冰晶体

苏春霞 1201500 食品科学

摘要 冰是由水分子有序排列形成的结晶，水分子之间靠氢键连接在一起形成非常稀疏（低密度）的刚性结构，这一点已通过X射线、中子衍射、电子衍射、红外和拉曼光谱分析研究得到阐明。 水分子通过四面体之间的作用力结晶。在冰中，O－O核间距0.276nm，O－O－O键角约109°。每一个水分子能同其它4个水分子缔合（配位数4）。

关键词 冰晶体 氢键 核间距 一、冰晶体的结构形式

冰中除了普通HOH外，纯冰还含有HOH的同位素变种。在研究水和冰结构时，主要考虑HOH、H+（H3+O）和OH-。由于H3+O和OH-的运动以及HOH的振动，冰结晶总是有缺陷的，存在于冰结晶空隙中的HOH分子能缓慢地扩散通过晶格。冰远非是静止或均一的，其特征还取决于温度，当温度接近-180℃或更低时，所有的氢键才是完整的。

冰（H2O）有20余结构形式，通常书写为加后缀的罗马字母形式，如冰-I，冰-II，…等，罗马字母后面的h和c分别表示六方和等轴晶系，如冰-Ih、冰-Ic等。其中冰-Ih最为常见。[1]

1、-Ih结构

在冰-Ih的结构中，每一个O原子的周围都有呈四面体状配位的4个O，O－

O键长约2.76 Å，在O－O连线上只有一个H原子，键长约O--0.96 Å-- H--1.80 Å--O。O原子周围的H原子的分布可以是无序的，也可以是有序的。如果H原子分布

无序，则一个O周围分布有4个占位度为0.5的H原子，此时结构的对称性较高（为P63/mmc）；如果分布有序，则一个O周围有两个H，对称性为P63cm。[1]

冰-Ih的晶体结构（P63cm），结构中H原子有序分布

二、溶质对冰晶结构的影响

冰中溶质的种类和数量影响冰结晶的结构。避免极端快速冻结、溶质的性质

和浓度不显著妨碍水分子运动的条件下，食品中的冰总是以最有序的六方形冰结晶形存在。

三、影响与应用 1、对食品结构的影响

速冻能使食品中的水分成为微小的冰晶体,对食品的结构无所损害,如果是慢

慢地冷冻,水分变成大的冰晶体,对食品结构有影响。鱼肉在低温下冷冻时,肌肉

纤维的水发生内冻结,冰晶体小,可以较好地保持其组织结构的完整。[2].冰晶体形成缓慢冻结时果实中形成的冰晶体大而少,迅速冻结则果实中形成的冰晶体小而多.冰晶体大,会损坏果实的细胞组织,果实解冻时汁液会流失。[3] 空气冷冻结冰所需时间最长(154 min),形成较大且不规则的冰晶,对虾肉组织造成不可逆破坏;液体浸没冷冻速率相对较快(5.9 min),形成的冰晶比空气冷冻的小;200 MPa的卸压超冷速冻形成的冰晶颗粒最小最均匀,冰晶形成时间最短(2.1 min),能最大限度地保持虾的品质[4]。

2、应用

目前以冰晶体为模板制备了很多材料，有很广的应用前景。以冰晶体为模板制备钠基蒙脱石质(Na-MMT)介孔材料。[5]以冰晶体为模板使温敏性微凝胶自组装形成纤维,分别采用冰箱冷冻和液氮冷冻的方法对1wt%浓度的PNIPAM微凝胶水分散液进行冷冻,结果发现只有在液氮冷冻形成的冰晶体模板中PNIPAM微凝胶自组装形成了纤维。[6]

四、结论

通过对冰晶体的了解，能够更好的控制产品生产过程中条件，开发更好的产品。使产品结构更稳定。

五、参考文献

1、 秦善 编著，《结构矿物学》，北京大学出版社，2011）

2、 张廷序； 海洋水产研究 ,Marine Fisheries Research , 编辑部邮箱 ,1981年01期

3、 高经成；上海农业科技 ,Shanghai Agricultural Science and Technology , 编辑部邮箱 ,1990年01期

4、 苏光明； HosahalliS.Ramaswamy； 朱松明； 和劲松； 于勇； 周民生农业工程学报 ,Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering , 编辑部邮箱 ,2013年22期 5、 杨魁； 杨长辉； 李贞；无机材料学报 ,Journal of Inorganic Materials , 编辑部邮箱 ,2011年11期

6、 蒋子珺； 刘晓云； 张福全； 查刘生；电子显微学报 ,Journal of Chinese Electron Microscopy Society , 编辑部邮箱 ,2009年03期