食品物性学

绪论：1）食品的质量因素：营养特性、感官特性、安全性。2）流变学：流变学(Rheology)是研究物质在力的作用下变形和流动的科学。3）食品流变学：食品流变学是在流变学基础上发展起来的,它以弹性力学和流体力学为基础,主要应用线性粘弹性理论,研究食品在小变形范围内的粘弹性质及其变化规律,测量食品在特定形变情况下具有明确物理意义的流变响应。食品流变学的研究对象是食品及其原料的力学性质。（了解）通过对食品流变学特性的研究,可以了解食品的组成、内部结构和分子形态等,为产品配方、加工工艺、设备选型及质量控制等提供方便和依据。4）其他几个性质稍作了解。第一章1）物质的结构：是指物质的组成单元(原子或分子)之间相互吸引和相互排斥的作用达到平衡时在空间的几何排列。分子内原子之间的几何排列称为分子结构，分子之间的几何排列称为聚集态结构。食品物质：聚集态结构2）高聚物结构研究的内容：1高分子链的结构：近程结构（一级结构）、远程结构（二级结构）；2高分子的聚集态结构又称三级或更高级结构。3）高分子内原子间与分子间相互作用:吸引力(键合原子之间的吸引力有键合力，非键合原子间、基团间和分子间的吸引力有范德华力、氢键和其他力。)和推拒力（当原子间或分子间的距离很小时，由于内层电子的相互作用，呈现推拒力。）键合力包括共价键、离子键和金属键。在食品中，主要是共价键和离子键。范德华力包括静电力、诱导力和色散力。范德华力是永远存在于一切分子之间的吸引力，没有方向性和饱和性。作用距离0.26nm，作用能比化学键能小1一2个数量级。氢键:它是极性很强的X一H键上的氢原子与另一个键上电负性很大的Y原子之间相互吸引而形成的(X一H…Y)。氢键既有饱和性又有方向性.氢键的作用能为12一30kJ/mol氢键作用半径一般为0.17一0.20nm。氢键可以在分子间形成，也可以在分子内形成.疏水键并不是疏水基团之间存在引力，而是体系为了稳定自发的调整。各种分子间力可统称为次级力。对高聚物来说，分子链之间的次级力具有加和性4)高分子的柔性：线形长链分子可以卷曲成团，可以在空间呈现各种形态，并随条件和环境的变化而变化的性质。产生的原因：线形高分子链中含有成千上万个σ键。高分子的刚性：如果高分子主链上没有单键，则分子中所有原子在空间的排布是确定的，即只存在一种构象，这种分子就是刚性分子。(了解)影响高分子柔性除单键数量外还有：主链成分、取代基数量、取代基体积、极性、温度等。键越长，键角越大，链的柔性越好。取代基越大、数量越多、极性越强，链的柔性越差。链段：高分子链中划分出来的可以任意取向的最小链单元。高分子总是自发的取卷曲的形态，外形呈椭球状，椭球状高分子称为无规线团。5）按分子的聚集排列方式主要有:结晶态:分子(或原子、离子)间的几何排列具有三维远程有序（分子排列近、远程有序）分为小分子结晶和大分子结晶;液态:分子间的几何排列只有近程有序(即在1一2分子层内排列有序)，而远程无序;气态:分子间的几何排列不但远程无序，近程也无序。液晶态：介于固体和液体之间的一种状态，分子间排列有序，具一定流动性。玻璃态：与液态形似，比液体硬、脆。内聚能:lmol的凝聚体汽化时所吸收的能量。晶核是结晶的起点，分均相成核和异相成核。根据晶胞参数的不同，分十四种晶格结构。食品中的脂肪结晶，主要以六方晶系、三斜晶系、斜方正交晶系液晶态：分热致型和溶致型。玻璃态(无定形):分子间的几何排列近程有序，远程无序，即与液态分于排列相同。它与液态主要区别在于黏度，玻璃态黏度非常高。玻璃化转变机理：自由体积理论。凝胶态：是由一定尺寸范围的粒子或高分子在另一种介质中构成的三维网络结构形态。分聚合物凝胶态和粒子凝胶态。蛋白质的结构变化：①改变蛋白质的结构②加工与贮藏中，蛋白质结构向着不利方面发展③引进化学方法、酶法和转基因方法，设计制作出新的蛋白质结构，使蛋白质功能达到最优化水平。食品中的碳水化合物主要指糖、淀粉、纤维素和胶类物质。单糖和低聚糖分子量或分子链较小，刚性较大，往往以晶体或糖浆形态出现自然界中90%以上的碳水化合物都是以多糖形式存在的以晶体形式存在的多糖较少。多糖分子交联结构:螺旋结构（单，双）和“蛋盒”交联结构淀粉是一些食品的主要成分，以颗粒形式存在，是液晶态结构。淀粉中的支链淀粉和直链淀粉比例直接影响物性指标。6）水具有低粘度和较好流动性的原因：分子团是一种多孔隙的动态结构，每个水分子在结构中稳定的时间仅在10-12s左右。在极短的时间内，于其平衡位置振动和排列，并不断有水分子脱离和加入分子团，导致水特有的物性。水与离子的相互作用：形成水一离子键水与亲水溶质间的相互作用：形成水-溶质氢键影响水分子团因素：与温度、离子浓度、电磁波有关7)动物性食品组织结构一般结构：肌肉和结缔组织组成。肌肉的基本构造单位是肌纤维，肌纤维外有一层很薄的结缔组织，称为肌内膜;每50-150条肌纤维聚集成束，称为初级肌束，外包一层结缔组织，称为肌束膜;数十条初级肌束集结在一起并由较厚的结缔组织包围形成二级肌束;二级肌束再集结即形成了肌肉块。结缔组织是由少量的细胞和大量的细胞外基质构成，胶原蛋白和弹性蛋白都属于细胞外纤维。胶原蛋白是动物体内最多的一种蛋白质，占动物体中总蛋白的20%-25%，对肉的嫩度有很大影响。影响果蔬产品质构的关键因素是细胞壁的强度和细胞膨压的大小,细胞壁影响果蔬质构的主要是细胞壁外层的果胶质，其作用是粘结细胞;膨压与细胞内外溶液的渗透压有关8)物体计算直径简称粒径，表示物体各向尺寸的总和指标。圆度，表示物体角棱的锐度，可表明物体在投影面内的实际形状与圆形的差异。方法一：是用截面圆形中各棱角的曲率半径平均值与最大内接圆半径的对比法。方法二：用物体静止的最大投影面积与其最小外接圆面积的比值来表达。球度：它表示物体的实际形状和球体之间的差异程度。方法一：可用直径比物体各向尺寸之间的无量纲组合称为形状因素。物体个中尺寸与其面积或体积之间的关系成为形状表示物体实际形状与球形不一致的程度的尺度，如面积形状系数，体积形状系数等。当物体为球体时，上式取等号，而且K=1.21.凸状体K值越接近1.21，则物体的形状越接近于球体。因此可以定义形状系数为9）种子、颗粒饲料或粉状饲料，称为散粒体或散体，细粒也称为粉体。平均粒径：不同尺寸的粒子群在某种几何意义下的长度平均值。粒度分布的测定方法：用卡尺，投影仪等来测尺寸；筛分法（颗粒直径较小）；显微镜法；图像分析法；沉降法；电超声法25.4mm以下的孔，用25.4mm长度上的编织丝的根数来描述孔的大小称为：“目”。常用的筛分法有8层筛法和15层筛法。电超声法的测量粒度为5nm-100um10）物体每单位体积内所具有的质量称密度物体的质量与同体积的一个大气压、4摄氏度的纯水的质量之比称为比重。容积密度（物料质量与其所占容器体积之比）、粒子密度(物料质量与物料实际体积之比)、真密度（物料质量与除去物料内部空隙后的物料体积之比）第二章2）流变学定义（见绪论）可用下式来表示:F(t,ε,σ)=0ε-剪切应变；2）黏性：指阻碍流体流动的性质，黏性是表现流体流动性质的指标黏性的大小用黏度来表示，是流体最基本的特性参数。产生条件：流体流层发生相对运动根据变形的方式，黏度还可分为以下几种：剪切黏度、延伸黏度、体积黏度黏性流动的分类1.牛顿流动、2.非牛顿流动3）牛顿流动：剪切速率：液体流动过程中，应变大小与应变所需时间之比表示剪切速率。也称为应变速率（定义了解，方程掌握）流动状态方程:把表示液体所受的剪切应力与剪切速率的函数关系式称为“流动状态方程”。σ=η·έn4）非牛顿流动液体在流动过程中不符合牛顿流体定律的称为非牛顿流体的流动。非牛顿流体的流动状态方程主要有两种经验形式：σ=k·έn=ηa·έ(1＜n＜∞,0＜n＜1)σ=σ0+k·έn(σ0≠0)式中：k称为黏性常数，因为它往往与液体浓度有关，因此也称为浓度系数，n：称为流态特性指数。ηa表观黏度，σ0屈服应力5）（注意看）根据以上流动状态方程中σ0的有无和n的取值范围，非牛顿流动还可以如下分类：一、假塑性流动（0＜n＜1）（表观黏度随着剪切应力或剪切速率的增大而减少的流动，称作假塑性流动，亦称准塑性流动或拟塑性流动。）特点：无屈服应力，即应力应变曲线通过坐标原点；随着流速的增加，表观黏度减少。假塑性液体的流动特性曲线为：把随着流速的增加，表观黏度减少的现象也称为剪切稀化。造成假塑性流动的机理，主要有以下一些解释。胶体粒子间结合受剪切应力作用发生改变，影响黏度的变化。胶体粒子变形，引起黏度的相对减少。二、胀塑性流动(1＜n＜∞）（随着剪切应力或流速的增大，表观黏度a逐渐增大）（生淀粉糊）特点：无屈服应力，即应力应变曲线通过坐标原点；随着剪切流速的增加，表观黏度增加胀塑性液体的流动特性曲线为：造成胀塑性流动的机理，主要有以下一些解释:胀容现象三、塑性流动（塑性流动是指流动特性曲线不通过原点的流动。）:宾汉流动（σ0≠0，n=1）、非宾汉塑性流动（σ0≠0，n≠1）特点：有屈服应力，即应力应变曲线不通过坐标原点。塑性液体的流动特性曲线为：塑性流动中，当应力超过屈服应力时，流动特性符合牛顿流动规律的，称为宾汉流动，对于不符合牛顿流动规律的流动称为非宾汉塑性流动。四、触变性流动（液体在振动、搅拌、摇动时，其黏性减少，流动性增加，但静置一段时间后，流动又变得困难的现象。）特点：振动、搅拌、摇动流动性增加；加载曲线在卸载曲线之上，并形成了与流动时间有关的履历曲线(滞变回环）五、胶变性流动（液体随着流动时间的增加，变得越来越黏稠。）特点：振动、搅拌、摇动流动性增加；加载曲线在卸载曲线之下，并形成了与流动时间有关的履历曲线(滞变回环）触变性流动的特性曲线为：（代表性的食品有西红柿调味酱、蛋黄酱、加糖炼乳等。呈现触变现象的食品口感比较柔和爽口。)胶变性流动的特性曲线为:6)把既有弹性，又可以流动的现象称为黏弹性。7)综合概念：(1)宏观应变：是指平均应变范围为大于原子间距离的有限尺寸场合下的应变。(2)微观应变：是指应变尺寸范围为原子距离数量级的应变。(3)弹性：物质恢复原形的能力。(4)塑性：物质产生永久变形的性质。(5)强度：物质承受施加外力的能力。(6)压缩强度：物质所能承受的最大压缩应力，即：试验时试样能承受的最大荷重和与试料的最初断面积之比。7）弹性率：在弹性极限范围内，应力和应变之比。(8)屈服点：当载荷增加，应力达到最大值后，应力不再增加，而应变依然增加时的应力。(9)屈服强度（弹性极限）：应变和应力之间的线性关系，在有限范围内不再保持时的应力点的应力。(10)生物屈服点：应力应变曲线中，应力开始减少或应变不再随应力变化的点。(11)生物屈服强度：达到生物屈服点的应力。(12)破断点：在应力应变曲线上，当作用力引起物质破碎或断裂的点。(13)脆性断裂：屈服点与断裂点几乎一致的断裂情况，称为脆性断裂。(14)延性断裂：指塑性变形之后的断裂。(15)断裂能：应力在断裂前所作的功。表示应力应变曲线与横坐标包围的面积。(16)坚韧性(强韧性)：使物质达到破断时所需要做的功它是应力和应变曲线之间包围的面积。(17)弹性度：物质在去掉外力作用后，弹性变形和总变形量之比。(18)弹性能：物质以弹性变形形式保存的能量。它等于曲线的直线部分与横轴所包围的面积，或回弹曲线与横轴包围的面积。(19)力学滞后：在载荷的加除过程中物质吸收的能量。(20)应力松弛：试料在瞬时变形后，并保持变形时，应力随时间经过而消失的过程。8）虎克定律：在弹性极限范围内，物体的应变与应力的大小成正比。根据物体受力不同，弹性变形分为三种类型。①物体受正应力作用产生轴向应变。②受剪切应力作用发生剪切应变。③受表面压力作用的体积应变弹性模量E：物体受正应力作用产生轴向的变形称拉伸(或压缩)变形。其应力与应变之比称作弹性模量，也称作杨氏模量。σ=E·ε泊松比μ是物体受拉伸(或压缩)时，其横向应变与纵向应变的比值。取值在0∼0.5之间。剪切模量（刚性率）：剪切变形时，剪切应力与剪切应