食品物性学固态与半固态食品的物性

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1、 固态与半固态食品的物性 v 凝胶状食品的物性凝胶状食品的物性v 组织状食品的物性组织状食品的物性v 多孔状食品的物性多孔状食品的物性v 粉体食品的物性粉体食品的物性第一节 凝胶状食品的物性1. 凝胶的概述凝胶的概述第一节 凝胶状食品的物性1. 凝胶的概述凝胶的概述n 凝胶食品的特点：凝胶食品的特点： 凝胶态是食品的最常见形态之一。凝胶态是食品的最常见形态之一。 形成凝胶的多糖、蛋白等对改善食品的口味质地发挥着形成凝胶的多糖、蛋白等对改善食品的口味质地发挥着重要作用。重要作用。 凝胶食品的粘弹性、质地不仅是食品流变学研究的中心凝胶食品的粘弹性、质地不仅是食品流变学研究的中心内容，也是食品科学技

2、术十分重要的领域。内容，也是食品科学技术十分重要的领域。n 热可逆凝胶：加热时会变成液态，冷却后又变为固态。热可逆凝胶：加热时会变成液态，冷却后又变为固态。n 热不可逆凝胶：温度的变化不会使凝胶发生变化。热不可逆凝胶：温度的变化不会使凝胶发生变化。第一节 凝胶状食品的物性2. 溶胶与凝胶的转化溶胶与凝胶的转化 蛋白质的溶胶蛋白质的溶胶-凝胶转变凝胶转变n 蛋白质溶胶加热时，会变成乳白色或者透明的凝胶。蛋白质溶胶加热时，会变成乳白色或者透明的凝胶。n 发生乳白色变化有两种情况：当蛋白质为低分子、低浓度发生乳白色变化有两种情况：当蛋白质为低分子、低浓度时，一般形成凝聚物，如牛奶豆浆；高分子、高浓度

3、时，转时，一般形成凝聚物，如牛奶豆浆；高分子、高浓度时，转变为较硬的热不可逆凝胶，如蛋清蛋白（蒸水蛋）。变为较硬的热不可逆凝胶，如蛋清蛋白（蒸水蛋）。第一节 凝胶状食品的物性2. 溶胶与凝胶的转化溶胶与凝胶的转化 蛋白质的溶胶蛋白质的溶胶-凝胶转变凝胶转变n 加热后呈透明状态的溶胶再冷却加热后呈透明状态的溶胶再冷却时，若为低分子、低浓度，则仍保时，若为低分子、低浓度，则仍保持溶胶状态；若为高分子、高浓度，持溶胶状态；若为高分子、高浓度，有可能变为热可逆凝胶，如明胶。有可能变为热可逆凝胶，如明胶。n 蛋白质热转变的性质与其疏水性蛋白质热转变的性质与其疏水性氨基酸的疏水度（摩尔浓度）有关，氨基酸的

4、疏水度（摩尔浓度）有关，以以31.5%为界，高于此值，为凝固型为界，高于此值，为凝固型蛋白；低于此值，为凝胶型蛋白蛋白；低于此值，为凝胶型蛋白（热可逆）。（热可逆）。第一节 凝胶状食品的物性2. 溶胶与凝胶的转化溶胶与凝胶的转化 多糖类溶胶多糖类溶胶-凝胶转变凝胶转变n 凝胶形成机理凝胶形成机理：一般的多：一般的多糖，以散乱的链状分子分散于糖，以散乱的链状分子分散于水中形成溶胶。当改变温度、水中形成溶胶。当改变温度、浓度或添加某种物质后，链状浓度或添加某种物质后，链状分子就会互相产生结合点，形分子就会互相产生结合点，形成网络结构，分散介质（水）成网络结构，分散介质（水）则被收纳于这些网络空间中

5、，则被收纳于这些网络空间中，形成凝胶。形成凝胶。第一节 凝胶状食品的物性2. 溶胶与凝胶的转化溶胶与凝胶的转化 多糖类溶胶多糖类溶胶-凝胶转变凝胶转变A、卡拉胶（角叉菜胶）：在、卡拉胶（角叉菜胶）：在K+离子存在时，螺旋处形成结离子存在时，螺旋处形成结合链，形成凝胶。合链，形成凝胶。B、琼脂凝胶：琼脂分子间以氢键结合产生双螺旋微胶束，、琼脂凝胶：琼脂分子间以氢键结合产生双螺旋微胶束，再进一步凝聚成凝胶。再进一步凝聚成凝胶。C、海藻酸凝胶：、海藻酸凝胶：Ca2+会使两个分子间形成配位结合。会使两个分子间形成配位结合。D、果胶凝胶：高甲氧基果胶（、果胶凝胶：高甲氧基果胶（HM），以氢键形成结合部位

6、；），以氢键形成结合部位；低甲氧基果胶（低甲氧基果胶（LM），以），以 Ca2+配位结合。配位结合。第一节 凝胶状食品的物性3. 凝胶状食品物性的测定方法凝胶状食品物性的测定方法n 凝胶食品物性的测定方法有感观分析和仪器测定。凝胶食品物性的测定方法有感观分析和仪器测定。n 仪器测定有：基础测定法、经验测定法和模拟测定法。仪器测定有：基础测定法、经验测定法和模拟测定法。n 基础测定法是对凝胶的基础流变性（动基础测定法是对凝胶的基础流变性（动/静粘弹性、应力静粘弹性、应力松弛）进行测定和解析。方法有应力松弛实验和蠕变实验。松弛）进行测定和解析。方法有应力松弛实验和蠕变实验。n 经验测定法是根据经验

7、，对可以表现食品物性的某些特征经验测定法是根据经验，对可以表现食品物性的某些特征值进行测定，如硬度计、质构仪等。值进行测定，如硬度计、质构仪等。n 模拟测定法是模拟人的感官对凝胶进行压缩、拉伸、剪切、模拟测定法是模拟人的感官对凝胶进行压缩、拉伸、剪切、搅拌、咀嚼等测定的方法，如质构仪等。搅拌、咀嚼等测定的方法，如质构仪等。第一节 凝胶状食品的物性4. 凝胶状食品的物性与感官评价凝胶状食品的物性与感官评价n 面条的伸长率、凝聚性、剪断强度、松弛时间与口感品质面条的伸长率、凝聚性、剪断强度、松弛时间与口感品质有着较高的相关关系。有着较高的相关关系。第二节 组织状食品的物性1. 细胞状食品的物性细胞

8、状食品的物性 细胞状食品的特征细胞状食品的特征n 细胞状食品是指蔬菜、水果、大米、小麦粉这样，其细胞细胞状食品是指蔬菜、水果、大米、小麦粉这样，其细胞组织的性状与食品品质有密切关系的食品。组织的性状与食品品质有密切关系的食品。n 水果特有的脆嫩口感与果胶的存在关系很大：水果特有的脆嫩口感与果胶的存在关系很大：年幼植物组织的果胶质以不溶性的原果胶存在；年幼植物组织的果胶质以不溶性的原果胶存在；随着成熟的进程，原果胶水解成与纤维素分离的水溶性随着成熟的进程，原果胶水解成与纤维素分离的水溶性果胶，溶入细胞液内，使果实组织变软而有弹性；果胶，溶入细胞液内，使果实组织变软而有弹性；最后果胶发生去甲酯化，

9、生成果胶酸，不会形成凝胶，最后果胶发生去甲酯化，生成果胶酸，不会形成凝胶，果实变软。果实变软。第二节 组织状食品的物性1. 细胞状食品的物性细胞状食品的物性 细胞状食品的特征细胞状食品的特征n 蔬菜软化难易性质与其所含果胶的质量有很大关系：蔬菜软化难易性质与其所含果胶的质量有很大关系：甲酯化程度高，甲酯化程度高，HM含量高时，加热时容易为反式位脱含量高时，加热时容易为反式位脱离作用而分解，因此细胞间粘着力降低，发生软化。离作用而分解，因此细胞间粘着力降低，发生软化。甲酯化程度低，甲酯化程度低，LM含量高时，加热时不易软化，能够含量高时，加热时不易软化，能够保持一定的脆硬性。保持一定的脆硬性。第

10、二节 组织状食品的物性1. 细胞状食品的物性细胞状食品的物性 细胞状食品物性的测定细胞状食品物性的测定n 果蔬物性的测量是判断其成熟程度、新鲜程度和品质的重果蔬物性的测量是判断其成熟程度、新鲜程度和品质的重要手段。要手段。n 测量指标和方法要根据其组织结构的特点选定：测量指标和方法要根据其组织结构的特点选定：对球形细胞组织的试样，可对球形细胞组织的试样，可采用压缩穿透的方法；采用压缩穿透的方法；对细胞呈方向排列，或纤维对细胞呈方向排列，或纤维组织、表皮组织，则可采用剪组织、表皮组织，则可采用剪切、穿孔、弯曲等方法。切、穿孔、弯曲等方法。第二节 组织状食品的物性1. 细胞状食品的物性细胞状食品的

11、物性 细胞状食品物性的测定细胞状食品物性的测定第二节 组织状食品的物性2. 纤维状食品的物性纤维状食品的物性n 纤维状食品是指由纤维状组织成分构成的食品，主要有畜纤维状食品是指由纤维状组织成分构成的食品，主要有畜肉、鱼肉、纤维细胞发达的蔬菜、以及经特殊加工、组织为肉、鱼肉、纤维细胞发达的蔬菜、以及经特殊加工、组织为纤维状的加工食品等。纤维状的加工食品等。n 这类食品的纤维状物质，存在一定的方向性，因此其物理这类食品的纤维状物质，存在一定的方向性，因此其物理性质也存在方向性。性质也存在方向性。n 物性测试中，沿纤维方向和垂直纤维方向的差别是最重要物性测试中，沿纤维方向和垂直纤维方向的差别是最重要

12、的性质之一。的性质之一。第二节 组织状食品的物性2. 纤维状食品的物性纤维状食品的物性n 拉伸应力与拉伸应力与“咬劲咬劲”的感觉一致。的感觉一致。n 松弛时间小，更接近弹性体。松弛时间小，更接近弹性体。n s/p0越大，则弹力的减少程度越小。越大，则弹力的减少程度越小。第三节 多孔状食品的物性n 多孔状食品：以固体或流动性较小的半固体为连多孔状食品：以固体或流动性较小的半固体为连续相，气体为分散相的固体泡食品。例如馒头，面续相，气体为分散相的固体泡食品。例如馒头，面包，海绵蛋糕；饼干，膨化小吃等。包，海绵蛋糕；饼干，膨化小吃等。第三节 多孔状食品的物性1. 多孔状食品物性的测定多孔状食品物性的

13、测定 密度密度A、全容积测定、全容积测定(whole volume)：体积置换法。：体积置换法。B、膨胀度、膨胀度OR(over run)：C、单个气泡体积、单个气泡体积(bubble volume)：D、气孔率（比体积）：试样体积、气孔率（比体积）：试样体积试样质量试样质量E、膨化率、膨化率(expansion ratio)：膨化后体积：膨化后体积膨化前体积膨化前体积第三节 多孔状食品的物性1. 多孔状食品物性的测定多孔状食品物性的测定 变形度变形度A、微小变形：、微小变形：B、较大变形：不具可加性、较大变形：不具可加性第四节 粉体食品的物性n 粉体：微小固体颗粒的群体。粉体：微小固体颗粒的

14、群体。n 粉体特点：可以因粒子间摩擦力而堆积，也可以粉体特点：可以因粒子间摩擦力而堆积，也可以像液体那样充填在各种形状的容器中；但与液体不像液体那样充填在各种形状的容器中；但与液体不同，由于摩擦力的存在，其对容器底的压力不与充同，由于摩擦力的存在，其对容器底的压力不与充填的高度成正比。填的高度成正比。n 粉体的基本性质和概念有粒子的尺寸、分布、吸粉体的基本性质和概念有粒子的尺寸、分布、吸湿性、粒子间隙，以及因互相摩擦而引起的力学特湿性、粒子间隙，以及因互相摩擦而引起的力学特性等。性等。第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子的状态粉体粒子的状态 粒子形状粒子形状第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子

15、的状态粉体粒子的状态 粉粒的尺寸粉粒的尺寸n 定向径：同一方向上平行线间的粒子尺寸，测定大量粒子定向径：同一方向上平行线间的粒子尺寸，测定大量粒子的定向径，以消除粒子随机位置带来的误差。的定向径，以消除粒子随机位置带来的误差。n 定向面积等分径：用一定方向直线将粒子投影分为两部分，定向面积等分径：用一定方向直线将粒子投影分为两部分，移动直线使两部分面积相等时，投影内直线的长度。移动直线使两部分面积相等时，投影内直线的长度。n 筛分径：通过和不通过两相邻标准筛孔的算术平均值或几筛分径：通过和不通过两相邻标准筛孔的算术平均值或几何平均值。何平均值。n 有效粒子径：由粒子的力学性质决定的尺寸。有效粒

16、子径：由粒子的力学性质决定的尺寸。第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子的状态粉体粒子的状态 平均尺寸平均尺寸n 算术平均径：算术平均径：n 几何平均径：几何平均径：n 比表面积径：比表面积径： 其中：其中：Sw为比表面积，为比表面积，为粒子的真密度为粒子的真密度(solid density)；k为形状系数比。为形状系数比。n 中径：中径：d50粒径分布的累计值为粒径分布的累计值为50%时的粒径时的粒径第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子的状态粉体粒子的状态 粒子径分布粒子径分布n 累积分布：粒度小于累积分布：粒度小于d的所的所有颗粒的粒数占全部颗粒的粒有颗粒的粒数占全部颗粒的粒数的百分数，称累

17、积分布。数的百分数，称累积分布。n 频率分布：把大小在一定尺频率分布：把大小在一定尺寸范围的粒子径，按一定间隔寸范围的粒子径，按一定间隔分级，求出各间隔尺寸中粒子分级，求出各间隔尺寸中粒子的量。的量。第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子的状态粉体粒子的状态 粒子径分布粒子径分布 n 横坐标表示粒子径大横坐标表示粒子径大小；纵坐标表示各粒子小；纵坐标表示各粒子径范围粒子的数量或质径范围粒子的数量或质量比，或他们的积累值。量比，或他们的积累值。第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子的状态粉体粒子的状态 粒度分布函数粒度分布函数n 把粒度分布曲线进行处理回归可得到粒度分布函数，目前把粒度分布曲线进行处

18、理回归可得到粒度分布函数，目前代表性的分布函数有：对数分布，正态分布，代表性的分布函数有：对数分布，正态分布，R-R分布。分布。n R为粒子径大于为粒子径大于D的粒子质量比的粒子质量比(%)；D为任意粒子径；为任意粒子径；a为为粒度特征常数；粒度特征常数；n为分布常数。为分布常数。第四节 粉体食品的物性1. 粉体粒子的状态粉体粒子的状态 粒度测定法粒度测定法n 光学显微镜法光学显微镜法n 电子显微镜法电子显微镜法n 筛分法筛分法n 透过法：利用充填层中粉体的气体透过性测定比表面积。透过法：利用充填层中粉体的气体透过性测定比表面积。n 吸附法：由等温吸附线求出对水分子的单分子层吸附量，吸附法：由

19、等温吸附线求出对水分子的单分子层吸附量，得到吸附的分子数，根据比表面积计算平均粒子面积。得到吸附的分子数，根据比表面积计算平均粒子面积。n 沉降法：将粉体放入液体中，在重力下自由沉淀，求出有沉降法：将粉体放入液体中，在重力下自由沉淀，求出有效粒子径分布。效粒子径分布。 第四节 粉体食品的物性2. 粉体的堆积状态粉体的堆积状态n 粉体的堆积不仅与单个粒子的性状有关，而且与其集合体，粉体的堆积不仅与单个粒子的性状有关，而且与其集合体，即堆积状态的性质有密切关系。即堆积状态的性质有密切关系。 堆积表示方法堆积表示方法A、比体积或表观比体积：单位质量粉体充填时所占的容积。、比体积或表观比体积：单位质量

20、粉体充填时所占的容积。B、表观密度：比体积的倒数。、表观密度：比体积的倒数。C、空隙率、空隙率(porosity)：充填粉体所占整个容积中，空隙所占：充填粉体所占整个容积中，空隙所占体积的比例。体积的比例。D、空隙比：空隙体积与粒子本身所占体积之比。、空隙比：空隙体积与粒子本身所占体积之比。E、充填率：粉体粒子本身所占体积与充填表观体积之比。、充填率：粉体粒子本身所占体积与充填表观体积之比。第四节 粉体食品的物性2. 粉体的堆积状态粉体的堆积状态 粉体密度测定法粉体密度测定法A、粒子密度：密度瓶、粒子密度：密度瓶 其中其中m0为密度瓶的质量；为密度瓶的质量；m1为将样品投入密度瓶后的质为将样品

21、投入密度瓶后的质量；量；m2为放入样品后再注满分散介质时的质量；为放入样品后再注满分散介质时的质量；ms为密度瓶为密度瓶中只装满分散介质时的质量；中只装满分散介质时的质量；s为分散介质密度。为分散介质密度。n 分散介质多用四氯化碳。分散介质多用四氯化碳。n 对于可溶性粒子，还可以通过其溶液的密度和固形成分率对于可溶性粒子，还可以通过其溶液的密度和固形成分率的测定计算出。的测定计算出。 第四节 粉体食品的物性2. 粉体的堆积状态粉体的堆积状态 粉体密度测定法粉体密度测定法B、表观密度：、表观密度：n 表观密度受充填状态的表观密度受充填状态的影响很大，测定时分为低影响很大，测定时分为低密度和高密度

22、两种。密度和高密度两种。 第四节 粉体食品的物性3. 粉体的力学性质粉体的力学性质 粉体的摩擦角粉体的摩擦角n 粉体颗粒之间存在着流动时的摩擦力、静摩擦力、粘附力粉体颗粒之间存在着流动时的摩擦力、静摩擦力、粘附力和粘聚力。和粘聚力。n 为了表现和测量粉体的这些流动或静止的力学特性，要使为了表现和测量粉体的这些流动或静止的力学特性，要使用摩擦角，或称为角特性指标。用摩擦角，或称为角特性指标。n 摩擦角表示静止粉体层与沿静止粉体和流动粒子群平衡界摩擦角表示静止粉体层与沿静止粉体和流动粒子群平衡界面的夹角。面的夹角。n 有四种表示方法：休止角、滑落角、侧面休止角、内动角。有四种表示方法：休止角、滑落

23、角、侧面休止角、内动角。n 休止角、滑落角和侧面休止角表现粉体的静摩擦特性，内休止角、滑落角和侧面休止角表现粉体的静摩擦特性，内动角表示流动粉体的摩擦性质。动角表示流动粉体的摩擦性质。 第四节 粉体食品的物性3. 粉体的力学性质粉体的力学性质 粉体的摩擦角粉体的摩擦角A、休止角休止角(angle of repose)：也称静止摩擦角或堆积角，在：也称静止摩擦角或堆积角，在水平面上，粉体堆积呈锥体时，母线与水平面的夹角。水平面上，粉体堆积呈锥体时，母线与水平面的夹角。B、侧面休止角侧面休止角(side plate angle of repose)：也称为破坏角或：也称为破坏角或壁面摩擦角。粉体样

24、品放置于方盒中，去掉方盒的一个侧壁，壁面摩擦角。粉体样品放置于方盒中，去掉方盒的一个侧壁，粉体粒子滑下形成一个滑坡斜面，此免于水平面形成的角。粉体粒子滑下形成一个滑坡斜面，此免于水平面形成的角。 第四节 粉体食品的物性3. 粉体的力学性质粉体的力学性质 粉体的摩擦角粉体的摩擦角C、滑落角、滑落角(angle of slide)：在固体平面上，铺上厚度均匀的：在固体平面上，铺上厚度均匀的粉体层，然后使固体平面倾斜，当粉体层大部分开始滑落时，粉体层，然后使固体平面倾斜，当粉体层大部分开始滑落时，平面的倾斜角即为滑落角。平面的倾斜角即为滑落角。D、内动角：当粉体处于一个轴线水平放置的滚筒中，充填、内

25、动角：当粉体处于一个轴线水平放置的滚筒中，充填一半左右容积，滚筒缓慢恒速转动时，粉体上表面会形成一一半左右容积，滚筒缓慢恒速转动时，粉体上表面会形成一个动态的倾斜面。滑落面与水平面的夹角。个动态的倾斜面。滑落面与水平面的夹角。 第四节 粉体食品的物性3. 粉体的力学性质粉体的力学性质 粒子群的粘聚粒子群的粘聚n 粉体粒子之间会互相结合形成二次粒子，甚至形成结块，粉体粒子之间会互相结合形成二次粒子，甚至形成结块，称为黏聚称为黏聚(agglomeration)。n 黏聚对于集尘、沉降浓缩、过滤等操作会带来好处。黏聚对于集尘、沉降浓缩、过滤等操作会带来好处。n 黏聚的原因：液体黏结及毛细管吸引压；物质本身的黏结；黏聚的原因：液体黏结及毛细管吸引压；物质本身的黏结；黏结剂黏结；范德华力、静电荷引起的粒子间吸引力、外形黏结剂黏结；范德华力、静电荷引起的粒子间吸引力、外形引起的机械钩挂镶嵌。此外对于亲水性胶体喷雾而成的粉末，引起的机械钩挂镶嵌。此外对于亲水性胶体喷雾而成的粉末，吸湿也会引起黏聚的发生。吸湿也会引起黏聚的发生。n 黏聚现象对粒子的堆积和充填状态有很大影响，可以用休黏聚现象对粒子的堆积和充填状态有很大影响，可以用休止角的改变来判断黏聚程度。止角的改变来判断黏聚程度。