食品化学笔记1.doc
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第 1 页 共 32 页第二章 水分第一节 水和冰的结构和性质一、食品中的水分含量及功能 1、水分含量 食品水分含量 ( % )白菜，菠菜 猪肉 新鲜蛋 奶 冰淇淋 大米 面包 饼干 奶油 90--9553--6074886512353--815--202、水的功能 （1） 水在生物体内的功能 稳定生物大分子的构象，使表现特异的生物活性 体内化学介质，使生物化学反应顺利进行 营养物质，代谢载体 热容量大，调节体温 润滑作用 （2） 水的食品功能 组成成分 显示色、香、味、形、质构特征 分散蛋白质、淀粉、形成溶胶 影响鲜度、硬度 影响加工，起浸透、膨胀作用 影响储藏性 二 水的结构和性质 1 水的物理性质 水的熔点、沸点较高； 介电常数、表面张力、热容和相变等物理常数也较高; 密度较低，热导率较大; 冰的热扩散速度是水的 9 倍 2 水的结构第 2 页 共 32 页水的结构：由两个 H 原子的单键结合成的非线性极性 共价化合物氧原子外层电子构型为 2s22p2---2s22px22py12pz1，两个与 H 原子之 间 靠近氧原子，由于孤对电子同性相斥，排 斥 力大于共价键的两对电子，使 O—H 键角 度 压缩为 104.5º， （如果是正四面体中心原子 与四对电子互成 109º28’ ） ，水分子中共同 电子对强烈地偏向氧原子一边，使 H 原子 带有部分正电荷，H 原子无内层电子因而 不 受排斥，只能和另一个水分子的氧原子的 孤 对电子相吸引，因此水分子之间形成 H 键，使 2 个，3 个……水分子缔合。
水分子的缔 合作用造成水具有低蒸气压、高沸点、高熔 化热、高蒸发热的特点 ▲水的结构：四面体结构（不是正四面体） ▲缔合作用：水分子中的氧原子的点负性大，O-H 键的电子云强烈地偏向氧原子一边，使得氧原子带有 部分正电荷，因为氢电子无内层电子，不受其他原子排斥，而只能和另一个水分子的孤对电子相吸引， 结果，水分子间便形成缔合 ▲缔合作用的特点：①水具有溶剂性，也能溶解非离子有机分子，包括含羟基的糖和醇以及含羰基的 醛和酮 （原因：水的偶极性使其能以氢键与这些极性分子或功能基团相互作用）②水能作为两亲分子的分散介质 （两亲分子的特点是同时具有亲水基和疏水基） 三三 冰的结构和性质冰的结构和性质 1、六方冰晶形成条件 ① 在最适度的低温冷却剂中缓慢冷冻; ② 溶质的性质及浓度均不严重干扰水分子的迁移2、冰的结构：冰中每个水分子被相邻的 4 个水分子所 形成的四面体包围着，有序排列每个 水分子位于四面体的顶点（晶格结构） 冰是由无限个四面体的每个水分子通过 H 键相连而成的一个庞大的非紧密堆积 晶体，这个晶体主要靠氢键作用▲冰的结构主要有：六方形（大多数冷冻食品最重 要的冰结晶形式） 、不规则树 状、粗糙球形、易消失的球晶。
▲水的冰点为 0℃，可是纯水并不在 0℃就结冰，常 常首先被冷却成过冷状态只有当温度降低到开第 3 页 共 32 页0℃0℃时普通冰的晶胞时普通冰的晶胞 始出现稳定性晶核时，或在振动的促进下才会立 即向冰晶体转化并放出潜热，同时促使温度回升到 0℃开始出现稳定晶核时的温度叫过冷温度 如果外加晶核，不必达到过冷温度时就能结冰，但此时生成的冰晶粗大，因为冰晶主要围绕有限 的晶核长大 3、冰的性质 低熔点、低硬度和密度 水的冰点为 0℃，0℃固态的冰密度小于水的密度，水冷冻结为冰，体积膨胀 1.62ml/L 4℃ 水的密度最大，为 1.0第二节 食品中水分的状态一、一、食品中水的存在状态食品中水的存在状态1、自由水 free water（体相水，游离水，吸湿水） 定义：没有被非水物质化学结合的水，以毛细管凝聚状态存在于细胞间自由水与一般的水一 样 会蒸发会吸潮，有时称为游离水 分类：滞化水、毛细管水、自由流动水 作用力：物理方式截留，生物膜或凝胶内大分子交联成的网络所截留；毛细管力 特点：可结冰，溶解溶质；测定水分含量时的减少量；可被微生物利用。
2、结合水 bound water （束缚水，化学结合水） 定义：存在于溶质或其他非水组分附近的，与溶质之间通过化学键结合的水它与蛋白质、果 胶、 淀粉、纤维素等成分以氢键结合 分类：单分子层水（monolayer water） ，多分子层水（multilayer water） 作用力：配位键，氢键，部分离子键 特点：在-40℃以上不结冰，不能作为外来溶质的溶剂 小结：第 4 页 共 32 页补充：结合水与自由水的区别：① 结合水的量与食品中有机大分子的极性集团的数量有比较固定的比例关系结合水对食品 的风味起重大作用，当结合水被强行与食品分离时，食品风味、质量就会改变 ② 结合水的蒸气压比自由水低得多，所以一定温度（100℃）下结合水不能从食品中分离出 来 ③ 结合水不易结冰 ④ 结合水不能作为溶质的溶剂 ⑤ 自由水能被微生物所利用，结合水则不能各种有机分子的不同极性基团与水形成氢键的牢固程度不同：（同 P7-五-2） ① 蛋白质多肽链中的赖氨酸和精氨酸侧链上的氨基，天冬氨酸和谷氨酸侧链上的羧基，肽链 两端的羧基和氨基，果胶物质中的未酯化的羧基与水形成的氢键，键能大，集合牢固。
② 蛋白质中的酰胺基、淀粉、果胶质、纤维素等分子中的羟基与水形成的氢键，键能小，不 牢固第三节 水分活度(一)概念 问题：含水 18%的果脯与含水 18%的小麦比较，哪种耐储藏？ 一、水分活度（Aw）：指食品中水的蒸气压和此温度纯水的蒸气压之比AW值皆小于 1n1——溶剂摩尔数，n2——溶质摩尔数1002110ERH nnn PPAW（二）例如： 2mol 蔗糖溶于 1000g H2O 中其中 Aw 为： n1= 1000/18.016 = 55.5(mol) n2= 2(mol) Aw = n1 /( n1+n2 )= 55.5/(55.5+2)= 0.9652 = 96.52% 二 水分活度与温度的关系 1、 Aw 随着温度的变化而变化---含水量相等时，温度越高，Aw 越大Clasius-Clapeyron 方程 RHK TdAwd)/1 (lnT —— 绝对温度 R —— 气体常数 H —— 纯水的汽化潜热 K —— 达到同样水蒸汽压时食品温度比纯水温度高出的比值 2、 低于冰点时，Aw 与温度的关系)(0)(0SCWiceSCWff PP PPAwP ff （部分冻结食品中过冷水蒸气分压） Ｐo（scw,纯过冷水蒸气压）Ｐice（纯冰蒸气压） 结论:第 5 页 共 32 页（１） 高于冰点时，Aw与食品组成及Ｔ有关，其中食品组成是主要因素，当组成水％同，Ｔ上升，则 Aw 上升。
2 ）低于冰点时，Aw与食品组成无关，仅与温度有关 冰点以上或以下，Aw对食品稳定性影响是不同的三三 水分活度与食品含水量的关系水分活度与食品含水量的关系 1、吸湿等温线、吸湿等温线 在一定温度下，食品的水分含量与它的水分活度之间的关系即在等温条件下，以 食品含水量为纵坐标，以 Aw 为横坐标作图，所得曲线称为吸湿等温线 为了说明吸湿等温线内在含义，并与水的存在状态紧密联系，可以将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区 Ⅰ区 Aw=0～0.25 约 0～0.07g 水/g 干物质 作用力：H2O—离子，H2O—偶极，配位键；属单分子层水（含水合离子内层水） ；不能作溶剂，-40℃以上不结冰，与腐败无关，占总水量极小部分 Ⅱ区 Aw=0.25～0.8（加Ⅰ区，0.90 大多数细菌 >0.87 大多酵母 >0.80 大多霉菌 0.8～0.6 耐盐、干、渗透压细菌、酵母、霉菌0.7 V 降低（因为 H2O 稀释了反应物浓度） 第 7 页 共 32 页2） Aw 与脂肪氧化酸败 影响复杂：Aw 0.4 Aw↑ V ↑（H2O 溶解 O2，溶胀后催化部位暴露，氧化 V↑）Aw > 0.8 Aw↑ V↑ (稀释浓度) 3) Aw与水溶性色素分解，维生素分解Aw ↑ V分解 ↑4）Aw 与淀粉老化，含水量在 30-60%淀粉老化最快。
4 水分活度要保持在结合水的范围，因为结合水是水与食品中的蛋白质、碳水化合物的活性基团结合 为氢键的，它能阻止蛋白质、碳水化合物间的相互作用，又使化学变化难于发生，同时保持了食品 的水分，防止吸水性和复原性丧失 5 降低 Aw 以提高食品稳定性的机理：33 页 6 降低 Aw的方法 1）在食品中添加吸湿剂可在水分含量不变条件下，降低 Aw值2）吸湿剂应该含离子、离子基团或含可形成氢键的中性基团（ 羟基，羰基，氨基，亚氨基，酰 基等） ，即有可与水形成结合水的亲水性物质 五五 食品中水与非水组分之间的相互作用食品中水与非水组分之间的相互作用 1 水与离子基团之间的相互作用——构成水或结合水 1）离子电荷与水分子的偶极子之间的相互作用，是食品中结合最紧密的水 2）影响这种作用力的因素：基团的解离程度以及食品的酸度 2 水与氢键型基团的作用——结合水 （１） 氢键键能大，结合牢固：蛋白质多肽链中的游离氨基、羧基、肽链两段的氨基、羧基，果胶分 子中未酯化的羧基与水形成； （２） 氢键键能小，结合不牢固：蛋白质的酰氨基、淀粉、果胶质、纤维等分子中的羟基与水形成 3 水与非极性基团的作用——疏水相互作用 (1)笼形水合物的形成 (2)作用力：范德华力、少量静电力、疏水基团间的缔合作用第四节 水结冰与食品冻结保藏 一 水结冰的性质机理 1 水结冰使食品浓缩 2 水结冰对体积的影响 二 水结冰对反应速度的影响 总的来说使各种反应速度降低特别是温度降到-5℃以下时；在 0〜-5℃由于浓缩原因使各个分子相互作用的机会增加，从而在 一定程度上有利于反应的进行。
第三章碳水化合物一、概述1、碳水化合物的一般概念多羟基的醛、酮及其衍生物和缩合物习惯上称为碳水化合物2、 分类（Classification） （1）水解程度 单糖、低聚糖（寡糖） 、多聚糖（2）多糖的组成 均多糖、杂多糖（3）是否含有非糖基团 纯粹多糖、复合多糖 第 8 页 共 32 页（4）多糖的生物学功能 构成多糖、功能多糖 3、 作用1）供能2）糖脂 构成神经组织和细胞膜的成分3）生理功能物质 糖蛋白、粘蛋白4）风味结合功能（色、香、味）5）保持食品粘、弹性（质构） 4、 食品中的糖类物质存在的概况：植物干重 3/4 由糖类构成，主要是淀粉和纤维素 第一节 单糖一一 结构：结构：不能被水解的糖，最主要的是葡萄糖和果糖最简单的醛糖为甘油醛，它具有一个不对称碳原子（四个取代基不同） ，因而有两个对映异构体，以 D 及 L 来区别 链式结构－差向异构链式结构－差向异构醛糖：醛糖：C4 差向异构差向异构 C2 差向异构差向异构酮糖：酮糖：C5 差向异构差向异构 环状结构－端位异构环状结构－端位异构糖分子中除了糖分子中除了 C1 外，任何一个手性碳原子具有不同的构型称为差向异构。
如外，任何一个手性碳原子具有不同的构型称为差向异构如 D－甘露糖是－甘露糖是 D－葡－葡萄糖的萄糖的 C2 差向异构差向异构链式结构－醛糖链式结构－醛糖 链式结构－酮糖链式结构－酮糖第 9 页 共 32 页二二 物理性质：物理性质：1 甜味：甜味是单糖、低聚糖的重要性质之一，以 15%或 20%的蔗糖为基准物来比较（20℃） 产生甜味的基团:-CH2OH-CH2OH- 影响甜度的因素：分子量越大溶解度越小，则甜度也小糖的不同构型（α、β 型）各种糖、糖醇的相对甜度见 p472 旋光。
