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第2章 水分 习题
一、填空题
1 从水分子结构来看，水分子中氧的_______个价电子参与杂化，形成_______个_______杂化轨道，有_______的结构。
2 冰在转变成水时，净密度_______，当继续升温至_______时密度可达到_______，继续升温密度逐渐_______。 3 液体纯水的结构并不是单纯的由_______构成的_______形状，通过_______的作用，形成短暂存在的_______结构。 4 离子效应对水的影响主要表现在_______、_______、_______等几个方面。
5 在生物大分子的两个部位或两个大分子之间，由于存在可产生_______作用的基团，生物大分子之间可形成由几个水分子所构成的_______。
6 当蛋白质的非极性基团暴露在水中时，会促使疏水基团_______或发生_______，引起_______；若降低温度，会使疏水相互作用_______，而氢键_______。
7 食品体系中的双亲分子主要有_______、_______、_______、_______、_______等，其特征是_______。当水与双亲分子亲水部位_______、_______、_______、_______、_______等基团缔合后，会导致双亲分子的表观_______。 8 一般来说，食品中的水分可分为_______和_______两大类。其中，前者可根据被结合的牢固程度细分为_______、_______、_______，后者可根据其食品中的物理作用方式细分为_______、_______。 9 食品中通常所说的水分含量，一般是指_______。
10 水在食品中的存在状态主要取决于_______、_______、_______。水与不同类型溶质之间的相互作用主要表现在_______、_______、_______等方面。
11 一般来说，大多数食品的等温线呈_______形，而水果等食品的等温线为_______形。
12 吸着等温线的制作方法主要有_______和_______两种。对于同一样品而言，等温线的形状和位置主要与_______、_______、_______、_______、_______等因素有关。 13 食品中水分对脂质氧化存在_______和_______作用。当食品中αW值在_______左右时，水分对脂质起_______作用；当食品中αW值_______时，水分对脂质起_______作用。
14 食品中αW与美拉德褐变的关系表现出_______形状。当αW值处于_______区间时，大多数食品会发生美拉德反应；随着αW值增大，美拉德褐变_______；继续增大αW，美拉德褐变_______。
15 冷冻是食品贮藏的最理想的方式，其作用主要在于_______。冷冻对反应速率的影响主要表现在_______和_______两个相反的方面。
16 随着食品原料的冻结、细胞内冰晶的形成，会导致细胞_______、食品汁液_______、食品结合水_______。一般可采取_______、_______等方法可降低冻结给食品带来的不利影响。
17 大多数食品一般采用_______法和_______法来测定食品状态图，但对于简单的高分子体系，通常采用_______法来测定。
18 玻璃态时，体系黏度_______而自由体积_______，受扩散控制的反应速率_______；而在橡胶态时，其体系黏度_______而自由体积_______，受扩散控制的反应速率_______。
19 对于高含水量食品，其体系下的非催化慢反应属于_______，但当温度降低到_______和水分含量减少到_______状态时，这些反应可能会因为黏度_______而转变为_______。
20 当温度低于Tg时，食品的限制扩散性质的稳定性_______，若添加小分子质量的溶剂或提高温度，食品的稳定性_______。
二、选择题
1 水分子通过_______的作用可与另4个水分子配位结合形成正四面体结构。 （A）范德华力 （B）氢键 （C）盐键 （D）二硫键 2 关于冰的结构及性质描述有误的是_______。
（A）冰是由水分子有序排列形成的结晶
（B）冰结晶并非完整的晶体，通常是有方向性或离子型缺陷的。 （C）食品中的冰是由纯水形成的，其冰结晶形式为六方形。
（D）食品中的冰晶因溶质的数量和种类等不同，可呈现不同形式的结晶。
3 稀盐溶液中的各种离子对水的结构都有着一定程度的影响。在下述阳离子中，会破坏水的网状结构效应的是
＋＋＋
_______。 （A）Rb （B）Na+ （C）Mg （D）Al3 4 若稀盐溶液中含有阴离子_______，会有助于水形成网状结构。 （A）Cl - （B）IO3 - （C）ClO4 - （D）F-
5 食品中有机成分上极性基团不同，与水形成氢键的键合作用也有所区别。在下面这些有机分子的基团中，_______与水形成的氢键比较牢固。
（A）蛋白质中的酰胺基 （B）淀粉中的羟基 （C）果胶中的羟基 （D）果胶中未酯化的羧基 6 食品中的水分分类很多，下面哪个选项不属于同一类_______。 （A）多层水 （B）化合水（C）结合水 （D）毛细管水 7 下列食品中，哪类食品的吸着等温线呈S型？_______
（A）糖制品 （B）肉类 （C）咖啡提取物 （D）水果 8 关于等温线划分区间内水的主要特性描述正确的是_______。
（A）等温线区间Ⅲ中的水，是食品中吸附最牢固和最不容易移动的水。 （B）等温线区间Ⅱ中的水可靠氢键键合作用形成多分子结合水。
（C）等温线区间Ⅰ中的水，是食品中吸附最不牢固和最容易流动的水。 （D）食品的稳定性主要与区间Ⅰ中的水有着密切的关系。 9 关于水分活度描述有误的是_______。
（A）αW能反应水与各种非水成分缔合的强度。
（B）αW比水分含量更能可靠的预示食品的稳定性、安全性等性质。 （C）食品的αW值总在0～1之间。 （D）不同温度下αW均能用P/P0来表示。
10 关于BET（单分子层水）描述有误的是_______。 （A）BET在区间Ⅱ的高水分末端位置。
（B）BET值可以准确的预测干燥产品最大稳定性时的含水量。 （C）该水分下除氧化反应外，其它反应仍可保持最小的速率。
（D）单分子层水概念由Brunauer、Emett及Teller提出的单分子层吸附理论。 11 当食品中的αW值为时，下面哪种情形一般不会发生？_______ （A）脂质氧化速率会增大。 （B）多数食品会发生美拉德反应。
（C）微生物能有效繁殖 （D）酶促反应速率高于αW值为下的反应速率。 12 对食品冻结过程中出现的浓缩效应描述有误的是_______
（A）会使非结冰相的pH、离子强度等发生显着变化。 （B）形成低共熔混合物。 （C）溶液中可能有氧和二氧化碳逸出。 （D）降低了反应速率 13 下面对体系自由体积与分子流动性二者叙述正确的是_______。 （A）当温度高于Tg时，体系自由体积小，分子流动性较好。
（B）通过添加小分子质量的溶剂来改变体系自由体积，可提高食品的稳定性。 （C）自由体积与Mm呈正相关，故可采用其作为预测食品稳定性的定量指标。 （D）当温度低于Tg时，食品的限制扩散性质的稳定性较好。 14 对Tg描述有误的是_______。
（A）对于低水分食品而言，其玻璃化转变温度一般高于0℃。 （B）高水分食品或中等水分食品来说，更容易实现完全玻璃化。
（C）在无其它因素影响下，水分含量是影响玻璃化转变温度的主要因素。 （D）食品中有些碳水化合物及可溶性蛋白质对Tg有着重要的影响。 15 下面关于食品稳定性描述有误的是_______
（A）食品在低于Tg温度下贮藏，对于受扩散限制影响的食品有利。 （B）食品在低于Tgˊ温度下贮藏，对于受扩散限制影响的食品有利。 （C）食品在高于Tg 和Tgˊ温度下贮藏，可提高食品的货架期。
（D）αW是判断食品的稳定性的有效指标。
16 当向水中加入哪种物质，不会出现疏水水合作用？_______
（A）烃类 （B）脂肪酸 （C）无机盐类 （D）氨基酸类 17 对笼形化合物的微结晶描述有误的是？_______ （A）与冰晶结构相似。
（B）当形成较大的晶体时，原来的多面体结构会逐渐变成四面体结构。 （C）在0℃以上和适当压力下仍能保持稳定的晶体结构。
（D）天然存在的该结构晶体，对蛋白质等生物大分子的构象、稳定有重要作用。 18 邻近水是指_______。
（A）属自由水的一种。 （B）结合最牢固的、构成非水物质的水分。 （C）亲水基团周围结合的第一层水。 （D）没有被非水物质化学结合的水。 19 关于食品冰点以下温度的αW描述正确的是_______。
（A）样品中的成分组成是影响αW的主要因素。 （B）αW与样品的成分和温度无关。
（C）αW与样品的成分无关，只取决于温度。 （D）该温度下的αW可用来预测冰点温度以上的同一种食品的αW。 20 关于分子流动性叙述有误的是？_______
（A）分子流动性与食品的稳定性密切相关。 （B）分子流动性主要受水合作用及温度高低的影响。 （C）相态的转变也会影响分子流动性。 （D）一般来说，温度越低，分子流动性越快。
三、名词解释
1 离子水合作用
在水中添加可解离的溶质，会使纯水通过氢键键合形成的四面体排列的正常结构遭到破坏，对于不具有氢键受体和给体的简单无机离子，它们与水的相互作用仅仅是离子-偶极的极性结合。这种作用通常被称为离子水合作用。 2 疏水水合作用
向水中加入疏水性物质，如烃、脂肪酸等，由于它们与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强，处于这种状态的水与纯水结构相似，甚至比纯水的结构更为有序，使得熵下降，此过程被称为疏水水合作用。 3 疏水相互作用
如果在水体系中存在多个分离的疏水性基团，那么疏水基团之间相互聚集，从而使它们与水的接触面积减小，此过程被称为疏水相互作用。 4 笼形水合物
指的是水通过氢键键合形成像笼一样的结构，通过物理作用方式将非极性物质截留在笼中。通常被截留的物质称为“客体”，而水称为“宿主”。 5 结合水
通常是指存在于溶质或其它非水成分附近的、与溶质分子之间通过化学键结合的那部分水。
6 化合水
是指那些结合最牢固的、构成非水物质组成的那些水。
7 状态图
就是描述不同含水量的食品在不同温度下所处的物理状态，它包括了平衡状态和非平衡状态的信息。
8 玻璃化转变温度
对于低水分食品，其玻璃化转变温度一般大于0℃，称为Tg；对于高水分或中等水分食品，除了极小的食品，降温速率不可能达到很高，因此一般不能实现完全玻璃化，此时玻璃化转变温度指的是最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时的温度，定义为Tg′。 9 自由水
又称游离水或体相水，是指那些没有被非水物质化学结合的水，主要是通过一些物理作用而滞留的水。
10自由流动水
指的是动物的血浆、植物的导管和细胞内液泡中的水，由于它可以自由流动，所以被称为自由流动水。
11 水分活度
水分活度能反应水与各种非水成分缔合的强度，其定义可用下式表示：
aw?pERH? p0100其中，P为某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸汽分压；P0表示在同一温度下纯水的饱和蒸汽压；
ERH是食品样品周围的空气平衡相对湿度。 12 水分吸着等温线
在恒温条件下，食品的含水量（用每单位干物质质量中水的质量表示）与αW的关系曲线。
13 解吸等温线
对于高水分食品，通过测定脱水过程中水分含量与αW的关系而得到的吸着等温线，称为解吸等温线。
14 回吸等温线
对于低水分食品，通过向干燥的样品中逐渐加水来测定加水过程中水分含量与αW的关系而得到的吸着等温线，称为回吸等温线。 15 滞化水
是指被组织中的显微结构和亚显微结构及膜所阻留的水，由于这部分水不能自由流动，所以称为滞化水或不移动水。 16 滞后现象
MSI的制作有两种方法，即采用回吸或解吸的方法绘制的MSI，同一食品按这两种方法制作的MSI图形并不一致，不互相重叠，这种现象称为滞后现象。 17 单分子层水
在MSI区间Ⅰ的高水分末端（区间Ⅰ和区间Ⅱ的分界线，αW=~）位置的这部分水，通常是在干物质可接近的强极性基团周围形成1个单分子层所需水的近似量，称为食品的“单分子层水（BET）”。
四、简答题
1 简要概括食品中的水分存在状态。
食品中的水分有着多种存在状态，一般可将食品中的水分分为自由水（或称游离水、体相水）和结合水（或称束缚水、固定水）。其中，结合水又可根据被结合的牢固程度，可细分为化合水、邻近水、多层水；自由水可根据这部分水在食品中的物理作用方式也可细分为滞化水、毛细管水、自由流动水。但强调的是上述对食品中的水分划分只是相对的。
2 简述食品中结合水和自由水的性质区别？
食品中结合水和自由水的性质区别主要在于以下几个方面：
（1）食品中结合水与非水成分缔合强度大，其蒸汽压也比自由水低得很多，随着食品中非水成分的不同，结合水的量也不同，要想将结合水从食品中除去，需要的能量比自由水高得多，且如果强行将结合水从食品中除去，食品的风味、质构等性质也将发生不可逆的改变；
（2）结合水的冰点比自由水低得多，这也是植物的种子及微生物孢子由于几乎不含自由水，可在较低温度生存的原因之一；而多汁的果蔬，由于自由水较多，冰点相对较高，且易结冰破坏其组织；
（3）结合水不能作为溶质的溶剂；
（4）自由水能被微生物所利用，结合水则不能，所以自由水较多的食品容易腐败。 3 比较冰点以上和冰点以下温度的αW差异。
在比较冰点以上和冰点以下温度的αW时，应注意以下三点：
（1）在冰点温度以上，αW是样品成分和温度的函数，成分是影响αW的主要因素。但在冰点温度以下时，αW
与样品的成分无关，只取决于温度，也就是说在有冰相存在时，αW不受体系中所含溶质种类和比例的影响，因此不能根据αW值来准确地预测在冰点以下温度时的体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。所以，在低于冰点温度时用αW值作为食品体系中可能发生的物理化学和生理变化的指标，远不如在高于冰点温度时更有应用价值；
（2）食品冰点温度以上和冰点温度以下时的αW值的大小对食品稳定性的影响是不同的； （3）低于食品冰点温度时的αW不能用来预测冰点温度以上的同一种食品的αW。 4 MSI在食品工业上的意义
MSI即水分吸着等温线，其含义为在恒温条件下，食品的含水量（每单位干物质质量中水的质量表示）与αW
的关系曲线。它在食品工业上的意义在于：
（1）在浓缩和干燥过程中样品脱水的难易程度与αW有关； （2）配制混合食品必须避免水分在配料之间的转移； （3）测定包装材料的阻湿性的必要性；
（4）测定什么样的水分含量能够抑制微生物的生长； （5）预测食品的化学和物理稳定性与水分的含量关系。 5 滞后现象产生的主要原因。
MSI的制作有两种方法，即采用回吸或解吸的方法绘制的MSI，同一食品按这两种方法制作的MSI图形并不一致，不互相重叠，这种现象称为滞后现象。产生滞后现象的原因主要有：
（1）解吸过程中一些水分与非水溶液成分作用而无法放出水分；
（2）不规则形状产生毛细管现象的部位，欲填满或抽空水分需不同的蒸汽压； （3）解吸作用时，因组织改变，当再吸水时无法紧密结合水，由此可导致回吸相同水分含量时处于较高的αW； （4）温度、解吸的速度和程度及食品类型等都影响滞后环的形状。 6 简要说明αW比水分含量能更好的反映食品的稳定性的原因。
αW比用水分含量能更好地反映食品的稳定性，究其原因与下列因素有关： （1）αW对微生物生长有更为密切的关系；
（2）αW与引起食品品质下降的诸多化学反应、酶促反应及质构变化有高度的相关性； （3）用αW比用水分含量更清楚地表示水分在不同区域移动情况；
（4）从MSI图中所示的单分子层水的αW（~）所对应的水分含量是干燥食品的最佳要求； （5）αW比水分含量易测，且又不破坏试样。
7 简述食品中αW与化学及酶促反应之间的关系。
αW与化学及酶促反应之间的关系较为复杂，主要由于食品中水分通过多种途径参与其反应： （1）水分不仅参与其反应，而且由于伴随水分的移动促使各反应的进行； （2）通过与极性基团及离子基团的水合作用影响它们的反应；
（3）通过与生物大分子的水合作用和溶胀作用，使其暴露出新的作用位点； （4）高含量的水由于稀释作用可减慢反应。
8 简述食品中αW与脂质氧化反应的关系。
食品水分对脂质氧化既有促进作用，又有抑制作用。当食品中水分处在单分子层水（αW＝左右）时，可抑制氧化作用，其原因可能在于：
（1）覆盖了可氧化的部位，阻止它与氧的接触；
（2）与金属离子的水合作用，消除了由金属离子引发的氧化作用； （3）与氢过氧化合物的氢键结合，抑制了由此引发的氧化作用；
（4）促进了游离基间相互结合，由此抑制了游离基在脂质氧化中链式反应。 当食品中αW＞时，水分对脂质氧化起促进作用，其原因可能在于：
（1）水分的溶剂化作用，使反应物和产物便于移动，有利于氧化作用的进行； （2）水分对生物大分子的溶胀作用，暴露出新的氧化部位，有利于氧化的进行。 9 简述食品中αW与美拉德褐变的关系。
食品中αW与美拉德褐变的关系表现出一种钟形曲线形状，当食品中αW＝~时，多数食品会发生美拉德褐变反应，造成食品中αW与美拉德褐变的钟形曲线形状的主要原因在于：虽然高于BHT单分子层αW以后美拉德褐变就可进行，但αW较低时，水多呈水-水和水-溶质的氢键键合作用与邻近的分子缔合作用不利于反应物和反应产物的移动，限制了美拉德褐变的进行。随着αW增大，有利于反应物和产物的移动，美拉德褐变增大至最高点，但αW继续增大，反应物被稀释，美拉德褐变下降。 10 分子流动性的影响因素。
分子流动性指的是与食品储藏期间的稳定性和加工性能有关的分子运动形式，它涵盖了以下分子运动形式：
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