食品化学复习知识点.pdf

食品化学复习知识点详细解析： 一、水的结构与性质 水是自然界中唯一能够以三种状态存在的物质：气态（水蒸气）、液态（水）和固态（冰）。水分子之间能够形成氢键，这是水具有许多特殊性质的重要原因。 1. 气态水主要以单个分子形式存在，即H2O。 2. 液态水主要以缔合状态(H2O)n存在，n值是可变的，表明水分子通过氢键缔合在一起，形成了不同程度的团聚体。水分子之间形成的氢键具有以下特点： - 氢键比普通的化学键要长，且键长不一，因此键能相对较小，大约在2-40 kJ/mol之间。 - 氢键使得水具有较高的熔点、沸点、表面张力及各种相变热。 - 由于氢键的存在，水分子有序排列，增强了水的介电常数，并且使水的体积增大。 - 氢键的动态平衡也使得液态水具有较低的粘度。 - 当水与其他物质（如糖类、蛋白质等）形成氢键时，会改变水的存在形式，形成固定态和游离态的水。 3. 固态水（冰）以分子晶体形式存在，主要通过水分子间的规则排列以及氢键的形成来构成不同的晶格结构，晶格结构的不同导致存在11种不同的冰晶型。 当水开始冷冻时，形成的冰点温度通常低于水的冰点，而稳定晶核出现时的温度被称为过冷温度。结晶温度受到水中溶解物的影响，大多数食品中水的结晶温度在-1.0至-2.0°C。随着冻结量的增加，冻结温度会降低，把水和其溶解物开始共同转化成固态的温度称为低共熔点，一般食品的低共熔点在-55至-65°C之间。此外，水结晶的晶型与冷冻速度有关。 二、食品中的水 食品中的水主要分为结合水和体相水（自由水）。食品中水的性质会受到食品成分的影响。 1. 水与离子或离子基团相互作用时，会通过静电作用力与食品中的离子或可解离的盐类物质发生作用，如食盐可以固定水分子。 2. 水与具有氢键能力的中性基团的相互作用：许多食品成分，如蛋白质、多糖（淀粉或纤维素）、果胶等，其结构中含有极性基团，如羟基、羧基、氨基、羰基等，能够与水分子形成氢键，从而固定水分子在自身的表面。这些基团不仅能结合水分，还能通过静电引力吸引水分子处于结合水的外围，这部分水称为邻近水。 结合水与体相水有以下主要区别： - 结合水的量与食品中极性物质的量有固定的关系，例如100克蛋白质大约能结合50克水。 - 结合水的蒸汽压远低于体相水，在一定温度下（如100°C）结合水不易从食品中分离。 - 结合水不易结冰，有助于植物种子和微生物孢子在低温下保持生命力。 - 结合水不能作为可溶性成分的溶剂。 - 体相水可被微生物利用，结合水则不能。 食品的含水量是指其中自由水与结合水的总和。 三、水分活度（Aw） 水分活度是食品中水分的相对湿度的度量，其值介于0到1之间。水分活度与食品中微生物活动及化学反应速率紧密相关。 1. 微生物生长与水分活度关系：水分活度决定微生物在食品中的萌芽、生长速率及死亡率。不同微生物在食品中繁殖对水分活度的要求不同，存在一个水分活度阈值（最低值）。 2. 非酶反应与水分活度关系：例如，在脂质氧化过程中，当水分活度在0-0.35范围内，反应速率随着水分活度的增加而降低；而在0.35-0.8范围内，反应速率则随着水分活度的增加而升高。当水分活度大于0.8时，反应速率增加缓慢。 水解反应速率会随着水分活度的增大而增大，而Maillard反应在水分活度大于0.7时底物被稀释。 降低食品的水分活度可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少营养成分的破坏。但是，若水分活度过低，则会加速脂肪的氧化酸败。因此，水分活度最好保持在结合水范围内，这样可以防止化学变化的发生，同时又不会使食品丧失吸水性。 四、水与食品稳定性 冷冻是保存食品的一种理想方法，其主要作用是利用低温而非冰。 1. 冷冻对食品稳定性的影响： - 冷冻时水结冰导致冷冻浓缩效应和体积增加9%，对细胞产生机械破坏作用。 - 冷冻和解冻过程中，食品仍会发生化学和生化变化。 2. 冻害现象： - 当水转变成冰时，体积增加导致对细胞的机械破坏作用。 - 解冻后细胞汁液外流，食品失去原有品质。 3. 冻藏对食品中成分的影响： - 冻结后，由于溶质的冷冻浓缩效应，未冻结相的pH值、离子强度、粘度、表面张力等特性会发生变化，这些变化会对食品成分产生危害。 例如，pH值的降低会导致蛋白质变性及持水能力下降，解冻后汁液流失。为避免这些问题，食品的保存和加工必须控制好温度、冻结速率和存储条件。 通过以上内容的复习，可以对食品化学中的水的性质、食品中的水分状态、水分活度对食品品质的影响以及水在食品稳定性中的作用有一个全面的认识。这些知识点对于食品科学与工程、食品质量与安全、食品加工等专业的学习者具有重要的基础性作用。