冰并不完全是由精确排列的水分子组成的静态体系,每个氢原子也不一定恰 好位于一对氧原子之间的连接线上。这是因为:1)纯冰不仅含有普通水分子, 而且还有H(HQO)和OH离子以及HOH的同位素变体(同位素变体的数量非常少 在大多数情况下可忽略),因此冰不是一个均匀体系:2)冰的结晶并不是完整的 晶体,通常是有方向性或离子型缺陷的。从图2-9可以看出,当一个水分子与另 外4个水分子缔合并旋转时,即伴随着中性取向使质子发生位错( dislocation),或 者由于质子在两邻近水分子的连线上跳动,形成H3O和OH而引起质子位错。前 者属于方向型缺陷,后者是离子型缺陷。冰结晶体中由于水分子的转动和氢原子 的平动所产生的这些缺陷,可以为解释质子在冰中的淌度比在水中大得多,以及 当水结冰时其直流电导略微降低等现象提供理论上的依据 分子1的特:了 质子从1跳到2 图2-9冰中质子缺陷示意图(A)定向作用形成的方向性缺陷(B)离子型缺陷 除晶体产生缺陷而引起原子的迁移外,冰还有其他“活动”形式。在温度 -10℃时,冰中的每个HOH分子以大约04A均方根的振幅振动,以及冰的某些 孔隙中的HOH分子缓慢地扩散通过晶格。这说明冰并不是一种静态或均匀的体 系。冰的HOH分子在温度接近-180℃或更低时,不会发生氢键断裂,全部氢键 保持原来完整的状态。随着温度上升,由于热运动体系混乱程度増大,原来的氢 键平均数将会逐渐减少。食品和生物材料在低温下贮藏时的变质速度与冰的“活 动”程度有关。 溶质对冰晶结构的影响 溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向。下面我 们仅讨论溶质对冰晶结构的影响。uyet等人研究了各种溶质,例如蔗糖、甘油、 明胶、清蛋白、肌球蛋白和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在时生成的冰结晶体的性质。 他还根据形态、对称要素( elements of symmetry)和形成各种冰结构所需的冷却速 率,对冰的结构进行分类,并观察到如下四种主要类型:六方型;不规则树枝状; 粗糙球状;易消失的球晶。此外,还存在各种各样中间形式的结晶。 六方型是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式,它是一种高度有序的普通结- 8 - 冰并不完全是由精确排列的水分子组成的静态体系，每个氢原子也不一定恰 好位于一对氧原子之间的连接线上。这是因为：1) 纯冰不仅含有普通水分子， 而且还有H+ (H3O+ )和OH- 离子以及HOH的同位素变体(同位素变体的数量非常少， 在大多数情况下可忽略)，因此冰不是一个均匀体系；2) 冰的结晶并不是完整的 晶体，通常是有方向性或离子型缺陷的。从图 2-9 可以看出，当一个水分子与另 外 4 个水分子缔合并旋转时，即伴随着中性取向使质子发生位错(dislocation)，或 者由于质子在两邻近水分子的连线上跳动，形成H3O+ 和OH- 而引起质子位错。前 者属于方向型缺陷，后者是离子型缺陷。冰结晶体中由于水分子的转动和氢原子 的平动所产生的这些缺陷，可以为解释质子在冰中的淌度比在水中大得多，以及 当水结冰时其直流电导略微降低等现象提供理论上的依据。 图 2-9 冰中质子缺陷示意图 (A) 定向作用形成的方向性缺陷 (B) 离子型缺陷 除晶体产生缺陷而引起原子的迁移外，冰还有其他“活动”形式。在温度 -10℃时，冰中的每个 HOH 分子以大约 0.4Å 均方根的振幅振动，以及冰的某些 孔隙中的 HOH 分子缓慢地扩散通过晶格。这说明冰并不是一种静态或均匀的体 系。冰的 HOH 分子在温度接近-180℃或更低时，不会发生氢键断裂，全部氢键 保持原来完整的状态。随着温度上升，由于热运动体系混乱程度增大，原来的氢 键平均数将会逐渐减少。食品和生物材料在低温下贮藏时的变质速度与冰的“活 动”程度有关。 2. 溶质对冰晶结构的影响 溶质的种类和数量可以影响冰晶的数量、大小、结构、位置和取向。下面我 们仅讨论溶质对冰晶结构的影响。Luyet 等人研究了各种溶质，例如蔗糖、甘油、 明胶、清蛋白、肌球蛋白和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在时生成的冰结晶体的性质。 他还根据形态、对称要素(elements of symmetry)和形成各种冰结构所需的冷却速 率，对冰的结构进行分类，并观察到如下四种主要类型：六方型；不规则树枝状； 粗糙球状；易消失的球晶。此外，还存在各种各样中间形式的结晶。 六方型是大多数冷冻食品中重要的冰结晶形式，它是一种高度有序的普通结