華中農(nóng)大食品化學(xué)課件

1、1華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品化學(xué)課件華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品化學(xué)課件第二章第二章水本章提要重點(diǎn)：水和冰的結(jié)構(gòu)及其在食品體系中的行為對(duì)食品的質(zhì)地、風(fēng)味和穩(wěn)定性的影響。水分活度與水分吸著等溫線及水分活度對(duì)食品穩(wěn)定性的影響。食品中水分含量和水分活度的測定方法。難點(diǎn)：分子淌度與食品穩(wěn)定性的關(guān)系，籠形水合物。2.12.1概述概述Introduction水..戰(zhàn)爭之源“下一場世界大戰(zhàn)將是對(duì)水資源的爭奪”..生命之源組成機(jī)體，維持生命活動(dòng)、調(diào)節(jié)代謝..水是唯一的以三種

2、物理狀態(tài)廣泛存在的物質(zhì)..水是食品中非常重要的一種成分，也是構(gòu)成大多數(shù)食品的主要組分..水對(duì)食品的結(jié)構(gòu)、外觀、外表、質(zhì)地、風(fēng)味以及對(duì)腐敗的敏感性有著很大的影響..各種食品都有顯示其品質(zhì)的特征含水量如果蔬:75%95%肉類:50%80%面包:35%45谷物:10%15%2.22.2水和冰的結(jié)構(gòu)水和冰的結(jié)構(gòu)Structureofwaterice1.水和冰的物理特性Physicalacterofwaterice..與元素周期表中鄰近氧的某些元

3、素的氫化物比較（CH4、NH3、HF、H2S）－表面張力、介電常數(shù)、熱容及相變熱等..與冰比較（密度、熱擴(kuò)散率等）..Viscositydecreaseswithpressure(attemperaturesbelow33C)..HotwatermayfreezefasterthancoldwatertheMpembaeffect2.水和冰的結(jié)構(gòu)Structureofwaterice水的異常性質(zhì)可以推測水分子間存在強(qiáng)烈的吸引力以及水和冰

4、具有不尋常結(jié)構(gòu)(2)分子的締合[Hydratedhydroxideion(H7O4)with3watermoleculesdonatinghydrogenbondstothehydroxideion](3)水分子締合的原因:①HO鍵間電荷的非對(duì)稱分布使HO鍵具有極性這種極性使分子之間產(chǎn)生引力.②由于每個(gè)水分子具有數(shù)目相等的氫鍵供體和受體因此可以在三維空間形成多重氫鍵.③靜電效應(yīng).(4)冰的結(jié)構(gòu)六方型冰晶Ice1①六方冰晶形成的條件：..

5、在最適度的低溫冷卻劑中緩慢冷凍..溶質(zhì)的性質(zhì)及濃度均不嚴(yán)重干擾水分子的遷移。②按冷凍速度和對(duì)稱要素分，冰可分為四大類..六方型冰晶..不規(guī)則樹枝狀結(jié)晶..粗糙的球狀結(jié)晶..易消失的球狀結(jié)晶及各種中間體(5)冰形成分子動(dòng)力學(xué)過程研究了過冷水（230K）體系中冰的形成（MasakazuMatsumotoNATUREVOL4163..與純水比較分子平均運(yùn)動(dòng)大大降低..不能被微生物利用Bulkphasewater:waterthatoccupi

6、espositionsfurthestremovedfromnonaqueousconstituentswaterwaterhydrogenbondspredominate...能結(jié)冰，但冰點(diǎn)有所下降..溶解溶質(zhì)的能力強(qiáng)，干燥時(shí)易被除去..與純水分子平均運(yùn)動(dòng)接近很適于微生物生長和大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，易引起Food的腐敗變質(zhì)，但與食品的風(fēng)味及功能性緊密相關(guān)。2.42.4水與溶質(zhì)的相互作用水與溶質(zhì)的相互作用Water–soluteinterac

7、tions1.水與溶質(zhì)相互作用的分類種類實(shí)例相互作用強(qiáng)弱（與H2OH2O氫鍵比較）偶極離子H2O游離離子較強(qiáng)H2O有機(jī)分子帶電基團(tuán)偶極偶極H2OPRNH，H2OPRCO近乎相等H2O側(cè)鏈OH疏水水合H2OR→R（水合）△G＞0疏水相互作用R（水合）＋R（水合）→R2（水合）H2O△G＜02.水與離子基團(tuán)的相互作用InteractionofwaterwithIonicgroups在稀水溶液中一些離子具有凈結(jié)構(gòu)破壞效應(yīng)（structureb

8、reakingeffect)這些離子大多為負(fù)離子和大的正離子，如：KRbCsNH4ClBr，INO3BrO3IO3，ClO4等。另外一些離子具有凈結(jié)構(gòu)形成效應(yīng)（structurefmingeffect)這些離子大多是電場強(qiáng)度大，離子半徑小的離子。如：LiNaCa2Ba2Mg2Al3，F(xiàn)OH等。3.水與有氫鍵鍵合能力中性基團(tuán)的相互作用..水與溶質(zhì)之間的氫鍵鍵合比水與離子之間的相互作用弱。氫鍵作用的強(qiáng)度與水分子之間氫鍵相近..水能與某些基團(tuán)

9、，例如羥基、氨基、羰基、酰氨基和亞氨基等極性基團(tuán)，發(fā)生氫鍵鍵合。..結(jié)晶大分子的親水基團(tuán)間的距離是與純水中最鄰近兩個(gè)氧原子間的距離相等。如果在水合大分子中這種間隔占優(yōu)勢，這將會(huì)促進(jìn)第一層水和第二層水之間相互形成氫鍵..在生物大分子的兩個(gè)部位或兩個(gè)大分子之間可形成由幾個(gè)水分子所構(gòu)成的“水橋”。木瓜蛋白酶中的三分子水橋十個(gè)水分子鏈將一個(gè)αhelix（helix9，211227）的一端與另一個(gè)αhelix（helix11，272285）的中段

10、連接起來。水分子與蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)合，不僅決定蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，而且還決定特定的分子振動(dòng)。4.水與疏水基團(tuán)的相互作用Interactionofwaterwithnonpolarsubstances疏水水合(Hyhobichydration)：向水中添加疏水物質(zhì)時(shí)，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基團(tuán)附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強(qiáng)，使得熵減小，此過程成為疏水水合。疏水相互作用(Hyhobicinteraction)：當(dāng)水與非

11、極性基團(tuán)接觸時(shí)，為減少水與非極性實(shí)體的界面面積，疏水基團(tuán)之間進(jìn)行締合，這種作用成為疏水相互作用。籠形水合物(Clathratehydrates)是象冰一樣的包含化合物，水為“宿主”，它們靠氫鍵鍵合形成想籠一樣的結(jié)構(gòu)，通過物理方式將非極性物質(zhì)截留在籠內(nèi)，被截留的物質(zhì)稱為“客體”。一般“宿主”由2074個(gè)水分子組成，較典型的客體有低分子量烴，稀有氣體，鹵代烴等。球狀蛋白質(zhì)的疏水相互作用疏水基團(tuán)締合或發(fā)生“疏水相互作用”，引起了蛋白質(zhì)的折疊。