第一章水第一节概述第二节水和冰的物理第三节水和冰的性质结构疑难一、水的重要作用字词1、在人体中的重要作用一、水的物理性质一、水分子的结画图(10min)(10min)(15min)2、在食品中的重要作用二、冰的物理性质二、冰的结构特点(15min)(5min)(10min)三、液态水的结构模型(35min)六、作业1、同与水具有相似的相对分子质量和原子成分的分子比较，水与冰具有哪些特殊的物理性质？2、水的结构模型有哪几种？七、课后记
第一节 概述 一、水的重要作用 1、在人体中的重要作用 (10min) 2、在食品中的重要作用 (5min) 第一章 水 第二节 水和冰的物理 性质 一、水的物理性质 (10min) 二、冰的物理性质 (10min) 第三节 水和冰的 结构 一 、 水 分 子 的 结 (15min) 二、冰的结构特点 (15min) 三、液态水的结构模 型 (35min) 疑难 字词 画图 六、作业 1、同与水具有相似的相对分子质量和原子成分的分子比较，水与冰具有哪些特殊的 物理性质？ 2、水的结构模型有哪几种？ 七、课后记
《食品化学》教案第3次课2学时一、授课题目第四节水与溶质间的相互作用第五节水活性第六节水分的吸附等温线二、教学目的和要求掌握水分活度的定义和测定方法理解水分活度与温度及非水物的关系、水分活度三、教学重点和难点重点：水在食品中的存在形式及功用难点：(1)等温吸湿线(2)水分活度、食品稳定性与吸附等温线之间的关系四、主要参考资料《食品化学》，王璋、许时婴、汤坚编，中国轻工业出版社，2007，4；《食品化学》，刘邻渭主编，中国农业大学出版社，2003，3：《食品化学》，谢笔钧主编，科学出版社，2006，6；五、教学进程第四节水与溶质间的相互作用一、宏观水平在食品中，“水结合”（waterbinding）“水合”（hydration）常被用来表示水与包括细胞物质在内的亲水物质缔合的一般倾向。此时两个术语与宏观水平相称。水结合的程度和强度取决于许多因素。如：非水成分的性质，盐的组成，pH值和温度
《食品化学》教案 第 3 次课 2 学时 一、授课题目 第四节 水与溶质间的相互作用 第五节 水活性 第六节 水分的吸附等温线 二、教学目的和要求 掌握水分活度的定义和测定方法 理解水分活度与温度及非水物的关系、水分活度 三、教学重点和难点 重点： 水在食品中的存在形式及功用 难点： ⑴等温吸湿线 ⑵水分活度、食品稳定性与吸附等温线之间的关系 四、主要参考资料 《食品化学》，王璋、许时婴、汤坚 编，中国轻工业出版社，2007，4； 《食品化学》，刘邻渭 主编，中国农业大学出版社，2003，3； 《食品化学》，谢笔钧 主编，科学出版社，2006，6； 五、教学进程 第四节 水与溶质间的相互作用 一、宏观水平 在食品中，“水结合”（water binding）“水合”（hydration）常被用来表示水与包括 细胞物质在内的亲水物质缔合的一般倾向。此时两个术语与宏观水平相称。 水结合的程度和强度取决于许多因素。如：非水成分的性质，盐的组成，pH 值和温度
等许多因素。“持水力”：常用来描述由分子（通常指以低浓度存在的大分子）构成的基体，通过物理方式截留大量水而阻止水渗出的能力。按此方式截留水的食品基体有人们熟悉的果胶和淀粉凝胶以及动物组织细胞。物理截留水性质有：组织化食品切割，刹碎时仍不流出性质与纯水相同。如干燥时易除去，冻结时可结冰，可作为溶剂整体流动严格受到限制，但个别分子运动与低浓度溶液中溶剂水分子运动相同。存在于组织和凝胶中的绝大部分水可归之为物理截留水，食品截留水的能力（持水力：waterholdingcapacity）的损害会对食品的质量产生严重的影响。二、分子水平1、概述溶质和水混合时会同时改变这两个成分的性质。亲水溶质会改变邻近水的结构和流动性，水会改变亲水溶质的反应性，有时甚至改变结构。溶质的疏水基团仅与邻近水分子微弱地作用，它们优选选择非水环境。水与各种溶质之间的结合力是重要的，现总结于下表种类实例相互作用的强度（与H20-H20°氢键比较较强2)偶极一离子H20-游离离子H,0-有机分子中的带电基团偶极一偶极接近或相等Hz0-蛋白质NH-H20-蛋白质COH20-蛋白质侧链OH疏水水合H20+R3)→R（水合）远小于（△G>0）疏水相互作用R（水合）+R（水合）→R2（水合）+H20不可比较（△G<0）注：1）约12-25kJ/mol2）远弱于单个共价键的强度3）R是烷基4）蔬水相互作用是推动的，而偶极一离子和偶极一偶极相互作用是恰推动的。2、结合水理论上可以将结合水看作为存在于溶质和其他非水成分相邻处，并且具有与同一体系中体相水显著不同性质的那部分水。其中，分子运动减小，水的其他性质明显发生改变，主要特征为-40℃不结冰。食品中水可根据其性质分类
等许多因素。 “持水力”：常用来描述由分子（通常指以低浓度存在的大分子）构成的基体，通过 物理方式截留大量水而阻止水渗出的能力。按此方式截留水的食品基体有人们熟悉的果胶 和淀粉凝胶以及动物组织细胞。 物理截留水性质有： 组织化食品切割，剁碎时仍不流出 性质与纯水相同。如干燥时易除去，冻结时可结冰，可作为溶剂 整体流动严格受到限制，但个别分子运动与低浓度溶液中溶剂水分子运动相同。 存在于组织和凝胶中的绝大部分水可归之为物理截留水，食品截留水的能力（持水力： water holding capacity）的损害会对食品的质量产生严重的影响。 二、分子水平 1、概述 溶质和水混合时会同时改变这两个成分的性质。亲水溶质会改变邻近水的结构和流动 性，水会改变亲水溶质的反应性，有时甚至改变结构。溶质的疏水基团仅与邻近水分子微 弱地作用，它们优选选择非水环境。水与各种溶质之间的结合力是重要的，现总结于下表 种类 实例 相互作用的强度（与H2O-H2O 1） 氢键比较） 偶极－离子 偶极－偶极 疏水水合 疏水相互作用 H2O-游离离子 H2O-有机分子中的带电基团 H2O-蛋白质 NHH2O-蛋白质 CO H2O-蛋白质侧链 OH H2O + R3)→R（水合） R（水合）+ R（水合）→R2（水合）+ H2O 较强 2） 接近或相等 远小于（△G>0） 不可比较 4）（△G<0） 注：1）约 12-25kJ/mol 2）远弱于单个共价键的强度 3）R 是烷基 4）疏水相互作用是熵推动的，而偶极－离子和偶极－偶极相互作用是焓推动的。 2、结合水 理论上可以将结合水看作为存在于溶质和其他非水成分相邻处，并且具有与同一体系 中体相水显著不同性质的那部分水。其中，分子运动减小，水的其他性质明显发生改变， 主要特征为-40℃不结冰。 食品中水可根据其性质分类
分类性质化合水：构成非水物-40℃不结冰，无溶解溶质的能力，结食品中合水质组成的水，结合得无平动运动（与纯水比较），最牢固蒸发烩增大的水在高水分食品中占总水分含量的百分数<0.03%邻近水：处在非水组-40℃不结冰，无溶解溶质的能力，分亲水性最强的基平动运动与纯水比较，大大减小团周围的第一层位蒸发烩增大置在高水分食品中占总水分含量的百分数：0.5%±0.4%多层水：占据第一层-40℃大部分不结冰，溶剂能力（微溶至适度溶解），邻近水的剩余位置平动运动与纯水比较，大大降低和围绕非水组分亲蒸发恰略微至适度增加水基团形成的另外在高水分食品中占总水分含量的百分数：3%土2%的几层水。自由水：距离非水组能结冰，冰点略微至适度降低体相分位置最远，水一氢溶解溶质的能力大水键最多。与稀盐水溶平动运动与纯水比较变化很小液中水的性质相似，蒸发恰与纯水比较基本上无变化宏观流动不受阻碍。在高水分食品中占总水分含量的百分数约为96%截留水：距离非水组能结冰，冰点略微至适度降低分位置最远，水一氢溶解溶质的能力大，键最多。除流动性受平动运动与纯水比较变化很小食品凝胶或生物组蒸发熔与纯水比较基本上无变化织的阻碍外，其他性在高水分食品中占总水分含量的百分数约为96%质与稀盐溶液中的水相似。三、水与离子和离子基团的相互作用H20-游离离子强度大于H0-H20氢键的强度，低于共价键的强度。在稀溶液中，NaC1离子对的水合，不仅扰乱了第一层水分子，也使第二层水分子在结构上处于被扰乱的状态。在浓盐溶液中，不存在体相水分子。水的结构被离子支配。在稀水溶液中，一些离子具有净结构破坏效应（Netstructure-breakingeffect）此时，溶液具有比纯水较好的流动性。而一些离子具有净结构形成效应（Netstructureformingeffect），此时溶液具有比纯水较差的流动性。净结构（Netstructure）涉及所有形式的结构，包括正常的和新形式的水结构。离子结构改变水的净结构的能力与它的极化力（电荷/半径）或电场强度紧密相关
分类 性质 食 品 中 的 水 结 合 水 化合水：构成非水物 质组成的水，结合得 最牢固 -40℃不结冰，无溶解溶质的能力， 无平动运动（与纯水比较）， 蒸发焓增大 在高水分食品中占总水分含量的百分数<0.03% 邻近水：处在非水组 分亲水性最强的基 团周围的第一层位 置 -40℃不结冰，无溶解溶质的能力， 平动运动与纯水比较，大大减小 蒸发焓增大 在高水分食品中占总水分含量的百分数:0.5%±0.4% 多层水：占据第一层 邻近水的剩余位置 和围绕非水组分亲 水基团形成的另外 的几层水。 -40℃大部分不结冰，溶剂能力（微溶至适度溶解）， 平动运动与纯水比较，大大降低 蒸发焓略微至适度增加 在高水分食品中占总水分含量的百分数: 3%±2% 体 相 水 自由水：距离非水组 分位置最远，水－氢 键最多。与稀盐水溶 液中水的性质相似， 宏观流动不受阻碍。 能结冰，冰点略微至适度降低 溶解溶质的能力大， 平动运动与纯水比较变化很小 蒸发焓与纯水比较基本上无变化 在高水分食品中占总水分含量的百分数约为 96% 截留水：距离非水组 分位置最远，水－氢 键最多。除流动性受 食品凝胶或生物组 织的阻碍外，其他性 质与稀盐溶液中的 水相似。 能结冰，冰点略微至适度降低 溶解溶质的能力大， 平动运动与纯水比较变化很小 蒸发焓与纯水比较基本上无变化 在高水分食品中占总水分含量的百分数约为 96% 三、水与离子和离子基团的相互作用 H2O-游离离子强度大于 H2O-H2O 氢键的强度，低于共价键的强度。 在稀溶液中，NaCl 离子对的水合，不仅扰乱了第一层水分子，也使第二层水分子在结 构上处于被扰乱的状态。在浓盐溶液中，不存在体相水分子。水的结构被离子支配。 在稀水溶液中，一些离子具有净结构破坏效应（Netstructure-breaking effect）此 时，溶液具有比纯水较好的流动性。而一些离子具有净结构形成效应（Net structure forming effect），此时溶液具有比纯水较差的流动性。净结构（Net structure）涉及所 有形式的结构，包括正常的和新形式的水结构。 离子结构改变水的净结构的能力与它的极化力（电荷/半径）或电场强度紧密相关
小离子/多价离子产生强电场，它们是净结构形成体。这些离子大多是带正电荷的离子。如：Li、Na、Ha0*、Cat、Ba2、Mg、A1、F、OH，这些离子强烈地与4/6个第一层水分子作用，合它们具有比纯水中水分子较低的流动性和较紧密的堆积，它们加强水的结构>正常水结构。大离子/单价离子产生较弱电场，它们是净结构破坏体。这些离子大多是负离子和大的正离子。如K、Rb、Cs、NH、C1、Br、I、NO，、BrO、IO，、C1O,等，它们破坏了水的正常结构，强加于水的结构<补偿正常水结构的损失，K的效应是非常微弱的。离子效应影响水的结构，通过它们不同程度的水合能力，改变水的结构，影响水的常数，决定胶体粒子周围双的厚度。离子还显著影响水对其他非水溶质和悬浮物质的相容程度。离子的种类和数量一般也影响蛋白质的构象和胶体稳定性（盐溶，盐析）四、水与具有氢键形成能力的中性基团（亲水性溶质）的相互作用水与非离子，亲水性溶质之间的相互作用弱于H20--离子相互作用，而与H20-H20的强度大致相同。其作用强度取决于H20-溶质氢键的强度，第一层水可能呈现，也可能没有呈现比纯水较低的流动性或其他不同的性质。能形成氢键的溶质可能会增加纯水的正常结构或破坏纯水的正常结构。这可能是：溶质氢键部位的分布和定向在几何上与正常水的氢键部位不相容。如尿素。加入能形成氢键的溶质之后，虽然破坏了水的正常结构，然而每摩尔溶液总氢键数可能没有发生显著改变。原因：H20-溶质氢键取代了被破坏了的H20-H20氢键。具有这种性质的溶质对于前面所定义的“净结构”没有多大的影响。水可以与各种潜在的适宜基团（-OH、-NH2、-CHO、酰胺基、亚氨基）形成氢键，在一些情况下产生“水桥”，此时1mo1H0与1个溶质分子或几个溶质分子上的两个氢键部位相互作用。如H-...-...-C已经发现，许多结晶水分子中的亲水性基团间的距离与纯水中最相邻的氧原子间的距离相同。如果在水合分子中这种间隔占优势，那么或许会促进第一层和第二层水中协作氢键的形成。五、水与非极性物质的相互作用非极性物质包括烃，稀有气体及脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团。水与其混合是对热力不利的过程（△G>0）。△G>0原因：T△S为负，而非△H>0（对于溶解度低的溶质一般如此）。由于在这些不相容的非极性实体邻近处水形成了特殊的结构，使下降。此过程被称为“疏水水合”（Hydrophobichydration）。由于疏水水合是不利的，因此水倾向于尽可能地减少与存在的非极性实体的缔合。如果存在两个分离的非极性基团，那么不相容的水环境将促进它们之间的缔合，从而减少
小离子/多价离子产生强电场，它们是净结构形成体。这些离子大多是带正电荷的离子。 如：Li+、Na+、H3O +、Ca2+、Ba2+、Mg2+、Al3+、F -、OH-，这些离子强烈地与 4/6 个第一层水分 子作用，合它们具有比纯水中水分子较低的流动性和较紧密的堆积，它们加强水的结构＞ 正常水结构。 大离子/单价离子产生较弱电场，它们是净结构破坏体。这些离子大多是负离子和大 的正离子。如 K +、Rb+、Cs+、NH4 +、Cl-、Br-、I -、NO3 -、BrO3 -、IO3 -、ClO4 -等，它们破坏了水 的正常结构，强加于水的结构＜补偿正常水结构的损失，K +的效应是非常微弱的。 离子效应影响水的结构，通过它们不同程度的水合能力，改变水的结构，影响水的常 数，决定胶体粒子周围双的厚度。 离子还显著影响水对其他非水溶质和悬浮物质的相容程度。离子的种类和数量一般也 影响蛋白质的构象和胶体稳定性（盐溶，盐析） 四、水与具有氢键形成能力的中性基团（亲水性溶质）的相互作用 水与非离子，亲水性溶质之间的相互作用弱于 H2O-离子相互作用，而与 H2O-H2O 的强 度大致相同。其作用强度取决于 H2O-溶质氢键的强度，第一层水可能呈现，也可能没有呈 现比纯水较低的流动性或其他不同的性质。能形成氢键的溶质可能会增加纯水的正常结构 或破坏纯水的正常结构。这可能是：溶质氢键部位的分布和定向在几何上与正常水的氢键 部位不相容。如尿素。 加入能形成氢键的溶质之后，虽然破坏了水的正常结构，然而每摩尔溶液总氢键数可 能没有发生显著改变。原因：H2O-溶质氢键取代了被破坏了的 H2O-H2O 氢键。具有这种性 质的溶质对于前面所定义的“净结构”没有多大的影响。 水可以与各种潜在的适宜基团（-OH、-NH2、-CHO、酰胺基、亚氨基）形成氢键，在一 些情况下产生“水桥”，此时 1mol H2O 与 1 个溶质分子或几个溶质分子上的两个氢键部 位相互作用。如 H －NH.O-H.O＝C 已经发现，许多结晶水分子中的亲水性基团间的距离与纯水中最相邻的氧原子间的距 离相同。如果在水合分子中这种间隔占优势，那么或许会促进第一层和第二层水中协作氢 键的形成。 五、水与非极性物质的相互作用 非极性物质包括烃，稀有气体及脂肪酸、氨基酸和蛋白质的非极性基团。水与其混合 是对热力不利的过程（△G>0）。△G>0 原因：T△S 为负，而非△H>0（对于溶解度低的溶 质一般如此）。由于在这些不相容的非极性实体邻近处水形成了特殊的结构，使熵下降。 此过程被称为“疏水水合”（Hydrophobic hydration）。 由于疏水水合是不利的，因此水倾向于尽可能地减少与存在的非极性实体的缔合。如 果存在两个分离的非极性基团，那么不相容的水环境将促进它们之间的缔合，从而减少