食品化学课件-水.ppt
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1、食品化学Food Chemistry,贺 江Tel:15115667084E-mail:QQ:15881481,第二章 水Chapter 2 Water,内容提要,2.1 概述2.2 水和冰的结构与性质2.3 食品中水的存在状态2.4 水分活度2.5 水与食品的稳定性2.6 分子流动性和食品稳定性(自学),目的与要求,(1)理解水和非水组分的相互作用;(2)理解结合水的概念;(3)掌握水分活度的定义和测定方法;(4)掌握水分活度与温度的关系;(5)熟悉食品材料的吸湿等温线;(6)掌握水分活度与食品稳定性的关系。,2.1 概述,2.1.1 水的作用,生命之源 组成机体 调节代谢,战争之源“下一场
2、世界大战将是对水资源的争夺”,2.1 概述,2.1.1 水的作用,水对人体的重要作用,水使人体体温保持稳定(热容量大)能够作为体内营养素运输、吸收和代谢物运转的载体 作为体内化学和生物化学反应的反应物或者反应介质 作为润滑剂,使摩擦面润滑,减少损伤 优良的增塑剂 生物大分子聚合物构象的稳定剂 包括酶催化剂在内的大分子动力学行为的促进剂,2.1 概述,2.1.1 水的作用,水是食品中非常重要的一种成分,也是构成大多数食品的主要组分。水对食品的结构、外观、外表、质地、风味、色泽、流动性、新鲜程度和腐败变质的敏感性都有着很大的影响。各种食品都有显示其品质的特征含水量,如果蔬:75%-95%,肉类:5
3、0%-80%,面:35%-45%,谷物:10%-15%。,食品中的水,表2-1 某些代表性食品中的典型水分含量,续表2-1,2.1 概述,2.1.1 水的作用,水在食品中的重要作用,水在食品贮藏加工过程中作为化学和生物化学反应的介质,又是水解过程的反应物 水是微生物生长繁殖的重要因素,影响食品的货架期 水与蛋白质、多糖和脂类通过物理相互作用而影响食品的质构,如新鲜度、硬度、流动性等 水还能发挥膨润、浸湿的作用,影响食品的加工性,2.1 概述,2.1.2 水和冰的物理性质,水与元素周期表中邻近氧的某些元素的氢化物(CH4、NH3、HF、H2S)相比较,除了粘度以外都有显著差异。熔点、沸点、表面张
4、力、介电常数、热容及相变热(溶解、蒸发、升华)等都明显偏高。水的密度偏低,水结冰时体积异常膨大,水的导热值大于其他液体,冰的导热值略大于非金属固体。,水与冰比较:水的密度高于冰;冰的导热值、热扩散率等明显大于水。,表2-2 水和冰的物理常数,2.2 水和冰的结构与性质,水的异常性质可以推测水分子间存在强烈的吸引力,以及水和冰具有不寻常结构。,2.2 水和冰的结构与性质,2.2.1 水,氧原子和氢原子成键时,氧原子发生sp3杂化,形成4个sp3杂化轨道;单个水分子为四面体结构,氧原子位于中心,4个顶点中有2个被氢原子占据,其余2个被氧原子的孤对电子所占据;,水分子的结构特征,2.2 水和冰的结构
5、与性质,2.2.1 水,由于该两对孤对电子将对成键电子形成挤压作用,所以2个O-H键间夹角为104.5,与典型四面体的夹角10928有所差别;每个O-H键的离解能为4.614102 kJ/mol,O-H核间距离为0.096 nm,氧和氢的范德华半径分别为0.14 nm和0.12 nm。O-H具有极性,即电荷不对称分布,(氢原子几乎成为一个裸露的质子而带正电荷)。,水分子的结构特征,2.2 水和冰的结构与性质,2.2.1 水,水分子的缔合作用,水分子在三维空间形成多重氢键键合每个水分子具有相等数目的氢键给体和受体,能够在三维空间形成氢键网络结构。,水分子的缔合机理,H-O键间电荷的非对称分布使H
6、-O键具有极性,这种极性使分子之间产生引力;由于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,(主要机理)。,水分子三维氢键缔合对水的异常物理性质的解释,大热溶值、高熔点、高沸点、高表面张力和高相变热:这些热力学现象都关系到打破水分子间的氢键,因而所需的能量增大。高介电常数:水的氢键缔合产生了庞大的水分子簇,产生了多分子偶极子,从而使水的介电常数显著增大;,2.2 水和冰的结构与性质,2.2.1 水,水的结构,纯水是具有一定结构的液体,虽然它没有刚性,但它比气态分子的排列有规则得多。在液态水中,水的分子并不是以单个分子形式存在,而是由若干个分子以氢键缔合形成水分子簇(
7、H2O)n。,水的结构模型,混合模型:混合模型强调了分子间氢键的概念,认为分子间氢键短暂地浓集于成簇的水分子之间,成簇的水分子与其它更密集的水分子处于动态平衡。连续模型:分子间氢键均匀地分布于整个水样,水分子的连续网络结构成动态平衡。填隙式模型:水保留在似冰状或笼状结构中,个别的水分子填充在笼状结构的缝隙中。,水的结构特征,水是呈四面体的网状结构。水分子之间的氢键网络是动态的。水分子氢键键合程度取决于温度。,2.2 水和冰的结构与性质,2.2.2 冰,冰是由水分子有序排列形成的结晶,水分子间靠氢键链接在一起,形成非常“疏松”(低密度)的刚性结构;最邻近水分子的O-O核间距为0.276 nm,O
8、-O-O键角约为109十分接近理想四面体的键角;每个水分子都能缔合另外4个水分子,形成四面体结构,所以水分子的配位数为4。,0下冰的晶格单元,2.2 水和冰的结构与性质,2.2.2 冰,当多个晶格结合在一起时,冰结构中存在水分子的两个平面,这两个平面平行而且很紧密的结合在一起;当冰受到压力“滑动”或“流动”时,它们作为一个单元(整体)滑动,像冰河中的冰在压力下所产生的“流动”;这类成对平面构成冰的“基础平面”;几个“基础平面”堆积起来便得到冰的扩展结构。,冰的基础平面和扩展结构,冰的基础平面,(a)沿c轴方向观察到的六方形结构(b)基础平面的立体图,冰的扩展结构,由三个基本平面结合形成的扩展结
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