02 第二章 水分.pptx

第1页：第二章 水分

第二章水分

第2页：几种食物中水分的含量

几种食物中水分的含量：本页以图示方式标注不同食物的水分含量区间（90~95%、53~60%、不少于75%、少于0.5%），具体对应的食物类别建议对照原课件图片补充。

第3页：主要食品的水分含量

主要食品的水份含量：下表列出相关数据。

第4页：水与食品加工

水与食品加工

• 了解水在食品中的存在形式是掌握食品加工和保藏技术原理的基础
• 大多数食品加工的单元操作都与水有关
• 复水、解冻没有完全成功

第5页：水的物理性质

水的物理性质与分子量相近或原子组成相似的化合物（如NH3,H2S等）相比：

• 高熔点、高沸点
• 热容和相转变热焓高
• 密度大
• 介电常数高
• 表面张力高
• 粘度正常
• 凝固时的异常膨胀率？

第6页：水分子的结构

水分子的结构

• 氧原子的4个杂化轨道2s2,2px22py12pz1
• 由于氧的高电负性，O-H共价键是较强的极性键

第7页：水分子的缔合

水分子的缔合：本页以结构示意图展示水分子间通过氢键缔合形成的分子团，图中氢键连接关系建议对照原课件图片核对。

第8页：冰的结构

冰的结构：本页以结构图展示冰中水分子形成的四面体氢键网络及其较为疏松的堆积方式，具体晶格参数建议对照原课件图片补充。

第9页：2.3.1 宏观水平：水结合与水合

2.3.1宏观水平

• 水结合（Waterbinding）
• 水合（Hydration）–水结合和水合常被用来表示水与亲水物质缔合的一般倾向。
• 影响水结合的程度和强度的因素–非水成分的本质–盐的组成–pH值–温度

第10页：持水力

• 持水力（Waterholdingcapacity）–描述由分子（通常是以低浓度存在的大分子）构成的基体通过物理方式截留大量水而阻止水渗出的能力。
• 例如：–果冻、淀粉凝胶、细胞

第11页：水-溶质相互作用的分类

水-溶质相互作用的分类：下表列出相关数据。

第12页：结合水的概念

• 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性质。–熔点、沸点、流动性
• 占总水量很小的一部分一个重要的概念：结合水

第13页：结合水的分类

结合水的分类

• 构成水(constitutionalwater)–结合最强的水，已成为非水物质的一部分
• 邻近水(vicinalwater)–占据着非水成分大多数亲水基团的第一层位置
• 多层水(multilayerwater)–占有第一层中剩下的位置以及邻近水外侧的几层

第14页：水与离子及离子基团的相互作用

水与离子及离子基团的相互作用：本页以示意图展示离子周围水合层的形成，离子与水分子的配位关系建议对照原课件图片补充。

第15页：离子对水的净结构的影响

离子对水的净结构的影响

• 净结构形成效应(formingeffect)–电荷/半径比值较大的离子产生强电场–具有比纯水较低的流动性和较紧密的堆积–典型例子：Li+,Na+,H3O+,Ca2+,Ba2+,Mg2+,Al3+,F-,OH-
• 净结构破坏效应(breakingeffect)–电荷/半径比值较小的离子产生较弱电场–流动性比纯水强433–典型例子：K+,Cs+,NH+,Cl-,Br-,I-,NO-,BrO-,34IO-,ClO-

第16页：能与水形成氢键的基团

能与水形成氢键的基团

• 羟基
• 氨基
• 羰基
• 酰基
• 亚氨基水与蛋白质分子的两种功能基团形成氢键水桥

第17页：中性基团对水结构的影响

能形成氢键的中性基团对水结构的影响

• 总氢键数没有显著改变。
• 当氢键部位的分布和定向在几何上与水不相容时，对水结构具有破坏作用–尿素的显著破坏效应NH2-C-NH2O

第18页：水与非极性基团的相互作用

水与非极性基团的相互作用非极性物质指烃类、脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团

• 疏水水合作用（hydrophobichydration）
• 疏水相互作用（hydrophobicinteraction）

第19页：疏水水合与疏水相互作用

疏水水合与疏水相互作用：本页以示意图展示“主体”水（20～74个水分子）包裹“客体”非极性基团形成疏水水合，以及非极性基团相互聚集的疏水相互作用。

第20页：与疏水基团相邻的水的结构

与疏水基团相邻的水的结构：本页以示意图展示邻近疏水基团的水分子取向特点，即排斥正电荷、吸引负电荷的定向排列。

第21页：水与双亲分子的相互作用

水与双亲分子的相互作用

• 双亲分子–一个分子中同时存在亲水和疏水基团–脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂质、核酸
• 胶团–双亲分子在水中形成的大分子聚集体–分子数目从几百到几千

第22页：双亲分子的一般结构

双亲分子一般结构：本页以脂肪酸盐为例，标示分子中非极性区（烃链）与极性区（羧基）的相对位置。

第23页：双亲分子的胶团结构

双亲分子的胶团结构：本页以示意图展示双亲分子在水中形成胶团时，非极性尾部向内聚集、极性头部朝外与水接触的排列。

第24页：水分活度 Aw

水分活度Aw

• 水与非水成分缔合强度上的差别
• 比水分含量更可靠，也并非完全可靠
• 与微生物生长和许多降解反应具有相关性

第25页：水分活度的定义和测定方法

水分活度的定义：Aw＝f/f0，其中 f 为溶剂（水）的逸度，f0 为纯溶剂（水）的逸度；逸度表示溶剂从溶液逃脱的趋势。

实际测定中常用 Aw＝p/p0（相对蒸汽压 RVP）近似表示，严格式中用逸度代替压力，两者相差约1%，该近似仅适合理想溶液。

第26页：Aw 测定方法

Aw测定方法

• 密闭容器达到表观平衡后测定压力或相对湿度
• 根据冰点下降测定RVP
• 根据干、湿球温度计，查表读RVP
• 测定精确性为±0.02

第27页：水分活度与温度的关系

水分活度与温度的关系：本页以曲线图展示温度对水分活度的影响，不同温度区间的变化趋势建议对照原课件图片补充。

第28页：冰点以下食品的 Aw

冰点以下食品的 Aw：Aw＝Pff/P0(SCW)＝P(ice)/P0(SCW)。

其中 Pff 为部分冻结食品中水的分压，P0(SCW) 为纯的过冷水的蒸汽压，P(ice) 为纯冰的蒸汽压。

第29页：冰点以上与冰点以下 Aw 的比较

比较冰点以上和冰点以下Aw

• 在冰点以上，Aw是样品组成与温度的函数，前者是主要的因素
• 在冰点以下，Aw与样品的组成无关，而仅与温度有关，即冰相存在时，Aw不受所存在的溶质的种类或比例的影响，不能根据Aw预测受溶质影响的反应过程
• 不能根据冰点以下温度Aw预测冰点以上温度的Aw
• 当温度改变到形成冰或熔化冰时，就食品稳定性而言，水分活度的意义也改变了

第30页：水分吸着等温线 MSI

水分吸着等温线（Moisturesorptionisotherms,MSI）

• 在恒定温度下，使食品吸湿或干燥，所得到的食品水分含量（每克干物质中水的质量）与Aw的关系曲线。

第31页：高水分食品的 MSI

高水分食品的 MSI：本页以曲线图展示高水分食品从正常状态至干燥的整个水分含量范围内，水分含量与水分活度的关系。

第32页：低水分食品的 MSI

低水分食品的 MSI：本页以曲线图展示低水分食品在低水分含量区间内水分含量与水分活度的关系。

第33页：回吸等温线

回吸等温线：本页以曲线图展示把水加到干燥样品中所得到的回吸等温线，即水分含量随Aw升高的变化。

第34页：MSI 的分区

MSI 的分区：本页以示意图将水分吸着等温线划分为区Ⅰ、区Ⅱ和区Ⅲ三个特征区域，各区的界限与对应水分性质建议对照原课件图片核对。

第35页：区Ⅰ的水的性质

区Ⅰ的水的性质

• 最强烈地吸附
• 最少流动
• 水－离子或水－偶极相互作用
• 在-40℃不结冰
• 不能作为溶剂
• 看作固体的一部分
• 构成水和邻近水
• 占总水量极小部分

第36页：区Ⅱ的水的性质

区Ⅱ的水的性质

• 通过氢键与相邻的水分子和溶质分子缔合
• 流动性比体相水稍差
• 大部分在-40℃不结冰
• 导致固体基质的初步肿胀
• 多层水
• 区Ⅰ和区Ⅱ的水占总水分的5%以下

第37页：区Ⅲ的水的性质

区Ⅲ的水的性质

• 体相水
• 被物理截留或自由的
• 宏观运动受阻
• 性质与稀盐溶液中的水类似
• 占总水分的95%以上

第38页：MSI 与温度的关系

MSI与温度的关系

• 水分含量一定T↑，Aw↑
• Aw一定T↑，水分含量↓

第39页：滞后现象

滞后现象

• 回吸：把水加到干的样品中
• 解吸：先使样品吸水饱和，再干燥
• 回吸与解吸所得的等温线不重叠现象即为“滞后现象”（Hysteresis）

第40页：水分活度与食品稳定性

水分活度与食品稳定性：本页以图示方式标注不同水分活度区间（0.95-0.91、0.91-0.87、0.87-0.80及0.5等）所对应的微生物生长与化学反应类型，各区间对应的具体变化建议对照原课件图片补充。