水 分

生物体内的水分含量 通常占生物体重量的50～90％ 成年人体内水分含量：58～67％； 人体中水分含量随年龄增大而减少；在体内分布亦不均衡。 植物体内水分含量与分布也因植物种类、部位、发育状况而异，变化很大

人体内水的分布 含水量：随年龄、性别不同而有差异 新生儿：75～80％ ；成年男子：60％； 成年女子：50～55％；老年人：40～50％ 各组织器官的含水量（％） 组织器官 含水量 血液 91～92 脑 70～85 肌肉 72～80 脂肪组织 10.0

饮料中所含成分（100g可食部计） 饮料名称 水分 能量（kcal） 蛋白质 脂肪 碳水化合物 可口可乐 89.1 43 0.1 10.8 10.8 苹果汁饮料 86.7 54 0.3 12.8 苹果果肉饮料 87.3 44 0.4 12.1 橙汁饮料 88.2 46 0.5 11.0 牛奶 86.9 69 3.4 3.9 5.1 牛奶（巧克力） 84.4 74 2.3 2.8 9.9 酸乳饮料 87.8 1.1 1.3 9.4 杏仁露 90.3 49 0.7 2.1 6.8

蔬菜、水果中的含水量（100g可食部计） 食物名称 含水量 白萝卜 94.8 冬瓜 96.9 芹菜 95.4 胡萝卜 90.0 黄瓜 96.0 生菜 96.7 黄豆芽 89.8 南瓜 88.8 草莓 91.3 绿豆芽 95.3 丝瓜 94.1 鸭梨 88.3 茄子（紫、长） 93.4 辣椒（青、尖） 苹果 85.9 番茄 95.2 甜椒 94.6 葡萄 88.7 樱桃番茄 92.5 娃娃菜 95.0 香蕉 75.8 西兰花 91.6 油菜 95.6 冬枣 69.5 花菜 93.2 大白菜 西瓜 92.1

本章主要内容 水和冰的物理特性及其在食品中的应用 水和冰的结构 水与溶质的相互作用及水分的存在状态 水分活度与水分的吸着等温线 水分活度与食品稳定性 冰在食品稳定中的作用

水与冰的物理特性 水的熔点、沸点较高 介电常数、表面张力、热容和相变热高 黏度低、密度与温度密切相关：水结冰时体积增加，表现出异常的膨胀特性 导热性：通常用导热率和热扩散系数表示；冰的导热性优于水

水的物理性质在食品加工中的作用 水分子极性大，分子小，能使许多食品成分分子表面带有水膜 水是食品加工中优良的热介质 水的沸点高，且沸点随压力而变 水的热容大，载热能力强（尤其水蒸气） 水的溶解能力强

水分子的结构

水分子的缔合

水分子的缔合

水分子的缔合 水缔合体的氢键结合程度受多重因素影响： 其中重要的是温度和其它溶质的影响。 温度决定： 分子间距离 配位数

水和冰的结构

冰的结构

水和冰的结构 液态水的结构和冰的结构的区别 在于它们的配位数和两个水分子间的距离。 水与冰结构中水分子之间的配位数和距离 0℃（冰） 1.5℃ 83℃ 配位数 4 4.4 4.9 H—O…H距离 0.276nm 0.29nm 0.305nm

水与溶质的相互作用 水与溶质的相互作用 *水与离子和离子基团的相互作用 *水与具有氢键键合能力的中性基团的相互作用 *水与非极性物质的相互作用 食品中水分的存在状态

水与离子和离子基团的相互作用 离子或离子基团通过自身的电荷与水分子偶极产生相互作用，称为离子的水合作用。 水合使离子转变为水合离子，离子的性质就发生了一定变化。

水与离子和离子基团的相互作用 水分子同Na+的水和作用能约83.68kJ.mol-1，是水分子之间氢键结合能的4倍。

水与离子和离子基团的相互作用 离子结构： 水分子结构： 半径大、电场强度弱的离子→与水作用力较弱→水化膜较薄 半径小、电场强度强的离子→与水作用力较强→水化膜较厚 水分子结构： 半径大、电场强度弱的离子→与水作用力较弱→破坏水的网状结构 半径小、电场强度强的离子→与水作用力较强→使水的网状结构更趋紧密

水与具有氢键键合能力的基团的相互作用 水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱，与水分子间的氢键相近。 当体系中添加具有氢键键合能力的溶质时，每摩尔溶液中的氢键总数不会明显的改变。 如果与溶质形成的氢键部位的分布和定向在几何上与正常水的氢键部位是不相容的，具有结构破坏效应。

水与具有氢键键合能力的基团的相互作用 生物大分子中有许多可与水分子形成氢键的基团，水分子介入形成的氢键对生物大分子的结构与功能及食品功能性都有重要的影响。 在生物大分子的两个部位或两个大分子之间可形成有几个水分子所构成的“水桥” 。

大分子中存在的“水桥”

水与非极性基团的相互作用 非极性基团的物质——疏水物质 疏水基团与邻近的水分子仅产生微弱的相互作用——相互排斥，邻近疏水基团的水比纯水的结构更为有序——疏水水合作用。 疏水水合产生两个结果： 笼形水合物 蛋白质中的疏水相互作用

水与非极性物质的相互作用 非极性物质能和水形成笼形水合物：水是这类化合物的“宿主”，它们靠氢键键合形成象笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼中，被截留的物质称为“客体”。 为使疏水水合这种作用的热力学不利变化降到最小，疏水基团尽可能相互聚集，使其同水分子接触的机会降至最低限度——疏水相互作用。

疏水相互作用示意图 疏水水合作用的结果是促进了非极性物质之间的缔合，从而减少水与非极物质的界面面积，这是一个热力学上有利的过程（△G<0），此过程称为疏水相互作用 疏水水合 （A） A （B） B 疏水相互作用

疏水相互作用是蛋白质折叠的主要驱动力

水与溶质的相互作用 水—溶质的相互作用分类 种类 实例 相互作用的强度（与H2O—H2O氢键比较） 偶极—离子 H2O—游离离子 较强 偶极—偶极/氢键 H2O—蛋白质NH 接近或相等 H2O—蛋白质CO 蛋白质侧链OH 疏水水合 H2O＋R→R（水合） 远小于（ΔG＞0） 疏水相互作用 R(水合)＋R（水合）→R2（水合）＋ H2O 不可比较（ΔG＜0）

食品中水分的存在状态 食品中不同状态水的性质比较 结 合 水 游离水（体相水） 一般描述 结 合 水 游离水（体相水） 一般描述 存在于溶质或其他非水成分附近的那部分水，它包括化合水、邻近水及几乎全部的多层水。 距离非水成分位置最远，主要以水-水氢键存在。 冰点（与纯水比较） 冰点下降至-40℃都不结冰 能结冰，冰点略有下降 溶解溶质的能力 无 有 平动运动（分子水平）与纯水比较 大大降低，甚至无 变化较小 蒸发焓（与纯水比较） 增大 基本无变化 在高水分食品（90%H2O或9gH2O /g干物质）中占总水分含量的% ＜0.03~3 约96

食品中水分的存在状态

食品中水的存在形式 结合水：一般包括化合水、邻近水及几乎全部多层水。 化合水（组成水、构成水）：与非水物质结合最强的，并作为非水组份整体部分的水。 邻近水：与非水组分的特异亲水位置通过水－离子和水－偶极间的缔合产生强烈的相互作用的水。 多层水：在邻近水外层通过水－水和水－溶质间的氢键与非水组份紧密结合的水。

食品中水的存在形式 游离水（体相水）：占据着与非水组份相距很远位置的水；它们具有与稀溶液中的水相似的性质。 持水力（持水容量）： 通常用来描述分子（一般是指低浓度存在的大分子化合物）构成的基体通过物理方式截留大量水，阻止水渗出的能力。 持水力的变化对食品品质影响极大

食品中水的存在形式 分 类 特 征 典型食品中比例 结合水 化合水 食品非水成分的组成部分 ＜0.03% 单层水 分 类 特 征 典型食品中比例 结合水 化合水 食品非水成分的组成部分 ＜0.03% 单层水 与非水成分的亲水基团强烈作用形成单分子层；水-离子以及水-偶极结合 0.1~0.9% 多层水 在亲水基团外形成另外的分子层；水-水及水-溶质结合 1~5% 游离水 自由流动水 自由流动，性质同稀的盐溶液；水-水结合为主 5~96% 滞化水、毛细管水 容纳于凝胶或基质中，水不能流动，性质同自由流动水

水分活度 水分活度的定义： aw ＝ f／f o ≈ p / po ≈ERH/100 水分活度与产品的种类（食品中的组分）有关。

水分活度与食品水分含量的关系 食品中水分活度与食品水分含量是两个不同的概念。 aw=0.7时若干食品中的含水量（g水/g干物质） 食品 菠萝 0.28 干淀粉 0.13 鱼肉 0.21 苹果 0.34 干马铃薯 0.15 鸡肉 0.18 香蕉 0.25 大豆 0.10  

水分活度 高于和低于冻结温度的水活性的三个重要区别： 冻结温度以上， aw 是样品组分和温度的函数，前者是主要的因素；但在冻结温度以下时， aw 与样品中的组分无关，只取决于温度。 冻结温度以上和冻结温度以下水分活度对食品稳定性的影响是不同的。 低于冻结温度时的aw不能用来预测冻结温度以上的同一食品的aw 。

水分活度 水分活度的测定方法： 水分活度仪测定 恒定相对湿度平衡室法 化学法 相对湿度传感器测定法 冰点测定法

水分吸着等温线 水分吸着等温线： 又称水分吸附等温线，指在恒定温度下，食品水分含量（用每单位干物质质量中水的质量表示）与水分活度的关系曲线图，简称MSI。

水分吸着等温线

吸附等温线的分区 等温线区Ⅰ中的水： 食品中吸附最牢固和最不容易移动的水，靠水－离子或水－偶极相互作用吸附在极性部位。 在区间Ⅰ的高水分末端位置的水相当于食品的“BET单分子层”水含量，它相当于与干物质牢固结合的最大数量的水。

吸附等温线的分区 等温线区Ⅱ中的水： 多分子层水，主要靠水－水和水－溶质的氢键键合作用与邻近的分子缔合。 向含有相当于区间Ⅰ和区间Ⅱ边界位置水含量的食品中增加水，所增加的水将会使溶解过程开始，并且具有增塑剂和促进基质溶胀的作用。由于溶解作用的开始，引起体系中反应物移动，使大多数反应的速率加快。

吸附等温线的分区 等温线区Ⅲ中的水： 是食品中结合最不牢固和最容易流动的水，即游离水。 在凝胶和细胞体系中，因为体相水以物理方式被截留，所以宏观流动性受到阻碍，但它与稀盐溶液中水的性质相似；这部分水既可以结冰也可以作为溶剂，并且还有利于化学反应的进行和微生物的生长。

水分吸着等温线与温度的关系： 一定的水分含量时，水活性随温度的上升而增大。

滞后现象： 采用向干燥样品中添加水（回吸作用）的方法绘制水分吸着等温线和按除去水（解吸）过程绘制的等温线并不重叠，这种不重叠性称为滞后现象。

滞后作用的大小、曲线的形状和滞后回线的起始点和终止点都不相同，它们取决于食品的性质和食品除去或添加水份时所发生的物理变化，以及温度、解吸速率和解吸时的脱水程度等多种因素。

水分活度与食品的稳定性

低于结冰温度时冰对食品稳定性的影响 冷冻对食品稳定性的有利方面： 食品中的水结冰时出现的两个不利后果： 低温下微生物的繁殖被抑制 温度降低，大部分化学反应的反应速率降低 食品中的水结冰时出现的两个不利后果： 水结冰后，食品中非水组份的浓度将比冷冻前变大——冷冻浓缩效应 水结冰后，体积比结冰前增加9％

冰的冻结规律 蔗糖溶液的冻结曲线 纯水的冻结曲线 不同冻结速率的食品物料的冻结曲线

冰的冻结规律 过冷状态、晶核 食品中含有一定水溶性成分，使食品的结冰温度（冻结点）降低；随着冻结量的增加，冻结点持续下降到更低，直到食品内溶液浓度增加到一定浓度后不再改变。 低共熔点：水和其溶解物开始共同向固体转化的温度。约：－55℃～－65℃ －18 ℃：食品中绝大部分水已冻结 －1 ℃ ～－4 ℃：完成大部分冰的形成过程

冰的冻结规律 冰有11种结构，在常压和0℃时，只有普通正六方晶系是稳定的；冷冻食品中存在六方型、不规则树枝状、粗糙的球形和易消失的球晶四种主要冰晶体结构。 水冻结时，冰晶体的大小和结晶速度受溶质、温度、温度降低速度等因素的影响： 冰晶的大小与晶核数目有关，形成的晶核越多则晶体越小。 结晶温度和结晶热传递速度直接 影响晶核数目的多少。 溶质的种类和数量也会影响冰晶体的 数量、大小、结构、位置和取向。

冷冻过程中温度降低和溶质浓缩对化学反应速度的最终影响 序号 化学反应速率变化 两种作用的相对影响程度 冻结对反应速度的最终影响 温度降低（T） 溶质浓缩的影响（S） 1 降低 协同 2 略有增加 T＞S 略有降低 3 中等程度增加 T＝S 无影响 4 极大增加 T＜S 增加

快速冷冻马铃薯与慢速冷冻豌豆中的过氧化物酶 冷冻过程中酶促反应被加速的例子 反应类型 食品样品 反应加速的温度/℃ 糖原损失和乳酸蓄积 动物肌肉组织 －2.5～－3 磷脂的水解 鳕鱼 －4 过氧化物的分解 快速冷冻马铃薯与慢速冷冻豌豆中的过氧化物酶 －0.8～－5 维生素C的氧化 草莓 －6

讨论题（速冻食品） 提出 速冻加工过程中： 做法 冻结前需进行的处理 冻结条件的要求及控制 阐明 速冻食品的贮藏、运输及保存 原理、 依据 速冻加工过程中： 冻结前需进行的处理 冻结条件的要求及控制 速冻食品的贮藏、运输及保存 对贮藏、运输的要求（冷链的温度控制） 家庭中选择和保存速冻食品的注意事项 冻干食品——工艺原理及食品特点