食品物性学-固态与半固态食品的物性

食品物性学食品物性学-固态与半固固态与半固态食品的物性态食品的物性第一节 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。形形成成凝凝胶胶的的多多糖糖、蛋蛋白白等等对对改改善善食食品品的的口口味味质质地地发发挥挥着着重要作用。重要作用。凝凝胶胶食食品品的的粘粘弹弹性性、质质地地不不仅仅是是食食品品流流变变学学研研究究的的中中心心内容，也是食品科学技术十分重要的领域。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发发生生乳乳白白色色变变化化有有两两种种情情况况：当当蛋蛋白白质质为为低低分分子子、低低浓浓度度时时，一一般般形形成成凝凝聚聚物物，如如牛牛奶奶豆豆浆浆；高高分分子子、高高浓浓度度时时，转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加加热热后后呈呈透透明明状状态态的的溶溶胶胶再再冷冷却却时时，若若为为低低分分子子、低低浓浓度度，则则仍仍保保持持溶溶胶胶状状态态；若若为为高高分分子子、高高浓浓度度，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蛋蛋白白质质热热转转变变的的性性质质与与其其疏疏水水性性氨氨基基酸酸的的疏疏水水度度（摩摩尔尔浓浓度度）有有关关，以以31.5%为为界界，高高于于此此值值，为为凝凝固固型型蛋蛋白白；低低于于此此值值，为为凝凝胶胶型型蛋蛋白白（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凝凝胶胶形形成成机机理理：一一般般的的多多糖糖，以以散散乱乱的的链链状状分分子子分分散散于于水水中中形形成成溶溶胶胶。当当改改变变温温度度、浓浓度度或或添添加加某某种种物物质质后后，链链状状分分子子就就会会互互相相产产生生结结合合点点，形形成成网网络络结结构构，分分散散介介质质（水水）则则被被收收纳纳于于这这些些网网络络空空间间中中，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、卡卡拉拉胶胶（角角叉叉菜菜胶胶）：在在K+离离子子存存在在时时，螺螺旋旋处处形形成成结结合链，形成凝胶。合链，形成凝胶。B、琼琼脂脂凝凝胶胶：琼琼脂脂分分子子间间以以氢氢键键结结合合产产生生双双螺螺旋旋微微胶胶束束，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、果果胶胶凝凝胶胶：高高甲甲氧氧基基果果胶胶（HM），以以氢氢键键形形成成结结合合部部位位；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基基础础测测定定法法是是对对凝凝胶胶的的基基础础流流变变性性（动动/静静粘粘弹弹性性、应应力力松弛）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经经验验测测定定法法是是根根据据经经验验，对对可可以以表表现现食食品品物物性性的的某某些些特特征征值进行测定，如硬度计、质构仪等。值进行测定，如硬度计、质构仪等。n模模拟拟测测定定法法是是模模拟拟人人的的感感官官对对凝凝胶胶进进行行压压缩缩、拉拉伸伸、剪剪切切、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面面条条的的伸伸长长率率、凝凝聚聚性性、剪剪断断强强度度、松松弛弛时时间间与与口口感感品品质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状食品的物性细胞状食品的特征细胞状食品的特征n细细胞胞状状食食品品是是指指蔬蔬菜菜、水水果果、大大米米、小小麦麦粉粉这这样样，其其细细胞组织的性状与食品品质有密切关系的食品。胞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；随随着着成成熟熟的的进进程程，原原果果胶胶水水解解成成与与纤纤维维素素分分离离的的水水溶溶性性果胶，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；最最后后果果胶胶发发生生去去甲甲酯酯化化，生生成成果果胶胶酸酸，不不会会形形成成凝凝胶胶，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：甲甲酯酯化化程程度度高高，HM含含量量高高时时，加加热热时时容容易易为为反反式式位位脱脱离离作用而分解，因此细胞间粘着力降低，发生软化。作用而分解，因此细胞间粘着力降低，发生软化。甲甲酯酯化化程程度度低低，LM含含量量高高时时，加加热热时时不不易易软软化化，能能够够保保持一定的脆硬性。持一定的脆硬性。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物性的测定细胞状食品物性的测定n果果蔬蔬物物性性的的测测量量是是判判断断其其成成熟熟程程度度、新新鲜鲜程程度度和和品品质质的的重要手段。重要手段。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：对对球球形形细细胞胞组组织织的的试试样样，可可采用压缩穿透的方法；采用压缩穿透的方法；对对细细胞胞呈呈方方向向排排列列，或或纤纤维维组组织织、表表皮皮组组织织，则则可可采采用用剪剪切、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纤纤维维状状食食品品是是指指由由纤纤维维状状组组织织成成分分构构成成的的食食品品，主主要要有有畜畜肉肉、鱼鱼肉肉、纤纤维维细细胞胞发发达达的的蔬蔬菜菜、以以及及经经特特殊殊加加工工、组组织织为纤维状的加工食品等。为纤维状的加工食品等。n这这类类食食品品的的纤纤维维状状物物质质，存存在在一一定定的的方方向向性性，因因此此其其物物理性质也存在方向性。理性质也存在方向性。n物物性性测测试试中中，沿沿纤纤维维方方向向和和垂垂直直纤纤维维方方向向的的差差别别是是最最重重要的性质之一。要的性质之一。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。ns/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多多孔孔状状食食品品：以以固固体体或或流流动动性性较较小小的的半半固固体体为为连连续续相相，气气体体为为分分散散相相的的固固体体泡泡食食品品。例例如如馒馒头头，面面包，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：微小固体颗粒的群体。n粉粉体体特特点点：可可以以因因粒粒子子间间摩摩擦擦力力而而堆堆积积，也也可可以以像像液液体体那那样样充充填填在在各各种种形形状状的的容容器器中中；但但与与液液体体不不同同，由由于于摩摩擦擦力力的的存存在在，其其对对容容器器底底的的压压力力不不与与充充填的高度成正比。填的高度成正比。n粉粉体体的的基基本本性性质质和和概概念念有有粒粒子子的的尺尺寸寸、分分布布、吸吸湿湿性性、粒粒子子间间隙隙，以以及及因因互互相相摩摩擦擦而而引引起起的的力力学学特特性等。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.粉体粒子的状态粉体粒子的状态粉粒的尺寸粉粒的尺寸n定定向向径径：同同一一方方向向上上平平行行线线间间的的粒粒子子尺尺寸寸，测测定定大大量量粒粒子的定向径，以消除粒子随机位置带来的误差。子的定向径，以消除粒子随机位置带来的误差。n定定向向面面积积等等分分径径：用用一一定定方方向向直直线线将将粒粒子子投投影影分分为为两两部部分，移动直线使两部分面积相等时，投影内直线的长度。分，移动直线使两部分面积相等时，投影内直线的长度。n筛筛分分径径：通通过过和和不不通通过过两两相相邻邻标标准准筛筛孔孔的的算算术术平平均均值值或或几何平均值。几何平均值。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：其其中中：Sw为为比比表表面面积积，为为粒粒子子的的真真密密度度(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累累积积分分布布：粒粒度度小小于于d的的所所有有颗颗粒粒的的粒粒数数占占全全部部颗颗粒粒的的粒粒数的百分数，称累积分布。数的百分数，称累积分布。n频频率率分分布布：把把大大小小在在一一定定尺尺寸寸范范围围的的粒粒子子径径，按按一一定定间间隔隔分分级级，求求出出各各间间隔隔尺尺寸寸中中粒粒子子的量。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横横坐坐标标表表示示粒粒子子径径大大小小；纵纵坐坐标标表表示示各各粒粒子子径径范范围围粒粒子子的的数数量量或或质质量比，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把把粒粒度度分分布布曲曲线线进进行行处处理理回回归归可可得得到到粒粒度度分分布布函函数数，目目前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。nR为为粒粒子子径径大大于于D的的粒粒子子质质量量比比(%)；D为为任任意意粒粒子子径径；a为粒度特征常数；为粒度特征常数；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吸吸附附法法：由由等等温温吸吸附附线线求求出出对对水水分分子子的的单单分分子子层层吸吸附附量量，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沉沉降降法法：将将粉粉体体放放入入液液体体中中，在在重重力力下下自自由由沉沉淀淀，求求出出有效粒子径分布。有效粒子径分布。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粉粉体体的的堆堆积积不不仅仅与与单单个个粒粒子子的的性性状状有有关关，而而且且与与其其集集合合体，即堆积状态的性质有密切关系。体，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、空空隙隙率率(porosity)：充充填填粉粉体体所所占占整整个个容容积积中中，空空隙隙所所占占体积的比例。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 其其中中m0为为密密度度瓶瓶的的质质量量；m1为为将将样样品品投投入入密密度度瓶瓶后后的的质质量量；m2为为放放入入样样品品后后再再注注满满分分散散介介质质时时的的质质量量；ms为为密密度度瓶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对对于于可可溶溶性性粒粒子子，还还可可以以通通过过其其溶溶液液的的密密度度和和固固形形成成分分率的测定计算出。率的测定计算出。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表表观观密密度度受受充充填填状状态态的的影影响响很很大大，测测定定时时分分为为低密度和高密度两种。低密度和高密度两种。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粉粉体体颗颗粒粒之之间间存存在在着着流流动动时时的的摩摩擦擦力力、静静摩摩擦擦力力、粘粘附附力和粘聚力。力和粘聚力。n为为了了表表现现和和测测量量粉粉体体的的这这些些流流动动或或静静止止的的力力学学特特性性，要要使用摩擦角，或称为角特性指标。使用摩擦角，或称为角特性指标。n摩摩擦擦角角表表示示静静止止粉粉体体层层与与沿沿静静止止粉粉体体和和流流动动粒粒子子群群平平衡衡界面的夹角。界面的夹角。n有有四四种种表表示示方方法法：休休止止角角、滑滑落落角角、侧侧面面休休止止角角、内内动动角。角。n休休止止角角、滑滑落落角角和和侧侧面面休休止止角角表表现现粉粉体体的的静静摩摩擦擦特特性性，内动角表示流动粉体的摩擦性质。内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、休休止止角角(angle of repose)：也也称称静静止止摩摩擦擦角角或或堆堆积积角角，在在水平面上，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、侧侧面面休休止止角角(side plate angle of repose)：也也称称为为破破坏坏角角或或壁壁面面摩摩擦擦角角。粉粉体体样样品品放放置置于于方方盒盒中中，去去掉掉方方盒盒的的一一个个侧侧壁壁，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、滑滑落落角角(angle of slide)：在在固固体体平平面面上上，铺铺上上厚厚度度均均匀匀的的粉粉体体层层，然然后后使使固固体体平平面面倾倾斜斜，当当粉粉体体层层大大部部分分开开始始滑滑落落时时，平面的倾斜角即为滑落角。平面的倾斜角即为滑落角。D、内内动动角角：当当粉粉体体处处于于一一个个轴轴线线水水平平放放置置的的滚滚筒筒中中，充充填填一一半半左左右右容容积积，滚滚筒筒缓缓慢慢恒恒速速转转动动时时，粉粉体体上上表表面面会会形形成成一一个动态的倾斜面。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粉粉体体粒粒子子之之间间会会互互相相结结合合形形成成二二次次粒粒子子，甚甚至至形形成成结结块块，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黏黏聚聚的的原原因因：液液体体黏黏结结及及毛毛细细管管吸吸引引压压；物物质质本本身身的的黏黏结结；黏黏结结剂剂黏黏结结；范范德德华华力力、静静电电荷荷引引起起的的粒粒子子间间吸吸引引力力、外外形形引引起起的的机机械械钩钩挂挂镶镶嵌嵌。此此外外对对于于亲亲水水性性胶胶体体喷喷雾雾而而成成的的粉末，吸湿也会引起黏聚的发生。粉末，吸湿也会引起黏聚的发生。n黏黏聚聚现现象象对对粒粒子子的的堆堆积积和和充充填填状状态态有有很很大大影影响响，可可以以用用休止角的改变来判断黏聚程度。休止角的改变来判断黏聚程度。