食品物性学-2015

第一章绪论食品物性学的定义和内容食品物性学的定义食品的力学性质食品的热学性质食品的电学性质食品的光学性质食品物性学研究的目的和学科特点第一节食品物性学的定义和内容1、食品物性学的定义：食品物性学是研究食品（包括食品原料）物理性质的一门科学。研究内容不仅包括对食品本身物理性质的分析研究，也包括人的感官对食品物理性质的所谓感觉性质的研究。食品的化学性质，包括：甜、酸、苦、咸、味、涩、香气等。食品的物理性质，包括：食品的软硬、黏稠、酥脆性、爽滑感、形状、色泽、温度等。3第一节食品物性学的定义和内容1、食品物性学的定义：调查统计发现，除了酒、果汁等少数几种食品外，约2/3的食品，决定其口感好坏的主要是物理因素。化学性质对食品口感影响的比例只占20%左右，物理性质占70%。4第一节食品物性学的定义和内容2、食品的力学性质：包括食品中力作用下的变形、振动、流动、破断等。（1）是食品感官评价的重要内容（2）与食品的生化变化、变质情况有着密切的联系（3）与食品加工的关系密切第一节食品物性学的定义和内容3、食品的热学性质：常见的热物性指标和研究内容主要有：比热、潜热、相变规律、传热规律以及与温度有关的热膨胀规律等。对食品进行冷热处理，改善其某种品质和工业化控制目前也成为令人注目的研究领域。第一节食品物性学的定义和内容4、食品的电学性质：主要指食品及其原料的导电特性、介电特性、以及电磁物理特性。（1）对食品品质的检测：食品的状态、成分等变化往往反映在其电学性质的变化上。（2）电磁物理加工：静电场处理技术、电磁波加工处理技术（远红外、微波、电脉冲等）、通电加热技术、电渗透脱水技术、电磁场水处理技术等。第一节食品物性学的定义和内容5、食品的光学性质：主要指食品物质对光的吸收、反射及对感官反应的性质。（1）通过光学性质实现对食品的品质、成分测定。（2）对食品色泽的研究，除了一般的光学性质之外，还涉及色光理论、色光感觉以及色光生理方面的的内容。第二节食品物性学研究的目的和学科特点1、研究目的：（1）了解食品与加工、烹饪有关的物理特性。（2）建立食品品质客观评价的方法。（3）通过对无形的实验研究，可以了解食品生化性质变化。（4）为改善食品的风味，发挥食品的嗜好功能提供科学依据。（5）深入了解食品分子结构及化学组成。第二节食品物性学研究的目的和学科特点2、学科特点：是一门牵涉多学科领域的科学。是一门实践性比较强的科学。是一门新的，体系尚未形成的科学，有许多领域的研究还仅仅是一些初步的试验，系统的结论还需今后长期的研究。第二章食品的力学性质和流变学基础食品物质的胶黏性食品物性构成体系与力学性质的复杂性胶体的概念分散系统的胶体食品的胶黏性与食品加工食品流变学食品流变学概述食品的黏性食品的黏弹性第一节食品物质的胶黏性2、胶体的概念：–除了纯液体食品外，几乎所有的食品在食用时的状态都可以看做胶体。–胶体系统主要由胶体粒子(colloidalparticle)组成，是一种多相分散系统，也称为非均质分散系统。类型高分子溶液胶体溶液悬浊液粒子大小1nm1～100nm约200nm观察手段电子显微镜电子显微镜，超显微镜光学显微镜渗透性可通过半透膜可透过滤纸，但不能透过半透膜不能透过滤纸透光性透明显示廷德尔现象很混浊胶体粒子的大小和胶体的特征第一节食品物质的胶黏性3、分散系统的胶体：–按照胶体粒子在分散系统中的存在状态，可以把胶体系统分成9种。连续相分散相类别名称食品举例气体液体气溶胶弥漫香气的雾固体粉末淀粉、小麦粉、砂糖、脱脂奶粉等液体气体泡沫掼奶油、软冰淇淋、啤酒沫等液体乳胶体牛奶、生奶油、黄油、卵黄、蛋黄酱等固体悬胶体果汁、汤汁溶胶调味汁、肉汤、淀粉糊凝胶果冻、凉粉、鸡蛋羹、豆腐固体气体固体泡面包、馒头、蛋糕、饼干液体固体凝胶果冻、熟米饭粒食品胶体系统的分类第一节食品物质的胶黏性❃气溶胶：稳定性❃粉末表观比体积：单位质量粉末所充填的体积。表观密度：包括粉末间隙在内的单位体积粉体的质量。孔隙率：一定体积的粉末中，空隙所占体积的比率。孔隙率＝V0/V=(V-V1)/V❃气泡(bubble)：在液体中分散有许多气体的分散系统第一节食品物质的胶黏性❃乳胶体：两种互不相溶的液体，其中一方为微小的液滴分散在另一方液体中的胶体。水包油型(O/W)，油包水型(W/O)。在外力的强烈作用下，两者可相互转化。第一节食品物质的胶黏性❃乳胶体：多相乳胶体(multilayeremulsion)，把(O/W)或(W/O)型乳胶体整个看成一个连续相，再向其中加入水或油后，得到的一种均一体系。包括W/O/W或O/W/O型乳胶体。第一节食品物质的胶黏性❃乳胶体：乳胶体类型的判断：①稀释法：将1滴乳胶液滴滴入水中，如果它能扩散到整个水中，就是O/W型，反之就是W/O型。②导电法：水和油的导电性质有很大差异，用电流计的两极插入乳胶液中，入会路线是通电，则为O/W型，反之为W/O型。③色素染色法：利用色素是否溶解于连续相来判断。用不溶于油的水溶性色素（如甲基橙）加入乳胶体中，如果溶解，则为O/W型，反之为W/O型。第一节食品物质的胶黏性❃溶胶和凝胶：大部分食品的主要形态。溶胶(sol)：可以流动的胶体溶液。把分散介质（连续相）是水的胶体称为亲水性胶体(hydrocolloid)，对这样的溶胶称为水溶胶(hydrosol)。凝胶(gel)：在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质，形成整体构造而失去了流动性，或胶体全体虽含有大量液体介质而固化的状态称为凝胶。干凝胶(xerogel)：凝胶放置后，逐渐离浆脱水成为干燥状态，称为干凝胶。干凝胶浸泡在水中，一般会吸水变软，称为膨润。第一节食品物质的胶黏性❃溶胶和凝胶：凝胶的形成机理：有纤维状高分子相互缠结，或分子间键结合，得到三维的立体网络结构而形成。水保持在网络的网格中，全体失去流动性质。凝胶可分为热不可逆凝胶（蛋白凝胶）和热可逆凝胶（多糖凝胶）或易离水凝胶（豆腐）和难离水凝胶（果冻）。离浆：凝胶经过一段时间放置后，网格会逐渐收缩，并把网格中的水挤出来。凝胶的重要性：很多食品是在凝胶状态下食用的；凝胶状态食品的力学性质对其口感、风味起着决定的作用；研究和改善食品的质地(texture)，主要是研究凝胶状态物质的模型。第二节食品流变学1、食品流变学概述流变学(rheology)：研究物质在力作用下变性或流动，以及力的作用时间对变形的影响的科学。流变学的研究对象一般指：油脂、橡皮、淀粉、蛋白、等力学性质介于固体和液体之间的物质。对这些物质的黏性、塑性、触变性、黏弹性等现象进行研究，从这些物质的构造、组成上解释以上现象，找出其表现规律。第二节食品流变学1、食品流变学概述由于力学性质与食品的化学成分、分子构造、分子内结合状态、分子间结合状态、分散状态、以及组织构造有极大关系，因此流变学可以说是食品力学性质方面的物性理论。食品流变学研究的对象是所有的食品和食品原材。食品流变学研究的目的是要解决实际食品加工中出现的各种问题，提高食品的品质和质量。第二节食品流变学2、食品的黏性（1）应力与应变的概念应力(stress)：单位面积所承受的作用力正应力：受力面积与施力方向垂直剪应力(shearstress)：受力面积与施力方向互相正交应变(strain)：外力作用下不产生位移时，几何形状和尺寸的变化（形变）。剪切应变(shearstrain)：在剪切应力作用下的形变。第二节食品流变学2、食品的黏性（1）应力与应变的概念剪切速率：液体流动过程中，剪切应变与所需时间之比为剪切速率，也称为应变速率或速率梯度，单位为s-1。对于流体而言，内部某一点的剪切速率又可以表述为该点的即时速度与该点形变的截面尺寸的比值，即s-1。第二节食品流变学2、食品的黏性（2）黏度的概念(viscosity)流体在流动时，阻碍流体流动的性质称为黏性。黏性是表征流体流动性质的指标。黏性产生的原因：从微观上讲就是流体受力作用，其质点间作相对运动时产生阻力的性质。这种阻力来自内部分子运动和分子引力。黏性的大小用黏度（或称黏性率、黏性系数）来表示。根据变形的方式，黏度可以分为剪切黏度、延伸黏度和体积黏度。第二节食品流变学2、食品的黏性（2）黏度的概念牛顿流动状态方程：描述流体的应力与应变的关系，由于液体受剪切应力作用，变形表现为流动，即剪切速率的大小，因此流动状态方程表述为：式中σ为剪切应力；η为剪切应力与剪切速率之间的比例系数，表示液体流动的阻力大小，被定义为黏度(viscosity)。黏度的倒数φ称为流度(fluidity)。黏度的值等于流体在剪切速率为1s-1时所产生的剪切力，单位是Pa·s（泊），常用单位有厘泊(cP)。第二节食品流变学2、食品的黏性（2）黏度的概念非牛顿流动状态方程：自然界中的液体，多不符合牛顿流体定律，其流动状态方程可由经验公式表示。式中k为黏性常数，与液体浓度有关，也称浓度系数；n为流态特性指数。令，则。ηα为表观黏度(apparentviscosity)。不但与k和n有关，还是剪切速率的函数，即为液体在某一定流速下的黏度。第二节食品流变学2、食品的黏性（2）黏度的概念对实际的许多流体，当施加应力时不会产生流动，需要将应力σ增大到某一个定值σ0后，液体才开始流动。因此流动状态方程又进一步被表述为：式中σ0为屈服应力(yieldvalue)。第二节食品流变学2、食品的黏性（3）流体的分类牛顿流体(n=1)假塑性流体(0n1)胀塑性流体(n1)塑性流体(σ0≠0)触变性流体胶变性流体液体宾汉流体非宾汉流体第二节食品流变学2、食品的黏性（4）牛顿流体凡是符合牛顿流动状态方程的液体(n=1)，即应力与剪切速率成正比的流体（黏度不随剪切速率的变化而变化），称为牛顿流体。特点：剪切应力与剪切速率成正比，黏度不随剪切速率的变化而变化。理想的牛顿流体没有弹性，不可压缩，各向同性，所以自然界中是不存在牛顿流体的。水、液糖、酒、油等可近似为牛顿流体。第二节食品流变学2、食品的黏性（5）假塑性流体(pseudoplasticflow)流动状态方程中，当0n1时，即表观黏度随剪切应力或剪切速率的增大而减小时，称为假塑性流体，也称为剪切稀化流体。特点：无屈服应力σ0，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。第二节食品流变学2、食品的黏性（5）假塑性流体(pseudoplasticflow)大部分液态食品都是假塑性流体。随着温度的升高，k值降低，表明高温会降低液体的黏度。这是因为升高温度，有利于液体分子的运动，使其阻碍应力作用的阻力减小。n值越小，随着流速的增加，黏滞阻力增加越慢，这是因为n越小，液体内部构造越弱，随着剪切流速的增大，其内部分子结合而形成的阻力由于构造破坏而减少的缘故。（n越小，液体的表观黏度越大，越黏稠。）第二节食品流变学2、食品的黏性（6）胀塑性流体(dilatantflow)流动状态方程中，当n1时，即表观黏度随剪切应力或剪切速率的增大而增大时，称为胀塑性流体，也称为剪切增稠流体。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。液体食品中胀塑性流体不很多，比较典型的是生淀粉糊。第二节食品流变学2、食品的黏性关于剪切稀化的解释：①胶体粒子间结合力的变化：对于比较稠密的分散系统粒子，分子间的弱结合力使它们之间形成网架构造，当液体受剪切应力作用时，会破坏或增强网架构造，从而表现黏度降低或增加。第二节食品流变学2、食品的黏性关于剪切稀化的解释：②胶体粒子的变形：液体中的链状巨大的高分子胶体粒子，在静止或低流速时，互相勾挂缠结，黏度较大。但当流速增大时（剪切应力作用），使得比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩成团，减少了互相的勾挂，黏度降低。第二节食品流变学2、食品的黏性关于剪切增稠流体的解释：③胀容现象：当施加应力较小时，由于水的滑动和流动作用，胶体糊表现出的黏性阻力较小。可是如果