食品物性學(xué)第四章液態(tài)食品物性課件

1、第四章 液態(tài)食品的物性 流動(dòng)性 以水為分散介質(zhì) 以分散物質(zhì)的狀態(tài)分類：真溶液、 膠體溶液、 乳膠體第一節(jié) 液體的穩(wěn)定性 第二節(jié) 液態(tài)食品流變性質(zhì)及測定 第三節(jié) 泡沫和氣泡的形成和性質(zhì) 第四節(jié) 液態(tài)食品的物理黏度與感官黏性 第一節(jié) 液體的穩(wěn)定性 一、水的構(gòu)造和分子團(tuán)結(jié)構(gòu) （一）水分子的構(gòu)造氫原子與氧原子以共價(jià)鍵結(jié)合，鍵長為0.096nm，氧原子與2個(gè)氫原子的結(jié)合角(鍵角)為104.5。水分子的構(gòu)造（二）水的分子團(tuán)構(gòu)造水分子最大可以形成4個(gè)氫鍵結(jié)合。 （三）水分子團(tuán)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造水分子之間形成的分子團(tuán)是一種動(dòng)態(tài)構(gòu)造。（四）影響水分子團(tuán)構(gòu)造的因素 溶質(zhì)的影響 (1)離子相互作用。 (2)疏水性相互作用。

2、 (3)多價(jià)醇、糖的影響。其它因素 由于水分子為極性分子，所以電場、磁場、紅外線等電磁波，都可能對水分子團(tuán)的結(jié)構(gòu)變化施加影響。 （五）功能性水 功能性水的特征目前主要有以下幾個(gè)方面。 (1)pH值發(fā)生了變化。 (2)表面張力降低，產(chǎn)生了表面活性效果。 (3)黏度發(fā)生變化。 (4)氧化還原電位、氧的溶解度等發(fā)生改變。 利用電磁場、遠(yuǎn)紅外、壓力場等處理方法，改變水的分子團(tuán)構(gòu)造，就可能改變水的物性，使其具有某些特殊性質(zhì)，或具有新的功能，把這樣的水稱為功能水。 二、溶液中粒子的穩(wěn)定性 （一）位能曲線 位能曲線是表示一個(gè)粒子的中心從無限遠(yuǎn)向另一個(gè)粒子靠近時(shí)，所要作的功W和粒子中心之間距離R的關(guān)系曲線。

3、曲線某點(diǎn)斜率的相反數(shù)，表示在此位置粒子間的作用力。 判斷粒子聚集難易的方法之一，是了解它的位能曲線。位能曲線的幾種典型形式 +-功WRW2W1W3W4(a)+-功WR(b)+-功WR(c)+-功WR(d)緩慢凝聚 快速凝聚 （二）粒子的荷電性質(zhì)和互相作用 膠體粒子一般都帶有一定的電荷。那么，相同電荷粒子間的靜電斥力，就成了維持系統(tǒng)穩(wěn)定的原因，稱之為靜電作用。 粒子表面由于吸附了不同程度的水分子，其形成的水膜，對粒子間接近和凝聚起到所謂立體阻礙作用，因此，稱之為立體作用。 三、乳膠體的形成和穩(wěn)定 (一)乳化與乳膠體的形成 一)乳化 所謂乳化，就是將水和油這樣互不相溶的液體激烈混合攪拌，使一方(分

4、散相)變成微粒分散到另一方(分散介質(zhì))中去的現(xiàn)象。 乳化所得到的分散系統(tǒng)稱為乳濁液或乳膠液。 二)乳化劑 把可以減少界面自由能的物質(zhì)稱為界面活性劑，食品上也常稱之為乳化劑。 乳化劑是分子中既有親水基，又有親油基的物質(zhì)。 常用的食用乳化劑：天然乳化劑主要有卵黃、大豆鱗脂、乳蛋白的酪蛋白、芥末粉等；合成乳化劑主要有：脂肪酸蔗糖酯、單硬脂酸甘油酯等。 表示乳化劑性能的指標(biāo)是H.L.B值。它表示乳化劑親水性與親油性的相對程度。H.L.B.值由下式求出： H.L.B.=7+11.7lg(MW/MO) 式中，MW：親水基部分分子量，MO：親油基部分分子量。 當(dāng)MWMO時(shí)，H.L.B.7，稱為親水性乳化劑，

5、MWMO時(shí)，H.L.B.7，稱為疏水性(或親油性)乳化劑。 H.L.B.=7+11.7lg(MW/MO) 三)均質(zhì)與乳化調(diào)制 均質(zhì)與乳化調(diào)制的目的使得分散介質(zhì)中懸浮的分散相液滴微細(xì)化 ，防止乳濁液上浮、沉淀和分層，從而得到比較穩(wěn)定的乳濁液。 存在密度差 平移擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 微細(xì)化的方法： 1.機(jī)械均質(zhì)法 (1)高壓型均質(zhì)機(jī)：利用高壓泵使牛奶產(chǎn)生很高壓力，并從很細(xì)小縫隙的閥中射出。通過縫隙的液流，由于很高流速所產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪切、碰撞作用，使脂肪球分裂變小。(2)離心式均質(zhì)機(jī)：在離心分離機(jī)的上部有鉅齒形凸起，被分離的奶油在高速旋轉(zhuǎn)通過中被擊碎達(dá)到細(xì)化目的。 (3)超聲波振動(dòng)均質(zhì)機(jī)：利用2025kHz的超聲

6、波振動(dòng)使牛奶脂肪球破碎。 024651015未處理奶超聲波均質(zhì)處理離心式均質(zhì)處理高壓型均質(zhì)處理 脂肪球直徑d(m)體積頻度各種均質(zhì)處理奶脂肪球粒徑分布2. 乳化調(diào)制法 通過配比2種以上的乳化劑，任意調(diào)整乳化液整體的親水親油平衡度(H.L.B.)，從而得到所需要的性能穩(wěn)定的乳濁液。 主要有以下幾種方法： (1)轉(zhuǎn)相溫度乳化法 (2) D相乳化法 (3)極細(xì)乳化法 (4)多相乳濁液調(diào)制法 第二節(jié) 液態(tài)食品流變性質(zhì)及測定 一、液態(tài)食品的一般流變特性 (一)黏度的表示方法 1、相對黏度：是指分散介質(zhì)中，因加入了一定量的分散相，而使黏度增加的比例。 溶液黏度 0 分散介質(zhì)黏度 2、比黏度 sp ： 3、

7、換算黏度red ： 式中：C為濃度。上式表示每增加單位溶液濃度，引起溶液黏度增加的比例。 溶液黏度 0 分散介質(zhì)黏度 4、特性黏度： 5、極限黏度或固有黏度 ： (二) 影響液體黏度的因素 分散相的影響 影響液體黏度的因素乳化劑的影響 穩(wěn)定劑的影響 分散相的濃度 分散相黏度 分散相的形狀 分散相的大小 分散介質(zhì)的影響 分散介質(zhì)的影響 與分散介質(zhì)本身黏度有關(guān)的影響因素主要是其本身的流變性質(zhì)、化學(xué)組成、極性、pH以及電解質(zhì)濃度等。 乳化劑的影響 乳化劑對乳濁液黏度的影響主要有以下幾方面：(1)化學(xué)成份。它影響到粒子間的位能。(2)乳化劑濃度及其對分散粒子分散程度(溶解度)的影響。它還影響到乳濁液的

8、狀態(tài)。(3)粒子吸附乳化劑形成的膜厚及其對粒子流變性質(zhì)、粒子間流動(dòng)的影響。(4)改變粒子荷電性質(zhì)引起的黏度效果。 穩(wěn)定劑的影響 食品中常用的穩(wěn)定劑除明膠、瓊脂(agar)、藻酸鹽類(alginates)、直鏈淀粉、支鏈淀粉、CMC(羧甲基纖維素)外，用得較多的就是膠類。 黏度的測定 毛細(xì)管黏度計(jì) 測液體在毛細(xì)管里的流動(dòng)速度 落球式黏度計(jì) 圓球在液體中落下的速度 回轉(zhuǎn)式黏度計(jì) 液體在同軸圓柱間對轉(zhuǎn)動(dòng)的阻礙二、液體食品流變性的測量 1、測定方法 毛細(xì)管黏度計(jì)多用來測定液體的相對黏度。也就是利用已知黏度的標(biāo)準(zhǔn)液(通常為純水)，通過對比標(biāo)準(zhǔn)液和被測液的毛細(xì)管通過時(shí)間，求出被測液的黏度。 一) 毛細(xì)管測

9、定儀器 2. 常見的毛細(xì)管黏度計(jì) (1)分類： 定速流動(dòng)式(活塞式)測定時(shí)，可使液體以恒定流速通過毛細(xì)管，適于測定黏度隨流動(dòng)速度變化的非牛頓液體。 定壓流動(dòng)式。通常以恒定氣壓控制毛細(xì)管中壓力維持不變，如槍式流變儀。適于測定具有觸變性或具有屈服應(yīng)力的流體。 位差式。流動(dòng)壓力靠液體自重產(chǎn)生，這也是最常見的毛細(xì)管黏度計(jì)類型，它多用來測定較低黏度的液體。 (2) 常見的毛細(xì)管黏度計(jì)： a 奧氏黏度計(jì) b 非稀釋型烏式黏度計(jì) c 稀釋型烏式黏度計(jì) 二)落球式黏度計(jì) 落球式黏度計(jì)的原理即，在黏度為的液體中自由落下的球(半徑為d)，落下速度為u時(shí)，其受到阻力F=6du。當(dāng)球在圓管中的液體里落下時(shí)，則有： 式

10、中，d:球直徑，D：管直徑，0：球密度，：液體密度，L：落下距離，t：落下時(shí)間，g：重力加速度。 測定時(shí)，與毛細(xì)管黏度計(jì)一樣采用標(biāo)準(zhǔn)液對比的方法，那么： 式中，和t表示標(biāo)準(zhǔn)液的黏度和落下時(shí)間，s和ts表示試樣的黏度和落下時(shí)間。和s分別表示標(biāo)準(zhǔn)液和試樣的密度。 與落球式黏度計(jì)原理相同的測定儀還有氣泡式黏度計(jì)。 三) 回轉(zhuǎn)測量的原理和儀器 回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)主要有: 同心雙圓筒式 轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式 錐板式 平行板式1.同軸圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)一種外筒轉(zhuǎn)，內(nèi)筒不動(dòng)；一種內(nèi)筒轉(zhuǎn)，外筒不動(dòng)。以內(nèi)筒浸入被測液體中，內(nèi)筒以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式黏度計(jì) 轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)原理 轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，可以看作是外圓筒半徑較內(nèi)筒大

11、得多的情況。 式中，k:彈簧扭轉(zhuǎn)彈性率，：偏轉(zhuǎn)角，h：轉(zhuǎn)子浸入液中的高度，：轉(zhuǎn)速，R：轉(zhuǎn)子半徑。 3.錐板式黏度計(jì)黏度計(jì)內(nèi)各點(diǎn)的剪切速率是均勻的，這是它與圓筒型的主要區(qū)別，使之適于測定非牛頓液體的黏度。錐板式黏度計(jì)的原理結(jié)構(gòu) 各種方法測定的黏度范圍第三節(jié) 泡沫和氣泡的形成與性質(zhì) 泡沫形成原理 泡沫的穩(wěn)定性 氣泡的性質(zhì) 泡沫(bubble)是指含有天然或合成界面活性物質(zhì)的液體(或半固體)分散介質(zhì)中，存在大量氣泡(foam)的狀態(tài)(球形泡沫)，或在大量氣泡之間，由很薄的液膜分隔，氣泡呈多面體狀態(tài)的總稱。 一、泡沫形成原理 (一)表面張力 液體表面張力的定義是：液體表面單位長度所受與之垂直的力。 外

12、部提供的功dW和擴(kuò)張的氣液界面積dA有如下關(guān)系： dW=dA 式中，為表面張力。 (二)表面張力的測定 測定表面張力的方法很多，常用的方法如下： 圓環(huán)法 毛細(xì)管上升法 壓泡法 液滴法一) 圓環(huán)法 將浸在液體表面的金屬圓環(huán)，垂直向上拉起，當(dāng)圓環(huán)將離開液面的瞬時(shí)拉力為P時(shí)，表面張力與P的關(guān)系為：P二) 毛細(xì)管上升法 h0 122.r 式中：表面張力；r：毛細(xì)管半徑；h0：液柱高度；1：液體的密度；2：氣體的密度；g：重力加速度 。三) 液滴法 式中：表面張力；r：毛細(xì)管半徑；W：液滴重量。2.rW 液滴法是由垂直管下部緩慢滴下的液滴重量，求其表面張力的方法。 四) 壓泡法 式中：表面張力；r：毛細(xì)

13、管半徑；h：毛細(xì)管端口至液面距離；：液體的密度；h1：壓力計(jì)液柱高；1：壓力計(jì)液體密度；g：重力加速度 本方法是根據(jù)拉普拉斯方程的原理進(jìn)行測定的。測定時(shí)，只要用流體壓力計(jì)讀出這氣泡脫離前的最大壓力，便可由下式求出液體的表面張力。 (三)表面活性物質(zhì) 凡溶于液體，可以使溶液表面張力降低的物質(zhì)，稱為表面活性劑或表面活性物質(zhì)。 表面活性物質(zhì)從分子構(gòu)造上看，都是由親水性極性基團(tuán)和疏水性非極性基團(tuán)組成的。 蛋白質(zhì)在氣液界面的形態(tài)向界面擴(kuò)散構(gòu)象變化蛋白質(zhì)作為乳化劑 具有起泡作用和穩(wěn)定泡作用的界面活性物質(zhì)，稱為起泡劑或發(fā)泡劑。 食品發(fā)泡劑主要有飽合脂肪酸類的乳化劑。山梨醇酯、乳酸甘油單酯、醋酸甘油單酯、蒸餾

14、飽合甘油單酯等結(jié)晶型乳化劑。尤其是蒸餾飽合甘油單酯最為常用。 (四)產(chǎn)生泡沫的方法 產(chǎn)生泡沫的方法主要有吹氣法(bubbling method)攪拌法(whipping or beating method)振蕩法(shaking method)等。 這些方法不僅可以作為判斷氣泡、泡沫特性的試驗(yàn)方法，也是實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)線上常用的方法。 二、泡沫的穩(wěn)定性 (一)起泡性和穩(wěn)定性 在泡沫的物理特性中，起泡性和穩(wěn)定性是兩個(gè)很重要的指標(biāo)。 為了表示這些特性指標(biāo)，常用一些參數(shù)來表示的泡沫特性，這些參數(shù)有(1)起泡難易值：Vs，表示振蕩或攪拌終止時(shí)，泡沫的容積。(2)泡比容：Vs/ml，泡密度倒數(shù)。 (3)泡

15、密度：ml/Vs。(4)膨脹率：Vs/l為體積膨脹率，Vs/ml為質(zhì)量膨脹率。(5)濕潤度：l/Vs，表示泡沫中液體的比例，與泡沫的離液(drainage)有很大關(guān)系。(6)起泡數(shù)：l/Vl，將Vl的液體振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽囊毫俊?7)起泡容積：g/Vs，泡沫中氣體的容積，它與濕潤度之和為1。(8)起泡性：l/ms，表示單位起泡劑的效果。(9)膨脹度(over run)：g/l，是泡沫食品的工業(yè)生產(chǎn)中表示膨脹程度的常用指標(biāo)。 一般情況下，為了簡單表示起泡性質(zhì)，測定泡比容、泡密度比較便利。 泡沫穩(wěn)定性的測定，主要是通過泡沫隨時(shí)間變化，容積的減少率來確定。 例如，Vs隨時(shí)間的變化，或泡沫的離液量。

16、 濕潤度與離液量關(guān)系密切，其隨時(shí)間的變化常作為穩(wěn)定性的指標(biāo)。 膨脹度是生產(chǎn)上很常用的泡沫質(zhì)量測定指標(biāo)，其定義式如下： 式中，QR：膨脹度，L：起泡前液體密度，F(xiàn)：泡沫密度。膨脹度實(shí)際上表示泡沫層中氣體所占容積與液體所占容積之比。 測量膨脹度的方法：a.用量杯進(jìn)行手工操作b.自動(dòng)測定儀膨脹度自動(dòng)測定裝置1.自動(dòng)閥2.自動(dòng)閥3.定容測壓室4.壓力傳感器5.缸筒6.柱塞7.齒輪8.齒條9.同步電機(jī)10.管道岔口(二)泡沫穩(wěn)定性原理 理想狀態(tài)下，泡沫的形成和破壞過程。 1.氣體瓶 2.流量計(jì)3.多孔板 4.氣泡5、6、7、8.泡沫狀態(tài)9、11.球形氣泡10、19.液體13、16.多面體氣泡12、14、

17、15、17、18.薄膜20.玻璃筒關(guān)于影響泡沫穩(wěn)定的因素主要有以下幾個(gè)方面： (1) 氣泡壁液體由于重力作用產(chǎn)生離液現(xiàn)象和液體蒸發(fā)，引起泡膜的變薄。 (2) 表面黏度的影響：泡膜液體黏度越大，膜強(qiáng)度也越大；即使氣泡細(xì)小，內(nèi)壓較大，離液也比較少，氣泡也就比較穩(wěn)定。 (3) 馬蘭高尼效果 三、氣泡的性質(zhì) (一)氣泡的分布與細(xì)化 氣泡的形成：最初，形成的是數(shù)量少的大氣泡，然后才變成無數(shù)的小氣泡。即，在攪拌前期是氣泡產(chǎn)生為主的過程，后期是氣泡細(xì)化的過程。 (二)各種成份對起泡性及泡穩(wěn)定性的影響 一)蛋白的影響 a)、PH值的影響b)、蛋白濃度對起泡性和泡穩(wěn)定性的影響 起泡性024520406080100068101214起泡性大豆蛋白質(zhì)濃度 (%)穩(wěn)定性13穩(wěn)定性(%)2小時(shí)后大豆蛋白產(chǎn)品的起泡性和穩(wěn)定性 起 泡 力容積增加%穩(wěn)定性（一定時(shí)間后的容積）ml/g 1min10min30min60min120min大 豆 粉701601311086120濃縮大豆蛋白A170400281385濃縮大豆蛋白B1353702651423024分離大豆蛋白C235670620572545532分離大豆蛋白D230660603564535515二)糖類的影響 以砂糖為代表的糖類以及多糖類的添加，一般可以抑制起泡性。然而它們卻可以提高泡的穩(wěn)定性。糖添加對摜奶油起泡性的影響(室溫19