAProteins242、水分子氢键的强度：氢键的强度主要取决于HO的键长和键角，当键角在20范围内氢键的强度基本呈线性变化，而氢键的键长是影响其强度最为重要的因素。随着氢键(HO)键长增加，氢键强度呈指数衰减，X射线研究表明，在0时，氢键键长为0.277nm；4时，键长为0.284nm；200时，键长为0.294nm。随着温度的升高，氢键具有明显变弱的趋势，氢键数量减少，簇中氢键的断裂及部

9、分水分子的脱离使得水分子簇变小，如图。在水分子簇中，共价键和氢键之间可以形成一种动态平衡，即HO键越强，OH键越弱，OO间距越短。其中OH共价键的弱化将引起氢键键长变短，当氢键充分弯曲后，其强度变弱，这将导致两个水分子的分离。25三、水与溶质的相互作用26 水与溶质的相互作用由于氢键的存在纯水形成连续的结构体，而如果在水中加入其它物质，水的原有结构就会受到打扰，发生水-溶质相互作用，有如下情况：水与离子基团的相互作用水与极性基团的相互作用水与疏水基团的相互作用27 键的强度 大共价键H2O-离子键H2O- H2O 小 第一节 水与离子基团的相互作用1、水与离子基团相互作用水具有偶极，可以与离子

10、发生水合作用（水-离子偶极）。由于离子和水分子的结合能力高于氢键键能，水分子优先与离子结合。在所产生的离子水合物当中，水分子被严密控制在离子周围，失去自由移动的能力。离子水合物当中的水不能结冰，不能蒸发，不能成为溶剂，表现和固体一样。28净结构形成效应 (forming 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 净结构破坏效应 (breaking effect) 大离子和单价离子产生较弱电场 K+, Cs+, NH4+ , Cl-, Br-, I-, NO3-

11、 , BrO3- , IO3- , ClO4- 流动性比纯水强2、离子基团对水的净结构的影响 29 键的强度 大 共价键 H2O-离子 H2O- H2O H2O- 亲水性溶质 小 水与极性基团相互作用（具有氢键形成能力的亲水性溶质）：蛋白质、淀粉、膳食纤维等具有极性基团的物质都可以与水通过氢键而结合。不同极性基团与水的结合能力亦不同，其中未解离-NH2、-COOH结合能力最强，-OH和-CONH等基团结合能力稍逊。这些物质周围以氢键结合的水称为“临近水”，对维持大分子构象十分重要。其第一层分子也失去了自由移动的能力。第二节 水与极性基团的相互作用30 一些单糖和双糖结合水的能力 一些氨基酸结合

12、水的能力31第三节 水与疏水基团的相互作用 1、疏水水合作用(Hydrophobic hydration)： 向水中添加疏水物质（如油脂）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。一些疏水小分子的进入，可形成“笼状水合物”。 32 2、疏水相互作用( Hydrophobic interaction)： 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 间进行相互缔合，这种作用成为疏水相互作用。它是维持蛋白质三级结构的重要力量之一。333、水与疏水基团相邻的水的结构作用排斥正电荷吸引负电荷34“主体”物质 水（2

13、074个水分子）“客体”物质 低相对分子质量的化合物4、笼状水合物：3536四、水与食品的关系371、水分含量对食品的影响： 食品的含水量直接影响到食品的贮藏性能和消费者接受程度。 食品的含水量和水在食品中的存在形式，是直接引起食品化学和微生物变质的原因之一。 食品的含水量直接影响食品的加工工艺和贮藏性能. 水分含量的检测是食品分析的重要指标之一。第一节 水与食品的关系38食品中水的存在形式构成水定义：与非水物质呈紧密结合状态的水特点：非水物质必要的组分，-40度部结冰， 无溶剂能力，不能被微生物利用；邻近水定义：处于非水物质外围，与非水物质 呈缔合状态的水；特点：-40度不结冰，无溶剂能力，

14、不 能被微生物利用；多层水定义：处于邻近水外围的，与邻近水以氢 键或偶极力结合的水；特点：有一定厚度(多层)，-40度基本不结 冰，溶剂能力下降，可被蒸发；单分子层水，0.5%5%结合水自由水被组织中的显微结构或亚显微结构或膜滞留的水滞化水不能自由流动，与非水物质没关系毛细管水由细胞间隙等形成的毛细管力所系留的水物理及化学性质与滞化水相同自由流动水以游离态存在的水可正常结冰，具有溶剂能力，微生物可利用定义特点定义特点定义特点2、食品中水的类型：39备注：参考值3、食品中水的含量：401、 定义: 水分活度(water activity)：是指食品中水的蒸汽压与该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值,可

15、用下式表示：Aw =P/P0 =ERH/100 =n1/(n1+n2) 表示食品中水分可以被微生物所利用的程度 。 反映了食品中水分的存在状态，即水分与食品中的其它非水成分的结合程度。 水分活度的物理意义：表征生物组织和食品中能参与各种生理作用的水分含量与总含水量的定量关系。第二节 水分活度412、水分活度的实际应用 各种食品在一定条件下都各有其一定的水分活度，各种微生物的活动和各种化学与生物化学反应也都需要有一定的Aw值。 只要计算出微生物、化学以及生物化学反应所需要的Aw值，就可控制食品加工的条件和预测食品的耐藏性。42(1)水分活度与微生物繁殖的关系微 生 物 发育所必需的最低Aw 微

16、生 物 发育所必需的最低Aw 普通细菌 0.90 嗜盐细菌 0.75 普通酵母 0.87 耐干性酵母、细菌 0.65 普通霉菌 0.80 耐渗透压性酵母 0.61 微生物发育时必需的水分活度4344 (2)水分活度与酶促反应的关系 水分在酶反应中起着溶解基质和增加基质流动性等的作用，食品中水分活度极低时，酶反应几乎停止，或者反应极慢. 酶反应需要水提供反应介质，有时水本身就是反应物。因此，酶反应依赖于Aw。 食品的水分活性如果在0.3以下，酶活动基本停止，酶促褐变反应也停止；但脂肪氧合酶是例外。45 (3)水分活度与生物化学反应的关系图146图247（4）水分活度对脂肪氧化酸败的影响48（5）

17、水分活度对淀粉老化的影响 食品在较高的Aw（30%-60%）的情况下（且24），淀粉老化速度最快； 如果降低Aw，则老化速度减慢，若含水量降至10%-15%，则食品中水分多呈结合态，淀粉几乎不发生老化；水分含量超过60%的食品，也不易发生老化。49 水分活度在0.6以下的食品一般可以长期保存，为长货架期食品。 水分活度在0.6-0.9之间为中等水分活度食品，一般可以在常温下保存数日至两周。 水分活度在0.9以上的食品通常需要低温保存。（6）水分活度对食品保存期的影响50 降低自由水比例，可以： 减少反应物的溶解和移动。从而降低反应速度。 减少离子水合作用，从而减少金属催化作用。 控制水作为反应

18、物的反应。 抑制酶和底物的活化。 降低自由水含量，还可以抑制微生物繁殖和毒素产生。 Aw降低可以延缓食品中酶促反应和非酶反应的发生，减少营养成分降解，保持食品风味和色泽，但过低的Aw页导致氧化酸败。 食品若要长期保存，以单层水状态下为最佳。此时酶反应、非酶褐变、营养素分解和脂肪氧化速度都达到最低。51第三节 水分吸湿等温线1、水分吸湿等温线(Moisture Sorption Isotherms )，即MSI 在一定温度下食品的水分含量和水分活度之间的相互关系图；通常低水分食品可以作出倒“S形”的吸湿等温线，如图：横轴为水分活度；纵轴为水分含量52注：我们将食品水分含量分为10%、10%-40

19、%、40%三类。53仪器测量食品中水分活度与水分含量关系如图54 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。 据MSI可预测含水量对食品稳定性的影响。 从MSI还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。2、MSI的实际意义553、MSI上不同区水的特性区 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

20、 56574、MSI与温度的关系 由于水分活度随着温度而变化，MSI也随着温度而发生变化。584、MSI中点滞后效应 吸湿等温线可以采用两种方法绘制： 向绝对干燥的物料中加入水分-回吸 把含水食品逐渐干燥到水分为零-解吸 对于同一种食品，这两种方法得到的曲线总会有差异，称为“滞后效应”。并且在同样含水量下，解吸曲线的水分活度较低。 应用：由解吸过程制备的食品需要保持更低的Aw 值才能维持同样的稳定性。59调节面团温度面团物理性质（操作性） 蛋白质吸水成筋（骨架）面包、糕点类品质和保鲜期溶解各材料，面团均匀参与各种生化反应淀粉糊化酵母生长、发酵水第四节 水与烘焙品的关系601、水化作用： 小麦粉

21、在调制面团过程中，蛋白质发生水化作用，形成面筋。从感官上发生明显变化，即面团搅打时逐渐由松变硬，粘性逐渐减弱，体积不断膨大，弹性不断增强。 麦胶蛋白是分子量在2-6万的球状蛋白质，吸水性较小，其表面积小，分子间相互作用不强，因此缺少弹性，具有流动性，赋予面团粘性和可塑性； 麦谷蛋白分子量在10万以上，并通过-S-S-键联接成200-300万的高分子蛋白质，吸水性较大，其细长且巨大，表面积大，分子间相互结合的能力强，具有较强弹性；61 在面包面团中，麦胶蛋白与麦谷蛋白相互作用，麦胶蛋白进入麦谷蛋白中，而麦谷蛋白起到传送作用，面团显出适当的粘弹性； 在构成蛋白质的氨基酸中，含半胱氨酸和胱氨酸的蛋白

22、中有12mmol/100g半胱氨酸。麦胶蛋白和麦谷蛋白中均含有二硫基多肽（二硫键），前者约3.6 104-5.0 104，且在分子内，后者约6.0 104-13.3 104，分布于在分子内和分子间，易形成蛋白质网状结构； 同时二者间氢键、疏水键，其它如戌聚糖与蛋白质、脂质与蛋白质等也起到一定作用。622、水与淀粉糊化： 淀粉的糊化：淀粉粒在适当温度下（不同种类淀粉所需温度不同，一般6080）在水中溶胀、分裂、形成均匀糊状溶液的作用称为糊化作用。糊化作用的本质是淀粉粒中有序及无序（晶质与非晶质）态的淀粉分子之间的氢键断开，分散在水中成为胶体溶液。其过程可分为三个阶段：（1）可逆吸水阶段，水分进入

23、淀粉粒的非晶质部分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，颗粒可复原，双折射现象不变；（2）不可逆吸水阶段，随着温度升高，水分进入淀粉微晶间隙，不可逆地大量吸水，双折射现象逐渐模糊以至消失，亦称结晶“溶解”， 淀粉粒胀至原始体积的50100倍；（3）淀粉粒最后解体，淀粉分子全部进入溶液。63 糊化温度（Pasting Temperature),淀粉加热至某一温度时，试样的粘度迅速增加表示淀粉开始糊化。 峰值粘度（Peak Viscosity），淀粉在高温处理下，其粘度也将达到最大值就为峰值粘度。 保持强度（Holding Strength），在糊化特性曲线中表现的一个峰和一个谷，谷底的粘度就是保持粘度。

24、 最终粘度（Final Viscosity），在测试的末端，试样表现粘度增加到某一个相对的稳定值，定义为最终粘度。 衰减度（Breakdown），定义峰值粘度和保持粘度的差值为衰减度。 回生值（Setback），最终粘度和保持粘度的差值为回生值。 确定淀粉糊化温度，对其批量生产工艺参数有重要意义。糊化曲线64淀粉粘度测定之温度曲线65663、水分与面包老化的关系： 面包在焙烤和贮存中，面包内的水分、淀粉、面筋蛋白的变化及它们之间相互作用对面包的老化起到主要作用。 冷却期间，面包表皮温度逐渐降低，导致中心温度向表皮扩散，面包内外蒸汽压发生明显变化，水分也由内向外移转，表皮水分则逐渐蒸发消失，在贮

25、存期间，面包心的水分向表皮转移，导致面包心变得干燥、僵硬，而表皮则失去脆性。 面包老化时，水分对淀粉的重结晶（水分子氢键与聚合物链接作用）有促进作用，水分含量高促进反应的发生。X和y-指氢亲和特性的残留聚合链、残留的直链淀粉和支链淀粉、多糖和蛋白质等不同物质混合体，面包网络构造不断缩进，直至水分不再自由移动。67五、生活饮用水68691、生活饮用水 drinking water供人生活的饮水和生活用水，分为以下几类： 集中式供水（central water supply）:自水源集中取水，通过输配水管网送到用户或者公共取水点的供水方式，包括自建设施供水。为用户提供日常饮用水的供水站和为公共场所、居民社区提供的分质供水也属于集中式供水。 二次供水 (secondary water supply): 集中式供水在入户之前经再度储存、加压和消毒或深度处理，通过管道或容器输送给