生化与食化 2-2 - 水和溶质的相互作用

生化与食化 2-2 - 水和溶质的相互作用

这篇文章介绍了水的持水力及其与不同分子间的相互作用,包括偶极-离子、偶极-偶极和疏水相互作用等。文章还详细分类了结合水(束缚水)和体相水(游离水),并解释了它们的特点和自由度等级。此外,文章讨论了偶极-离子作用对水结构的影响,以及偶极-偶极作用中的水桥现象。最后,文章探讨了疏水水合作用及其在食品添加剂中的应用,如β-环糊精的稳定包合作用,以及疏水相互作用的自发性。

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1. 持水力 water holding capacity

描述由分子 (通常是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

2. 相互作用分类

1)偶极 - 离子
结合力比氢键

  • 水 - 游离离子

  • 水 - 有机分子带电基团

2)偶极 - 偶极(极性基团)
结合力与氢键接近

  • 水 - (蛋白质 - NH)

  • 水 - (蛋白质 - CO)

  • 水 - (蛋白质 - OH)

3)疏水水合
结合力远小于氢键

  • 水 + R 基团 → R(水合)

4)疏水相互作用
结合力无法比较

  • R(水合)+ R(水合) → R2 + 水

3. 结合水(束缚水)

结合水的特点

  1. 低温(< -40 ˚C)不能冻结

  2. 不能作为外加溶质的溶剂

  3. 不能被微生物利用

  4. 在核磁共振中产生宽带

  5. 呈现低流动性

结合水的分类
从低自由到高自由

  1. 构成水(化合水)

  2. 临近水

  3. 多层水

4. 体相水(游离水)(自由水)

体相水的分类
从低自由到高自由

  1. 不移动水(滞化水)

  2. 毛细管水

  3. 自由流动水

5. 偶极 - 离子作用

净结构破坏效应
溶液比纯水具有较高的流动性
大离子和单价离子产生较弱的电场

净结构形成效应
与净结构破坏效应相反

6. 偶极 - 偶极作用

一般会增加水净结构(流动性减弱)

水桥作用

  • 是指一个水分子(或少数几个水分子)同时与两个不同的溶质分子(或同一分子的两个不同部分)形成氢键,从而像一座“桥梁”一样将这两个溶质分子连接或稳定在一起的作用。

  • 这个水分子既是氢键供体又是氢键受体,充分利用了其两亲性(亲核的氧原子和亲电的氢原子)

7. 疏水水合作用

非自发

  • ∆G > 0

  • ∆S < 0

极不稳定

  • 可以加乳化剂以稳定

β- 环糊精

  • β- 环糊精外部亲水,内部疏水,称之为“笼状水化物”

  • β- 环糊精通过其疏水空腔为疏水分子提供了一个“避难所”,使客体分子摆脱高能的疏水水合环境,同时释放空腔内不稳定的水分子。这一过程以熵增为主导,显著降低系统自由能,从而实现稳定包合。

  • 可用作食品添加剂,起到锁水 / 锁风味物质的包埋作用

8. 疏水相互作用

疏水水合的部分逆转

自发

  • ∆G < 0

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