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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6个价电子参与杂化，形成4个SP3杂化轨道，有近似四面体的结构。

2冰在转变成水时，净密度增大，当继续升温至3.98时密度可达到最大_，继续升温密度逐渐减小。

3液体纯水的结构并不是单纯的由氢键构成的四面体形状，通过H-桥的作用，形成短暂存在的多变形结构。

4每个水分子最多能够和四个水分子通过氢键结合,每个水分子在三维空间有相同的氢键给体和氢键受体。

因此水分子间的

吸引力比NH3和HF要大得多

5在生物大分子的两个部位或两个大分子之间，由于存在可产生氢键作用的基团，生物大分子之间可形成由几个水分子所构成的水桥。

6当蛋白质的非极性基团暴露在水中时，会促使疏水基团缔合或发生疏水相互作用，引起蛋白质折叠；若降低温度，会使疏水相互作用减弱，而氢键增强__。

7食品体系中的双亲分子主要有脂肪酸盐、蛋白脂质、糖脂、极性脂类、核酸等，其特征是同一分子中同时存在亲水和疏水基团。

当水与双亲分子亲水部位羧基、羟基、磷酸基、羰基、含氮基团等基团缔合后，会导致双亲分子的表观增溶。

8一般来说，食品中的水分可分为结合水和体相水两大类。

其中，前者可根据被结合的牢固程度细分为化合水、邻近水、多层水，后者可根据其食品中的物理作用方式细分为滞化水、毛细管水

9食品中通常所说的水分含量，一般是指常压下，100～105℃条件下恒重后受试食品的减少量

10水在食品中的存在状态主要取决于天然食品组织、加工食品中的化学成分、化学成分的物理状态。

水与不同类型溶质之间的相互作用主要表现在离子和离子基团的相互作用、与非极性物质的相互作用、与双亲分子的相互作用、与中性基团的相互作用等方面。

11一般来说，大多数食品的等温线呈S形，而水果等食品的等温线为J形。

12吸着等温线的制作方法主要有_解吸等温线和回吸等温线两种。

对于同一样品而言，等温线的形状和位置主要与试样的组成、物理结构、预处理、温度、制作方法等因素有关。

13食品中水分对脂质氧化存在抑制和促进作用。

当食品中αW值在0.38左右时，水分对脂质起抑制氧化作用；当食品中αW值>0.38时，水分对脂质起促进氧化作用。

14食品中αW与美拉德褐变的关系表现出钟形曲线形状。

当αW值处于0.3~0.7区间时，大多数食品会发生美拉德反应；随着αW值增大，美拉德褐变增加到最高点；继续增大αW，美拉德褐变下降。

15冷冻是食品贮藏的最理想的方式，其作用主要在于低温。

冷冻对反应速率的影响主要表现在降低温度使反应变得非常缓慢和冷冻产生的浓缩效应加速反应速率两个相反的方面。

16随着食品原料的冻结、细胞内冰晶的形成，会导致体积膨胀。

一般可采取添加抗冷冻剂、速冻等方法可降低冻结给食品带来的不利影响。

17玻璃态时，体系黏度__较高而自由体积_减小，受扩散控制的反应速率降低；而在橡胶态时，其体系黏度显著增大而自由体积_增大_，受扩散控制的反应速率_加快__。

19对于高含水量食品，其体系下的非催化慢反应属于非限制扩散，但当温度降低到冰点以下和水分含量减少到溶质饱和或过饱和状态时，这些反应可能会因为黏度增大而转变为限制性扩散反应。

20当温度低于Tg时，食品的限制扩散性质的稳定性较好，若添加小分子质量的溶剂或提高温度，食品的稳定性降低。

21食品中水结冰,将出现两个非常不利的后果,即浓缩效应和体积膨胀效应

22冷冻是保藏大多数食品最理想的方法，其作用主要在于低温效应，而不是因为形成冰

23水具有一些特殊的物理性质，原因在于水分子的缔合。

24水分回吸等温线和解吸等温线之间的不一致被称为滞后现象。

25、冰有___种结晶类型，普通冰的结晶属于六方晶系的_____，另外，还有9种____和1种____，在常压和0℃下，这11种结构只是______结晶才是稳定的形式。

26、一般说来，温度每变化10℃，AW变化0.03-0.2。

因此，温度变化对水活度产生的效应会影响密封食品的____________。

27、冰点以上AW与冰点以下AW区别为：

第一，在冻结温度以上，AW是__样品成分__和_____温度____函数，而冻结温度以下时，AW与样品成分无关，只取决于_温度_，也就是说在有冰相存在时，AW不受体系中所含溶质种类和比例的影响，因此，不能根据水活性质准确地预测在低于冻结温度时体系中溶质的种类及其含量对体系变化所产生的影响。

第二，冻结温度以上和冻结温度以下AW对食品__食品稳定性的影响不同。

第三，冰点以下AW不能预测冰点以上同一种食品的性质。

28、等温线分解析等温线_和_回吸等温线__两种吸着等温线。

29、对食品的稳定性起重要作用的是食品中___区Ⅲ___那部分水。

30、在一定AW时，食品的解吸过程一般比回吸过程时水分含量更高。

二、选择题

1水分子通过___B____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__C_____。

（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。

（A）Rb＋（B）Na+（C）Mg＋（D）Al3＋

4若稀盐溶液中含有阴离子__D_____，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，___D___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_D_____。

（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？

_B______

（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___B____。

（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_D__。

（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___。

（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0.40时，下面哪种情形一般不会发生？

___C____

（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0.25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____D___

（A）会使非结冰相的pH、离子强度等发生显著变化。

（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___D____。

（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__B_____。

（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___C____

（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？

_C______

（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？

___B____

（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__C_____。

（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__C_____。

（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？

_D______

（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。

21在任何指定的Aw，解吸过程中试样的水分含量___A___回吸过程中的水分含量。

A、大于B、等于

C、小于D、无法判断

22在冰点以上温度，Aw和试样成分A；在冰点以下温度，Aw与试样成分

A、有关，无关B、有关，有关

C、无关，无关D、无关，有关

23、水分子的氢键特性为（A）

A．氢键给体和氢键接受体数目相同B．氢键给体和氢键接受体数目不相同

2、结合水主要性质为（B）

A．不能被微生物利用B．不能作为溶剂C．能结冰D．热焓比纯水大

24、一个木瓜蛋白酶能与几个水分子形成水桥（C）

A．1个B2个C3个D4个

25、笼形水合物的“宿主”一般由多少个水分子组成。

（B）

A．10-74B20-74C40-70

26、吸着等温线在冰点处为（B）

A连续点B断点C无法判断

27、吸着等温线中I区的AW范围为（A）

A00-0.25B0-0.3C0.25-0.8

28、结冰对食品有两个不利后果（AB）

A体积增大B浓度增大C变质、变坏

三、判断题（正确打“√”，错误打“×”）

1、一般来说通过降低AW，可提高食品稳定性。

（√）

2、脂类氧化的速率与AW关系曲线同微生物生长曲线变化相同。

（×）

3、能用冰点以上AW预测冰点以下AW的行为。

（×）

4、一般AW<0.6，微生物不生长。

（√）

5、一般AW<0.6，生化反应停止。

（×）

6、AW在0.7-0.9之间，微生物生长迅速。

（√）

7、通过单分子层水值，可预测食品的稳定性。

（√）

8、水结冰后，食品的浓度增大。

（√）

9.水结冰后，食品发生体积膨胀。

（√）

10、冷冻法是利用低温，而不是冰。

（√）

11、相同AW时，回吸食品和解吸食品的含水量不相同。

（√）

12、AW表征了食品的稳定性。

（×）

四、名词解释

1疏水水合作用（Hydrophobichydration）

向水中添加疏水物质时，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，使得熵减小，此

过程成为疏水水合。

2疏水相互作用（hydrophobicinteraction）

当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体的界面面积，疏水基团之间进行缔合，这种作用成为疏水相互作用。

3笼形水合物（clathratehydrates）

是像冰一样的包含化合物，水为“宿主”，它们靠氢键键合形成想笼一样的结构，通过物理方式将非极性物质截留在笼内,

被截留的物质称为“客体”。

一般“宿主”由20-74个水分子组成，较典型的客体有低分子量烃，稀有气体，卤代烃等。

4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。

5化合水（Constitutionalwater）

是指那些结合最牢固的、构成非水物质组成的那些水。

6体相水（Bulk-phasewater）

指没有与非水成分结合的水，包括自由水和截留水

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（glasstransitiontemperature,Tg）

高聚物转变成柔软而具有弹性的固体称为橡胶态，非晶态食品从玻璃态到橡胶态的转变称玻璃化转变，此时的温度称玻璃化温度。

9水分活度（AW）

水分活度能反应水与各种非水成分缔合的强度，指某种食品在密闭容器中达到平衡状态时的水蒸汽分压；与同一温度下纯水的饱和蒸汽压之比。

10水分吸着等温线（MSI）

在恒温条件下，以食品的含水量（用每单位干物质质量中水的质量表示）对水活性绘图形成的曲线，称为水分吸着等温线

11滞后现象

采用回吸（resorption）的方法绘制的MSI和按解吸（desorption）的方法绘制的MSI并不互相重叠的现象称为滞后现象.

12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=0.2~0.3）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）”。

其意义在于相当于一个干制品能呈现最

高的稳定性时含有的最大水分含量

13分子流动性（Mm）

是分子的旋转移动和平转移动性的总度量。

决定食品Mm值的主要因素是水和食品中占支配地位的非水成分。

五、简答题

1简述食品中结合水和体相水的性质区别？

结合水:

化合水邻近水多层水

化合水:

这部分水与食品成分结合最强已构成非水物质的一部分

Ø在-40℃下不结冰

Ø不能用作其他添加溶质的溶剂

Ø与纯水比较分子平均运动为0

Ø不能被微生物利用

邻近水:

指存在于溶质及其它非水组分邻近的水

Ø在-40℃下不结冰

Ø无溶解溶质的能力

Ø与纯水比较分子平均运动大大减少

Ø不能被微生物利用

Ø此种水很稳定，不易引起Food的腐败变质

多层水:

占有第一层中剩下的位置以及形成单层水以外的几层

Ø大多数多层水在-40℃下不结冰，其余可结冰，但冰点大大降低。

Ø有一定溶解溶质的能力

Ø与纯水比较分子平均运动大大降低

Ø不能被微生物利用

体相水:

自由水和截留水

Ø能结冰，但冰点有所下降

Ø溶解溶质的能力强，干燥时易被除去

Ø与纯水分子平均运动接近

很适于微生物生长和大多数化学反应，易引起食品的腐败变质，但与食品的风味及功能性紧密相关。

2比较冰点以上和冰点以下温度的αW差异。

⑴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；

⑵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；

⑶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。

3MSI上不同区水分特性

4简述食品中αW与脂质氧化反应的关系。

Ø在aw=0-0.35范围内,随aw↑,反应速度↓的原因:

①水与脂类氧化生成的氢过氧化物以氢键结合,保护氢过氧化物的分解,阻止氧化进行.

②这部分水能与金属离子形成水合物,降低了其催化性

Ø在aw=0.35-0.8范围内,随aw↑,反应速度↑的原因:

①水中溶解氧增加

②大分子物质肿胀,活性位点暴露加速脂类氧化.

③催化剂和氧的流动性增加.

Ø当aw＞0.8时,随aw↑,反应速度增加很缓慢的

原因:

催化剂和反应物被稀释.

5．水具有哪些异常的物理性质？

并从理论上加以解释。

每个水分子具有相等数目的氢键给体和受体，能够在三维空间形成氢键网络结构。

水分子参与形成三维空间多重氢键的能力，可以解释水分子间的大吸引力。

每个水分子最多能与其它4个水分子形成氢键，形成四面体结构。

与同样能形成氢键的分子（如NH3、HF）比较，水分子间的吸引力高很多。

6．水与溶质作用有哪几种类型？

每类有何特点？

1）水与离子基团的相互作用

Ø净结构破坏效应（breakingeffect）电荷/半径比值较小的离子产生较弱的电场􀃎阻碍水网络结构的形成打破水的正常结构，并且新的结构又不足以补偿这种结构上的损失。

典型例子：

大的正离子和负离子如：

：

K+，Rb+，Cs+，NH4+，Cl-，Br-，I-，NO3-，BrO3-，IO3-，ClO4-等。

Ø净结构形成效应（Netstructure-formingeffect）,这些离子大多是电场强度大，离子半径小的离子。

如：

Li+,Na+,Ca2+,Ba2+,Mg2+,Al3+，F-,OH-,等。

2）水与有氢键键合能力中性基团的相互作用

Ø水与溶质之间的氢键键合比水与离子之间的相互作用弱。

氢键作用的强度与水分子之间的氢键相近。

Ø水能与某些基团，例如羟基、氨基、羰基、酰氨基和亚氨基等极性基团，发生氢键键合。

Ø结晶大分子的亲水基团间的距离是与纯水中最邻近两个氧原子间的距离相等。

如果在水合大分子中这种间隔占优势，这将会促进第一层水和第二层水之间相互形成氢键

Ø在生物大分子的两个部位或两个大分子之间可形成由几个水分子所构成的“水桥”。

3）水与疏水基团的相互作用

水中加入疏水性物质

Ø疏水基团与水分子产生斥力，从而使疏水基团附近的水分子之间的氢键键合增强,结构更为有序

Ø疏水基团之间相互聚集，从而使它们与水的接触面积减小，结果导致自由水分子增多

极性物质具有两种特殊的性质

Ø蛋白质分子产生的疏水相互作用（hydrophobicinteraction）

Ø极性物质能和水形成笼形水合物（clathratehydrates）

7、“Aw可以很好地预测食品的稳定性。

”这一结论适用于冷冻食品吗？

为什么？

答：

不适用。

因为在冻结温度以上,aw是样品组分与温度的函数,且前者是主要因素,在冻结温度以下,aw与样品组分无关,只取决于温度,不能根据aw预测受溶质影响的冰点以下发生的过程,如扩散控制过程,催化反应等.。

另外，冻结温度以上和以下aw对食品稳定性的影响是不同的.

六、论述题

1论述水分活度与温度的关系。

⑴当温度处于冰点以上时，水分活度与温度的关系可以用下式来表示：

若以lnαW对1/T作图，可以发现其应该是一条直线，

⑵当温度处于冰点以下时，水分活度与温度的关系应用下式来表示：

式中Pff表示未完全冷冻的食品中水的蒸汽分压；P0（SCW）表示过冷的纯水蒸汽压；Pice表示纯冰的蒸汽压。

在冰点温度以下的αW值都是相同的。

2论述水分活度与食品稳定性之间的联系。

⑴食品中αW与微生物生长的关系：

αW对微生物生长有着密切的联系，细菌生长需要的αW较高，而霉菌需要的αW较低，当αW低于0.5后，所有的微生物几乎不能生长。

⑵食品中αW与化学及酶促反应关系：

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。

⑶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＝0.35左右）时，可抑制氧化作用。

当食品中αW＞0.35时，水分对脂质氧化起促进作用。

⑷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，

非酶褐变反应可发生在中、低水分含量的食品中低aw（0.2），反应速度极低或不反应

中等至高aw（0.6-0.7），反应速度最高,水是一个产物，水含量继续增加，会稀释中间产物的浓度，导致产物抑制作用

（5）食品中αW与淀粉老化的关系

食品在较高aw（30-60%）的情况下,淀粉老化速度最快;

如果降低aw,则老化速度减慢,若含水量降至于10%-15%,则食品中水分多呈结合态,淀粉几乎不发生老化.

小结

1）同一类的食品由于组成、新鲜度和其它因素而使aw有差异，而食品中的脂类自动氧化、非酶褐变、微生物生长、酶的反应等都与aw有很大的关系。

2）当aw小于0.2时，除了氧化反应外，其它反应处于最小值（区域I）

3）当aw为0.2~0.3时，为最小的反应速度（一般在等温线吸附区域I与Ⅱ的边界）

4）当aw为0.7~0.9时，中等水分时，麦拉德褐变反应、脂类氧化、维生素Bl降解、叶绿素损失、微生物繁殖和酶反应均显示出最大速率。

但对中等水分和高水分食品，一般随着水活性的增加，反应速度反而降低，如蔗糖水解后的褐变反应。

第3章碳水化合物习题

一、填空题

1碳水化合物根据其组成中单糖的数量可分为单糖、寡糖、和多糖。

2单糖根据官能团的特点分为醛糖和酮糖，寡糖一般是由2～10个单糖分子缩合而成，多糖聚合度大于__10____，根据组成多糖的单糖种类，多糖分为__均多糖_或_杂多糖__。

3根据多糖的来源，多糖分为_植物多糖_、动物多糖_和微生物多糖；根据多糖在生物体内的功能，多糖分为_结构多糖_、_贮藏多糖__和抗原多糖，一般多糖衍生物称为多糖复合物。

4糖原是一种_葡聚糖_____，主要存在于肌肉和肝脏中，淀粉对食品的甜味没有贡献，只有水解成葡萄糖或低聚糖_才对食品的甜味起作用。

5糖