食品物性学食品的热物性

第七章 食品的热物性v 食品热物性基础食品热物性基础n 食品的传热特性食品的传热特性n 热性能测定方法热性能测定方法v 食品的传热物性食品的传热物性n 可加性物性和非可加性物性可加性物性和非可加性物性n 食品的有效导热系数食品的有效导热系数v 能弹性与熵弹性能弹性与熵弹性n 等温可逆的弹性变形等温可逆的弹性变形n 能弹性与熵弹性分析的应用能弹性与熵弹性分析的应用第一节 食品热物性基础1. 基本概念基本概念n 单位表面传热系数（单位表面传热系数（h）：当假定附着于固体表面的流体）：当假定附着于固体表面的流体界膜与固体表面温度差为界膜与固体表面温度差为1K时，单位时间内通过固体单位表时，单位时间内通过固体单位表面积的热量，是对流传热的参数。面积的热量，是对流传热的参数。n 质量平均温度：为了用一个数值代表加热过程中食品物体质量平均温度：为了用一个数值代表加热过程中食品物体温度的变化，采用质量平均温度比较方便。温度的变化，采用质量平均温度比较方便。n 比热容比热容 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n 热分析是在程序温度控制下测量物质的物理化学性质与温热分析是在程序温度控制下测量物质的物理化学性质与温度关系的一类技术。度关系的一类技术。n 差示扫描量热仪差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry, DSC)：在温度程序控制下，测量输给物质和参比物的功率差与温度在温度程序控制下，测量输给物质和参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。之间关系的一种技术。 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n DSC测试原理：测试原理： 热流式热流式 DSC功率补偿式功率补偿式 DSC-测量测量 T- 由由 H = k T计算计算 H- K值依赖于样品制备值依赖于样品制备和与传感器的接触情和与传感器的接触情况来确定况来确定- 始终保持始终保持 Ts = Tr - 直接测量直接测量 H，比热、热焓测量，比热、热焓测量更准确更准确-灵敏度更高，解析度更佳灵敏度更高，解析度更佳第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n DSC的应用：的应用： 相变点相变点Phase Transition熔融热熔融热 H玻璃化转变温度玻璃化转变温度Tg反应热反应热 H熔点熔点Melting point活化能活化能Ea冷结晶温度冷结晶温度Crystal Temperature降温结晶温降温结晶温度度Cold Crystal Temperature氧化诱导时间氧化诱导时间O.I.T.反应动力学反应动力学Dynamic结晶度结晶度Crystallinity固化固化Curing结晶热结晶热Crystal Energy纯度纯度Purity结晶半周期结晶半周期Crystal Period比热比热Cp第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n DSC的数据的数据热曲线：热曲线： 吸热 放热第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n 定量差示热分析定量差示热分析(quantitative differential thermal anallysis, DTA)：在程序控温条件下，测量试样与参比基准物质之间的：在程序控温条件下，测量试样与参比基准物质之间的温度差与温度之间的关系的技术。温度差与温度之间的关系的技术。 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n DTA曲线。曲线。 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n 热重分析仪热重分析仪(thermogravimetry, TG)：在程序温度控制下，：在程序温度控制下，测量物质质量与温度之间关系的技术。测量物质质量与温度之间关系的技术。 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n 热重曲线热重曲线 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n 热重曲线的应用热重曲线的应用计算活化能计算活化能 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n 动态机械热分析仪动态机械热分析仪(dynamic mechanical thermal analyzer, DMTA)：在程控温度下，测量物质在振动负荷下动态模量和：在程控温度下，测量物质在振动负荷下动态模量和力学损耗与温度之间的关系。力学损耗与温度之间的关系。 第一节 食品热物性基础2. 热性能测试方法热性能测试方法n DMTA谱图谱图 第二节 食品的传热物性1. 可加性物性和非可加性物性可加性物性和非可加性物性n 可加性物性：由可加性物性：由n个成分组成的系统，系统的物性为个成分组成的系统，系统的物性为n个个组分物性的总和，例如比热容、密度等。组分物性的总和，例如比热容、密度等。n 非可加性物性：系统的物性不为各自组分物性的总和，例非可加性物性：系统的物性不为各自组分物性的总和，例如电阻、导热系数、分子扩散系数、黏度等。如电阻、导热系数、分子扩散系数、黏度等。n 多成分、非均质分散系统的宏观导热系数，不仅与成分组多成分、非均质分散系统的宏观导热系数，不仅与成分组成有关，也与这些成分分散的结构有关。平均值无意义。成有关，也与这些成分分散的结构有关。平均值无意义。n 非均质分散系统的宏观导热系数为有效导热系数。非均质分散系统的宏观导热系数为有效导热系数。 第二节 食品的传热物性2. 食品的有效导热系数食品的有效导热系数n 有效导热系数是在宏观上把非均质物质看成均质物质而引有效导热系数是在宏观上把非均质物质看成均质物质而引入的概念。入的概念。n 有效导热系数的模型：并列模型、串联模型、有效导热系数的模型：并列模型、串联模型、Maxwell-Eucken公式、公式、Kunii-Smith公式。公式。 第三节 能弹性和熵弹性n 等温条件下的弹性变形可由内能变化和熵变化两者决定。等温条件下的弹性变形可由内能变化和熵变化两者决定。n 内能：分子或原子的热运动，即由于原子间结合距离引起内能：分子或原子的热运动，即由于原子间结合距离引起的能量改变。的能量改变。n 能弹性：由内能变化所影响的弹性，例如结晶性物质由变能弹性：由内能变化所影响的弹性，例如结晶性物质由变形引起晶格间隔的收缩是典型的能弹性。形引起晶格间隔的收缩是典型的能弹性。 n 熵：体系的混乱的程度。熵：体系的混乱的程度。n 熵弹性：由熵决定的弹熵弹性：由熵决定的弹性部分。性部分。