《食品化学》第二章水

食品化学基础篇对水的认识。从水的性质和作用、水和冰的结构、水在食品中的存在形式等方面进行了概述和分析。

水

• 水的性质和作用
  • 生物体内的作用
    • 维持体温的载体
    • 良好的溶剂
    • 天然的润滑剂
    • 优良的增塑剂
  • 食品中的作用
    • 理化性质
      • 作为生物化学的反应介质
    • 微生物
    • 质地
    • 工艺角度
  • 物理性质 （与分子量相近或组成相似的化合物相比））
    • 高熔点（0℃）高沸点（100℃）
    • 热熔和相转变热焓高
    • 密度大
    • 介电常数高
    • 表面张力高
    • 黏度正常
    • 凝固时体积异常膨胀
• 水和冰的结构
  • 水分子的缔合
    • H-O键具有极性
    • 每个水分子具有数目相等的氢键供体和受体
  • 水的结构
    • 混合模型
    • 连续模型
    • 填隙式模型
  • 冰的结构
    • 水分子有序排列形成的晶体
• 水与非水 成分之间的关系
  • 相互作用
    • 水与离子及离子基团的相互作用
      • 结构形成效应
      • 结构破坏效应
    • 水与非极性物质的相互作用（疏水水合△G＞0）
      • 笼形水合物
      • 疏水相互作用△G＜0（疏水水合的部分逆转）
    • 水与具有形成氢键能力的中性基团的相互作用
  • 食品中水的存在形式
    • 体相水(Bulk water） 又叫游离水
      • 自由水(free water)
      • 截留水(entrapped water)
      • 毛细管水(capillary water)
    • 结合水(Bound water)
      • 化合水(compound water)
      • 邻近水(vicinal water)
      • 多层水(multilayer water)
  • 区别
    • 结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的数量又较固定的比例关系
    • 结合水的蒸气压比体相水低
    • 结合水不易结冰（冰点约-40℃）
    • 结合水不能作为溶质的溶剂
    • 体相水能为微生物所利用
• 稳定性（Aw、 流动性、玻璃态）
  • 概念
    • 玻璃态
      • 既像固体一样具有一定的形状和体积，又像液体一样分子间排列只是近似有序，因此它是非晶态或无定形态
    • 橡胶态
      • 大分子聚合物转变成柔软而具有弹性的固体时状态，分子具有相当的形变，也是一种无定形态
    • 黏流态
      • 大分子聚集物链能自由运动，出现类似一般液体的黏性流动的状态
    • 玻璃化转变温度（Tg,Tg'）
      • Tg
        • 非晶体的食品体系从玻璃态到橡胶态的转变(称为玻璃化转变)时的温度
      • Tg′
        • 食品体系在冰形成时具有最大冷冻浓缩效应的玻璃化转变温度（特殊的Tg)
    • 随温度由低到高，无定形聚合物经历三个状态：玻璃态、橡胶态、黏流态
• 水在食品中的 存在形式（冰点）
• 水分活度（Aw）
  • 定义
    • 食品中水的蒸气压与同温度下纯水的饱和蒸气压的比值
    • Aw＝p/p₀
    • Aw＝n₁/(n₁+n₂) n₂＝G△Tf/(1000×Kf)
      • n₁溶剂摩尔数
      • n₂溶质摩尔数
      • G样品中溶剂克数
      • △Tf冰点下降温度
      • Kf水的摩尔冰点下降常数(1.86)
  • 与温度的关系
    • ㏑Aw＝-k△H/RT
    • 冰点以上，Aw受食品组成（主要）和温度影响
    • 冰点以下，Aw只与温度有关
  • 与水分含量的关系
    • 吸附等温线
      • 在恒定温度下，以食品的水分含量对它的水分活度绘图形成的曲线
      • 实际应用
        • Ⅰ区
        • Ⅱ区
        • Ⅲ区
      • 意义
        • 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含量的关系
        • 浓缩和干燥过程中样品脱水的难易程度与相对蒸气压(RVP)的关系
        • 配置混合食品时，如何组合食品才能避免水分在配料间的转移
        • 判定不同食品中非水组分与水结合能力的强弱
        • 预测包装材料的阻湿性
      • 等温线的滞后现象
        • 概念
          • 采用向干燥样品中添加水的方法绘制水分吸附等温线和 按解吸过程绘制的等温线并不相互重叠的现象
        • 形成的典型形状
        • 引起原因
          • ①解吸过程中一些吸水部位与非水部分作用而无法释放出水分
          • ②食品不规则形状而产生的毛细管现象
          • ③解吸过程将使食品组织发生改变，当再吸水时，就无法紧密结合水分
  • 影响
    • 水分活度与微生物生命活动的关系
    • 水分活度与食品劣变化学反应关系
    • 降低水分活度提高食品稳定性的机理（P32）
• BET方程计算单分子层水值  Aw = 1 + C-1 · Aw m(1-Aw) m₁C m₁C 故，单分子层值（m₁）=1/（k+b）
• 水的冰点为0℃但纯水并不在0℃结冻，存在过冷状态
• 六方冰晶形成条件： ①在最适的低温冷却剂中缓慢冷冻 ②溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁移
• 每个水分子最多能与 另外4个水分子结合