二、水和其他成分的相互作用
水在溶液中的存在形式与其他成分的性质及其同水分子的相互作用有关，下面分别介绍不同种类的物质成分与水之间的相互作用。
1.水与离子型物质的相互作用
无机离子或有机物中的离子基团通过自身的电荷可以与水分子偶极产生相互作用，通常称为水合作用。与离子和离子基团相互作用的水，是食品中结合最紧密的一部分水。从实际情况来看，所有的离子对水的正常结构均有破坏作用，典型的特征就是水中加入盐类以后，水的冰点下降。
食盐是处理烹饪原料常用的物质，也是相对分子质量较小的离子型化合物的代表。由于水在食盐离解后生成的Na+和Cl-周围被强烈极化，从而使得水的正常结构被破坏，加入的盐越多，极化作用越强烈，此时即使降温至0℃以下，水也不易结冰。由于水分子具有大的偶极矩，因此能与离子产生相互作用，如图2-5所示。水分子同Na+的水合作用能约83.68kJ·mol-1，比水分子之间氢键结合能（约20.9kJ·mol-1）大3倍，因此离子或离子基团加入到水中，会破坏水中的氢键，导致改变水的流动性。
图2-5 离子的水合作用和水分子的取向
如果水中存在其他亲水性的胶体物质时，比如蛋白质，也会因为极化作用使亲水胶体周围的双电层厚度发生较大的变化，从而影响胶体的稳定性。如果双电层变厚，说明亲水胶体的持水性加大，便产生盐溶，例如烹制肉制品时，加入适量食盐使肌肉发生盐溶作用，所得肉制品滑嫩可口，炒肉或调制肉糜、肉馅时，事先加入少量食盐，就是基于这个原理；相反，如果双电层变薄，说明亲水胶体的稳定性下降，容易发生沉淀，便产生盐析。烹饪原料的腌制过程都伴随着盐析作用，这是食盐用量过大造成的结果。
2.水与非离子型亲水物质的相互作用
水与非离子型亲水物质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，例如蔗糖、淀粉、某些种类的蛋白质等。与非离子型亲水物质氢键键合的水，按其所在的特定位置可分为化合水或邻近水（第一层水），与体相水比较，它们的流动性极小。凡能够产生氢键键合的亲水性物质可以强化纯水的结构，至少不会破坏这种结构。然而在某些情况下，由于氢键键合的部位和取向在几何构型上与正常水不同，因此，这些物质质通常对水的正常结构也会产生破坏，持水性增强，使水的流动性降低。例如，烹饪过程中的勾芡、明胶或琼脂做冻等就是基于这种作用。
但也应该看到，当体系中添加具有氢键键合能力的溶质时，每摩尔溶液中的氢键总数不会明显地改变。这可能是因为已断裂的水-水氢键被水-溶质氢键所代替，因此，这类溶质对水的网状结构几乎没有影响。
水还能与羟基、氨基、羰基、酰氨基和亚氨基等极性基团发生氢键键合。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”。图2-6表示水与蛋白质分子中的两种官能团之间形成的氢键。
图2-6 水与蛋白质分子中两种官能团形成的氢键(虚线)
各种有机分子的不同极性基团与水形成氢键的牢固程度有所不同。蛋白质多肽链中赖氨酸和精氨酸侧链上的氨基，天冬氨酸和谷氨酸侧链上的羧基，肽链两端的羧基和氨基，以及果胶物质中的未酯化的羧基，无论是在晶体还是在溶液时，都是呈离解或离子态的基团；这些基团与水形成氢键，键能大，结合得牢固。蛋白质结构中的酰胺基、淀粉、果胶质、纤维素等分子中的羟基与水也能形成氢键，但键能较小，牢固程度差一些。
3.水与疏水性物质的相互作用
含有疏水型结构的非极性分子在水中的行为首先表现为尽量营造非水小环境。例如，含有非极性基团（疏水基）的烃类、脂肪酸、氨基酸以及蛋白质加入水中，由于极性的差异，使体系的熵减少，在热力学上是不利的，此过程称为疏水水合。由于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，使得疏水基邻近的水形成了特殊的结构，水分子在疏水基外围定向排列，导致熵减少。
水对于非极性物质产生的作用中，其中有两个方面特别值得注意：笼形水合物的形成和蛋白质中的疏水相互作用。
笼形水合物是冰状包合物，其中水为“主体”物质，通过氢键形成了笼状结构，物理截留了另一种被称为“客体”的分子。笼形水合物的客体分子是低分子量化合物，它的大小和形状与由20～74个水分子组成的主体笼的大小相似。典型的客体包括低分子量的烃类及卤代烃、稀有气体、SO2、CO2、环氧乙烷、乙醇、短链的伯胺、仲胺及叔胺、烷基铵等，水与客体之间相互作用往往涉及弱的范德华力，但有些情况下为静电相互作用。此外，分子量大的“客体”如蛋白质、糖类、脂类和生物细胞内的其他物质也能与水形成笼形水合物，使水合物的凝固点降低。一些笼形水合物具有较高的稳定性。
疏水相互作用是指疏水基尽可能聚集在一起以减少它们与水的接触（图2-7）。疏水相互作用可以导致非极性物质分子的熵减小，因而产生热力学上不稳定的状态；由于分散在水中的疏水性物质相互集聚，导致使它们与水的接触面积减小，结果引起蛋白质分子聚集，甚至沉淀；此外，疏水相互作用还包括蛋白质与脂类的疏水结合。疏水性物质间的疏水基相互作用导致体系中自由水分子增多，所以疏水基作用和极性物质、离子的水合作用一样，其溶质周围的水分子都同样伴随着熵减小，然而，水分子之间的氢键键合在热力学上是一种稳定状态，从这一点上讲，疏水相互作用和极性物质的水合作用有着本质上的区别。疏水相互作用对于维持蛋白质分子的结构发挥重要的作用。也就是说，疏水相互作用在生理上的意义大于在烹饪原料加工过程中的意义。
疏水基、疏水性物质在水中的作用情况见图2-7。
图2-7 疏水基、疏水性物质在水中的作用情况