第二章 水和无机盐
一、教学目的与要求
1、 了解食品中水的存在形式、结构和性质 2、 掌握水分活度和食品安定性的关系
3、 掌握烹饪中无机盐的变化及其对合理工艺条件选择的重要性
二、教学重点与难点
1、 水分活度与食品安定性 2、 烹调工艺对无机盐的影响
三、课时安排与教学方法
教学内容 第一节 水分 第二节 矿物质
（计划／实际）课时数 课程类型／教学方法 6／ 2／ 理论／ 理论／ 四、教学过程
第二章 水和无机盐
构成人体的元素已知有60多种，它们以无机和有机化合物或离子的形式组成了机体。其中水的含量最多，约占人体的2／3，蛋白质，糖类及脂肪等有机物约占l／3，无机盐占的比例较少，一般不超过5％。
人体的成分反映出了人对食物成分的需要。
在大多数食物，尤其是生鲜食物中水仍是最多或较多的成分。而无机盐在食物的成分中，虽不超过5％，但由于其营养上的重要性，也是重要的食物成分之一。
食品都有其特定的含水量，水果、蔬菜，肉，鱼，虾、乳、蛋等无不含有大量的水，这些食品若除去水，就会失去各自的形态、质构、口感、味、香和色泽等特点。即使复水，多数情况下也不能复原。在食品中水起着溶剂的作用，使蛋白质、淀粉等膨润，形成凝胶，溶解各种物质形成溶液，对食品的品质——鲜度、硬度、呈味性、柔韧性、消化性、保藏性和加工性等均起着重要的作用。
第一节 水分
一、烹饪原料中的水分及生理功能 （一）水在生物体内的含量
除一些调味料外，烹饪原料都是生物体，而水是生物体最基本的组成成分。 大多数生物体的含水量为60％～80％。水在生物体中的分布是不均匀的。
动物：肌肉、脏器、血液中的含水量最高，为70％～80％；
皮肤次之，为60％～70％；
骨骼的含水量最低，为12％～15％。
植物：不同品种之间，同种植物不同的组织，器官之间，同种植物不同的成熟度之间，在水分含
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量上都存在着较大的差异。
一般来说，叶菜类较根茎类含水量要高的多；营养器官(如植物的叶、茎、根)含水较高通常为70％～90％；繁殖器官(如植物的种子)含水量较低，通常为12％～15％。
一些常用食物原材料的含水量见表2-1。 （二）烹饪原料中的水分的作用
食物原料及成品中含有的水分直接影响着食品的感官品质和内在质量。如果蔬的含水量与其新鲜度、硬度及脆感相关，肉及肉制品的含水量与其鲜嫩度及粘弹性相关，奶油及人造奶油中的水使其具有滑润的口感，含油果仁脱水后会变得酥脆、浓香。此外，食物的含水量与食品的腐败与变质也有非常密切的关系。
?新鲜度1、 水果、蔬菜?
?硬度及脆感鲜嫩度2、 肉及其制品? ??粘弹性3、 水分与质变（以后再讲） （三）水的生理功能
水除了与食品的质量有关外，还是生物体基本的营养素之一。水虽不能提供热量，但却是维持人体正常生理活动的重要物质，在生物体内发挥着不可或缺的生理功能。在绝食的情况下，如能保证饮水，机体在3～4周内死亡，否则，最多只能维持一周。一般来说，如果体内水损失达15％～20％，则正常的生命活动就无法维持。对一个正常的成年人来说，每日的水需要量为2400～4000ml。水在机体内主要有以下功能：
1、 作为溶剂促进机体对各种营养物质的消化吸收。 2、 作为反应的介质或反应物参与体内的各种生物化学反应。 3、 作为运输载体参与代谢物的排泄及各器官功能的调节。 4、 维持体温的稳定。 5、 起润滑作用。如内分泌腺、泪腺、唾液腺、消化腺、呼吸道液的分泌，关节润滑液的分泌
都需要大量的水。
表2-1 常见食物的含水量 单位：％(质量分数) 食 物 猪肉 牛肉 鸡肉 羊肉 内脏 鱼 贝 卵 乳 含水量 53～60 50～70 74 58～70 72 67～81 72～86 73～75 87～89 食 物 蔬菜 野菜 蘑菇 豆类(干) 薯类 香蕉 苹果 梨 草莓 含水量 85～97 87～94 88～95 12～15 60～80 75 85 85～90 90～95 食 物 面包 果酱 面粉 奶酪 蜂蜜 奶油 奶粉 稀奶油 油料种子 含水量 35 28 8～12 37 2 16 4 53.6 3～4
二、水和冰的结构
（一）水分子间的缔合作用 1、水分子的组成：H2O
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2、水分子的结构：O：sp杂化，四面体结构，H-O-H键角104.5 键长0.096nm
3、水分子间氢键：XO=3.44 XH=2.20
由于水分子中氧原子的电负性大，O－H键的共用电子对强烈地偏向氧原子一方，使每个氢原子带部分正电荷且电子屏蔽最小，表现出裸质子的特征。这样一个水分子就能沿O－H键方向与另外两个水分子的氧原子上的孤对电子形成氢键，同时这个水分子氧原子上的两个孤对电子也能与其它水分子O－H键形成氢键。所以每个水分子能与其它四个水分子形成氢键，由此而形成的四面体排列如图2-1所
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示。
4、缔合：由简单分子结合成为复杂的分子集团而不引起物质化学性质改变的过程，称为分子的缔合。
图2-1 水分子的氢键（虚线表示氢键）
水的物理性质表明，水分子之间存在着很强的吸引力。现在的研究已经证实，水在三维空间可通过氢键缔合形成网状结构。因为每个水分子具有数量相等的氢键给予体与氢键接受体的位置，所以这种排列的水具有形成三维氢键的能力，这就可以解释水的许多异常的物理性质。例如，水具有高的热容、熔点、沸点、表面张力和相变热，这些都与打破分子间氢键所需额外的能量有关。由于水的氢键集团产生了多分子偶极，所以它能显著地提高水的介电常数。 （二）冰的结构
冰结晶是由水分子按一定排列方式靠氢键连接在一起的开放结构（低密度）。如图2-2，这是普通冰的结构。可以看出，冰中的每个水分子都与其相邻的四个水分子形成四面体结构，每个水分子都位于四面体的顶点(晶格结点)，这样，就构成了水分子的分子晶体。
?熔点高?分子间氢键1、四面体结构?
?分子晶体?密度小、硬度低温度对氢键的影响：研究发现，只有在－183℃或更低的温度时，冰中水分子间全部氢键才能保持原来完整的状态，随着温度的升高，会有部分氢键断裂，冰晶体变得不完整，导致冰中的水分子活动性增强，从而可能会影响低温冷冻食品的质量。
2、结晶类型：
普通冰的结晶属于六方晶系的双六方双锥体，在常压和0℃条件下它是最稳定的晶型。 除此之外，冰还有九种同质多晶和一种玻璃状的无定形结构。
?一种普通冰晶?六方晶系的双六方双锥体十一种结晶类型?九种同质多晶
??一种玻璃态的无定形结构?3、影响冰晶的晶形、大小、数量的因素 （1）溶质的种类 （2）溶质的数量
（3）冻结速度：当冻结较慢，并且水中溶质(如蔗糖、甘油、蛋白质)的性质与浓度对水分子的流动干扰不大时，就产生六方晶形；随着冷冻速度的加快或亲水胶体(如明胶、琼脂等)浓度的增加，立方形和玻璃态的冰较占优势。很明显，像明胶这样的复杂的大分子亲水物质能极大地限制水分子的运动以及水分子形成高度定向的六方晶体的能力。
（4）冻结温度：冻结温度越低，冻结速度越快，越能限制水分子的活动范围使其不宜形成大的冰晶，甚至完全成为玻璃态结构，这样对细胞、组织的破坏可以降到最低。
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图2－2 普通冰的结构
(三)水的结构
当冰融化成水时，冰中仅有15％的氢键被破坏，大量的水分子依然优先选择四面体的空间排列方式，靠氢键缔合成大的网络。虽然这种排列是动态的，不断有新的氢键形成、旧的氢键断裂，但在温度不变的情况下，在整个体系中保持着一个较恒定的氢键网。这和水许多异常物理性质是一致的。当冰融化成水时，伴随着部分氢键的断裂，最邻近的水分子间距离增加(使密度降低)，而水的密度却大于冰的密度，说明冰融化成水时，最邻近的水分子的平均数增加(使密度增加)，并且这种增加占有优势。如O℃时，冰的配位数为4.0，随着温度升高，在1.5℃时水的配位数为4.4，在83℃时水的配位数为4.9；而最邻近的水分子间距离从O℃时的0.28nm增加至1.5℃时的0.29nm和83℃时的0.31nm。水在4℃时密度最大，显然在0～4℃之间配位数增加的效应占优势。而在4℃以上，最邻近的水分子间的距离增加的效应占优势。由于一个水分子可以和几个水分子相互靠近形成各种不同结构和大小的“水分子团”，当有其它物质共存时，水分子团要受到各种各样的影响，这就直接影响到的口感和作用。研究表明，作为饮用水，较理想的为5～6个水分子组成的小分子团，不仅口感好，而且有一定的生物活性，也有人把它称为“活化水”，而一般常温下的自来水水分子团的大小都在20～40个水分子之间。要得到“活化水”，就需用电场、磁场、压力场进行处理，这方面的研究工作现已经展开。在美国，已有商品面市。
1、水的结构
氢键（比冰少15％）→动态（旧键断裂、新键形成） 2、水的密度→4℃时最大
决定密度大小的因素：分子间距离
单位体积内分子数目（配位数） 温度 0℃ 1.5℃ 83℃ 分子间距nm O.28 0.29 0.31 配位数 4.0 4.4 4.9 配位数增加占优势 取决因素 分子间距离增加占优势
3、“水分子团”与口感 普通水→20～40个水分子 活化水→5～6个水分子
活化水的特点：口感好，具有一定的生物活性。 产生：用电场、磁场、压力场处理普通水。 三、水和冰的物理性质及在烹饪加工中的意义 (一)水和冰的物理特性
水分子(H20)是由两个H原子和一个O原子组成。为了了解水的性质，让我们先来了解一下水和冰的物理常数(见表2—2)。
表2－2 水与冰的物理常数
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