水分

水分思维导图：包含概述，水在食品中的作用，水和冰的物理性质，熔点、沸点、比热容、相变热、表面张力、介电常数较相近组成的物质高，等等

水分

• 概述
  • 水在食品中的作用
  • 水和冰的物理性质
    • 熔点、沸点、比热容、相变热、表面张力、介电常数较相近组成的物质高
    • 水→冰，反常膨胀→冻结时食品组织结构破环
    • 热导增加，温差相等时冷冻速率比解冻速率快
  • 水和冰的结构与性质
    • 水
      • 四面体排列
      • 水分子间通过氢键形成强缔合作用
      • 每个水分子可与4个水分子以氢键结合
        • 既是氢供体又是氢受体
        • 供受相等
      • 三维氢键缔合
        • 其他相似分子只是二维
        • 水分子簇
        • 多分子偶极子
          • 动态结构→低粘度
        • 温度对氢键键合程度的影响
          • 0-4℃，温度升，配位数增，密度增
          • 4℃+，布朗运动加剧，密度降低
          • 3.98最大
      • 结构
        • 都是动态模型
        • 混合结构模型
        • 连续结构模型
        • 填隙式模型
        • 频繁改变结合排列
    • 冰
      • 不同温度、压力下形成不同结构的冰晶
      • 基础平面
        • 正六边形有序排列形成
        • 光轴c
          • 沿光轴：单折射
          • 其他位置：双折射
      • 冰晶
        • 溶质影响冰晶形态
        • 六方形、不规则树形、粗糙球形等
        • 六方形
          • 高度有序
          • 最常见
          • 最适低温冷却剂中缓慢冷冻
          • 不干扰水分子迁移
        • 大而复杂的亲水性分子
          • 限制水分子移动
          • 抑制六方形结晶
          • 明胶
          • 大而无序的冰晶
      • 冰点
        • 结晶过程
          • 冷却至过冷温度→形成稳定晶核/振动促进向冰晶转化→放出潜热→温度回升至0℃
          • 过冷温度：出现稳定晶核的温度
          • 外加晶核可不必到过冷温度，但冰晶粗大（冰晶围绕有限晶核生长）
        • 依数性
          • 水溶性成分浓度增加，冰点降低
        • 食品低共晶点：-65—-55℃，我国冷藏食品-18℃
          • 水分未完全凝固
          • 绝大部分在零下1-4℃已冻结
        • 速冻：冰晶小，呈针状，微生物活动受限
• 水和非水组分的相互作用
  • 相互作用
    • 与离子或离子基团
      • 离子-偶极子静电相互作用→水合作用
      • 简单无机离子
        • 仅具有极性作用
        • 受pH的影响较大（影响解离）
        • 氢键＜静电作用＜共价键
      • 不同浓度盐溶液
        • 高浓度
          • 水的结构完全由离子控制
        • 低浓度
          • 各层水分子物理性质不同
          • 影响结果
            • 电场强度较弱的阴离子&离子半径较大的阳离子
              • 阻碍网状结构形成，提高流动性
              • 破坏原有结构，又无法形成新的稳定结构
            • 电场强度强，离子半径小
              • 有助于形成网络结构，降低流动性
        • 加入可解离物质都会影响水的四面体结构形成
      • 介电常数被改变，影响其他物质与水的结合
        • 蛋白质构像
        • 胶体稳定性
    • 与具有氢键形成能力的中性基团
      • 蛋白质、淀粉、果胶、纤维素等物质的能形成氢键的极性基团
      • 影响
        • 大部分不会破坏纯水的正常结构
        • 形成的氢键与纯水的取向、构型不一致也会影响
        • 组织结冰但总体氢键数目变化不大，网状结构几乎无影响
      • 例子
        • 木瓜蛋白酶的水桥
        • 大分子氢键距离≈水中最近O-O，第一层水&第二层水受影响，形成氢键
    • 与非极性基团
      • 疏水水合
        • 疏水性物质处于水环境中
        • 疏水基团附近非极性部分的水-水氢键增强
        • 熵减，热力学不利
      • 结构
        • 笼形水合物
          • 冰状包含物
          • 水-水氢键形成笼，物理截留
          • 较弱的范德华力、静电作用
          • 凝固点降低
        • 疏水相互作用
          • 疏水基团尽可能缔合
          • 弱范德华力，无吸引力
          • 热力学有利
          • 蛋白质的三级结构
  • 存在形式
    • 结合水
      • 与有机大分子的极性基团数量有固定的比例关系
      • 存在于溶质和非水组分中的水
      • 特点
        • 凝固点降低至-40℃
        • 不能作为溶剂
        • 不能被微生物利用
        • 饱和蒸汽压降低
      • 种类
        • 化合水
          • 最紧密
          • 构成非水物质
        • 邻近水
          • 极性基团周围的第一层水
          • 静电作用、离子-偶极子缔合
          • 种类
            • 微毛细管水
            • 单分子层水
        • 多层水
          • 邻近水外的几层水
          • 水-水氢键、水-溶质氢键
    • 体相水
      • 远离非水组分的水
      • 水-水氢键
      • 种类
        • 滞化水
          • 显微、亚显微结构及膜滞留的水
          • 不能自由流动
        • 毛细管水
          • 细胞间水
        • 自由流动水
• 水分活度
  • 定义
  • 温度
  • 水分含量
• 食品稳定性
  • 水分活度
    • 微生物
      • 阈值
        • 细菌
          • 0.9
        • 酵母菌
          • 0.87
        • 霉菌
          • 0.8
        • 耐渗透压的除外
      • 0.5以下不再增殖
      • 不同生长阶段所需水分活度不同
        • 产生孢子、芽孢、增殖、产毒素的阈值比维持生长的要高
      • 不是越低越好，发酵工业则要维持在最适水分活度
    • 食品劣变化学反应
      • 脂肪氧化
        • 随着水分活度增加，先降低后升高
      • 美拉德反应
        • 最适：中等水分活度
      • 酶促褐变
      • 降低水分活度可抑制这两种反应的发生
    • 降低水分活度，提高食品稳定性
      • 原理
        • 水溶液环境
        • 离子反应
        • 酶促反应
        • 水分子参加
        • 微生物生长繁殖
      • BET单分子层水值
        • 除脂肪氧化外，其他反应速率最慢
        • 最大反映速度在中等水分活度
  • 冷冻
    • 反膨胀
    • 冷冻浓缩效应：非冻结相中非水组分浓度提高→理化性质改变
  • 水分转移