食品化学_水.

1、食品化学食品化学郑小美郑小美1525887439815258874398 带教材带教材，否则扣2分； 不迟到不迟到（迟到5分钟者请坐第一排，课后说明原 因）、早退早退，有事先请假有事先请假； 手机关机手机关机（以免打扰他人）； 学生从第二排起坐； 不睡觉，不睡觉，否则进行说明登记； 不做与课堂无关的事情；不做与课堂无关的事情； 请勿在课堂内用餐！ 课堂垃圾请随身带走！2课堂要求课堂要求重点与难点重点与难点3Chapter 2 Water 了解水在食品中的重要作用、食品中的水分含量、水的物理特性对于理化性质的影响； 掌握食品中水与非水成分相互作用的类型和特点，水在食品中的各种存在状态、水分活度和

2、等温吸附线的概念及意义，水分活度与食品的稳定性之间的关系。 了解食品的冻结过程，速冻、缓冻和温度波动对食品的影响。 第二章第二章 水水第一节第一节 概述概述 Introduction一、水的作用一、水的作用成年人水分含量：约60% 男性:60%65%60%65%;女性50%60%50%60%分布状态不均：脑、肝等7080%，皮肤6070%；骨骼1215%成年人日均摄水量：22.7 L（建议：建议：晨起：200ml；9:30 200ml；午餐前200ml；上班前200ml；下班前200ml；睡前200ml）缺水程度不同，可能会造成轻重程度不同的后果：缺水程度不同，可能会造成轻重程度不同的后果：v

3、 流失1%的水分，会造成口渴。v 流失5%的水分，会造成轻微发烧。v 流失10%的水分，会造成舌头发胀，肾脏衰竭，肌肉痉挛。v 流失20%的水分，会造成皮肤龟裂，器官停止运作，导致死亡。人体的生命活动是围绕水进行，没有水就没有生命！没有水就没有生命！水在人体的作用水在人体的作用v 调节体温。调节体温。生物体在散失水分的过程中，水分较高的气化热能降低体温。对植物来说可避免强烈太阳照射下产生体温的剧烈升高，对动物来说是调节体温的一种最重要方式。v 促进新陈代谢。促进新陈代谢。水是良好的溶剂，因此能溶解物质，加速化学反应，有利于营养的消化吸收、运输和代谢废物的排泄。v 天然的润滑剂天然的润滑剂。泪液

4、可防止眼球干燥。关节滑液可防止骨关节的磨损。食物的吞咽也需水的帮助。饮用水具有什么标准？饮用水具有什么标准？“五十年代淘米洗菜，六十年代水质变坏，七五十年代淘米洗菜，六十年代水质变坏，七十年代鱼虾绝代，八十年代洗不净马桶盖十年代鱼虾绝代，八十年代洗不净马桶盖”我国环保部门统计，在我国七大水系中，不适合做饮用水源的河段已接近40，城市水域中78的河段不适合做饮用水源，约64的城市地下水受到污染。 据初步调查，全国农村有3亿多人饮水不安全，其中： 约6300万人饮用高氟水 约200万人饮用高砷水 约3800多万人饮用苦碱水 约1.9亿人饮用水有害物质含量超标 血吸虫病区约1100多万人饮用水不安全

5、生活饮用水卫生标准，生活饮用水卫生标准，2006年年12月月29号发布，号发布，2007年年7月月1日开始实施，日开始实施，2012年的年的7月月1号全面实施，标准由号全面实施，标准由35项增至项增至106项。项。 例如：n 作为介质和反应物n 水是微生物繁殖的重要因素，影响其货架期n 含水量影响到食品的贮藏性能和消费者的接受程度.在食品质量标准中，水分是一个重要的质量指标！在食品质量标准中，水分是一个重要的质量指标！二、水在食品中的作用水的含量、分布、状态对食品的结构、外观、质地、风味、色泽、流动性、新鲜程度和腐败变质等产生极大的影响。各种食品的含水量食 品含水量(%)肉 猪肉： 生的分割瘦

6、肉5360 牛肉： 生的零售分割肉5070 鸡肉： 各种级别的去皮生肉74 鱼： 肌肉蛋白质6581水果浆果、樱桃、梨8086 苹果、桃子、桔子、柚子8590 草莓、番茄9095蔬菜豌豆(绿)7480 甜菜、胡萝卜、马铃薯8090 芦笋、卷心菜、花菜、莴苣9095三、水和冰的物理特性三、水和冰的物理特性n与在周期表中与氧临近的各元素的氢化物相比，水的许多物理常数，如熔点、沸点、比热容、熔化热、蒸发热、升华热、表面张力和介电常数等明显偏高。P15n同温下，冰的热导率是同样温度下水的4倍,说明其热传导速率比水快。n同温下，冰的热扩散系数约为水的9倍，说明在一定的环境条件下，冰的温度变化速率比水大得

7、多。解释为什么生物组织的冷冻速率比解冻速率快？解释为什么生物组织的冷冻速率比解冻速率快？原因：冷冻时，水形成冰，冰传热快；解冻时，冰形成原因：冷冻时，水形成冰，冰传热快；解冻时，冰形成水，传热慢水，传热慢四四、水和冰的、水和冰的结构与性质结构与性质水的结构水的结构sp3构型电子结构：H 1s1，O 1s22s22pz22py12px1四面体，O占据中心，2个H占据2个顶点，另外两个为O的非公用电子对电电子子对对电电子子对对HHHOH 的键角为104.5OH核间距为0.096 nmH-O的R分别为0.12和0.14 nm气态分子的范德华半径单个水分子的结构特征单个水分子的结构特征 1. H2O分

8、子的四面体结构有对称性 2. H-O共价键有离子性和电负性 3. 氧的另外两对孤对电子有静电力 水分子的缔合作用n在液态水中，若干个水分子会缔合成(H2O)n大分子，这是由于水分子偶极分子之间的静电吸引力及产生氢键键合作用形成的。氧原子的两个孤对电子与邻近的两个水分子的氢原子产生氢键键合，形成如图所示的四面体结构。冰的结构n水分子通过四面体之间的作用力结晶，形成一种低密度的结构，OOO键角约为109，非常接近正四面体角10928 。n冰的晶体结构比较开阔，水分子间有较大的空隙，这就是冰的密度比较小的原理。 00下冰的晶格下冰的晶格单元单元 普通冰的结构普通冰的结构第二节第二节 食品中水的存在形

9、式食品中水的存在形式n水和非水成分的相互作用水和非水成分的相互作用水与离子或离子基团的相互作用水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用水与非极性物质的相互作用n水的存在形式：所处状态、与非水组分结合强弱水的存在形式：所处状态、与非水组分结合强弱的不同的不同 结合水 自由水1 1、水与离子或离子基团的相互作用、水与离子或离子基团的相互作用 n 净结构形成效应净结构形成效应 (Net structure forming effect)n 净结构破坏效应净结构破坏效应 (Net structure breaking effect)小离子或多价离子产生强电场小离子或多价离子产生强电场Li+, Na+,

10、 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-流动性比纯水强流动性比纯水强Interaction of water with Ionic groups一一、食品中食品中水和水和非水成分非水成分的相互作用的相互作用Na+与H2O作用能83.68kJ/mol83.68kJ/mol，氢键20.9kJ/mol20.9kJ/mol，低于

11、共价键的键能，pHpH的变化影响溶质分子的离解的变化影响溶质分子的离解2、水与具有氢键形成能力的中性基团的相互作用、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 capabilitiesn水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱n能与水形成氢键的基团主要有：羟基-OH、氨基-NH3+、 羰基（-C=O）、酰氨基（-C0NH-）等n可与一些生物大分子构成“水桥水桥”木瓜蛋白酶中的三分子水桥木瓜蛋白酶中的三分子水桥n疏水水合作用（疏水水合作用（hydropho

12、bic hydrationhydrophobic hydration） H2OR R(水合水合)n疏水相互作用（疏水相互作用（hydrophobic interactionhydrophobic 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。 3 3、水与非极性物质的相互作用、水与非极性物质的相互作用Interaction of water with nonpolar substanc

13、eR(水合水合)R(水合水合) R2(水合水合)H2O水水- -溶质的相互作用分类总结溶质的相互作用分类总结1. 结合水 n定义 ：结合水是食品中可与非水组分通过化学键、氢键结合的水，是食品中与非水组分结合的最为牢固的水。n分类:根据与食品中非水组分氢键结合强弱的不同n构成水n邻近水n多层水多分子层水。有一定厚度。占5%。特点： -40不结冰，溶剂能力下降，可被蒸发。特征：不能用做溶剂，与非水组分结合的牢固，蒸发能力弱，特征：不能用做溶剂，与非水组分结合的牢固，蒸发能力弱，不能被微生物利用，不能用做介质进行生物化学反应。不能被微生物利用，不能用做介质进行生物化学反应。单分子层水。占0.5%。特

14、点： -40不结冰，无溶剂能力，不能被微生物利用。二二、食品中水的存在形式食品中水的存在形式2. 2. 自由水自由水v 定义：指没有被非水物质化学结合的水。 v 分类：滞化水 不能自由流动，与非水物质无关。毛细管水 性质与滞化水相同。自由流动水 可自由流动，可正常结冰，具有溶剂能力，可被微生物利用。特征：特征： 可做溶剂、在可做溶剂、在-40-40之前可结冰，易蒸发，微之前可结冰，易蒸发，微生物可繁殖、可进行生物化学反应。生物可繁殖、可进行生物化学反应。自由水与结合水的性质差别v 结合水与非水组分结合，特别是有机物分子中的 极性基团的结合；自由水则相距远；v 被蒸发的难易程度不同；v -40以

15、上结冰与否；v 能否作溶剂；v 能否为微生物所利用。n其中，又以-40以上能否结冰、能否作溶剂两方面最典型。第三节第三节 水分活度水分活度 Water Activity Awn在实际贮存食品的过程中，我们会发现， 1、有的食品看起来水分含量并不大，却很容易腐败。 2、两类有相同含水量的食品，其保藏性不一定相同。 说明：食品的保藏性不与水分的绝对含量相关。那么，如何体现水分与食品质量的关系呢？我们引入新的关于水分活度的概念。n与水分含量相比，应用水分活度的大小，更能说明食品发生腐败的问题。 一、水分活度的定义和测定方法一、水分活度的定义和测定方法 n定义：根据热力学定律，应按下式定义水分活度：

16、Aw = f/f0 (1) f：溶剂的逸度；f0：纯溶剂的逸度。 逸度：溶剂从溶液逃脱的趋势。 n在低压（例如室温下），f/f0 和P/P0 （P 和 P0分别为水和纯水的蒸汽压）之间的差别小于1%，因此可根据P/P0定义Aw。于是： Aw = P / P0 (2)n水分活度：指溶液（食品）中水的蒸汽压与同一温度下纯水饱和蒸汽压之比。n但严格讲（2）式仅适用于理想溶液和热力学平衡体系。食品体系一般不符合上述两个条件，更适合的是：AwP/P0 n如果溶液也是纯水，其Aw=1；而食品中水分由于存在溶质（无机盐、有机物），所以，总是PP0， 故Aw0.9n酵母菌对水分活度的要求：Aw0.87n大多数

17、霉菌对水分活度的要求：Aw0.8n在食品中，微生物赖于生存的水主要是自由水，食品内自由水含量越多，水分活度越大，故水分活度大的食品易受微生物污染，稳定性差。 2 2、酶促反应与水分活度的关系、酶促反应与水分活度的关系n酶促反应需在酶的催化作用下进行。酶的催化活性取决于酶分子的构象，酶分子的构象与其存在的环境有密切的关系，只有以水作为介质的环境中，用来维持酶分子活性构象的各种作用力，特别是非极性侧链间的疏水作用力，才能充分地发挥作用。另外，水的存在也有利于酶和底物分子在食品内的移动，使之充分地靠拢。 3 3、非酶反应与水分活度的关系、非酶反应与水分活度的关系nMaillardMaillard反应

18、：反应： n当Aw=0.6-0.7时，反应达最大值；n当Aw0.7时，Maillard反应的速度反而降低，这是由于继续增加的水稀释了反应物的浓度，因而也降低了反应速度。n脂肪非酶氧化反应：脂肪非酶氧化反应：n反应在水分活度很低时便开始进行，随着水分活度升高，反应速度反而降低，降低的趋势一直延续到水分活度0.4左右，从此开始水分活度升高，反应速度增大，但增大到0.7-0.8之间的最大值后，又出现降低的势头。食品中的水与氢过氧化物食品中的水与氢过氧化物结合，防止了它的分解。结合，防止了它的分解。增多的水加大了氧的溶解度，并使大增多的水加大了氧的溶解度，并使大分子膨胀，暴露出较多易被氧化的部分子膨胀

19、，暴露出较多易被氧化的部位，加速了反应进行。位，加速了反应进行。水分再增加后，稀释了反水分再增加后，稀释了反应体系，反应速度下降。应体系，反应速度下降。四、食品的冻结保藏四、食品的冻结保藏(Freezing preservation of foods) 目前，普遍认为冻结是保藏食品，特别是保藏生鲜食品的最好办法。生鲜食品中含有大量的水（60%-90%），因此，在冻结过程中，最主要的问题，就是水如何变成冰，以及由此带来的后果。 水水结冰的两个过程结冰的两个过程 a、晶核的形成：一部分水分子结合成小的冰的晶核； b、冰晶生长：众多的水分子按冰的晶体结构的要求，顺序地结合到晶核上，使之成长为大的晶体

20、。速冻、慢冻与缓冻的区别速冻、慢冻与缓冻的区别a、速冻速冻：生成大量的细小的冰的晶体。b b、慢冻：、慢冻：生成数量少，但体积大的冰的晶体。 温度的波动也影响冰的结构：结冰的食品，解冻时先融化小的冰晶，再冻结则易生成大的冰晶（晶体）。由于细小的冰晶（晶核）易融化、口感细腻，所以一般制作冰淇淋一类的食品，采用速冻（20以下）。保藏冷冻食品，要注意温度的稳定。c、缓冻：缓冻：在细胞间隙生成大的冰晶，由于体积明显增大，造成细胞、组织的机械损伤，解冻时，则导致汁液外流，风味改变，不能恢复新鲜食品的组织状态。食品的冻结保藏机理食品的冻结保藏机理n用冻结的办法保藏食品，最关键的是低温。在低温下，引起食品腐败的微生物活动和化学反应均受到巨大的抑制。n1. 冻结对微生物活动的