第二章食品物性学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章 食品物性学,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,第二章 食品物性学,第二章 食品物性学,食品的基本属性包括化学属性、生物学属性以及物理属性。,物理属性：主要指其力学、热学、电学、光学及声学属性，主要反映食品及食品原料的热力学、流变学、传热传质特性、外观及质构特性以及在微波、电场、磁场作用下的表现。,作用：决定了其在加工和储藏环境下的物理变化规律以及食品在被消费和食用时的外观口感和消费者的心理感受。,2.1 食品的力学性质,食品的力学特征主要有应力、变形和时间三要素。食品力学是食品物性学中发展最早、研究最为深入的性质，其中，食品流变特性和食品质构特性是力学研究较为成熟的核心内容。,流变学（rheoiogy）,是研究物体在力的作用下变形与流动的科学；食品质构是通过力学的、触觉的、视觉的、听觉的方法能够感知的食品流变学特性的综合感觉。,2.1.1 食品流变学的基本概念,1、黏度定义,液体受到外力作用发生相对移动时液体分子间产生阻力，导致液体无法顺畅流动，这种阻力的大小就称为黏度。,黏度的度量方法,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,绝对黏度,相对黏度,运动黏度,动力黏度,赛氏黏度,恩氏黏度,雷氏黏度,2、流体的分类,A、牛顿流体,在外力作用下即能流动的流体并且流动的速度梯度与所加的剪切应力的大小成正比，这种流体就叫做牛顿流体。,=,式中，为黏性系数。,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,牛顿流体的特征是:,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。牛顿流体的流动特性曲线如图,2-1,所示。,图2-1 牛顿流体流动特性曲线,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,B、非牛顿流体,食品中更多的是非牛顿流体，以下面的经验公式表示,=,0,+k,n,式中，,0,为屈服应力,，,n为流体状态特征指数；K为黏度常数。,在非牛顿流体状态方程中还引入表观黏度（,e,）这一概念。,e,=/,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,（1）假塑性流体。0n1时，表观黏度随剪切应力增大而减小的流体。,大部分液态食品都是假塑性流体,。假塑性流体的流动特性曲线如图2-2所示。图中a=tani（i=1,2,3,)。,图 2-2 假塑性流体流动特性曲线,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,（2）胀塑性流体。1n+时，称为胀塑性流体。比较典型的是,生淀粉糊。,图 2-3 胀塑性流体流动特性曲线,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,（3）,塑性流体。流动特性曲线不通过原点的流动。,食品中浓缩肉汁、融化的巧克力酱、鱼酱等。,图 2-4 塑性流体特性曲线,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,（4）触变性流体。所谓触变性是指流体在搅拌过程中黏度减小，流动性增加，但静置一段时间后，流动又变的困难的现象。典型的例子，,调味酱、蛋黄酱等。,（5）胶变性流体。具有这种现象的食品往往给人以粘稠的口感。,2.1.1.1 液态食品的流变学基本概念,2.1.1.2 固态、半固态食品的流变学基本概念,1）弹性形变和黏弹性形变,所谓黏弹性形变即指弹性形变和流动形变的复杂结合。,2）弹性和杨氏模量,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)。,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。,2.1.2 食品的流变学特性变化规律,1）食品分散体系的分类,（1）分子分散体系。分散的粒子半径小于 10,-7,cm，相当于单个分子或离子的大小。如蔗糖溶于水后形成的“真溶液”。,（2）胶体分散体系。分散相的粒子半径为,10,-7,10,-5,cm。,2.1.2.1 液态食品分散体系的流变学特征,（3）粗分散体系。分散相的粒子半径为10,-5,10,-3,cm。如悬浮液、乳状液。,2）食品分散体系的流变性质影响因素包括温度、分散相（浓度、黏度、形状）、分散介质的影响。,2.1.2.2 固体与半固体食品的流变学特性,同时表现弹性性质和黏性性质的物质称为黏弹性体。黏弹性体的应力、形变与时间的关系，可通过将其组合成理想的弹性体和牛顿流体的模拟系统，分别从黏性要素和弹性要素的测定中得到。下边介绍其有代表性的组合。,1）麦克斯韦模型,2）沃格特模型,3）四要素模型和多要素模型,4）黏弹性体的各种性质（拔丝性、韦斯贝格效应、粘稠性、延伸性、柔软性）,1）麦克斯韦模型是由一个弹簧和一个粘壶串联组成的，如图所示。这是最早提出的粘弹模型。这一模型可以用来形象地反映应力松弛过程。,2.1.2.2 固体与半固体食品的流变学特性,2）沃格特模型,伏格特-开尔芬模型是由一个弹簧和一个粘壶并联组成，如图所示，此模型可以描述食品的蠕变过程。,2.1.2.2 固体与半固体食品的流变学特性,2.1.3 食品组分及组分间的相互作用对食品流变学特性的影响,在流变特性方面，食品乳化液有很大的差异，其中，界面流变学特性一直是食品科学家关注的热点。由于大多数的食品属于,胶体分散体系,，因此，,界面的特性是影响胶体食品稳定性的重要因素。,2.1.3.1 乳化类食品,2.1.3.2 淀粉类食品,淀粉溶液经过加热处理后具有凝胶性，流变学性质变化范围很宽，从简单的黏性流体扩延到高弹性的凝胶，这种多样性使淀粉具有广泛的工艺用途。,1）淀粉水分分散液结构与流变性质关系,淀粉增稠与凝胶性质主要取决于系统的微观结构，而微观结构与淀粉加工及淀粉种类有关。,淀粉分散系是胶质系统，膨胀的淀粉颗粒形成了分散相。直链淀粉等可溶性物质形成了连续性。淀粉分散系的黏度与分散颗粒的体积分数和形状变化密切相关。此外，连续性黏度和相态间的作用与系统的流变性质有关。,2）多组分食品中的淀粉,由于淀粉本身是两种聚合物的混合物，在添加聚合物将使其系统成为包含直链淀粉、支链淀粉和添加的聚合物这样一种多相系统。添加的聚合物的组成、浓度、处理条件和时间对于多组分系统的相分离状态非常重要。,混合聚合物系统的微观结构是由相分离动力学控制着，其过程是向着相界面最小方向发展，在淀粉多相系统中，相扩散使大量的直链淀粉聚集一起。,2.1.3.2 淀粉类食品,2.1.4 食品的流变学特性与食品感官品质的关系,2.1.4.1 多点传感器片与感官同步,1）应用原理,多点传感器片是一种新型片式多点传感器，可用来进行物性及感官评价的实验研究。计算机三维输出显示1936个传感器点上的力并能显示咀嚼过程中压力随时间的变化及压力峰出现的位置。同步测定咀嚼过程中的压力及其空间分布，为了解咀嚼过程及其食糜在口腔中状态变化提供了有价值的信息。,2) 应用实例,A 应用多点传感器片研究食品硬度对人咀嚼力的影响。,B 应用多点传感器片测定咀嚼力以区分黄瓜品种,。,2.1.4.2 肌电图与感官同步,1）应用原理,肌肉收缩时会产生微弱电流，在皮肤的适当位置附着电极可以测定身体表面肌肉的电流。,2）实例分析,2.1.4.3 腭电图与感官同步,应用原理,应用腭电图记录设施和吞咽时舌头的运动及在物性研究中的应用依受试者上门齿到软硬腭结合处的硬腭为模板定制的一个非常薄的假腭，在假腭中植入电极，电极上的引出线连接到一个外部处理器每当舌头接触到某一电极时，信号就被传送到处理器，处理器每10微秒记录一次数据。,2.1.5 食品流变性质的测定,2.1.5.1 黏度测量,1）毛细管黏度计,毛细管黏度计大体上是U型，主要适用于低黏度的流体。,2,）落球黏度计 这类黏度计含有一根管子，小球在重力的作用下可以从管中落下，其操作方法是测量小球在重力作用下，通过装有流体的管子所需的时间。,3）振动黏度计,振动黏度计的原理是浸入流体的探头产生剪切波，该波可以驱散周围媒介，通过探头表面负荷计算流体的黏度。,旋转黏度计是测量非牛顿型流体和时间依赖性流体的最佳选择，在旋转黏度计中样品在两个测量装置间恒速旋转剪切，剪切速率和旋转速率成比率关系，通过剪切速率改变计算剪切力的大小。,4) 旋转黏度计,5）锐孔黏度计 锐孔黏度计是通过测量标准体积的流体孔的时间来计算黏度，它常用于牛顿型流体，或者在不需要精确黏度条件下，测量近似的牛顿型流体。,6,） Bostwick黏度计,常用于食品体系中品质控制，如土豆泥、苹果酱等。,2.1.5.2 黏弹性测定方法,1）应力松弛实验,如果食品物料变形成固定的形状并保持不变，那么维持这种形变所需要的应力随着时间而下降，即应力松弛现象。,2）爬升实验,如果物料上存在较大的恒力负载，随着时间的延长物料持续变形，通常称为爬升。,爬升实验是指在标准时间段测量瞬间恒力作用，在物质上所产生的形变。,3）动力学实验,在动力学实验中速率和应力是可控的，也就是说物质所受的形变与应力可以随着时间的变化而变化。通常，物质的正弦应变会导致一些范围的应力通过物料转移，因此，样品中转移应变力是可测的。,4）拉伸流动,很多食品发生拉伸形变，纯粹的拉伸流动有时候称为自由剪切流动，在拉伸流动中，分子取向与流向相同，这是因为没有其他力导致旋转。,新的流变学模型的出现往往得益于流变学测定仪器的发展，早期食品流变特性的测定主要采用旋转黏度计，不同剪切速率下流体的黏度是通过改变转子转速来实现的。,高性能流变仪主要的优点在于能提供正弦波变化模式的剪切应力、应变，实现无损状态下食品黏弹性特征的监测，这是食品流变学领域具有里程碑意义的发展。在此之前的黏弹性测定普遍采用破坏性的静态试验，以蠕变万能实验机蠕变及应力松弛测定模式为代表。,2.1.5.3 食品流变性质测定的研究进展,动态黏弹性的时间扫描程序可用于分析食品加工、储藏或食品反应过程中体系真实的流变学特征变化。例如，面团老化、果胶水解等。无损的实时监控为确定优化的食品加工工艺提供了最有利的数据支持。,动态黏弹性的频率扫描可获得食品的“机械图谱”，频率扫描测定样品的黏弹性质能给出有关样品结构与流变特征的大量信息，就相当于红外光谱中的“指纹区”。,非流体食品在强应力作用下的加工特性往往采用质构仪进行测定，它可以提供样品在剪切、拉伸、压缩、穿透等各种不同施力模型下的变形特征，目前最为广泛采用的质构仪是Microstable系统。,总体而言，现有的食品流变学特征测定手段已经能够基本满足对食品加工、贮藏过程中食品在力的作用下具有的流变学特性的测定。但由于食品原料其产品配方的复杂性，在实际的应用过程中，常见的流变学模型在食品体系中应用时往往会出现这样那样的偏差，这一点在进行工程设计时要特别引起重视。,2.1.6 食品质构,食品质构可以通过感官或者仪器评价，感官评价需要一个经过良好训练，味觉良好的小组，实验结果很难重复。仪器方法相对感官评价成本低、耗时少，现已有很多可以进行食品质构评价的仪器。,质构仪,2,.1.6.1 压缩,压缩变形实验可以评价食品在一个标准压力下的变形情况，或者一种变形需要多大压力才能达到。这种测试类同于顾客挤压面包以确定其是否新鲜，感官评价称此为柔软或者坚硬。,饼干质地分析,2.1.6.2 弯曲折断性,这种方法可用来测试弯曲或者折断饼干之类的易碎食品所需的力量。样品放在两根硬轨上，处于水平位置，第三根横棒处于两根硬轨的中央位置，压住样品，直至样品变形破坏，记录压力。,这段样品所需的力量取决于样品的体积和强度。,2.1.6.3 切割性,典型的切割仪器放置样品后切割刀片被施加压力，切向样品切割力量有时间和样品硬度决定。,2.1.6.4 刺穿性,刺穿实验用来评估刺穿食品所需的力量，可以表达为食品的硬度或者坚度。它常用于水果、凝胶、蔬菜和一些奶制品或者肉制品中。一般不用于谷类制品中，因为坚硬的烘焙食品在实验中易被破碎。,2.1.6.5 渗透性,透度计设计用来评价圆锥体或者针，在标准时间内重力作用下沉入人造黄油或者酱汁中的距离，这种仪器可以用来评估黄油的涂膜性能，且操作简单，成本低。浸透深度取决于测试物体的重力、圆锥角、下落高度和形状。,2.1.6.6 质构特性分析,质地分析机用来获得质地分析结果，以时间为函数的力量曲线就是质地剖面图，曲线的最高点和最高区域用来评价食品的破裂性、硬度、黏性、弹性、咀嚼性。,2.1.6.7 生面团的仪器测试,生面团的流变性可以影响最终的产品性质。用来研究生面团的仪器有粉质仪、揉混仪、拉伸仪、面筋拉力测定仪。这些仪器测量面团在搅拌或者拉伸时的力量。,1）粉质仪、揉混仪,粉质仪、揉混仪都是扭矩测量仪器，他们提供面团在持续混合搅拌时的一些性质。这两种仪器的区别在于搅拌方式上。粉质仪有一个捏合过程，揉混仪则是有直接连接搅拌缸底部的垂直横棒旋转搅拌。,2）拉伸仪、面筋拉力测定仪 测试面团混合搅拌后流变学性质需要使用拉伸仪、面筋拉力测定仪，通过压缩、拉伸，可以获得面团弹力的信息。拉伸仪可以测试面团在拉伸延展时的面团韧性。它测试一个钩子完全穿过一块面团的力道。面筋拉力测定仪用来评价需要多大的压力才能激起一块面团的泡沫。,2.2 食品的热物性,现代食品工业中，热处理技术是食品加工与保藏中用于改善食品品质、延长货架期的最主要的技术之一。在食品物料受热的过程中，食品中的微生物、酶以及食品自身成分都会发生很大的变化。热力杀菌与灭酶的过程，不仅取决于微生物与酶自身的性质，还和食品物料的热物性息息相关。因此，了解和掌握食品的热物性具有非常重要的现实意义。,2.2.1 热物性基础,热处理食品时，热量通过温差而发生的热能传递机制主要包括四种：传导、对流、辐射和相变。,2.2.1.1 传导,传导是食品加工中主要的热力传递方式，它是指热量从食品物料的一部分向另一部分或紧密接触的第一物料所发生的转移。,热传导主要遵循的是Fourier法则。,热传导速率=驱动力/阻力。,2.2.1.2 对流传热,当包含热能的流体与固体表面接触时，对流传热就会发生，流体可以是液体或气体。 在对流传热中最重要的是对流传热系数。对流传热系数由表面接触的流体的物理、热学和黏性性质，表面流体的相对速度，与表面接触后流体的几何形状以及一些其他性质共同决定。因此，传热系数不是物质的一种性质，它是一个在传热过程中依赖于所研究系统过程条件的参数。通常情况下在控制条件下通过对热交换系统进行连续的实验来确定传热系数。,2.2.1.3 热辐射,热辐射是比可见光频率低的电磁波辐射，也称为红外辐射。就像所有热传递机制一样，热从高温物体传向低温物体，并且不需要物体间的任何接触或是物体间的任何介质。因此，热辐射可以发生在一个完全真空并且相隔很远距离的两者之间。通常采用斯里分玻尔兹曼定律来计算辐射热。,Q=AT,4,为物体放射率；为斯里分玻尔兹曼乘数；T为物体热力学温度单位为K；A为发射或吸收的辐射面积，单位为。,2.2.1.4 相变传热,物质在冷冻时从液态变为固态或者在压缩时从气态变为液态的过程中，我们通常会看到焓、熵和体积放生了巨大变化，这些变化由融化潜热或者蒸发潜热的焓变引起，这些焓变包含巨大的支持相变的热传递量。,2.2.2 食品热物性与力学性质的相互关系,食品的力学性质与温度状态有密切的关系，当物体发生形变时分子或原子间的平均距离由应力的大小决定。当物体受应力 作用发生应变时，外力对单位体积物体所做的功W可用下式表示为,W=E1/2,2,=1/2,2,/E,式中，E为三种弹性率，此式适合于符合胡克定律的物体，即=E。,2.2.3 导热系数的测量方法,导热系数的测量方法有,瞬态,和,稳态,两种,2.2.3.1 稳态法,稳态法主要包括纵向热流法、径向热流法、汽化热法、热通量法和差热扫描热量计法。,1）纵向热流法,最常用的是隔热板法，其适用于测定干燥均质板状物料的导热系数，测量导热性差的物料尤为精确。,2）径向热流法,此法适用于松散粉碎状或颗粒状的物料。,3,）汽化热法,4）热通量,热流计可以测量热通量。此种方法是用于电导率小于11.3W/(K)的物料。,5）示差扫描热量计（DSC）,这种方法使用简单，适用于小块物料，无论是低水分含量还是高水分含量。,2.2.3.2 瞬态技术,瞬态热传导方法也被用来测定样品的导热系数，在瞬态热传导过程中，随着时间的进行流过样品的热量在内部积累，使得样品内部温度随着时间的增加而增加。因此，温度梯度不是恒定的，而是随着时间的延长呈指数递减。,2.2.4 热物性在食品工业中的应用,热分析和量热国际联盟，对热分析定义为用于我们研究样品材料特性和温度关系的一组技术。这些技术包括热重分析、热力学分析、以及介电分析技术等。,2.2.4.1 热重分析,一个热重测量单元主要包括一个敏感的天平，它置于一个烤箱中，在烘箱的温度时间控制过程中，记录下样品的质量随时间的变化。,在食品加工工艺中，干燥和烘箱烘焙过程可以通过热重分析来研究。,2.2.4.2 差示扫描量热法,热分析是在程序控温下，测量物体的物体性质与温度之间关系的一类技术。目前在食品中通常采用的热分析技术包括差示扫描量热、热重分析和热机械分析，这三种热分析方法分别根据食品或食品在加热过程中的热流、质量以及流变学特性的变化获得有关食品或食品组分的形态、结构、理化和功能性质方面发生明显变化的信息。,2.2.4.3 食品材料所出的状态-玻璃态或橡胶态分析,玻璃态是指熔化物质在冷却过程中不发生结晶的非晶态。玻璃态也可以看做是一种过冷的液体。,玻璃态会对食品体系的黏度、脆度、结晶、塌陷以及冰晶的形成等物理化学及质构等性质产生重要的影响。,如果将食品保存在玻璃态下，受扩散控制的反应速率十分缓慢，几乎为零。因此可以防止化学反应的发生和避免结晶产生，使得食品在较长的储藏时间内处于稳定状态。,目前，玻璃化转变温度的的概念在食品保藏中的应用几乎涉及了各种食品领域。,为了获得玻璃化保藏的益处，目前推荐的做法为，在可能的情况下向食品中添加大分子物质使其玻璃化转变温度升高。,2.3 食品的声学性质,食品的声学特性主要是指食品在声波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰减系数和传播速度及其本身的声阻抗与固有频率等，它们反应了声波与食品或农产品相互作用的基本规律。食品的声阻抗是指食品的声吸收，等于食品界面声压与通过该食品界面的声通量之比。其中声通量也称为质点振动速度。其表达式为,Z=p/v,式中，Z为声阻抗；p为声压；v为质点振动速度。在均质介质中声阻抗为实数。,2.3.1 食品的声学基础及其检测原理,2.3.2 声学特性检测技术在食品中的应用,1）利用测定声波传播速度来确定甜瓜的成熟度，经研究发现随着甜瓜的成熟声波在甜瓜中传播速度和共振频率均将降低，而且两者的变化趋势完全一致。因此，可以利用声学特性差异来判断食品的成熟度。,2）脆性是食物在口腔中受到牙齿压力作用产生的感觉。,根据声音的差别和口腔的触觉便可以较为直观的感知并判断出食品的脆性和硬度。,3）鸭蛋是否破损的声学检测,利用破损鸭蛋与无损鸭蛋的声学特征差异，应用现代化数字信号处理技术通过对音频的检出差异快速判定鸭蛋是否破损。,4）部分液态食品质量的快速检测,利用媒质的超声特性对液态食品的成分和品质特性进行分析，具有巨大的优越性和发展潜力。目前该领域已经有了一些进展，例如，可以利用超声脉冲发射和接收，测定液态食品的超声传播速度。声衰减和声阻抗来检测果汁浓度，牛奶中的脂肪含量，食品的总糖等。,2.4 食品的光学特性,食品的光学性质是指食品对光波吸收和反射的性质。,食品光学性质研究和应用的领域主要有以下两个方面：,通过光学性质实现对食品的成分测定。,食品色泽的研究：食品的颜色、色泽也是反映食品品质的重要物理性质。,2.4.1 食品的成分测定,利用光学性质测定食品颜色的方法,1）测定食品颜色时注意事项,（1）凡液体食品或透明感食品，在用光照射时，不仅有反射光，还有一部分为透射光。因此，使用仪器的测定值往往与眼睛的判断产生差异。,（2）在测定固体食品时，往往颜色并不均匀，眼睛的观察往往是总体印象。用仪器测定时，往往只限于被测点的较小面积，所以要注意到仪器测定值与目测颜色印象的差异。,（3）测定颜色的方法不用或使用的仪器不同，色值也会不同。,2）试样的制作,（1）固体食品最好把表面压平。,（2）糊状食品，要尽量使表面平整。在可能条件下 最好采用适当的方法，使食品中各成分混合均匀。,（3）颗粒食品测定时，尽量使颗粒的大小一致，可减少测定的误差。测定粉状食品时，可以把测定表面压平。,（4）果汁类非常透明的液体颜色的测定，应使试样面积大于光照射面积，否则光会散射出去。,（5）当测定透过色光时，应尽量使试样中的悬浮颗粒用过滤或离心的方法除去。,（6）对颜色不均的平面或混有颜色不同颗粒的食品试样在测定时旋转，已达到混色效果。,3）常见的色彩测定仪器,（1）光电管比色计,（2）分光光度计,（3）光电反射光度计。,4）红外色谱分析技术,在食品的光学特性领域，近红外光谱分析技术是近年来发展较快的一支。,A、近红外光谱技术的特点,（1） 分析速度快，测定过程多可在1min内完成,（2）分析速率高,（3）使用的样品范围广,（4）样品一般不需要预处理,（5）分析成本低,（6）测定重现性好,（7）对样品无损伤,（8）近红外光在普通光纤中具有良好的传输特性，便于实现在 线分析,（9）对操作人员要求不苛刻，经简单培训就可胜任工作。,色泽仪,B、近红外光谱分析技术存在的难点,（1）测试灵敏度一般较低，被测组分含量一般应大于0.1%。,（2）需要用标样进行校正对比，很多情况下仅是一种间接分析技术。,（3）由于近红外光谱中信息强度低，因此组分在近红外光谱中谱峰强度较弱，影响近红外测量的检测限。,（,4）由于样品未经预处理，因此样品的状态测定方法以及测定的条件都会影响测定结果。,（5）由于近红外光谱测定的样品经常是不经过提纯等预处理的复杂样品，造成了NIR分析图谱的背景复杂和谱峰重叠，难以用常规方法分析图谱.,（6）一种基因在近红外光谱区的多个波长处有吸收，且近红外光谱谱峰较宽，致使多组分样品的近红外光谱在一个波长处有多个谱峰的重叠。,C、近红外光谱分析技术在食品检测中的应用,（1）近红外光谱在食品原料品质检测中的应用。,近红外光谱分析技术不仅可以用来测定样品中的水分、粗蛋白、脂肪、淀粉等常量成分，还用来测定氨基酸和脂肪酸。,（2）近红外光谱分析技术在食品其他行业中的应用 。,近红外技术已经渗透到各行各业的快速检测中。如发酵工业、无机物的快速检查,5）紫外线分光测定,紫外分光法主要是在紫外光源的照射下，是荧光物质发光而进行目标检测。,2.4.2 食品外观、色泽的研究,食品的外观、色泽也是反映食品品质的重要物理性质。尤其是对于生鲜食品，色泽往往成为判断其新鲜程度、成熟度和品质的重要指标。,计算机视觉技术是利用食品的色光性质及形状不同，通过一个高清晰度摄像头获取物体的图像，将图像转换成数字图像，再利用计算机的判别准则去理解和识别图像，通过图像分析作出相应结论的实用技术。可概括为以下几个方面。,1）在尺寸和形状检测中的应用,2）在颜色检测中的应用,3）在产品表面缺陷和损伤检测中的应用,4）在食品成分检测中应用,5）在食品口感质量评价中的应用,6）在线质量控制,计算机图像处理技术是计算机视觉技术的主体，计算机图像处理技术的特点就代表了计算机视觉的主要特点。图像处理可分为两大类：模拟图像处理和数字图像处理。数字图像处理的特点（1）图像信息量大；,（2）图像处理技术综合性强。,2.5 食品的电学性质,食品与农产品的组织、成分、结构、状态等和它们的电特性都有密切的关系，食品与农产品的变化主要表现在电流密度、磁导率、绝对介电常数、电导率等方面的变化。,电特性的分类,食品的电特性可广义地分为两大类，一类是主动电特性，另一类是被动电特性。前者包括由食品材料中存在某些能源而产生的电特性。这种存在于食品中的能源可产生一个电动势或电势差，其在生物系统中表示为生物电势，在压电晶体中表现为应变诱导电势。后者则反映了影响食品所占空问内电场和电流(电荷)的分布特性，还可以影响电场中食品的行为，它是由食品化学成分和物理结构所决定的固有特性。食品材料在受到外界的刺激时，就会产生抵抗，其通常表现为食品材料的电导率、电容率、击穿电位、刺激电位等。食品的电特性不仅取决于其性质，通常还受环境的影响。,食品电特性的意义,(,1),食品加工中对食物资源充分利用的要求越来越高，同时也要求减少加工中营养损失和生物活性物质活性的降低。而传统的加工方法要达到以上要求，十分困难。要达到这一目的，只有发现全新的加工原理和开发新的技术。电物理加工方法正是在这种形势下出现的一种最有前途的加工新技术。,(2),构成食品的分子或粒子，大都具有某种荷电的性质。因此，使用电场或电磁场有可能对构成食品的最小单位进行最富效果的加工处理。,(3),属于生鲜食品的水果、蔬菜、种子等在贮藏流通中，电磁场对其生理活动进行有效的控制往往是保鲜的主要手段。这种生理作用己经被证实具有巨大潜力。,(4),由于化石燃料能源的不可再生性，从长远观点看，电力将越来越在食品工业的能耗中占有更大的比例。加之电能有方便、卫生、易控制等特点，所以在加热、杀菌、干燥等耗能较高领域，食品的电物理加工将逐步取代利用其他能源的技术。,(5),电物理特性的检测，对食品加工自动化、品质控制精确化提供了重要手段。,电学性质的研究领域主要可以分为两个方面,1）食品品质状态的监控,食品的状态、成分变化往往反映在其电学性质的变化上。利用电特性可以检测农产品的品质、水果的成熟度和损伤度和蔬菜的电特性。,利用物料的电特性与水分、温度、密度的相关性，开发和研制了新型蔬菜水分快速测定仪、烟草及茶叶水分智能仪、微水分仪、粮食品质检测仪等。,主要应用有以下几个方面：,A、利用生物电特性鉴别受精蛋,B、利用谷物的电特性检测含水率,C、利用番茄的电特性无损检测成熟度,D、应用电阻抗技术的全自动微生物监测系统,E、直流条件下介电常数的测定,F、交流条件下介电常数的测定,G、电导率的测定,2）电磁物理加工,近年来，食品的电磁物理加工发展较快。这方面的技术主要有：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。,电磁物理加工还需要解决的问题,食品的电韧性与其组织结构、电学性质、热学性质等的相互关联和影响。,作为浓缩能源的电力，在食品工程传热传质操作中的合理应用方法。,以电力为基础的食品加工装置计算和设计理论的建立。,利用电物性对食品品质的检调和评价。,通过传统加工方法与电力加工方法的合理结合，电力加工从经济性、安全性和效率上满足实际生产的需要。,食品本身组成与其电物性的研究成果。除了可用在食品品质的损伤检测及品质分析等方面，近年利用电磁场对食品进行加工处理的研究和开发也取得了很大进展。这些利用领域按电场的性质分，可归纳为静电场处理、通电处理、高频电场处理、微波处理和红外线处理等。,A、静电场处理,静电场处理主要有：静电净化、静电熏制、静电分离、电处理防腐、静电扑粉等。它们的原理都是：使离子化的气体在电场内移动，想物质的散体微粒传递电荷。这种荷电例子再受电场作用从一极向另一极进行定向移动，达到加工所需目的。,B、静电处理,通电加热技术是食品加工过程中的一门新兴技术，亦称“欧姆加热”或电抗加热。其基本原理是在电路中把食品物料作为一段导体，利用它本身在导热时所产生的热量达到加热的母的。,通电加热主要用来对流态食品进行加工。利用通电加热原理还可以测定淀粉的糊化温度。,C、微波处理,（1）微波处理的原理。食品加工业的微波的利用主要指在微波场中食品材料的发热效应。,（2）微波加热的问题。微波加热的最大问题就是加热不均匀。,D、红外线处理,近红外线（0.781.4m）、中间红外线,（1.43m）、远红外线（3m1）。,在实际加工利用中常使用远红外线加热，优点是：食品不必接触热源或传热介质就可以直接加热；在食品周围保持低温状态下对食品进行加热；加热可以不受食品食品周围气流影响；加热速度快、效率高。,一、判断,1、制作食品泡沫时，一般都是先打发泡，然后再添加糖，以使泡沫稳定。（）,2、虎克定律：在弹性极限范围内，物体的应变与应力的大小成反比。（,）,3、应力松弛时间：M=/E，表示应力松弛快慢，黏性越大，应力松弛时间越长（）,4、广义麦克斯韦模型模拟实际黏弹性体应力松弛性质。广义开尔芬模型模拟实际黏弹性体蠕变性质。（）,5、食品有一个很短的应力松弛过程，从牙齿的咬合到重新张开间有短暂的静止期，麦克斯韦模型的应力松弛时间为6-8s，口感柔软。当松弛时间达到10-14s时，口感较硬。（）,6、在动态粘弹性的测量中，当应力和应变很小时，各模量与时间呈线性关系。（）,7、布拉本德粉质仪是搅拌型测试仪。淀粉粉力测试仪是搅拌型测试仪。（）,8、摩擦角包括休止角、内摩擦角、壁面摩擦角和滑动角。前两者表示物料本身内在的摩擦性质，后两者表示物料与接触的固体表面间的摩擦性质。,（）,9、DSC记录的是补偿电路电位。DTA所得到的是温度差曲线。,（）,10、微波加热利用远红外辐射。,（）,二、问答題,1、消泡原理：,答：消泡剂滴至泡膜时，会在膜表面扩散。在消泡剂扩散之处，表面张力局部降低，使得这部分膜变得很薄而导致破裂。,2、果实成熟过程的变化：,答：未成熟的果实细胞间含有大量原果胶，它不溶于水，与纤维素、半纤维素等组成坚固的细胞壁，组织坚硬；随着成熟的进程，原果胶水解成水溶性果胶，溶入细胞液内，使果实组织变软而有弹性；最后，果胶发生去甲酯化作用，生成果胶酸，果胶酸不会形成凝胶，果实变成软溏状态。,