食品物性学-固态与半固态食品的物性

固态与半固态食品的物性凝胶状食品的物性组织状食品的物性多孔状食品的物性粉体食品的物性第一节凝胶状食品的物性1.凝胶的概述第一节凝胶状食品的物性1.凝胶的概述凝胶食品的特点：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内容，也是食品科学技术十分重要的领域。热可逆凝胶：加热时会变成液态，冷却后又变为固态。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①蛋白质的溶胶-凝胶转变蛋白质溶胶加热时，会变成乳白色或者透明的凝胶。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、高浓度时，转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①蛋白质的溶胶-凝胶转变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。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，以31.5%为界，高于此值，为凝固型蛋白；低于此值，为凝胶型蛋白（热可逆）。第一节凝胶状食品的物性2.溶胶与凝胶的转化②多糖类溶胶-凝胶转变凝胶形成机理：一般的多糖，以散乱的链状分子分散于水中形成溶胶。当改变温度、浓度或添加某种物质后，链状分子就会互相产生结合点，形成网络结构，分散介质（水）则被收纳于这些网络空间中，形成凝胶。第一节凝胶状食品的物性2.溶胶与凝胶的转化②多糖类溶胶-凝胶转变A、卡拉胶（角叉菜胶）：在K+离子存在时，螺旋处形成结合链，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，再进一步凝聚成凝胶。C、海藻酸凝胶：Ca2+会使两个分子间形成配位结合。D、果胶凝胶：高甲氧基果胶（HM），以氢键形成结合部位；低甲氧基果胶（LM），以Ca2+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凝胶食品物性的测定方法有感观分析和仪器测定。仪器测定有：基础测定法、经验测定法和模拟测定法。基础测定法是对凝胶的基础流变性（动/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。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。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。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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。第二节组织状食品的物性1.细胞状食品的物性①细胞状食品的特征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。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；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；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。第二节组织状食品的物性1.细胞状食品的物性①细胞状食品的特征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，HM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。甲酯化程度低，LM含量高时，加热时不易软化，能够保持一定的脆硬性。第二节组织状食品的物性1.细胞状食品的物性②细胞状食品物性的测定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。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，可采用压缩穿透的方法；对细胞呈方向排列，或纤维组织、表皮组织，则可采用剪切、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②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、组织为纤维状的加工食品等。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。物性测试中，沿纤维方向和垂直纤维方向的差别是最重要的性质之一。第二节组织状食品的物性2.纤维状食品的物性拉伸应力与“咬劲”的感觉一致。松弛时间小，更接近弹性体。s/p0越大，则弹力的减少程度越小。第三节多孔状食品的物性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①密度A、全容积测定(wholevolume)：体积置换法。B、膨胀度OR(overrun)：C、单个气泡体积(bubblevolume)：D、气孔率（比体积）：试样体积÷试样质量E、膨化率(expansionratio)：膨化后体积÷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②变形度A、微小变形：B、较大变形：不具可加性第四节粉体食品的物性粉体：微小固体颗粒的群体。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。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性等。第四节粉体食品的物性1.粉体粒子的状态①粒子形状第四节粉体食品的物性1.粉体粒子的状态②粉粒的尺寸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。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。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。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③平均尺寸算术平均径：几何平均径：比表面积径：其中：Sw为比表面积，ρ为粒子的真密度(soliddensity)；k为形状系数比。中径：d50粒径分布的累计值为50%时的粒径第四节粉体食品的物性1.粉体粒子的状态④粒子径分布累积分布：粒度小于d的所有颗粒的粒数占全部颗粒的粒数的百分数，称累积分布。频率分布：把大小在一定尺寸范围的粒子径，按一定间隔分级，求出各间隔尺寸中粒子的量。第四节粉体食品的物性1.粉体粒子的状态④粒子径分布横坐标表示粒子径大小；纵坐标表示各粒子径范围粒子的数量或质量比，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⑤粒度分布函数把粒度分布曲线进行处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，R-R分布。R为粒子径大于D的粒子质量比(%)；D为任意粒子径；a为粒度特征常数；n为分布常数。第四节粉体食品的物性1.粉体粒子的状态⑤粒度测定法光学显微镜法电子显微镜法筛分法透过法：利用充填层中粉体的气体透过性测定比表面积。吸附法：由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。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。第四节粉体食品的物性2.粉体的堆积状态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。①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。B、表观密度：比体积的倒数。C、空隙率(porosity)：充填粉体所占整个容积中，空隙所占体积的比例。D、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。第四节粉体食品的物性2.粉体的堆积状态②粉体密度测定法A、粒子密度：密度瓶其中m0为密度瓶的质量；m1为将样品投入密度瓶后的质量；m2为放入样品后再注满分散介质时的质量；ms为密度瓶中只装满分散介质时的质量；ρs为分散介质密度。分散介质多用四氯化碳。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。第四节粉体食品的物性2.粉体的堆积状态②粉体密度测定法B、表观密度：表观密度受充填状态的影响很大，测定时分为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①粉体的摩擦角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。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。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。有四种表示方法：休止角、滑落角、侧面休止角、内动角。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。第四节粉体食品的物性3.粉体的力学性质①粉体的摩擦角A、休止角(angleofrepose)：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。B、侧面休止角(sideplateangleofrepose)：也称为破坏角或壁面摩擦角。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。第四节粉体食品的物性3.粉体的力学性质①粉体的摩擦角C、滑落角(angleofslide)：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，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。第四节粉体食品的物性3.粉体的力学性质②粒子群的粘聚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(agglomeration)。黏聚对于集尘、沉降浓缩、过滤等操作会带来好处。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。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。