第二章食品物性學(xué)課件

1、2.12.22.32.42.5第二章第二章 食品物性學(xué)食品物性學(xué)l食品的基本屬性包括化學(xué)屬性、生物學(xué)屬性以及物理屬性。l物理屬性：主要指其力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)及聲學(xué)屬性，主要反映食品及食品原料的熱力學(xué)、流變學(xué)、傳熱傳質(zhì)特性、外觀及質(zhì)構(gòu)特性以及在微波、電場、磁場作用下的表現(xiàn)。l作用：決定了其在加工和儲(chǔ)藏環(huán)境下的物理變化規(guī)律以及食品在被消費(fèi)和食用時(shí)的外觀口感和消費(fèi)者的心理感受。 食品的力學(xué)特征主要有應(yīng)力、變形和時(shí)間三要素。食品力學(xué)是食品物性學(xué)中發(fā)展最早、研究最為深入的性質(zhì)，其中，食品流變特性和食品質(zhì)構(gòu)特性是力學(xué)研究較為成熟的核心內(nèi)容。 流變學(xué)（rheoiogy）是研究物體在力的作用下變形與流動(dòng)的

2、科學(xué)；食品質(zhì)構(gòu)是通過力學(xué)的、觸覺的、視覺的、聽覺的方法能夠感知的食品流變學(xué)特性的綜合感覺。l1、黏度定義l 液體受到外力作用發(fā)生相對移動(dòng)時(shí)液體分子間產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致液體無法順暢流動(dòng)，這種阻力的大小就稱為黏度。l黏度的度量方法絕對黏度相對黏度 運(yùn)動(dòng)黏度 動(dòng)力黏度賽氏黏度 恩氏黏度雷氏黏度l2、流體的分類lA、牛頓流體l 在外力作用下即能流動(dòng)的流體并且流動(dòng)的速度梯度與所加的剪切應(yīng)力的大小成正比，這種流體就叫做牛頓流體。l=l式中，為黏性系數(shù)。 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念 牛頓流體的特征是牛頓流體的特征是:剪切應(yīng)力與剪切速剪切應(yīng)力與剪切速率成正比，黏度不隨剪切速率

3、的變化而變率成正比，黏度不隨剪切速率的變化而變化。牛頓流體的流動(dòng)特性曲線如圖化。牛頓流體的流動(dòng)特性曲線如圖2-1所示。所示。圖2-1 牛頓流體流動(dòng)特性曲線 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念lB、非牛頓流體l 食品中更多的是非牛頓流體，以下面的經(jīng)驗(yàn)公式表示l =0+knl式中，0為屈服應(yīng)力，n為流體狀態(tài)特征指數(shù)；K為黏度常數(shù)。l 在非牛頓流體狀態(tài)方程中還引入表觀黏度（e）這一概念。e=/ 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念 （1）假塑性流體。0n1時(shí)，表觀黏度隨剪切應(yīng)力增大而減小的流體。大部分液態(tài)食品都是假塑性流體。假塑性流體的流動(dòng)特

4、性曲線如圖2-2所示。圖中a=tani（i=1,2,3,)。圖 2-2 假塑性流體流動(dòng)特性曲線 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念圖 2-3 脹塑性流體流動(dòng)特性曲線 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念圖 2-4 塑性流體特性曲線 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念l（4）觸變性流體。所謂觸變性是指流體在攪拌過程中黏度減小，流動(dòng)性增加，但靜置一段時(shí)間后，流動(dòng)又變的困難的現(xiàn)象。典型的例子，調(diào)味醬、蛋黃醬等。l（5）膠變性流體。具有這種現(xiàn)象的食品往往給人以粘稠的口感。 2.1.1.1 液態(tài)食品的流變學(xué)基本概念液

5、態(tài)食品的流變學(xué)基本概念l1）彈性形變和黏彈性形變l 所謂黏彈性形變即指彈性形變和流動(dòng)形變的復(fù)雜結(jié)合。l2）彈性和楊氏模量l 設(shè)當(dāng)沿著橫截面為A、長度為L的均勻彈性棒的軸線方向施加力F時(shí)，棒伸長了d,則單位面積的作用力n為lnF/Al式中，n拉伸應(yīng)力（N/m2)。lnd/L n稱為拉伸應(yīng)變。l在彈性限度范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間符合虎克定律，l即nEn l比例系數(shù)E稱彈性模量(楊氏模量)，單位是N/m2。l1）食品分散體系的分類l（1）分子分散體系。分散的粒子半徑小于 10-7cm，相當(dāng)于單個(gè)分子或離子的大小。如蔗糖溶于水后形成的“真溶液”。l（2）膠體分散體系。分散相的粒子半徑為 10-710-5

6、cm。2.1.2.1 液態(tài)食品分散體系的流變學(xué)特征l（3）粗分散體系。分散相的粒子半徑為10-510-3cm。如懸浮液、乳狀液。l2）食品分散體系的流變性質(zhì)影響因素包括溫度、分散相（濃度、黏度、形狀）、分散介質(zhì)的影響。 同時(shí)表現(xiàn)彈性性質(zhì)和黏性性質(zhì)的物質(zhì)稱為黏彈性體。黏彈性體的應(yīng)力、形變與時(shí)間的關(guān)系，可通過將其組合成理想的彈性體和牛頓流體的模擬系統(tǒng)，分別從黏性要素和彈性要素的測定中得到。下邊介紹其有代表性的組合。1）麥克斯韋模型 2）沃格特模型 3）四要素模型和多要素模型 4）黏彈性體的各種性質(zhì)（拔絲性、韋斯貝格效應(yīng)、粘稠性、延伸性、柔軟性）2.1.2.2 固體與半固體食品的流變學(xué)特性2.1.2

7、.2 固體與半固體食品的流變學(xué)特性l 在流變特性方面，食品乳化液有很大的差異，在流變特性方面，食品乳化液有很大的差異，其中，界面流變學(xué)特性一直是食品科學(xué)家關(guān)注的其中，界面流變學(xué)特性一直是食品科學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn)。由于大多數(shù)的食品屬于熱點(diǎn)。由于大多數(shù)的食品屬于膠體分散體系膠體分散體系，因，因此，此，界面的特性是影響膠體食品穩(wěn)定性的重要因界面的特性是影響膠體食品穩(wěn)定性的重要因素。素。2.1.3.1 乳化類食品l 淀粉溶液經(jīng)過加熱處理后具有凝膠性，流變學(xué)性質(zhì)變化范圍很寬，從簡單的黏性流體擴(kuò)延到高彈性的凝膠，這種多樣性使淀粉具有廣泛的工藝用途。l1）淀粉水分分散液結(jié)構(gòu)與流變性質(zhì)關(guān)系l 淀粉增稠與凝膠性質(zhì)主

8、要取決于系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)，而微觀結(jié)構(gòu)與淀粉加工及淀粉種類有關(guān)。l 淀粉分散系是膠質(zhì)系統(tǒng)，膨脹的淀粉顆粒形成了分散相。直鏈淀粉等可溶性物質(zhì)形成了連續(xù)性。淀粉分散系的黏度與分散顆粒的體積分?jǐn)?shù)和形狀變化密切相關(guān)。此外，連續(xù)性黏度和相態(tài)間的作用與系統(tǒng)的流變性質(zhì)有關(guān)。l2）多組分食品中的淀粉l 由于淀粉本身是兩種聚合物的混合物，在添加聚合物將使其系統(tǒng)成為包含直鏈淀粉、支鏈淀粉和添加的聚合物這樣一種多相系統(tǒng)。添加的聚合物的組成、濃度、處理?xiàng)l件和時(shí)間對于多組分系統(tǒng)的相分離狀態(tài)非常重要。l 混合聚合物系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)是由相分離動(dòng)力學(xué)控制著，其過程是向著相界面最小方向發(fā)展，在淀粉多相系統(tǒng)中，相擴(kuò)散使大量的直鏈淀粉聚

9、集一起。l2.1.4.1 多點(diǎn)傳感器片與感官同步l1）應(yīng)用原理l 多點(diǎn)傳感器片是一種新型片式多點(diǎn)傳感器，可用來進(jìn)行物性及感官評價(jià)的實(shí)驗(yàn)研究。計(jì)算機(jī)三維輸出顯示1936個(gè)傳感器點(diǎn)上的力并能顯示咀嚼過程中壓力隨時(shí)間的變化及壓力峰出現(xiàn)的位置。同步測定咀嚼過程中的壓力及其空間分布，為了解咀嚼過程及其食糜在口腔中狀態(tài)變化提供了有價(jià)值的信息。l2) 應(yīng)用實(shí)例l A 應(yīng)用多點(diǎn)傳感器片研究食品硬度對人咀嚼力的影響。lB 應(yīng)用多點(diǎn)傳感器片測定咀嚼力以區(qū)分黃瓜品種。l1）應(yīng)用原理l 肌肉收縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱電流，在皮膚的適當(dāng)位置附著電極可以測定身體表面肌肉的電流。l2）實(shí)例分析l應(yīng)用原理l 應(yīng)用腭電圖記錄設(shè)施和吞咽時(shí)

10、舌頭的運(yùn)動(dòng)及在物性研究中的應(yīng)用依受試者上門齒到軟硬腭結(jié)合處的硬腭為模板定制的一個(gè)非常薄的假腭，在假腭中植入電極，電極上的引出線連接到一個(gè)外部處理器每當(dāng)舌頭接觸到某一電極時(shí)，信號就被傳送到處理器，處理器每10微秒記錄一次數(shù)據(jù)。l2.1.5.1 黏度測量l1）毛細(xì)管黏度計(jì)l 毛細(xì)管黏度計(jì)大體上是U型，主要適用于低黏度的流體。l 旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)是測量非牛頓型流體和時(shí)間依賴性流體的最佳選擇，在旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)中樣品在兩個(gè)測量裝置間恒速旋轉(zhuǎn)剪切，剪切速率和旋轉(zhuǎn)速率成比率關(guān)系，通過剪切速率改變計(jì)算剪切力的大小。6） Bostwick黏度計(jì) 常用于食品體系中品質(zhì)控制，如土豆泥、蘋果醬等。l1）應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)l 如果食品

11、物料變形成固定的形狀并保持不變，那么維持這種形變所需要的應(yīng)力隨著時(shí)間而下降，即應(yīng)力松弛現(xiàn)象。l2）爬升實(shí)驗(yàn)l 如果物料上存在較大的恒力負(fù)載，隨著時(shí)間的延長物料持續(xù)變形，通常稱為爬升。l 爬升實(shí)驗(yàn)是指在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間段測量瞬間恒力作用，在物質(zhì)上所產(chǎn)生的形變。 l3）動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)l 在動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中速率和應(yīng)力是可控的，也就是說物質(zhì)所受的形變與應(yīng)力可以隨著時(shí)間的變化而變化。通常，物質(zhì)的正弦應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致一些范圍的應(yīng)力通過物料轉(zhuǎn)移，因此，樣品中轉(zhuǎn)移應(yīng)變力是可測的。l4）拉伸流動(dòng)l 很多食品發(fā)生拉伸形變，純粹的拉伸流動(dòng)有時(shí)候稱為自由剪切流動(dòng)，在拉伸流動(dòng)中，分子取向與流向相同，這是因?yàn)闆]有其他力導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)。l 新的流變學(xué)

12、模型的出現(xiàn)往往得益于流變學(xué)測定儀器的發(fā)展，早期食品流變特性的測定主要采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，不同剪切速率下流體的黏度是通過改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。l 高性能流變儀主要的優(yōu)點(diǎn)在于能提供正弦波變化模式的剪切應(yīng)力、應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)無損狀態(tài)下食品黏彈性特征的監(jiān)測，這是食品流變學(xué)領(lǐng)域具有里程碑意義的發(fā)展。在此之前的黏彈性測定普遍采用破壞性的靜態(tài)試驗(yàn)，以蠕變?nèi)f能實(shí)驗(yàn)機(jī)蠕變及應(yīng)力松弛測定模式為代表。 l 動(dòng)態(tài)黏彈性的時(shí)間掃描程序可用于分析食品加工、儲(chǔ)藏或食品反應(yīng)過程中體系真實(shí)的流變學(xué)特征變化。例如，面團(tuán)老化、果膠水解等。無損的實(shí)時(shí)監(jiān)控為確定優(yōu)化的食品加工工藝提供了最有利的數(shù)據(jù)支持。l 動(dòng)態(tài)黏彈性的頻率掃描可獲得食品的“機(jī)械

13、圖譜”，頻率掃描測定樣品的黏彈性質(zhì)能給出有關(guān)樣品結(jié)構(gòu)與流變特征的大量信息，就相當(dāng)于紅外光譜中的“指紋區(qū)”。l 非流體食品在強(qiáng)應(yīng)力作用下的加工特性往往采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定，它可以提供樣品在剪切、拉伸、壓縮、穿透等各種不同施力模型下的變形特征，目前最為廣泛采用的質(zhì)構(gòu)儀是Microstable系統(tǒng)。 總體而言，現(xiàn)有的食品流變學(xué)特征測定手段已經(jīng)能夠基本滿足對食品加工、貯藏過程中食品在力的作用下具有的流變學(xué)特性的測定。但由于食品原料其產(chǎn)品配方的復(fù)雜性，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，常見的流變學(xué)模型在食品體系中應(yīng)用時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的偏差，這一點(diǎn)在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)要特別引起重視。l 食品質(zhì)構(gòu)可以通過感官或者儀器評價(jià)，

14、感官評價(jià)需要一個(gè)經(jīng)過良好訓(xùn)練，味覺良好的小組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很難重復(fù)。儀器方法相對感官評價(jià)成本低、耗時(shí)少，現(xiàn)已有很多可以進(jìn)行食品質(zhì)構(gòu)評價(jià)的儀器。餅干質(zhì)地分析 2.1.6.2 彎曲折斷性 這種方法可用來測試彎曲或者折斷餅干之類的易碎食品所需的力量。樣品放在兩根硬軌上，處于水平位置，第三根橫棒處于兩根硬軌的中央位置，壓住樣品，直至樣品變形破壞，記錄壓力。 這段樣品所需的力量取決于樣品的體積和強(qiáng)度。2.1.6.3 切割性 典型的切割儀器放置樣品后切割刀片被施加壓力，切向樣品切割力量有時(shí)間和樣品硬度決定。2.1.6.4 刺穿性 刺穿實(shí)驗(yàn)用來評估刺穿食品所需的力量，可以表達(dá)為食品的硬度或者堅(jiān)度。它常用于水果、

15、凝膠、蔬菜和一些奶制品或者肉制品中。一般不用于谷類制品中，因?yàn)閳?jiān)硬的烘焙食品在實(shí)驗(yàn)中易被破碎。 2.1.6.5 滲透性 透度計(jì)設(shè)計(jì)用來評價(jià)圓錐體或者針，在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)重力作用下沉入人造黃油或者醬汁中的距離，這種儀器可以用來評估黃油的涂膜性能，且操作簡單，成本低。浸透深度取決于測試物體的重力、圓錐角、下落高度和形狀。2.1.6.6 質(zhì)構(gòu)特性分析 質(zhì)地分析機(jī)用來獲得質(zhì)地分析結(jié)果，以時(shí)間為函數(shù)的力量曲線就是質(zhì)地剖面圖，曲線的最高點(diǎn)和最高區(qū)域用來評價(jià)食品的破裂性、硬度、黏性、彈性、咀嚼性。 生面團(tuán)的流變性可以影響最終的產(chǎn)品性質(zhì)。用來研究生面團(tuán)的儀器有粉質(zhì)儀、揉混儀、拉伸儀、面筋拉力測定儀。這些儀器測量面

16、團(tuán)在攪拌或者拉伸時(shí)的力量。1）粉質(zhì)儀、揉混儀 粉質(zhì)儀、揉混儀都是扭矩測量儀器，他們提供面團(tuán)在持續(xù)混合攪拌時(shí)的一些性質(zhì)。這兩種儀器的區(qū)別在于攪拌方式上。粉質(zhì)儀有一個(gè)捏合過程，揉混儀則是有直接連接攪拌缸底部的垂直橫棒旋轉(zhuǎn)攪拌。l 現(xiàn)代食品工業(yè)中，熱處理技術(shù)是食品加工與現(xiàn)代食品工業(yè)中，熱處理技術(shù)是食品加工與保藏中用于改善食品品質(zhì)、延長貨架期的最主要保藏中用于改善食品品質(zhì)、延長貨架期的最主要的技術(shù)之一。在食品物料受熱的過程中，食品中的技術(shù)之一。在食品物料受熱的過程中，食品中的微生物、酶以及食品自身成分都會(huì)發(fā)生很大的的微生物、酶以及食品自身成分都會(huì)發(fā)生很大的變化。熱力殺菌與滅酶的過程，不僅取決于微生變化

17、。熱力殺菌與滅酶的過程，不僅取決于微生物與酶自身的性質(zhì)，還和食品物料的熱物性息息物與酶自身的性質(zhì)，還和食品物料的熱物性息息相關(guān)。因此，了解和掌握食品的熱物性具有非常相關(guān)。因此，了解和掌握食品的熱物性具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。重要的現(xiàn)實(shí)意義。l 熱處理食品時(shí)，熱量通過溫差而發(fā)生的熱能傳遞機(jī)制主要包括四種：傳導(dǎo)、對流、輻射和相變。2.2.1.1 傳導(dǎo)l 傳導(dǎo)是食品加工中主要的熱力傳遞方式，它是指熱量從食品物料的一部分向另一部分或緊密接觸的第一物料所發(fā)生的轉(zhuǎn)移。l 熱傳導(dǎo)主要遵循的是Fourier法則。l 熱傳導(dǎo)速率=驅(qū)動(dòng)力/阻力。l 當(dāng)包含熱能的流體與固體表面接觸時(shí)，對流傳熱就會(huì)發(fā)生，流體可以是液體

18、或氣體。 在對流傳熱中最重要的是對流傳熱系數(shù)。對流傳熱系數(shù)由表面接觸的流體的物理、熱學(xué)和黏性性質(zhì)，表面流體的相對速度，與表面接觸后流體的幾何形狀以及一些其他性質(zhì)共同決定。因此，傳熱系數(shù)不是物質(zhì)的一種性質(zhì)，它是一個(gè)在傳熱過程中依賴于所研究系統(tǒng)過程條件的參數(shù)。通常情況下在控制條件下通過對熱交換系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)的實(shí)驗(yàn)來確定傳熱系數(shù)。l 熱輻射是比可見光頻率低的電磁波輻射，也稱為紅外輻射。就像所有熱傳遞機(jī)制一樣，熱從高溫物體傳向低溫物體，并且不需要物體間的任何接觸或是物體間的任何介質(zhì)。因此，熱輻射可以發(fā)生在一個(gè)完全真空并且相隔很遠(yuǎn)距離的兩者之間。通常采用斯里分玻爾茲曼定律來計(jì)算輻射熱。l Q=AT4l為物

19、體放射率；為斯里分玻爾茲曼乘數(shù)；T為物體熱力學(xué)溫度單位為K；A為發(fā)射或吸收的輻射面積，單位為。 物質(zhì)在冷凍時(shí)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)或者在壓縮時(shí)物質(zhì)在冷凍時(shí)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)或者在壓縮時(shí)從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程中，我們通常會(huì)看到焓、從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程中，我們通常會(huì)看到焓、熵和體積放生了巨大變化，這些變化由融化潛熱熵和體積放生了巨大變化，這些變化由融化潛熱或者蒸發(fā)潛熱的焓變引起，這些焓變包含巨大的或者蒸發(fā)潛熱的焓變引起，這些焓變包含巨大的支持相變的熱傳遞量。支持相變的熱傳遞量。l 食品的力學(xué)性質(zhì)與溫度狀態(tài)有密切的關(guān)系，當(dāng)物體發(fā)生形變時(shí)分子或原子間的平均距離由應(yīng)力的大小決定。當(dāng)物體受應(yīng)力 作用發(fā)生應(yīng)變時(shí)，外力對單

20、位體積物體所做的功W可用下式表示為l W=E1/22=1/22/El式中，E為三種彈性率，此式適合于符合胡克定律的物體，即=E。l導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法有瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種l2.2.3.1 穩(wěn)態(tài)法 穩(wěn)態(tài)法主要包括縱向熱流法、徑向熱流法、汽化熱法、熱通量法和差熱掃描熱量計(jì)法。1）縱向熱流法 最常用的是隔熱板法，其適用于測定干燥均質(zhì)板狀物料的導(dǎo)熱系數(shù)，測量導(dǎo)熱性差的物料尤為精確。2）徑向熱流法 此法適用于松散粉碎狀或顆粒狀的物料。l3）汽化熱法l4）熱通量l 熱流計(jì)可以測量熱通量。此種方法是用于電導(dǎo)率小于11.3W/(K)的物料。l5）示差掃描熱量計(jì)（DSC）l 這種方法使用簡單，適用于小塊物料，無論是低

21、水分含量還是高水分含量。l2.2.3.2 瞬態(tài)技術(shù)l 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方法也被用來測定樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，在瞬態(tài)熱傳導(dǎo)過程中，隨著時(shí)間的進(jìn)行流過樣品的熱量在內(nèi)部積累，使得樣品內(nèi)部溫度隨著時(shí)間的增加而增加。因此，溫度梯度不是恒定的，而是隨著時(shí)間的延長呈指數(shù)遞減。l 熱分析和量熱國際聯(lián)盟，對熱分析定義為用于我們研究樣品材料特性和溫度關(guān)系的一組技術(shù)。這些技術(shù)包括熱重分析、熱力學(xué)分析、以及介電分析技術(shù)等。l2.2.4.1 熱重分析l 一個(gè)熱重測量單元主要包括一個(gè)敏感的天平，它置于一個(gè)烤箱中，在烘箱的溫度時(shí)間控制過程中，記錄下樣品的質(zhì)量隨時(shí)間的變化。l 在食品加工工藝中，干燥和烘箱烘焙過程可以通過熱重分析來研究。

22、l 熱分析是在程序控溫下，測量物體的物體性熱分析是在程序控溫下，測量物體的物體性質(zhì)與溫度之間關(guān)系的一類技術(shù)。目前在食品中通質(zhì)與溫度之間關(guān)系的一類技術(shù)。目前在食品中通常采用的熱分析技術(shù)包括差示掃描量熱、熱重分常采用的熱分析技術(shù)包括差示掃描量熱、熱重分析和熱機(jī)械分析，這三種熱分析方法分別根據(jù)食析和熱機(jī)械分析，這三種熱分析方法分別根據(jù)食品或食品在加熱過程中的熱流、質(zhì)量以及流變學(xué)品或食品在加熱過程中的熱流、質(zhì)量以及流變學(xué)特性的變化獲得有關(guān)食品或食品組分的形態(tài)、結(jié)特性的變化獲得有關(guān)食品或食品組分的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、理化和功能性質(zhì)方面發(fā)生明顯變化的信息。構(gòu)、理化和功能性質(zhì)方面發(fā)生明顯變化的信息。l玻璃態(tài)是指熔化

23、物質(zhì)在冷卻過程中不發(fā)生結(jié)晶的非晶態(tài)。玻璃態(tài)是指熔化物質(zhì)在冷卻過程中不發(fā)生結(jié)晶的非晶態(tài)。玻璃態(tài)也可以看做是一種過冷的液體。玻璃態(tài)也可以看做是一種過冷的液體。l玻璃態(tài)會(huì)對食品體系的黏度、脆度、結(jié)晶、塌陷以及冰晶玻璃態(tài)會(huì)對食品體系的黏度、脆度、結(jié)晶、塌陷以及冰晶的形成等物理化學(xué)及質(zhì)構(gòu)等性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。的形成等物理化學(xué)及質(zhì)構(gòu)等性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。l如果將食品保存在玻璃態(tài)下，受擴(kuò)散控制的反應(yīng)速率十分如果將食品保存在玻璃態(tài)下，受擴(kuò)散控制的反應(yīng)速率十分緩慢，幾乎為零。因此可以防止化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生和避免結(jié)緩慢，幾乎為零。因此可以防止化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生和避免結(jié)晶產(chǎn)生，使得食品在較長的儲(chǔ)藏時(shí)間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。晶產(chǎn)生

24、，使得食品在較長的儲(chǔ)藏時(shí)間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。l目前，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的的概念在食品保藏中的應(yīng)用幾乎目前，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的的概念在食品保藏中的應(yīng)用幾乎涉及了各種食品領(lǐng)域。涉及了各種食品領(lǐng)域。l為了獲得玻璃化保藏的益處，目前推薦的做法為，在可能為了獲得玻璃化保藏的益處，目前推薦的做法為，在可能的情況下向食品中添加大分子物質(zhì)使其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升的情況下向食品中添加大分子物質(zhì)使其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高。高。 l 食品的聲學(xué)特性主要是指食品在聲波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰減系數(shù)和傳播速度及其本身的聲阻抗與固有頻率等，它們反應(yīng)了聲波與食品或農(nóng)產(chǎn)品相互作用的基本規(guī)律。食品的聲阻抗是指食品的聲

25、吸收，等于食品界面聲壓與通過該食品界面的聲通量之比。其中聲通量也稱為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。其表達(dá)式為l Z=p/vl式中，Z為聲阻抗；p為聲壓；v為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度。在均質(zhì)介質(zhì)中聲阻抗為實(shí)數(shù)。2.3.1 食品的聲學(xué)基礎(chǔ)及其檢測原理l1）利用測定聲波傳播速度來確定甜瓜的成熟度，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)隨著甜瓜的成熟聲波在甜瓜中傳播速度和共振頻率均將降低，而且兩者的變化趨勢完全一致。因此，可以利用聲學(xué)特性差異來判斷食品的成熟度。l2）脆性是食物在口腔中受到牙齒壓力作用產(chǎn)生的感覺。l根據(jù)聲音的差別和口腔的觸覺便可以較為直觀的感知并判斷出食品的脆性和硬度。l3）鴨蛋是否破損的聲學(xué)檢測l 利用破損鴨蛋與無損鴨蛋的聲學(xué)特征差異，應(yīng)

26、用現(xiàn)代化數(shù)字信號處理技術(shù)通過對音頻的檢出差異快速判定鴨蛋是否破損。l4）部分液態(tài)食品質(zhì)量的快速檢測 利用媒質(zhì)的超聲特性對液態(tài)食品的成分和品質(zhì)特性進(jìn)行分析，具有巨大的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?。目前該領(lǐng)域已經(jīng)有了一些進(jìn)展，例如，可以利用超聲脈沖發(fā)射和接收，測定液態(tài)食品的超聲傳播速度。聲衰減和聲阻抗來檢測果汁濃度，牛奶中的脂肪含量，食品的總糖等。l食品的光學(xué)性質(zhì)是指食品對光波吸收和反射的性質(zhì)。l食品光學(xué)性質(zhì)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域主要有以下兩個(gè)方面：l通過光學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對食品的成分測定。l食品色澤的研究：食品的顏色、色澤也是反映食品品質(zhì)的重要物理性質(zhì)。 利用光學(xué)性質(zhì)測定食品顏色的方法1）測定食品顏色時(shí)注意事項(xiàng)（1）凡

27、液體食品或透明感食品，在用光照射時(shí)，不僅有反射光，還有一部分為透射光。因此，使用儀器的測定值往往與眼睛的判斷產(chǎn)生差異。（2）在測定固體食品時(shí)，往往顏色并不均勻，眼睛的觀察往往是總體印象。用儀器測定時(shí)，往往只限于被測點(diǎn)的較小面積，所以要注意到儀器測定值與目測顏色印象的差異。（3）測定顏色的方法不用或使用的儀器不同，色值也會(huì)不同。2）試樣的制作（1）固體食品最好把表面壓平。（2）糊狀食品，要盡量使表面平整。在可能條件下 最好采用適當(dāng)?shù)姆椒?，使食品中各成分混合均勻。?）顆粒食品測定時(shí)，盡量使顆粒的大小一致，可減少測定的誤差。測定粉狀食品時(shí)，可以把測定表面壓平。（4）果汁類非常透明的液體顏色的測定，

28、應(yīng)使試樣面積大于光照射面積，否則光會(huì)散射出去。（5）當(dāng)測定透過色光時(shí)，應(yīng)盡量使試樣中的懸浮顆粒用過濾或離心的方法除去。（6）對顏色不均的平面或混有顏色不同顆粒的食品試樣在測定時(shí)旋轉(zhuǎn)，已達(dá)到混色效果。l3）常見的色彩測定儀器（1）光電管比色計(jì)（2）分光光度計(jì)（3）光電反射光度計(jì)。l4）紅外色譜分析技術(shù) 在食品的光學(xué)特性領(lǐng)域，近紅外光譜分析技術(shù)是近年來發(fā)展較快的一支。 A、近紅外光譜技術(shù)的特點(diǎn)（1） 分析速度快，測定過程多可在1min內(nèi)完成（2）分析速率高（3）使用的樣品范圍廣 （4）樣品一般不需要預(yù)處理 （5）分析成本低（6）測定重現(xiàn)性好 （7）對樣品無損傷（8）近紅外光在普通光纖中具有良好的傳

29、輸特性，便于實(shí)現(xiàn)在 線分析 （9）對操作人員要求不苛刻，經(jīng)簡單培訓(xùn)就可勝任工作。lB、近紅外光譜分析技術(shù)存在的難點(diǎn)（1）測試靈敏度一般較低，被測組分含量一般應(yīng)大于0.1%。（2）需要用標(biāo)樣進(jìn)行校正對比，很多情況下僅是一種間接分析技術(shù)。（3）由于近紅外光譜中信息強(qiáng)度低，因此組分在近紅外光譜中譜峰強(qiáng)度較弱，影響近紅外測量的檢測限。（4）由于樣品未經(jīng)預(yù)處理，因此樣品的狀態(tài)測定方法以及測定的條件都會(huì)影響測定結(jié)果。（5）由于近紅外光譜測定的樣品經(jīng)常是不經(jīng)過提純等預(yù)處理的復(fù)雜樣品，造成了NIR分析圖譜的背景復(fù)雜和譜峰重疊，難以用常規(guī)方法分析圖譜.（6）一種基因在近紅外光譜區(qū)的多個(gè)波長處有吸收，且近紅外光譜

30、譜峰較寬，致使多組分樣品的近紅外光譜在一個(gè)波長處有多個(gè)譜峰的重疊。C、近紅外光譜分析技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用（1）近紅外光譜在食品原料品質(zhì)檢測中的應(yīng)用。 近紅外光譜分析技術(shù)不僅可以用來測定樣品中的水分、粗蛋白、脂肪、淀粉等常量成分，還用來測定氨基酸和脂肪酸。 （2）近紅外光譜分析技術(shù)在食品其他行業(yè)中的應(yīng)用 。 近紅外技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)的快速檢測中。如發(fā)酵工業(yè)、無機(jī)物的快速檢查 5）紫外線分光測定 紫外分光法主要是在紫外光源的照射下，是熒光物質(zhì)發(fā)光而進(jìn)行目標(biāo)檢測。 食品的外觀、色澤也是反映食品品質(zhì)的重要物理性質(zhì)。尤其是對于生鮮食品，色澤往往成為判斷其新鮮程度、成熟度和品質(zhì)的重要指標(biāo)。 計(jì)算機(jī)視

31、覺技術(shù)是利用食品的色光性質(zhì)及形狀不同，通過一個(gè)高清晰度攝像頭獲取物體的圖像，將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，再利用計(jì)算機(jī)的判別準(zhǔn)則去理解和識別圖像，通過圖像分析作出相應(yīng)結(jié)論的實(shí)用技術(shù)?？筛爬橐韵聨讉€(gè)方面。1）在尺寸和形狀檢測中的應(yīng)用2）在顏色檢測中的應(yīng)用3）在產(chǎn)品表面缺陷和損傷檢測中的應(yīng)用4）在食品成分檢測中應(yīng)用5）在食品口感質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用6）在線質(zhì)量控制l 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的主體，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)就代表了計(jì)算機(jī)視覺的主要特點(diǎn)。圖像處理可分為兩大類：模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)（1）圖像信息量大； （2）圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)。 食品與農(nóng)產(chǎn)品的組織、成分、結(jié)

32、構(gòu)、狀態(tài)等和它們的電特性都有密切的關(guān)系，食品與農(nóng)產(chǎn)品的變化主要表現(xiàn)在電流密度、磁導(dǎo)率、絕對介電常數(shù)、電導(dǎo)率等方面的變化。 電特性的分類 食品的電特性可廣義地分為兩大類，一類是主動(dòng)電特性，另一類是被動(dòng)電特性。前者包括由食品材料中存在某些能源而產(chǎn)生的電特性。這種存在于食品中的能源可產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢或電勢差，其在生物系統(tǒng)中表示為生物電勢，在壓電晶體中表現(xiàn)為應(yīng)變誘導(dǎo)電勢。后者則反映了影響食品所占空問內(nèi)電場和電流(電荷)的分布特性，還可以影響電場中食品的行為，它是由食品化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)所決定的固有特性。食品材料在受到外界的刺激時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生抵抗，其通常表現(xiàn)為食品材料的電導(dǎo)率、電容率、擊穿電位、刺激電位等。

33、食品的電特性不僅取決于其性質(zhì)，通常還受環(huán)境的影響。l(1)食品加工中對食物資源充分利用的要求越來越高，同時(shí)也要求減少加工中營養(yǎng)損失和生物活性物質(zhì)活性的降低。而傳統(tǒng)的加工方法要達(dá)到以上要求，十分困難。要達(dá)到這一目的，只有發(fā)現(xiàn)全新的加工原理和開發(fā)新的技術(shù)。電物理加工方法正是在這種形勢下出現(xiàn)的一種最有前途的加工新技術(shù)。l(2)構(gòu)成食品的分子或粒子，大都具有某種荷電的性質(zhì)。因此，使用電場或電磁場有可能對構(gòu)成食品的最小單位進(jìn)行最富效果的加工處理。l(3)屬于生鮮食品的水果、蔬菜、種子等在貯藏流通中，電磁場對其生理活動(dòng)進(jìn)行有效的控制往往是保鮮的主要手段。這種生理作用己經(jīng)被證實(shí)具有巨大潛力。l(4)由于化石

34、燃料能源的不可再生性，從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，電力將越來越在食品工業(yè)的能耗中占有更大的比例。加之電能有方便、衛(wèi)生、易控制等特點(diǎn)，所以在加熱、殺菌、干燥等耗能較高領(lǐng)域，食品的電物理加工將逐步取代利用其他能源的技術(shù)。l(5)電物理特性的檢測，對食品加工自動(dòng)化、品質(zhì)控制精確化提供了重要手段。1）食品品質(zhì)狀態(tài)的監(jiān)控 食品的狀態(tài)、成分變化往往反映在其電學(xué)性質(zhì)的變化上。利用電特性可以檢測農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)、水果的成熟度和損傷度和蔬菜的電特性。 利用物料的電特性與水分、溫度、密度的相關(guān)性，開發(fā)和研制了新型蔬菜水分快速測定儀、煙草及茶葉水分智能儀、微水分儀、糧食品質(zhì)檢測儀等。主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：lA、利用生物電特性鑒別受

35、精蛋l(fā)B、利用谷物的電特性檢測含水率lC、利用番茄的電特性無損檢測成熟度lD、應(yīng)用電阻抗技術(shù)的全自動(dòng)微生物監(jiān)測系統(tǒng)lE、直流條件下介電常數(shù)的測定lF、交流條件下介電常數(shù)的測定lG、電導(dǎo)率的測定l2）電磁物理加工l 近年來，食品的電磁物理加工發(fā)展較快。這方面的技術(shù)主要有：靜電場處理技術(shù)、電磁波加工技術(shù)、通電加熱技術(shù)、電滲透脫水技術(shù)、電磁場水處理技術(shù)等。l食品的電韌性與其組織結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)等的相互關(guān)聯(lián)和影響。l作為濃縮能源的電力，在食品工程傳熱傳質(zhì)操作中的合理應(yīng)用方法。l以電力為基礎(chǔ)的食品加工裝置計(jì)算和設(shè)計(jì)理論的建立。l利用電物性對食品品質(zhì)的檢調(diào)和評價(jià)。l通過傳統(tǒng)加工方法與電力加工方法的

36、合理結(jié)合，電力加工從經(jīng)濟(jì)性、安全性和效率上滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。 食品本身組成與其電物性的研究成果。除了食品本身組成與其電物性的研究成果。除了可用在食品品質(zhì)的損傷檢測及品質(zhì)分析等方面，可用在食品品質(zhì)的損傷檢測及品質(zhì)分析等方面，近年利用電磁場對食品進(jìn)行加工處理的研究和開近年利用電磁場對食品進(jìn)行加工處理的研究和開發(fā)也取得了很大進(jìn)展。這些利用領(lǐng)域按電場的性發(fā)也取得了很大進(jìn)展。這些利用領(lǐng)域按電場的性質(zhì)分，可歸納為靜電場處理、通電處理、高頻電質(zhì)分，可歸納為靜電場處理、通電處理、高頻電場處理、微波處理和紅外線處理等。場處理、微波處理和紅外線處理等。A A、靜電場處理、靜電場處理 靜電場處理主要有：靜電凈化、

37、靜電熏制、靜電場處理主要有：靜電凈化、靜電熏制、靜電分離、電處理防腐、靜電撲粉等。它們的原靜電分離、電處理防腐、靜電撲粉等。它們的原理都是：使離子化的氣體在電場內(nèi)移動(dòng)，想物質(zhì)理都是：使離子化的氣體在電場內(nèi)移動(dòng)，想物質(zhì)的散體微粒傳遞電荷。這種荷電例子再受電場作的散體微粒傳遞電荷。這種荷電例子再受電場作用從一極向另一極進(jìn)行定向移動(dòng)，達(dá)到加工所需用從一極向另一極進(jìn)行定向移動(dòng)，達(dá)到加工所需目的。目的。lB、靜電處理l 通電加熱技術(shù)是食品加工過程中的一門新興技術(shù)，亦稱“歐姆加熱”或電抗加熱。其基本原理是在電路中把食品物料作為一段導(dǎo)體，利用它本身在導(dǎo)熱時(shí)所產(chǎn)生的熱量達(dá)到加熱的母的。l 通電加熱主要用來對流態(tài)食品進(jìn)行加工。利用通電加熱原理還可以測定淀粉的糊化溫度。C、微波處理 （1）微波處理的原理。食品加工業(yè)的微波的利用主要指在微波場中食品材料的發(fā)熱效應(yīng)。（2）微波加熱的問題。微波加熱的最大問題就是加熱不