第二章 水分和冰 ● 本章主要内容 -食品中的水分含量及其在生物体中的作用 八 水和冰的物理性质 -水与冰的结构 -食品中水的类型 - 水分活度与食品腐烂 -食品的吸湿等温线 -食品的冻结保藏
第二章 水分和冰 ⚫ 本章主要内容 – 食品中的水分含量及其在生物体中的作用 – 水和冰的物理性质 – 水与冰的结构 – 食品中水的类型 – 水分活度与食品腐烂 – 食品的吸湿等温线 – 食品的冻结保藏
第二章 水分和冰 2.1食品中水分含量及水在生物体中的作用 2.1.1食品中水分含量 生物体中水分含量随生物生存环境、种类、器官及发育时期而异， 一般为50~80%。食品原料中的含水量与产品的要求密切相关，常见食品 含水量如P8表1-1所示。 2.1.2水在生物体中的作用 1)稳定生物大分子的构象，使之表现出特异的生物活性。 2)作为体内各种生化反应介质或反应产物。 3)作为营养物质或废物的运输载体。 4)调节体温。 5)作为机体各种运动的润滑剂。 2.1.2人体的日需水量 随性别、年龄、运动强度、生理状态等而变化，在正常情况下，成人 每日需水量为2~2.7L,摄入的水量有一部分参与体内的各种代谢，有一部 分水则以汗、尿等形式排出。具体情况见P表1-2
第二章 水分和冰 2.1 食品中水分含量及水在生物体中的作用 2.1.1 食品中水分含量 生物体中水分含量随生物生存环境、种类、器官及发育时期而异， 一般为50~80%。食品原料中的含水量与产品的要求密切相关，常见食品 含水量如P8表1-1所示。 2.1.2 水在生物体中的作用 1) 稳定生物大分子的构象，使之表现出特异的生物活性。 2）作为体内各种生化反应介质或反应产物。 3） 作为营养物质或废物的运输载体。 4） 调节体温。 5） 作为机体各种运动的润滑剂。 2.1.2 人体的日需水量 随性别、年龄、运动强度、生理状态等而变化，在正常情况下，成人 每日需水量为2~2.7 L, 摄入的水量有一部分参与体内的各种代谢，有一部 分水则以汗、尿等形式排出。具体情况见P9表1-2
第二章 水分和冰 2.2水和冰的物理性质 2.2.1水的三态 1013 F ● 611 水汽 a 0.070.01 100 200 温度（℃） 注：1)水的三相图由三线(TB、TF、TS)、三面和一点构成。 2)以P1点为例说明水的三态变化规律及冰冻干燥的原理。 3)潜热：用于物质相变的热量称之为潜热 显热：用于物质体系温度升高的热量称之为显热
第二章 水分和冰 2.2 水和冰的物理性质 2.2.1 水的三态 注：1）水的三相图由三线(TB、TF、TS)、三面和一点构成。 2）以P1点为例说明水的三态变化规律及冰冻干燥的原理。 3）潜热：用于物质相变的热量称之为潜热。 显热：用于物质体系温度升高的热量称之为显热
第二章 水分与冰 2.2.2水的物理性质 Physical Properties of Water and Ice Properties value Molecular weight 180.0153 Phase transition properties Melting point at 101.3kPa (I atm) 0.000@ Boiling point at 101.3kPa(1 atm) 100.000℃ Critical temperature 373.99℃ Critical pressure 22.0764MPa(218.6atm) Triple point 0.01℃and611.73Pa(4.589mmHg) Enthalpy of fusion at 0 C 6.012 kJ (1.436 kcal)/mol Enthalpy of vaporization at 100 C 40.657 kJ (9.711 kcal)/mol Enthalpy of sublimination at 0 C 50.91 kJ (12.16kcal)/mol Temperature othelr propertles 20℃ 0℃ 0℃(ice) -20℃ (ice) Density (g/m L) 0.99821 0.99984 0.9168 0.9193 Viscosity (Pa.Sec) 1.002×103 1.793×103 Surface tension against air (N/m) 72.75×103 75.64×103 Vapor pressure (kPa) 2.3388 0.6113 0.6113 0.103 Heat capacity (J/g.K) 4.1818 4.2176 2.1009 1.9544 Thermal conductivity (liquid) 5.893×102 5.644×102 22.4×102 24.33×102 (J/m.s.C) Thermal diffusitity(m/s) 1.4×107 1.3×107 11.7×10-7 11.8×107 Permittivity (dielectric constant) (stl米 80.36 80.00 91*来 98** 3×109z 76.7(25℃) 80.5(1.5℃) 3.2(-12℃)
第二章 水分与冰 2.2.2 水的物理性质 Physical Properties of Water and Ice Properties value Molecular weight 180.0153 Phase transition properties Melting point at 101.3kPa (1 atm) 0.000 ℃ Boiling point at 101.3kPa (1 atm) 100.000 ℃ Critical temperature 373.99 ℃ Critical pressure 22.0764 MPa (218.6 atm) Triple point 0.01 ℃ and 611.73 Pa (4.589mmHg) Enthalpy of fusion at 0 ℃ 6.012 kJ (1.436 kcal) /mol Enthalpy of vaporization at 100 ℃ 40.657 kJ (9.711 kc al)/mol Enthalpy of sublimination at 0 ℃ 50.91 kJ (12.16kcal)/mol Temperature Otheir proper ties 20 ℃ 0 ℃ 0 ℃ (ice) -20 ℃ (ice) Density (g/m L) 0.99821 0.99984 0.9168 0.9193 Viscosity (Pa.Sec) 1.002×10-3 1.793×10-3 — — Surface tension against air (N/m) 72.75×10-3 75.64×10-3 — — Vapor pressure (kPa) 2.3388 0.6113 0.6113 0.103 Heat capacity (J/g.K) 4.1818 4.2176 2.1009 1.9544 Thermal conductivity (liquid) (J/m.s.℃) 5.893×102 5.644×102 22.4×102 24.33×102 Thermal diffusitity ( m2 /s) 1.4×10-7 1.3×10-7 11.7×10-7 11.8×10-7 Permittivity (dielectric constant) (still)* 80.36 80.00 91** 98** 3×109 Hz 76.7(25℃) 80.5(1.5℃) — 3.2 (-12℃)
第二章 水分与冰 从表中归纳的几条规律： 1。冰的导热系数与热扩散系数均比水大几倍。所以，在相同温 度差的条件下，（但升降的方向相反），组织材料的冻结速度 要比解冻速度快得多。 2.水的密度较冰大，所以，水冻结为冰时体积膨胀。水在4℃时 密度最大，为1,0℃时冰的密度为0.917。 3.水的沸点和熔点相当高。在一大气压下，100℃时沸腾汽化，但 在减压下，沸点则降低应用：①在浓缩牛奶、肉汤、果汁等 食品时，加高温容易变质，故必须采用减压低温方法进行浓缩， 因为水的沸点是随着压力增大而升高的②在100℃下不易煮熟 的食品，如动物的筋和骨、豆类等，可以使用压力锅，便能迅 速煮熟。如果再增加一个大气压，水的沸点就可升到121~123©
第二章 水分与冰 从表中归纳的几条规律： 1. 冰的导热系数与热扩散系数均比水大几倍。所以，在相同温 度差的条件下， （但升降的方向相反），组织材料的冻结速度 要比解冻速度快得多。 2. 水的密度较冰大，所以，水冻结为冰时体积膨胀。水在4℃时 密度最大， 为1，0℃时冰的密度为0.917。 3. 水的沸点和熔点相当高。在一大气压下，100℃时沸腾汽化，但 在减压下， 沸点则降低.应 用：①在浓缩牛奶、肉汤、果汁等 食品时，加高温容易变质， 故必须采用减压低温方法进行浓 缩， 因为水的沸点是随着压力增大而升高 的 .②在100℃下不易煮熟 的食品，如动物的筋和骨、 豆类等，可以使用压力锅，便能迅 速煮熟。如果再增加一个大气压，水的沸点就可升到121~123℃
第二章 水分与冰 4.水的比热较大。所以，水温不易随气温而变化。 5.水的介电常数高。20℃时水的介电常数是80.36。而大多数生 物体的干物质的介电常数为2.2~4.0。在理论上，任何物质， 其水分含量增加1%，介电常数将增加近0.8。由于水的介电常 数大，故能促进电解质的电离。 6.水的溶解能力强。a.溶解离子型化合物的能力较强；b.非离 子极性化合物如糖类、醇类、醛类、酮类等有机物质亦均可 与水形成氢键而溶于水中；c即使不溶于水的物质，如脂肪 和某些蛋白质，也能在适当的条件下分散在水中，形成乳浊 液或胶体溶液
第二章 水分与冰 4. 水的比热较大。所以，水温不易随气温而变化。 5. 水的介电常数高。20℃时水的介电常数是80.36。而大多数生 物体的干物质的 介电常数为 2.2~4.0。在理论上，任何物质， 其水分含量增加1%，介电常数将增加近0.8。由于水的介电常 数大，故能促进电解质的电离。 6. 水的溶解能力强。a.溶解离子型化合物的能力较强；b.非离 子极性化合物如糖类、醇类、醛类、酮类等有机物质亦均可 与水形成氢键而溶于水中；c.即使不溶于水的物质，如脂肪 和某些蛋白质，也能在适当的条件下分散在水中，形成乳浊 液或胶体溶液
第二章 水分与冰 为什么水的熔点、沸点、比热容和介电常数均比一般物质大呢？ 2.3水与冰的结构 2.3.1水的结构与水分子间的缔合 +His' ⊙ 水分子间的氢健缔合 解释：1.形成水分子时，氧原子采用的是SP3杂化，为什么水分子中的两个0H 键之间的夹角不是109°，而是104.50 2.为什么水的熔点、沸点、比热容和介电常数比HF与NH大？
第二章 水分与冰 为什么水的熔点、沸点、比热容和介电常数均比一般物质大呢？ 2.3 水与冰的结构 2.3.1 水的结构与水分子间的缔合 解释：1. 形成水分子时，氧原子采用的是SP3杂化，为什么水分子中的两个O-H 键之间的夹角不是109o ,而是104.50 2. 为什么水的熔点、沸点、比热容和介电常数比HF与NH3大？
第二章 水分与冰 为什么水的比重较低冰大？（固态冰与液态水结构的差异决定的，其比重取决于水分子之 间的距离和中心水分子周围水分子的配位数) 2.3,2固态冰与液态水结构的差异 固态冰：0℃时，水分子之间的距离为0.276nm,中心水分子的配位数为4。 液态水：0℃时，结构类似于冰，但有些氢键已经断裂或弯曲。 1.5℃时，中心水分子的配位数为4.4，水分子之间的距离为0.29 水的比重在0~3.98℃，配位数的增加占优势，大于3.98℃后，水分子距 离的增加占优势。 452m 冰的品胞 普通冰的结构
第二章 水分与冰 为什么水的比重较低冰大？（固态冰与液态水结构的差异决定的，其比重取决于水分子之 间的距离和中心水分子周围水分子的配位数） 2.3.2 固态冰与液态水结构的差异 固态冰：0℃时，水分子之间的距离为0.276nm, 中心水分子的配位数为4。 液态水：0 ℃时，结构类似于冰，但有些氢键已经断裂或弯曲。 1.5 ℃时，中心水分子的配位数为4.4, 水分子之间的距离为0.29. 水的比重在0~3.98 ℃, 配位数的增加占优势，大于3.98 ℃后，水分子距 离的增加占优势
第二章 水分与冰 2.4食品中水的类型 自由水：存在于食品中但不被食品成分束缚的水称之为自由水。 结合水：存在于食品中，通过氢键与极性组分结合在一起的水 称之为结合水。水与非水组分之间的作用有三种方式： H N-H…O-H…O=C<
第二章 水分与冰 2.4 食品中水的类型 自由水：存在于食品中但不被食品成分束缚的水称之为自由水。 结合水：存在于食品中，通过氢键与极性组分结合在一起的水 称之为结合水。 水与非水组分之间的作用有三种方式：
第二章 水分与冰 2.4食品中水的类型 1、结合水的量与食品中有机大分子极性基团的数量有较为固定 的比例关系。 据测定100g蛋白质可结合水平均为50g,在动物组织器官中蛋白园 约为20%，即与蛋白质结合的水平达10%；对于植物组织来说，100g访 粉的平均持水能力为30~40。 子额食水蒸汽压比自由冰低得多，而沸点高于一极水，冰点积 因而，100℃以下时结合水不会从食品中散失，一20℃时还不会结) 这一点可以解释为什么植物的种子和微生物的孢子（几乎没有自由水泄不通右 很低的温度下还能保持生命力，而多汁的组织（如水果、蔬菜、肉等级在冰涛 时其组织结构很容易被破坏。 3、自由水可被微生物利用，结合水则不能被微生物利用。 4、结合水对食品的风味有很大影响，尤其是单分子层结合水， 采用强制手段去掉结合水时，食品的风味和质量会发生很大的变 化
第二章 水分与冰 2.4 食品中水的类型 １、结合水的量与食品中有机大分子极性基团的数量有较为固定 的比例关系。 据测定１００g蛋白质可结合水平均为５０g，在动物组织器官中蛋白质 约为２０％，即与蛋白质结合的水平达１０％；对于植物组织来说，１００g淀 粉的平均持水能力为３０~４０。 ２、结合水蒸汽压比自由水低得多，而沸点高于一般水，冰点低 于一般水。 因而，１００℃以下时结合水不会从食品中散失，－２０℃时还不会结冰， 这一点可以解释为什么植物的种子和微生物的孢子（几乎没有自由水泄不通在 很低的温度下还能保持生命力，而多汁的组织（如水果、蔬菜、肉等级在冰冻 时其组织结构很容易被破坏。 ３、自由水可被微生物利用，结合水则不能被微生物利用。 ４、结合水对食品的风味有很大影响，尤其是单分子层结合水， 采用强制手段去掉结合水时，食品的风味和质量会发生很大的变 化