食品物性学()备课讲稿课件

食品物性学Physical Properties of Food1 绪论绪论1.1课程性质食品物性学是食品科学与工程专业的一门重要学科基础课学科基础课。专业基础课 32学时1.2课程的定义及研究内容物理学：研究物质的物理性质。食品物性学（食品物理学）：研究食品及食品原料的物理性质。我们对食品的关心体现在食品的质量上。食品的质量因素营养特性感官特性安全性食品质量的主要因素 1、用眼睛感知的颜色、形状、尺寸、光泽等表观性状，称为视觉感应;用鼻、舌感知的风味.称为化学感应;用身体某些部位通过接触而感知到的细腻程度咀嚼时产生的声音等特性称为食品 质构特性;（感官品质）2、食品中蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质、纤维素等物质含最与比例，称为营养价值。（营养价值）3、食品的安全性。（安全性）食品物性学 食品的感官品质（质构）对各类食品的影响不同。食品的物性包括的内容很多，我们主要研究力学、热学、光学和电学。1.3发展历程经历了近百年的发展过程，从食品流变（Rheology)到食品质构（Texture)再到食品的光、电、热等物性，形成了完整的课程体系。流变一词来源于希腊语“rheo”意为流动。流变学(Rheology)是研究物质在力的作用下变形和流动的科学,属于力学的一个分支。17 世纪英国科学家虎克(Robert Hooke)和牛顿(Isaac Newton)等人建立了粘 弹性和流体力学理论;1929 年,美国化学家宾汉提出了流变学的概念,从此流变学作为一个独立的学科开始形成;同年,美国流变学会在华盛顿成立;随后,各国相继成立流变学会。1948 年9 月在荷兰举行了首届国际流变学会议。此后,每隔5 年在不同会员国举行。1968 年8 月,日本京都国际流变学会议后改为每隔4 年召开一次。随着流变学的不断发展,逐渐形成了食品流变学、生物流变学、血液流变学等分支学科。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。因此,食品流变学的研究对象是食品及其原料的力学性质。食品流变学与传统的只注重食品的组成及其变化的化学方法不同,它用数学语言,通过所设定的数学模型对食品进行量化的研究。食品的物理性质很多，在本科程里，我们只研究与食品加工与质量相关的物理性质食品加工与质量相关的物理性质，如力学特性、流变学特性、质构、光特性、介电特性和热特性等。其中食品流变学特性和食品质构两部分内容研究相对深入，是本课程比较成熟和核心的内容。光、电、热特性是近儿年开始研究的内容，资料相对较少，缺乏系统性和完整性。食品流变学与食品的关系：食品物料的流变特性与食品的质地稳定性和加工工艺设计等有重要关系,食品加工过程中物性变化是不可避免的，有些物性变化是有利的，加工后的食品其物性有利于人们消化吸收。或满足口感。如小麦磨成粉末后加工出不同质构的面包及人造肉的口感等。有些物性变化是不利的，其中冷冻食品、罐头食品和长期贮藏的果蔬产品，其质构变软，弹性减弱。为了获得消费者满意的食品.在加工与贮藏过程中.我们要采取必要的技术手段。如添加一些增稠剂提高产品的a弹性，添加氯化钙提高果蔬的硬度等。所以通过对食品流变学特性的研究所以通过对食品流变学特性的研究,可可以了解食品的组成、内部结构和分子形态等以了解食品的组成、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。等提供方便和依据。1.4课程特点课程特点 本课程所涉及到的内容与高分子物理有很多相似之处.主要原因是食品中的蛋白质、多糖和脂肪等主要成分属于高分子物质，它们以一定结构形态和物性影响食品的感官价值、营养价值和稳定性。高分子物理学是以橡胶和塑料为研究对象的课程，它突出材料强度和材料对光、电、热的稳定性问题。而食品物性学研究食品物性学研究的材料非常复杂，的材料非常复杂，有些是有生命的活体，有些是有特殊组织结构的物质(例如:果蔬产品和加工制品)或高分子和小分子物质混杂.这些都有别于高分子物理学。本课程还与力学、光学、电学、热学等许多课程有联系.但是最大差异还是来自于所研究的材料差异。我们是利用这些学科基本知识，解决食品和农产品的物性问题，因此，欲学好本课程要有较好的物理学知识和工程基础知识。1、组成的复杂性多成分、多形态、易变性、有些有细胞结构。2、多样性（从加工的角度看）有初级产品：谷物、水果、蔬菜、肉类等等；有一次加工的食品材料：油、面粉、奶粉、蛋粉等等；有半成品、成品：面团、面包、米饭等等。食品的力学性质 力学性质包括食品在力的作用下产生变形、振动、流动、破断等的规律，以及其与感官评价的关系。具体体现（1）食品的力学性质是食品感官评价的重要内容。对有些食品，是决定品质好坏的主要指标。（2）食品的力学性质与食品的生化变化、变质情况有着密切的联系，通过力学性质的测定，可以把握食品的以上品质变化。（3）食品的力学性质与加工的关系也十分密切。食品的热学性质 食品的热物理性质是食品生产管理、品质控制、加工和流通等工程的重要基础。常见的热学性质指标和主要研究内容有：比热容、潜热、相变规律、传热规律及与温度有关的热膨胀规律等。运用：食品的单元操作、食品进行冷热处理、改善某种品质等。食品的电学性质 食品的热学性质主要指：食品及其原料的导电特性、介电特性，以及其它电磁和物理特性。研究领域：（1）食品品质状态、成分的变化往往反应在电学性质的变化上。（电测传感器把握食品的特性、非破坏检测等）（2）电磁物理加工：静电场处理技术、电磁波加工技术、通电加热技术、电渗透脱水技术、电磁场水处理技术等。食品的光学性质 食品的热学性质是指食品物质对光的吸收、反射及其对感官反应的性质。研究领域（1）通过光学性质实现对食品的成分测定。（2）食品色泽的研究 1.5 本课程的目的本课程的目的 目的：通过本课程学习，应该掌握食品质量与物性间的关系;掌握影响食品物性的机理和物性检测评估方法;能够根据消费者对物性的不同嗜好开发市场需求的新产品:了解食品材料的光、电、热特性。为开发利用光、电、热加工技术.降低光、电、热对食品品质的影响奠定基础。1.6参考书 2 食品的主要形态与物理性质食品的主要形态与物理性质 内容提要内容提要 食品组成与结构的复杂，在分子层面上，大分食品组成与结构的复杂，在分子层面上，大分子与小分子相互作用，且比例不断变化；在结子与小分子相互作用，且比例不断变化；在结构形态上，有晶态、液态、液晶态、不定形态构形态上，有晶态、液态、液晶态、不定形态和气态。同样也相互掺杂或转变。食品在储存和气态。同样也相互掺杂或转变。食品在储存和加工过程中，受外界环境的影响，其组成和和加工过程中，受外界环境的影响，其组成和微观结构形态不断变化，导致食品品质和物性微观结构形态不断变化，导致食品品质和物性发生变化，在食品加工和储存中，要设计开发发生变化，在食品加工和储存中，要设计开发具一定物性的食品或调控食品的物性，首先在具一定物性的食品或调控食品的物性，首先在微观上应清楚引起物性变化的机理，这是本章微观上应清楚引起物性变化的机理，这是本章的目的。的目的。重点难点重点难点 高分子的链结构与构象，高分子间几种典型的作用力及其作用机理；食品主要成分的结构形态，蛋白质、脂肪和碳水化合物各自的形态结构特征；食品中的水分以及水与溶质间的相互作用；动物食品与植物食品组织结构。本章内容是关于食品主要成分与结构形态的简单介绍，从微观层面阐述了食品结构与物性的关系，说明了引起食品物性变化的一些机理，为学习食品物性学这门课打下基础。2.1 微观结构与作用力微观结构与作用力 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为分子结构，分子之间的几何排列称为聚集态结构。聚集态结构。食品的结构不是简单的分子结构，而是分子经过几何排列的聚集态结构。8 分子结构：分子内原子间的几何排列结构 聚集态结构：分子间的几何排列 食品物质：聚集态结构。高分子是由许多小分子单元键合而成的长链状分子。分子量足够大的长链高分子结构远比小分子复杂得多。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。近层结构：结构单元的化学组成、键接方式与序列、结构单元的立体构型和空间排列、支化与交联、端基。远程结构：高分子的大小和形态。高分子聚集态结构：晶态结构、非晶态结构、取向结构、织态结构。2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用高分子内原子间与分子间相互作用 相互作用：吸引力和推拒力 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。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。分子内原子之间和分子与分子之间的吸引力和推拒力随原子间和分子间距离而改变。当吸引力和推拒力达到平衡时，就形成平衡态结构。2.1.1.1键合力键合力 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。如C-N之间的共价键即是连接氨基酸的肽键，其键能是维持蛋白质的一级结构形态，与维持蛋质空间构象的其他次级键相比，其键能较高，因此蛋白质构象容易发生变化，但是氨基酸链不易断开。离子键:又称盐键或盐桥，它是正电荷与负电荷之间的一种静电相互作用。吸引力与电荷电量的乘积成正比，与电荷质点间的距离平方成反比，在溶液中此吸引力随周围介质的介电常数增大而降低。在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。2.1.1.2.范德华力和其它介观力范德华力和其它介观力 非键合原子间和分子间的相互作用力包括范德华力、氢键力和其他力。其中范德华力包括静电力、诱导力和色散力。(1)静电力是极性分子间的相互作用力，由极性分子的永久偶极之间的静电相互作用所引起。作用能为1220kJ/mol，与分子偶极矩的大小、分子间的距离和热力学温度之间的关系如下:式中，Ek分子间静电相互作用能;1、2两种极性分子的偶极矩;R分子间的距离;T热力学温度;k玻耳兹曼常数。从上式可以看出，静电力大小受分子间的距离影响最大。(2)诱导力 当极性分子与其他分子(包括极性分子和非极性分子)相互作用时,其他分子产生诱导偶极。极性分子的永久偶极与其他分子的诱导偶极之间的作用力称为诱导力。作用能的大小为：式中，1、2为两种分子的极化率，也就是单位电场强度作用下诱导的偶极矩。诱导作用能一般为612kJ/mol。c.色散力色散力 在一切分子中，原子内的电子不停地旋转，原子核也不停地振动，因而在任何一瞬间，一些电子与原子核之间必然会发生相对位移，使分子具有瞬间偶极。瞬间偶极之间的相互作 用力称为色散力。色散力存在于一切极性和非极性分子中，其作用能的大小可表示为:式中，I1、I2两种分子的电离能。色散力的作用能一般为0.8一8kJ/mol。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HY)。氢键既有饱和性又有方向性:X一H只能与一个Y原子形成氢键,而且X一H一Y要在同一直线上，氢键的作用能比化学键小得多，但比范德华力大一些，为12一30kJ/mol,X,Y的电负性愈大，Y的半径愈小，则所形成的氢键愈强，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，聚酸胺、纤维素和蛋白质等都有分子间的氢键。疏水键疏水键 当疏水化合物或基团进入水中时，体系界面自由能增加，嫡减少，这是一个热力学不稳定问题。为此，体系将力图趋向稳定，尽量减少疏水混合物与水接触面积，在嫡驱动下，疏水化合物自发地相互靠近。因此，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。疏水键的键能在530kJ/mol范围内，主要与疏水基团的大小和形状有关。疏水键在稳定蛋白质的三维结构方面占有突出地位。上述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，可以按照链节作为分子链间的作用单位进行加和。所以分子链间的次级力随分子量的增加而增大。一般高分子的分子量比小分子的分子量大千百倍，其分子链间次级力的总和可以超过主价力(键合力)。下图是维持高分子蛋白质结构的各种键，主链是肽键键合，侧链是各种次级键和二硫键。(a)盐键(b)氢键(c)疏水作用(d)范德华力(e)二硫键 2.1.2 高分子链内旋转高分子链内旋转 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。如果高分子主链上虽有单键但数目不多，则这种分子所能采取的构象数也很有限，柔性不大。（低聚糖C0，相对于溶剂来说，体系粘度增加的分数称为比粘度。（3）、换算粘度d 换算粘度表示单位浓度的的液中粘度的增加比例。有时用相对粘度的对数与浓度的比来表示换算粘度，即（4）特性粘度 换算粘度表示在一定浓度的分散相中由子很多分散粒子的相互作用而增加的粘度对每个粒子进行平均分配的结果。如果忽略粒子间的相互作用，可用如下极限粘度来表示，即基本反应了溶质分子和溶剂分子的内摩擦。3 影响液态食品粘度的因素影响液态食品粘度的因素 (1)温度的影响温度的影响:液体的粘度是温度的函数。在一般情况下，温度每上升1，粘度减小5%-l0%。粘度和温度的关系可以用Andrade方程表示:式中，T热力学温度；A常数；BH与R的比值；H表面激发能；R气体常数。下图表示一种高粘度牛顿液体的粘度一温度关系的实测例。对于非牛顿液体，粘度和转速有关。所以，测定各种转速下的粘度一温度关系，就会得到倾角不同的平行线。(2)分散相的影响分散相的影响:分散相的影响因素有分散相的浓度、粘度及形状。(a)分散相的浓度:分散相为球形固体粒子的液体，影响其粘度的是分散相的体积分数。爱因斯坦根据流体动力学方法，推导出如下公式:式中，分散相的体积分数；常数。当分散相为理想的刚体球，且粒子间没有相互作用时，取值为2.5。即当a=2.5时，上式 称为爱因斯坦公式。爱因斯坦公式是理想状态的理论公式。当粒子表面存在水化层或分散介质吸附层、粒子变形、粒子有粘性时，该公式则不适用。但对很稀的悬浮液也可以近似地应用此式。对于具有一定浓度的液体，也就是说，当分散相粒子浓度较高，粒子之间的碰撞、凝聚、聚合有可能使有效体积分数发生变化时，布莱克曼推导出了一般化粘度公式:当把括号内的项展开成级数时，上式变为：是带有附加浓度修正项的爱因斯坦方程式。悬浊液浓度和表观粘度曲线的形状，在较低浓度时接近于一条直线，但随着浓度的增加而不断上升，这与实验所得的结果是一致的。(b)分散相粘度:当分散相为液体时，剪切力会使球状的分散相粒子发生旋转，因而会引起内部的流动。这种流动的程度与分散相的粘度有关。假设分散相的粘度为，Taylor 推出了如下流体动力学公式:（c)分散相的形状:对于粒子形状的影响，有人推导出了含形状因子的公式:式中，F形状因子;1浓度，单位体积微粒质量(kg/m3);2微粒密度(kg/m3)。（3)分散介质的影响分散介质的影响:无论是从爱因斯坦公式分析，还是从实际液体考虑，对乳浊液粘度影响最大的当然是分散介质本身的粘度。与分散介质本身粘度有关的影响因素主要是其本身的流变性质化学组成、极性、pH以及电解质浓度等。（4)乳化剂的影响乳化剂的影响:乳化剂对乳浊液粘度的影响，主要有以下几方面:化学成分，它影响到粒子间的位能;乳化剂浓度及其对分散粒子分散程度（溶解度)的影响。它还影响到乳浊液的状态;粒子吸附乳化剂形成的膜厚及其对粒子流变性 质、粒子间流动的影响;改变粒子电荷性质引起的黔度效果;稳定剂的影响。请列出十种你常吃的食物，把他们按外观、风味（香气和味道）、质构（通过身体的某些部位接触而感知细腻程度、咀嚼时产生的声音等特性称为食品的质构）的重要性的顺序排列。4.2.3 液态食品的流变性质测定液态食品的流变性质测定 对液态食品来说无论是改善食用品质还是提高加工性能，最重要的流变特性还是粘度。因此，粘度测量是研究液态食品物性的重要手段。做粘度测量时，一定要针对测定目的和被测对象的性质正确选择测定仪器。常见的测定方法有:毛细管测定法、圆筒旋转式测定法和锥板旋转式测定法、落球式测定法、平行板测定法等。1 毛细管粘度计毛细管粘度计 (1)测量原理:根据圆管内液体作层流流动建立的。模型特征：特性处于恒稳流动状态，即体系中任何一点位置上的流动速度（大小和方向）不随时间改变。过程：(2)常见毛细管粘度计结构及使用方法:毛细管粘度计种类很多，一般可以分为三大类:定速流动式(活塞式)，测定时，可使液体以恒定流速通过毛细管。适于测定粘度随流动速度变化的非牛顿流体；定压流动式，通常以恒定气压控制毛细管中压力维持不变，如枪式流变仪。适于测定具有触变性或具有屈服应力的流体；位差式，流动压力靠液体自重产生。这也是最常见的毛细管粘度计类型。它多用来测定较低粘度的液体。（a）奥氏粘度计：如图所示。粘度计由导管、毛细管和球泡组成。毛细管的孔径和长度有一定的规格和精度要求。球泡两端导管上都有刻线(如M1、M2等)，刻线之间导管和球泡的容积也有一定规格和较高精度要求。测定时，先把一定量(一定体积)的液体注入左边管，然后，将乳胶管套在右边导管的上部开口，把注入的液体抽吸到右管，直到上液面超过刻线M1。这时，使粘度计垂直竖立，去掉上部胶管，使液体在自重下向左管回流。测定液面通过M1至M2之间所需的时间，即一定量液体通过毛细管的时间。往往需要测定多次，取平均值。通过对标准液和试样液通过时间的测定，就可求出液体粘度。(b)乌式粘度计:乌式粘度计的结构与奥氏粘度计不同的是由三根竖管组成，其中右边的第三根管与中间球泡管的下部旁通。即在球泡管下部有一个小球泡与右管连通。这一结构可以在测量时，便流经毛细管的液体形成一个气悬液柱，也就是减少了因左边导管液面升高对毛细管中液流压力差带来的影响。测定方法是:首先向左管注入液体，然后堵住右管，由中间管吸上液体，直至充满上面的球泡。这时，同时打开中间管和右管，使液体自由流下。测定液面由M1到M2的时间。粘度值求法与奥氏粘度计相同。乌式粘度计与奥氏粘度计相比有如下优点:奥氏粘度计在液体流动时，由于左管液面上升对液柱的压力差有较大影响，因此不仅误差大，而且还要求每次加入的液量要准确、一定。相比之下，乌式粘度计对加入液量精度的要求略低一些 2 圆筒旋转粘度计圆筒旋转粘度计(1)测量原理:设半径为Rb和Rc的两圆筒同心套叠在一起(如图4-31所示)外筒固定，内筒的旋转角速度为b,内筒在液体中的高度为h，内外筒底之间的距离为l,则液体的粘度可能下面的的马占列式方程计算:式中，M作用于内筒的力矩。(2)圆筒粘度计的基本构造及粘度测量:圆筒粘度计一般由三个主要部分组成:测量系统;转矩测量机构;驱动机构。旋转粘度计的结构和原理如图432所示。图中M为同步电动机，B为转筒，C为外筒，P为指针，S为弹簧，T为传感器。3 锥板式粘度计（略）4、落球法（略）液体食品的弹性：曳丝性、威森伯格效果。4.3 固态与半固态食品的流变特性固态与半固态食品的流变特性 4.3.1 固态、半固态食品的流变学基础固态、半固态食品的流变学基础 食品中有许多东西属于固体和半固体。当给它们施以食品中有许多东西属于固体和半固体。当给它们施以作用力时，会发生相应的变形，去掉作用力后，又会作用力时，会发生相应的变形，去掉作用力后，又会发生弹性恢复。实际的物质，尤其是食品物质，往往发生弹性恢复。实际的物质，尤其是食品物质，往往即表现的性质，又表现粘性的性质。即它们的力学性即表现的性质，又表现粘性的性质。即它们的力学性质不像完全弹性体那样仅用力与变形的关系来表示，质不像完全弹性体那样仅用力与变形的关系来表示，还与力的作用时间有关。还与力的作用时间有关。食品的力学性质由化学组成，分子构造，分子内结合、食品的力学性质由化学组成，分子构造，分子内结合、分子间结合、胶体组织，分散状态等因素决定。因此，分子间结合、胶体组织，分散状态等因素决定。因此，通过测定食品的粘弹性就可以把握以上食品的通过测定食品的粘弹性就可以把握以上食品的 状态。状态。变形变形 粘弹性粘弹性变形 一般固体施以作用力，则产生变形；去掉力后，又会产生弹性恢复。把使之恢复的力称为内应力。如果去掉外力，内应力也消失，这种性质也称为弹性。研究物体的变形以及粘弹性时，经常用应力与应变关系曲线来分析。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点。塑性：物质产生永久变形的能力。破断点：在应力-应变曲线上，作用力引起物质破碎或断裂的点，生物物质的破断，包括壳和表皮的破裂、整体脆裂、表面产生断裂裂缝等。1、食品的变形、食品的变形 把试样放在万能试验仪的固定板上，活动板以把试样放在万能试验仪的固定板上，活动板以一定速率压试样时，食品的典型压缩变形曲线一定速率压试样时，食品的典型压缩变形曲线如图所示。图中，如图所示。图中，OL为直线段，为直线段，L称弹性极限称弹性极限点，在弹性极限范围内，力与变形成正比，比点，在弹性极限范围内，力与变形成正比，比例系数称弹性模量。例系数称弹性模量。Y为屈服点，达到屈服点为屈服点，达到屈服点时，食品材料的一部分结构单元被破坏，开始时，食品材料的一部分结构单元被破坏，开始屈服并产生流动，发生屈服时所对应的应力称屈服并产生流动，发生屈服时所对应的应力称为屈服应力。超过屈服点后增加应变时应力并为屈服应力。超过屈服点后增加应变时应力并不明显增加，这个阶段称为塑性变形。继续增不明显增加，这个阶段称为塑性变形。继续增加应变，应力也随之增加，达到加应变，应力也随之增加，达到R点时，试样点时，试样发生大规模破坏，发生大规模破坏，R点称为断裂点，它所对应点称为断裂点，它所对应的应力称为断裂极限的应力称为断裂极限(或断裂强度或断裂强度)。食品的断裂形式可以分为以下两大类。(1)脆性断裂:脆性断裂的特点是屈服点与断裂点一致。（饼干、琼脂、巧克力、花生米等）(2)塑性断裂:塑性断裂的特点是试样经过塑性变形后断裂。食品中这种断裂也很多，如面包、面条、米饭、水果、蔬菜等。有些糖果，当缓慢拉仲时产生塑性断裂，急速拉仲时产生脆性断裂。2 食品的弹性食品的弹性 物体在外力作用下发生形变，撤去外力后恢复原来状态的性质称为弹性。撤去外力后形变立即完全消失的弹性称为完全弹性。弹性的大小满足虎克定理即外力F和变形量d之间成正比关系，Fkd式中比例系数k为弹性系数。在不同的场合有不同的定义和表示方式。(1)弹性模量(杨氏模量)它是通过拉伸实验来确定的，即物体受正应力作用产生轴向变形。设当沿着横截面为A、长度为L的均匀弹性棒的轴线方向施加力F时，棒伸长了d,则单位面积的作用力n为 nF/A 式中，n拉伸应力（N/m2)。单位长度的伸长量n为:nd/L n称为拉伸应变。在弹性限度范围内，应力和应变之间符合虎克定律，即 nEn比例系数E称弹性模量(杨氏模量)，单位是N/m2 物理意义：物质单位拉伸变形所需的力。1/E：称弹性柔量J.(2)剪切模量 是通过剪切实验确定的。固定立方体的底面，上面沿切线方向施加力F时，发这种变形称剪切变形。设立方体的上面移动距离为d，与它对应的角度高度为H,则上面单位面积上的作用力为F/A称为剪切应力。相应的形变为d/Htan称为剪应变。由虎克定律可得GG比例系数G称为剪切模量，单位是N/m2。(3)体积模量设体积为V的物体表面所受的静水压为p,当压力由p增大到p+p时，物体体积减少了V。则体积应变V为假设压力的变化p和体积应变V之间符合虎克定律，则式中，K为体积模量，它是材料的固有性质，单位是N/m2。(4)泊松比把棒状试样沿轴线方向拉伸时，除了在轴方向发生拉伸应变n外，横方向也产生压缩应变e。且有下列关系 e n 比例系数是物质的固有常数，称泊松比。它是无量纲的量。在拉伸或压缩面团、凝胶等食品的过程中，物体的体积不发生变化，则泊松比等于0.5。海绵状食品如面包)，在压缩的垂直方向没有明显的变形，则=0。土豆的泊松比为0.49，苹果的泊松比为0.37。3 食品的粘弹性食品的粘弹性 (1)粘弹性:许多食品往往既表现弹性性质，又表现粘性性质。例如，把圆柱形面团的一端固定，另一端用定载荷拉伸。此时面团如粘稠液体慢慢流动。当去掉载荷时，被拉伸的面团收缩一部分(这种现象称回弹现象，是弹性表现)，但面团不能完全恢复原来长度，有永久变形，这是粘性流动表现，即面团同时表现出类似液体的粘性和类似固体的弹性。我们把这种既有弹性又可以流动的现象称为粘弹性，具有粘弹性的物质称为粘弹性体(或半固态物质)。粘弹性体的力学性质不像完全弹性体那样仅用力与变形的关系来表示，还与力的作用时间有关。所以，研究粘弹性体的力学物性时，掌握力与变形随时问变化的规律是非常重要的。研究粘弹性时要用到应力松弛和蠕变两个重要概念。应力松弛:所谓应力松弛是指试样瞬时变形后，在变形(应变)不变情况下，试样内部的应力随时问的延长而减少的过程。值得注意的是，应力松弛是以一定大小的应变为条件的(。常数)口 蠕变:蠕变和应力松弛相反。蠕变是指把一定大小的力(应力)施加于粘弹性体时，物体的变形(应变)随时问的变化而逐渐增加的现象。要注意，蠕变是以一定大小的应力为条件的。4.3.2 粘弹性的力学模型粘弹性的力学模型 1 单要素模型单要素模型 (1)虎克模型在研究粘弹性体时，其弹性部分往往用一个代表弹性体的模型表示。虎克模型便是用一根理想的弹簧表示弹性的模型，因此也称“弹簧体模型”或“虎克体”。虎克模型代表完全弹性体的力学表现，即加上载荷的瞬问同时发生相应的变形，变形大小与受力的大小成正比口虎克模型符号及其应力一应变特征曲线。(2)阻尼模型流变学中把物体粘性性质用一个阻尼体模型表示，因此称为“阻尼模型”或“阻尼体”。阻尼模型瞬时加载时，阻尼体即开始运动；当去载时阻尼模型立即停止运动，并保持其变形，没有弹性恢复。阻尼模型既可表示牛顿流体性质，也可表示非牛顿流体性质。(3)滑块模型滑块模型虽不能独立地用来表示某种流变性质，但常与其他流变元件组合，表示有屈服应力存在的塑性流体性质。2 麦克斯韦模型麦克斯韦模型 麦克斯韦模型是由一个弹簧和一个粘壶串联组成的，当模型一端受力而被拉伸一定长度时，由于弹簧可在刹那间变形，而粘壶由于粘性作用来不及移动，弹簧首先被拉开，然后在弹簧恢复力作用下，粘壶粘性起作用，随时间的增加而逐渐被拉开，弹簧受到的拉力也逐渐减小，直到零。这就类似于应力松弛过程。可以推导出该模型的松弛模量随时间的变化规律为：应力松弛：黏弹体受力变形时，存在恢复变形的弹性应力。但由于内部粒子也具有流动的性质，当在内部应力作用下，各部分流到平衡位置，产生永久变形时，内部的应力也就消失。这一现象称为应力松弛。应力完全消失的时间非常长。为了表示应力松弛的快慢，定义M为应力松弛时间。米饭、鸡肉实验 3 伏格特伏格特-开尔芬模型开尔芬模型 黏弹体的流变特征之一，就是在一定的作用力下会产生蠕变现象，研究蠕变最简单的模型就是开尔芬模型。模型是由一个弹簧和一个粘壶并联组成,当模型上作用恒定外力时，由子粘壶作用，弹簧不能被立即拉开，而是缓慢发生形变。去掉外力后，在弹簧回复力的作用下，又可慢慢恢复原状，无剩余变形，故类似于蠕变过程。在这个模型中，作用于模型上的应力是由弹簧和粘壶共同承担的，而弹簧和粘壶的形变是相同的，并且与模型的总形变一致。可以推导出，释放应力后该模型的形变随时间的变化规律为：t1解除应力的时刻；1解除应力时的最大形变。4 多要素模型多要素模型 麦克斯韦模型和开尔芬模型虽然可以代表粘弹性体的某些流变规律。但这两个模型与实际的粘弹性体还有一定的差距。如麦克斯韦模型不能说明弹性滞后和残余应力，开尔芬模型缺乏黏弹体实际存在的应力松弛，为了更确切地用模型表述实际粘弹性体的力学性质，就需要用更多的原件组成所谓的多要素模型。四要素模型就是最基本的多要素模型。(1)四要素模型:四要素模型有许多等效表现形式，如图所示。在研究不同的流变现象时，为了解析方便，可以选用不同的等效模型。四要素模型的应力松弛过程解析四要素模型的应力松弛过程解析 由于图所示的四要素模型等效，因此可选用图(b)所示的模型分析应力松弛情况。显然，这一模型是由2个麦克斯韦模型并联而成。因此，总应力等于2个麦克斯韦模型应力之和。设这2个麦克斯韦模型各元件的粘弹性参数分别为1,E1,2,E2，两个模型的应力松弛时间分别为1=1/E1，2=2/E2,在恒定应变0情况下，应力松弛公式为四要素模型的蠕变过程解析四要素模型的蠕变过程解析可选用图(a)所示的模型分析蠕变情况。p62(2)三要素模型:三要素模型可看作是四要素模型的一个特例。例如，当粘弹性体存在着不能完全松弛的残余应力，就可以认为图(a)所示的四要素模型中2,即2的阻尼体成了不能流动的刚性连接。这时的模型可简化为下图所示的三要素模型。因为2，2，应力松弛式变为蠕变解析p63没有残余变形广义模型：以上几种模型，都是最简单的模型，实际的粘弹性食品中每一条高分子链的长短不一，所处的环境与起始构想也不同，链段的实际长度也有变化。所以，在力学松弛过程中，蠕变和应力松弛时间远不止是一个值，而是分布很宽的连续谱，即时间谱，因此，需把很多麦克斯韦和开尔芬模型进行并联或串联，并把由此产生的效应叠加。P64-671.阐述食品流变学研究目的。2.粘性流体可以分为哪几类？有何特点？3.影响液态食品粘度的因素有哪些？各有怎样的影响？4.何谓食品的粘弹性，对于粘弹性如何测量？5.液态食品的流变性质如何测定？6.固态、半固态食品的基本力学试验包括哪些？如何测定？4.4.2 固态、半固态食品流变性质的测定固态、半固态食品流变性质的测定 1 基本力学试验基本力学试验在测量粘弹性体的流变时，常用流变仪进行一些静态测定。(1)双重剪切测定:面积为A的3块平板之间填入试样，拉动中间平板。测得拉力为F，那么剪切模量(刚性率)G可由下式求出:式中，d拉动位移;试样厚度。当拉力保持不变时，还可以求得蠕变曲线、蠕变柔量:双重剪切测定常用来测定蛋糕、人造奶油、冰淇淋、干酪、鱼糜糕等许多食品的粘弹性。(2)拉力试验 长为L(m)、断面积为A(ml)的棒状试样的两端，测定在一定拉力F(N)下，试样的弹性伸长d(m)、延伸弹性率E与延伸粘度t。分别为:剪切粘度可用3倍率求出 拉力试验常用来测定小麦粉面团的粘弹性质。(3)套筒流动 在同心的双圆筒(内筒外径Ri，外筒内径R0)之间隙中填满试样。在内筒沿中心轴向加定载荷F(N)，内筒开始滑动，最终与粘性阻力平衡达到匀速V0运动状态。经受力分析和积分变换可求得试样粘度:因此，通过测定V0就可以求出粘度，以此原理设计的粘度计称为波开蒂诺粘度计。(4)平行板塑性计 在半径为R的平行圆板之间放入试样，夹住试样，施以夹紧力F，那么试样厚度随之减少。试样的粘度与各参数的关系为：2 应力松弛试验应力松弛试验 应力松弛性质往往与食品的口感与品质有很大关系。例如人在吃米饭、面条等食品时，通过牙齿的张合咀嚼食品，从牙齿的咬合到重新张开间有短暂的静止期，食品有一个很短的应力松弛过程。这种松弛时间的快慢，通过齿酿膜传到神经，给人以某种口感。加藤等人对各种大米的米饭团进行了应力松弛试验，求出了它们的应力松弛时间，并与感官检验结果进行了相关分析。发现口感柔软的米饭，其麦克斯韦模型的应力松弛时间为68s。当松弛时间达到104s时，便感到较硬。如图所示，试验结果表明感官检验评出的米饭的好吃名次与松弛时间有较高的相关关系。第第5章章 食品热物性食品热物性 食品加工中经常涉及到加热和冷却的问题，如罐头食品杀菌时的温度分布，牛乳浓缩时所需的热量，冻结或解冻时的传热方向等问题。解决这些问题离不开食品和食品原料的热物性，尤其是当前深加工食品和新资源食品不断出现，掌握它们的热物性，对上述问题的解决是非常必要的。本章重点论述食品材料基本热物理性质如比热容、焓、热导率的测量方法；食品热物性估算方法、基本数据和检测技术。为解决食品热工程问题奠定基础。5.1 水和冰的热物理性质水和冰的热物理性质 由于水在食品中占很大比例，因此在讨论食品的热物理性质之前，先讨论水的热物理性质是必要的。5.1.1 水和冰的密度水和冰的密度水的密度、冰的密度见表水的密度T/0 3.98 5 10 20/(103kg/m3)0.99987 1.00000 0.99999 0.99973 0.99823冰的密度T/0 -25 -50-75-100/(103kg/m3)0.917 0.921 0.924 0.927 0.930 由上述数据可以看出，水的密度在3.98时居最大值为1.00000，而在0时0.99987。而冰在0时的密度为0.917,即0冰的体积比水要增大约9%。对于含水分多的食品材料被冻结时体积将会膨胀。由于冻结过程是从表面逐渐向中心发展的，即表面水分首先冻结;而当内部的水分因冻结而膨胀时就会受到外表面层的阻挡，于是产生很高的内压被称为冻结膨胀压)，此压力可使外层破裂或食品内部龟裂，或使细胞破坏，细胞质流出，食品品质下降。5.1.3水和冰的比热容水和冰的比热容cp水、冰的比热容见表水的比热容T/0 10 20 30 cp/kJ/(kgK)4.2177 4.1922 4.1819 4.1785冰的的比热容T/0 -10 -20 -30 -40 cp/kJ/(kgK)2.12 2.04 1.96 1.88 1.805.1.4 水和冰的热导率水和冰的热导率水、冰的热导率见表水的热导率T/0 5 10 15 20 25 30/W/(mK)0.567 0.570 0.579 0.588 0.597 0.606 0.613冰的热导率T/0 -20 -40 -60 -80/W/(mK)2.24 2.43 2.66 2.91 3.185.1.5 水和冰的热扩散系数水和冰的热扩散系数水、冰的热扩散系数见表水的热扩散系数 T/0 10 20 30 40/(10-6m2/s)0.133 0.138 0.143 0.147 0.150冰的热扩散系数T/0 -25-50-75-100/(10-6m2/s)1.15 1.41 1.75 2.21 2.81 由图和表可知，冰的传热性能和热扩散速率远大于水，而比热容却小于水，这些性质在食品冻结与解冻加工中具有重要意义。5.2 食品材料热物理性质的测量食品材料热物理性质的测量5.2.1 基本性质与测量基本性质与测量 1.比热容比热容(specific heat)传统的方法是在恒温槽中直接测量使食品材料温度升高1K所需的热量。近年来发展用差式扫描量热术(differentialscanningcalorimetry,DSC)来测量材料的比热容。此法所用的样品少(5一15mg);而且因其能测很大的温度范围，故特别适合于测量食品材料的比热容和温度的关系。2.焓焓(enthalpy)焓值是相对值，过去的教材中多取-20冻结态的焓值为其零点；近年来多取-40的冻结态为其零点。对于食品材料，实际上很难确定在某一温度时食品中被冻结的比例，而不同的冻结率对应不同的焓值。用DSC直接测量食品焓值是一种新方法，其温度扫描从-60开始到1以上，这是认为到-60时，食品中的水分己全部冻结；而到1以上水分己全部融化成液体。3.热导率热导率(therma-conductivity)测量食品材料的热导率要比测量比热容困难得多，因为热导率不仅和食品材料的组分、颗粒大小等因素有关，还与材料的均匀性有关。一般用于测量工程材料的热导率的标准方法，如平板法、同心球法等稳态方法己不能很好地用于食品材料。因为这些方法需要很长的平衡时间，而在此期间，食品材料会产生水分的迁移而影响热导率。3.热导率热导率(therma-conductivity)热导率不仅和食品材料的组分、颗粒大小等 因素有关，还与材料的均匀性有关。目前认为测量食品材料热导率较好方法是探针法。所用的探针，外径为 0.66mm，长为39mm。其中的加热丝直径为0.077mm，长度和探针接近;加热丝的材料是 康铜，其电阻值随温度变化很小，而且不易折断。测温度用的镍铬一康铜热电祸，直径 0.051mm,置于探针长度方向的中间位置，被测食品材料原处于某一均匀温度，当探针插进后，加热丝提供一定的热量；热电偶不断测量温度变化。经一段过渡期后，温度T和时问的对数lnt出现线性关系。根据此直线的斜率可以求出食品材料的热导率。4.热扩散系数热扩散系数(thermal diffusivity)一般说来，热扩散系数a是根据比热容Cp,热导率和密度数据计算而得的，即a/(Cp)但也可以用实验测量，它主要是用一个瞬问加热的类似于测热导率的探头和热电偶；再与它有一定距离处加上另一个热电偶以测量样品温度的变化曲线。这个距离和所测得的热扩散系数数据有着很大的关系，但在食品材料中精确控制这个距离也不是容易的事。5.2.2 差式扫描量热技术差式扫描量热技术(DSC)1.DSC结构与原理结构与原理 在升温或降温的过程中，物质的结构如相态)和化学性质会发生变化，其质量及光、电、磁、热、力等物理性质也会发生相应的变化。热分析技术就是在改变温度的条件下测量 物质的物理性质与温度关系的一类技术。在食品科学中，人们利用这一技术检测脂肪、水的 结晶温度和融化温度以及结晶数量与融化数量；通过蒸发吸热来检测水的性质；检测蛋白质变性和淀粉凝胶等物理化学变化。在许多量热技术中，差式扫描量热技术应用得最广泛，它是在样品和参照物同时程序升 温或降温，并且保持两者温度相等的条件下，测量流入或流出样品和参照物的热量差与温度关系的一种技术。下是DSC主要组成和结构示意图，大致由四个部分组成:温度程序控制系统；测量系统(物理性能的测量）数据记录、处理和显示系统；样品室。温度程序控制内容包括整个实验过程中温度变化的顺序、变温的起始温度和终止温度、变温速率、恒温温度及恒温时间等。测量系统将样品的某种物理量转换成电信号，进行放大，用来进一步处理和记录。数据记录、处理和显示系统把所测量的物理量随温度和时间的变化记录下来，并可以进行各种处理和计算，再显示和输出到相应设备。样品室除了提供样品本身放置的容器(样品杯或样品管)、样品容器的支撑装置、进样装置等外，还包括提供样品室内各种实验环境的系统，如维持环境气氛所需气体(氮气、氧气、氢气、氦气等)的输入测量系统，压力控制系统、环境温度控制系统等。现在的仪器一般由一台计算机执行仪器的温度控制、测量控制、进样控制和环境条件控制等控制功能并进行数据记录、处理和显示。根据测量的方法不同，分为两种类型:一种是热流型DSC,一种是功率补偿型DSC。功率补偿型DSC其主要特点是分别用独立的加热器和传感器来测量和控制样品和参照物的温度并使之相等，或者说，根据样品和参照的温度差对流入或流出样品和参照的热量进行功率补偿使之相等。它所测量的参数是两个加热器输入功率之差d(Q)/dt或dH/dt。整个仪器由两个控制系统进行监控。其中一个控制温度，使样品和参照物在预定的速率下升温或降温。另一个用于补偿样品和参照物之间所产生的温差，这个温差是由样品的放热或吸热效应产生的。通过功率补偿使样品和参照物的温度保持相同，这样就可从补偿的功率直接求算热流率，即 式中，W所补偿的功率；Qs样品的热量；QR参照物的热量；dH/dt单位时问内的焓变，即热流率，单位一般为mJ/s。热流型DSC是将样品和一种热惰性参比物一起承受同样的温度变化，在温度变化的时问范围内连续测量样品和参比物的温度差。再根据温度差计算出热流。2.DSC数据及其分析方法数据及其分析方法(1)典型DSC曲线分析:DSC直接记录的是热流量随时间和温度变化的曲线，从曲线 中可以得到一些重要的参数。从物理学中我们知道，热流量与温差的比值称为比热容。从图7一5可以看出，对样品和参照物加热过程中，热流量没有变化，或者说比热容没有变化，表 明在加热过程中物质结构并没有发生变化。当对该样品和参照物继续加热时，热流量曲线突然下降，样品从环境中吸热，表明其结构发生一定程度的变化，上述全过程的一个典型的DSC曲线，我们把图7一6所对应的吸热现象称为该样品的玻璃化转变，对应的温度称为玻璃化转变温度Tg。当温度达到玻璃化转变温度Tg时，样品的比体积和比热容都增大；而刚度和勤度下降，弹性增加。在微观上，目前人们较多地认为是链段运动与空间自由体积间的关系。当温度低于 Tg时，自由体积收缩，链段失去了回转空间而被“冻结”，样品像玻璃一样坚硬。当样品继 续被加热至图一时，样品中的分子己经获得足够的能量，它们可以在较大的范围内运动。由物理化学可知，在给定温度下每个体系总是趋向于达到自由能最小的状态，因此，这些分子按一定结构排列，释放出潜热，形成晶体。当温度达到图7一8所对应值时，分子获得的能量己经大于维持其有序结构的能量，分子在更大的范围内运动，样品在宏观上出现融化和流 动现象。对于后面两个放热和吸热所对应的转变，在热力学上称为一次相变。(2)物性参数检测:包括转变温度的确定、热焓、比热容、熵及结晶数量的测定。(a)转变温度的确定:利用DSC检测的转变温度中，主要有玻璃化转变温度Tg、结晶温度Tc和融解温度Tm。由于结晶和融解都有明显的放热峰和吸热峰，因此，在确定两个转变温度时数据比较接近。一般是将结晶或融解发生前后的基线连接起来作为基线，将起始边的切线与基线的交点处的温度即外推始点Tg作为转变温度；也有将转变峰温(Tp)作为转变温度(图7一10).对于玻璃化转变温度Tg的确定，目前有几种方法，即取转变开始、中间和结束时所对应的温度。由于玻璃化转变是在一定温度范围内完成的，因此，其转变温度不十分一致。图 7一6是常见的确定方法之一，是取转变斜线的中点对应的温度为Tg。对于转变不明显的斜线，一般采用延长变化前后基线的切线等辅助方法确定Tg，如图7一11所示。在食品材料中，玻璃化转变过程所对应的温度范围取决于分子量，此外，也与成分的个体数量和个体特性差异有关，可以想象，组成食品的各种成分，其玻璃化转变温度相互差异较大，食品在经历热过程中表现出来的玻璃化转变温度也一定是非常分散的。一般研究文献在报道玻璃化转变温度时，都确切地给出材料检测前的热历史，DSC升温或降温速率以及恒温时间等试验条件，否则，数据失去价值。(b)热焓:焓H=E+pV,这里E是系统的内能，p、V分别为系统的压力和体积。我们所说的DSC测量的热焓，确切地说应是焓变，即样品发生热转变前后的H。对于压力不变的过程，H等于变化过程所吸收的热量Q。DSC直接记录的是热流量随时间变化的曲线，该曲线与基线所构成的峰面积与样品热转变时吸收或放出的热量成正比。根据己知相变焓的标准物质的样品量(物质的量)和实测标准样品DSC相变峰的面积，就可以确定峰面积与热焓的比例系数。借助DSC数据处理软件，可以较准确地计算出峰面积。(c)比热容:由于DSC的灵敏度高、热响应速度快和操作简便，所以与常规的量热计热容测定法相比，样品用量少，测定速度快，操作简便。在DSC中，样品是处在线性的程序温度控制下，流入样品的热流速率是连续测定的，并且所测定的热流速率dQ/dt是与样品的瞬间比热容成正比，因此热流速率可用下列方程表示 式中，Q热量；m样品质量；Cp样品比热容 样品的比热容即可通过上式测定。在比热容的测定中通常是以某种比热容己精确测定的样品作为标准样品。样品比热容的具体测定方法如下:先用两个空样品池在较低温度(T1)下恒温记录一段基线，然后转入程序升温，接着在一较高温度(T2)下恒温，由此得到从温度T1到T2的空载曲线或基线。T1到T2即我们测量的范围。然后在相同条件下使用同样的样品池依次测定己知比热容的标准样品和待研究样品的dsc曲线，测得结果如图7一13所示。样品在任一温度下的比热容Cp，可通过下列方程式求出 式中，Cp标准样品的比热容；m标准样品的质量；y标准样品的DSC曲线与基线之间的Y轴量程差；Cp待测样品的比热容；m待测样品的质量；y待测样品的DSC曲线与基线之间的Y轴量程差。为了提高测量的精确度，应选用较高的灵敏度，且样品和标准样品的制备条件和测量条件应尽量相同。(d)熵的测定:根据熵的定义，Skln,这里k是波尔兹曼常数，n是系统内粒子分布的可能方式的数目。如果系统有一组固定的能态，且分子在这些能态的分布发生一个可逆变化，则必然有热量被系统吸收或释放。以熔融过程为例，根据热力学第二定律，对于等温、等压和不做非体积功的可逆过程，其吉布斯函数变为:且G=0。因此，过程的熵用DSC测得H及T后，就可按上式计算熔融过程的熔融熵S。这个方法也可用于其他可逆过程。(e)结晶数量的测定:许多食品材料都包含有一定量的结晶体和玻璃体，二者比例大小与食品物性直接相关，在贮藏与加工过程中，二者的比例也不断变化，因此，掌握食品材料中的结晶体比例，是非常重要的。首先利用DSC曲线，分别计算出融解峰面积Am和结晶峰面积Ac。式中，Hm单位时间和单位质量的融解吸热量；Hc单位时间和单位质量的结晶放热量；T温度；t单位时间；m单位质量。将上述面积除以升温速率，得每克样品吸收和释放的热量，再乘以试验用样品真实质量，即得到该样品材料总的吸热量Hm,total闭和总的放热量Hc,total。二者差与单位质量的样品结晶时释放出来的热量之比即为加热温度未达到图7一7所示结晶转变前所具有的结晶数量mc 式中，Hc单位质量的样品结晶时释放出来的热量。3.影响测量结果的一些因素影响测量结果的一些因素 一般来说，影响DSC测量结果的主要因素大致有下列几方面:实验条件，如起始和终止温度、升温速率、恒温时间等；样品特性，如样品用量、固体样品的粒度、装填情况，溶液样品的缓冲液类型、浓度及热历史等；参照物特性、参照物用量、参照物的热历史等。(1)实验条件的影响:影响实验结果的主要实验条件是升温速率，升温速率可能影响 DSC测量的分辨率。实验中常常会遇到这种情况:对于某种蛋白质溶液样品，升温速率高于某个值时，某个热变性峰根本无法分辨，而当升温速率低于某个值后，就可以分辨出这个峰。升温速率还可能影响峰温和峰形。事实上，改变升温速率也是获得有关样品的某些重要参量的重要手段。(2)样品特性的影响:影响因素包括以下几个方面。(a)样品量:一般来说，样品量太少，仪器灵敏度不足以测出所要得到的峰。而样品量过多，又会使样品内部传热变慢，使峰形展宽，分辨率下降。实际中发现，样品用量对不同物质的影响也有差别。一般要求在得到足够强的信号的前提下，样品量要尽量少一点，且用量要恒定，保证结果的重复性。(b)固体样品的几何形状:样品的几何形状如厚度、与样品盘的接触面积等会影响热阻，对测量结果也有明显影响。为获得比较精确的结果，要增大样品盘的接触面积，减小样品的厚度，并采用较慢的升温速率。样品池和池座要接触良好，样品池或池座不干净，或样品池底不平整，会影响测量结果。(c)样品他在样品座上的位置:样品他在样品座上的位置会影响热阻的大小，应该尽量标准化。(d)固体样品的粒度:样品的粒度太大，热阻变大，样品熔融温度和熔融热焓偏低；但粒度太小，由于晶体结构的破坏和结晶度的下降，也会影响测量结果。带静电的粉状样品，由于静电引力使粉末聚集，也会影响熔融热焓。总的来看，粒度的影响比较复杂，有时难以得到合理的解释。(e)样品的热历史:许多材料往往由于热历史的不同而产生不同的晶型和相态包括某些亚稳态)，对DSC测量结果也会有较大的影响。(f)溶液样品中溶剂或稀释剂的选择:溶剂或稀释剂对样品的相变温度和热焓也有影响，特别是蛋白质等样品在升温过程中有时会发生聚沉的现象，而聚沉产生的放热峰往往会与热变性吸热峰发生重叠，并使得一些热变性的可逆性无法观察到，影响测量