水和冰

食品化学之水和冰知识总结，包括水和冰的结构、水和冰的物理性质、水在食品中的存在及转移、水分活度、水分吸附等温线、水分活度和食品稳定性的关系等内容。

水和冰

• 水和冰的结构
  • 水分子
    • 化学结构
      • 水分子的四面体结构具有对称性
      • H-O共价键具有离子性
      • 氧的另外两对孤对电子有静电力
      • H-O键具有电负性
    • 水分子的缔合
      • H-O键间电荷的非对称分布使H-O键具有极性，这种极性使分子间产生引力
      • 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
      • 静电效应
  • 冰
    • 冰是水分子有序排列形成的晶体，靠氢键连接，形成低密度的刚性结构
    • O-O核间最相邻的距离为0.276nm，O-O-O键角约109度
• 水和冰的物理性质
  • 水
    • • 通过比较后发现：水具有异常高的熔点和沸点，水具有特别大的表面张力， 介电常数，热容以及相变热（熔化热，蒸发热以及升华热）值，水的密度相 当小、水在凝固时具有异常的膨胀性：水的黏度却是正常。
  • 冰
    • 冰是水的一种存在形式，水的密度比较低，结冰时体积增加，表现出膨胀特性，会导致冻结食品组织结构的破坏
  • 水和冰物理性质与食品质量的关系
    • (2）水的热导率较大，而冰的热导率却是水同温度下的4倍，所以，冰的热传导速度比非流动水（如动、植物组织内的水）快得多
    • （3）冰的热扩散速度是水的9倍，所以在一定环境条件下，冰的温度变化速度比水大得多
    • (1）水密度较低，冰的体积比相应的水体积增加，表现出异常的膨胀行为所以，含水食品在冻结过程中组织结构遭到机械性破坏损伤
• 水在食品中的存在及转移
  • 水与其他成分相互作用
    • 水与离子基团相互作用 （离子或离子基团与水分子之间的作用力 是水分子与非水物质之间最强的作用力）
      • 溶质对水结构的影响
        • 净结构破坏效应（此时溶液具有比纯水更好的流动性）
        • 净结构形成效应（此时溶液具有比纯水更差的流动性）
    • 水与有氢键键合能力的中性基团的相互作用
      • （1）水与非离子、亲水性溶质之间的相互作用弱于水与离子 的相互作用。
      • （2）如果与溶质形成的氢键部位的分布和定向在几何上与正 常水的氢键部位是不相容的，具有结构破坏效应。
      • （3）生物大分子中有许多可与水分子形成氢键的基团，水分 子介入形成的氢键对生物大分子的结构与功能及食品功能性都有 重要的影响。
    • 水与非极性物质的相互作用
      • 疏水相互作用
      • 笼状水合物
      • 水与双亲分子的相互作用
  • 食品中水的存在形态
    • 结合水
      • 构成水（化合水）
        • 在复杂体系中，结合最牢固的是构成非水物质组成的那些水
          • • 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为0 • 不能被微生物利用
      • 邻近水
        • 处在非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置，与离子或离子基团缔合的水。
          • 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，不易引起食品的腐败变质。
          • • 在-40℃下不结冰 • 无溶解溶质的能力
      • 多层水
    • 自由水（体相水）
      • 滞化水
      • 毛细管水
      • 自由流动水
• 水分活度
  • 定义
    • 食品的平衡水分
    • 水分活度
    • 食品中水分活度与食品水分含量的关系
  • 水分活度与温度的关系
• 水分吸附等温线
  • 定义
  • 分区
    • ①区
    • ②区
    • ③区
  • 温度对水分吸附等温线的影响
  • 食品材料类型对水分吸附等温线的影响
  • 滞后现象
• 水分活度和食品稳定性的关系
  • 与微生物生长的关系
  • 与食品化学变化的关系
    • 对脂肪氧化的影响
    • 对酶促反应的影响
    • 对非酶褐变反应的影响
  • 与食品物理变化的关系
• 食品玻璃化转变
  • 玻璃化状态的概念
    • 玻璃态
    • 玻璃化转变温度
    • 分子移动性
    • 状态图
  • 受水分的影响
• 离子半径小的离子和/或多价离子产生强电场，产生净结构形成效 应 ；离子半径大的离子和/或单价离子产生弱电场，产生净结构破坏 效应