水活动

抽象的

微生物的代谢活动需要水。食物中只有一小部分的水，即所谓的游离水，可用于这一目的。比较了先前由两种不同方法(Frosch et al. (2010)， Frosch et al. (2011)， Low(1969))估算的NaCl、nhh四种电解质水溶液的游离水量₄Cl, Na₂所以₄(NH₄）₂所以₄:(i)溶液相对于纯水的蒸气压的测量(水活度)和(ii) R(ν)表示。对于每种电解质，两种方法的结果之间存在偏差。被照亮体积中的所有水分子都对拉曼数据有贡献。蒸汽压的测量是指水/大气界面上的水分子，在这个界面上表面张力很重要。四种电解质表面张力的差异定性地解释了两种方法观察到的“游离水”量之间的偏差。

1.介绍

自由和束缚水的概念对于了解水在生命科学各方面的作用至关重要。氢键振动模式导致IR和拉曼区域低于400厘米的带⁻¹［1］．这个地区历来很难进入。在远红外区域，同步加速器光源比传统的球形光源效率更高[2- - - - - -4］．在这一区域，太赫兹光谱已成为研究水/蛋白质动力学的重要工具[5］．在拉曼光谱中，非常强烈的瑞利线延伸到几百个波兰的拉曼偏移。但是，这种问题可以通过使用r（)表示6- - - - - -8］．人类和动物皮肤中的水/蛋白质相互作用以前是用低波数拉曼光谱在R()，并对蛋白结合水和“游离”水进行了区分[6，9］．180厘米长的水带⁻¹被分配给水的存在，具有四面体氢键构象[6，9］．这条带对于体积状结构的水很重要，它被用来监测人类皮肤、头发和指甲中“游离水”的存在[10，11]，适用于老化及长期老化的皮肤[12，以及恶性和良性皮肤肿瘤[13］．在目前的贡献中，“自由”水的出现和水的活动被讨论与保存食品的关系。

2.“自由”水和水活动

水活动，，是保存食物的一个重要因素可以表示为含水物质的蒸气压，，除以纯水的浓度，在同一温度下[17]： 不与食品分子无限制的食物中的水可以支持细菌，酵母和霉菌（真菌）的生长[18］．术语水活动，，是指这种未结合的、可用的水[18]，亦称为“免费”水[19］．然而，在分子尺度上，“游离”水指的是什么还不是很清楚。对于氢键水的结构和动力学之间的相互作用仍然缺乏透彻的理解。最近，我们在R(） - 揭示水溶液中的翻译“游离水”的量[15，16］．在180厘米处的低波数波段的强度⁻¹用于监测不同浓度水溶液中具有四个氢键的四面体构型水分子((摩尔)NaCl, NH₄Cl, Na₂所以₄, (NH₄）₂所以₄， 分别。四面体构造中的水分子被捕获在潜在的最小值中，因此被认为是“结合的”水[15，16］．这些分子不仅可能被其他水分子包围，也可能被离子包围。氢键结合的水结构随着氢键的断裂和形成而波动，但在一个不同的温度下，“结合”水的数量是恒定的。拉曼光谱是一种足够快速的技术，可以对“结合水”进行即时快照，即使是在纯液态水中。计算每个分子含有少于3个氢键的剩余水分子的数量，并假设溶液中“自由”分子之间存在线性关系，，在纯净水中，： 这两个和将水溶液中“游离”水的数量与纯液态水的数量联系起来。因此，这两个参数表现出相同的浓度依赖性。研究的四种电解质的水活度是根据Low [14］．之间的比较从...获取 [14),从...获取 [15，16如图所示1．对于每一条电解质曲线，观察到两条曲线之间的偏差。对于NaCl, NH的溶液₄cl，和（nh₄）₂所以₄的值比那些要高吗在给定电解质浓度下。对于Na的溶液₂所以₄结果却正好相反。的值根据(2．2）反映水溶液的大部分，因为所有水分子在照明体积中有贡献。蒸气压（和)与水表面的水分子有关。在这种情况下，表面张力可能是需要考虑的一个重要因素。表面张力反映了水分子被吸进液体的趋势。表面张力作为摩尔浓度的函数与摩尔浓度呈线性关系[20.］．斜率在序列NH中增加₄cl 4）₂所以₄< Na₂所以₄对于四个电解质，预期表面张力对蒸气压的影响预期在该序列中增加。假设曲线在图中1描述解决方案中“自由”水的真实内容，四个电解质表面张力的相对幅度可能解释差异和在图中1．对Na₂所以₄溶液中水分的活度较低-curves。对于其他三个电解质，水的活动全部以上- 根据这些电解质的较低表面张力。

(一)

(b)

(c)

(d)

(一)
(b)
(c)
(d)

图1

14 15 16 比较一下水的活动，（虚线）来自[，翻译过来就是“免费”的水，（全行)源自[，在钠-氯化铵和钠-硫酸铵水溶液中。所有数值均为室温。

3.结论

基本上了解水和水和分子/离子之间的相互作用在分子水平上的相互作用是必要的，以了解水在生物系统中的作用。认为含水物质相对于纯水的蒸气压的水活性被认为显示微生物可用的“免费”水的量。因此，这一因素虽然没有明确定义，对于保护食物来说非常重要，但微生物是不希望的。四个电解质水溶液的水 - 活性（NaCl，NH₄Cl, Na₂所以₄(NH₄）₂所以₄)偏离了由低波数拉曼光谱在R()表示。在拉曼光谱中，照明体积中的所有分子有助于光谱。因此，这些测量反映了溶液的大部分。散装溶液上水的蒸气压受水/大气界面的影响。研究的解决方案表面紧张局势的差异可能定制解释拉曼和蒸汽压力测量（水活）之间观察到的差异。彻底了解生物系统中水的动态和相互作用至关重要。希望这里概述的初步结果和假设可能有助于进一步调查食物和生命科学中的“自由”和“束缚”的水。

承认

M. Frosch为Brewer J.C. Jacobsen提供了Carlsbergs Mindelegat的支持。

参考文献

1. O. F. Nielsen，“低频拉曼光谱和生物分子动力学，不同低频实验技术的比较。振动模式的集合体拉曼光谱手册，从研究实验室到过程线，I. R. Lewis和H. G. M. Edwards，EDS。，PP。593-615，Marcel Dekker，纽约，NY，美国，2001年。视图:谷歌学术
2. T. M. Greve, K. B. Andersen, A. Engdahl, B. Nelander, and O. F. Nielsen，“用远红外和低波数拉曼光谱研究蛋白质和水的氢键”，航会议论文集，卷。1075，pp.13-17，2008。视图:谷歌学术
3. T. M. Greve, K. B. Andersen, O. F. Nielsen，和A. Engdahl，“猪耳皮的FTIR成像和ATR-FT-Far-IR同步加速器光谱”，光谱学，卷。24，不。1-2，PP。105-111，2010。视图:出版商的网站|谷歌学术
4. O. F. Nielsen, T. M. Greve, N. de Fries, N. W. Larsen，和A. Engdahl，“蛋白质和蛋白质/水相互作用的低波数拉曼和同步加速器研究”。从模型系统到动物和人的皮肤，”航会议论文集，卷。1267，pp。366-367，2010。视图:谷歌学术
5. J. Xu, K. W. Plaxco和S. J. Allen，“用太赫兹吸收光谱法探测液态水中蛋白质的集体振动动力学”，蛋白质科学，第15卷，第5期。5，页1175-1181,2006。视图:出版商的网站|谷歌学术
6. S. E. M. Colaianni和O.F.F.Nielsen，“低频拉曼光谱”，分子结构杂志，卷。347，pp。267-284,1995。视图:谷歌学术
7. P.A.Lund，O.F.Nielsen和E.Praestgaard，“分子液体中的去极化瑞利翼散射和远红外吸收的比较”化学物理，卷。28，不。1-2，pp。167-173,1978。视图:谷歌学术
8. O. F.尼尔森，《液态水的结构》。低频(10-400厘米)⁻¹拉曼研究。”化学物理快报，第60卷，第2期3，第515-517页，1979。视图:谷歌学术
9. O. F. Nielsen, C. Johansson, K. L. Jacobsen等人，“生物材料中的水结构和水/蛋白质相互作用的拉曼光谱特征”材料科学中的光学器件和诊断D. L. Andrews, T. Asakura, S. Jutamulia等，Eds。年第4098卷学报学报，页160 - 168,2000。视图:谷歌学术
10. M.Gniadecka，O.F.Nielsen，D.H. Christensen和H. C.Wulf，“水，蛋白质和脂质的结构”完整的人体皮肤，头发和钉子“，”皮肤病学调查杂志号，第110卷。4, 1998。视图:出版商的网站|谷歌学术
11. T.M.Greve，N.R.Antersen，K.Antersen，M.Nantersen，H.C.C.Wulf和O. F.F.Nielsen，人类和动物皮肤水结构的生物医学方面：近红外傅立叶变换拉曼研究，“生物医学光谱学新方法，K.Naeipp，R. Aroca，H.Nakeipp和E. Wentrup-Byrne，EDS。，Vol。963的ACS系列研讨会，第30-40页，美国化学学会，华盛顿特区，美国，2007。视图:谷歌学术
12. M. Gniadecka, O. F. Nielsen, S. Wessel, M. Heidenheim, D. H. Christensen，和H. C. Wulf，“照相和慢性老化皮肤中的水和蛋白质结构”，皮肤病学调查杂志，卷。111，没有。6，PP。1129-1133，1998。视图:出版商的网站|谷歌学术
13. M. Gniadecka, O. F. Nielsen，和H. C. Wulf，“恶性和良性皮肤肿瘤的水分和结构”，分子结构杂志，第661-662卷，第2期1-3页，405-410,2003。视图:出版商的网站|谷歌学术
14. R. D. H.低，“九核核的理论研究，”期刊研究Atmosphériques，第4卷，65-78页，1969。视图:谷歌学术
15. M. Frosch, M. Bilde，和O. F. Nielsen，《从水聚集到渗透系数》，物理化学杂志，第114卷，第2期。44，页11933-11942,2010。视图:出版商的网站|谷歌学术
16. M. Frosch, M. Bilde，和O. F. Nielsen，“从水聚集到渗透系数的修正”，物理化学杂志，卷。115，没有。17，pp。4563-4563，2011。视图:谷歌学术
17. J. J. Blandamer, J. B. F. N. Engberts, P. T. Gleeson, and J. C. R. Reis，《水系统中水的活性》。这是一个经常被忽视的属性，”化学学会评论，卷。34，没有。5，pp。440-458,2005。视图:出版商的网站|谷歌学术
18. 2011年,http://www.cip.ukcentre.com/wa1.htm.．
19. 2011年,http://www.pedak.nl/pdf/ISO%2021807.pdf．
20. E. W. Washburn，ED。，国际数值数据、物理、化学和技术关键表，卷。IV，美利坚合众国国家研究委员会，纽约，纽约，美国;McGraw-Hill，伦敦，英国，1928年。

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