食品物性學(xué)期末題

第一章

L什么是食品物性學(xué)？

定義：食品物性學(xué)是以食品((包括食品原料))為研究對象，研究其物理性質(zhì)的一門學(xué)，這

些特性與食品組成、微觀結(jié)構(gòu)、次價力、表面狀態(tài)等因素相關(guān)。影響食品質(zhì)構(gòu)特性，影響食品

生物化學(xué)反應(yīng)速率，影響食品分析檢測。

2.食品物性學(xué)的“指紋”概念

(1)食品自身表現(xiàn)的物理性質(zhì)

(2)物理因子對食品各種性質(zhì)的影響

(3)食品檢驗的物理方法

(4)食品加工的物理方法

(5)食品物性對加工的影響

(6)食品物性對消費感官嗜好及選購的影響

3.研究食品物性學(xué)的目的

(1)了解食品與加工、烹飪有關(guān)的物理特性

(2)建立食品品質(zhì)客觀評價的方法

(3)通過對物性的試驗研究，可以了解食品的組織結(jié)構(gòu)和生化變化

(4)為改善食品的風(fēng)味、質(zhì)地和嗜好性提供科學(xué)依據(jù)

(5)為研究食品分子論提供實驗依據(jù)

(6)為快速無損檢測食品品質(zhì)提供理論依據(jù)

第二章

1.物質(zhì)的結(jié)構(gòu)：物質(zhì)的組成單元((原子或分子))之間相互吸引和相互排斥的作用達(dá)到平衡

時在空間的幾何排列。

分子結(jié)構(gòu)：分子內(nèi)原子之間的幾何排列

聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：分子之間的幾何排列

工「近程結(jié)構(gòu)又稱一級結(jié)構(gòu)工鏈

子V遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)又稱二級結(jié)構(gòu)/5

2--高分子三級結(jié)構(gòu)——聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

2.鍵合力：又稱鹽鍵或鹽橋，它是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。

吸引力與電荷電量的乘積成正比，與電荷質(zhì)點間的距離平方成反比，在溶液中吸引力隨周圍介質(zhì)

的介電常數(shù)增大而降低?！獛靷惗?/p>

(1)在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分廣中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負(fù)電荷，而堿性氨基酸殘

基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。

(2)離子鍵平均鍵能為20kJ/mol

3.范德華力

1

非鍵合原子間和分子間的相互作用力.

「靜電力

范德華力」誘導(dǎo)力

〔色散力

范德華力：永遠(yuǎn)存在于一切分子之間的吸引力，

沒有方向性和飽和性.

靜電力：是極性分子間的相互作用力，由極性分子

的永久偶極之間的靜電相互作用所引起.

作用能為12?20kJ/moL

_2〃；?；分子間的距

k~~3R^kT離影響最大

式中：Ek―分子間靜電相互作用能；

內(nèi)、口2----兩種極性分子的偶極矩；

R——分子間的距離；

T——熱力學(xué)溫度；

k—玻耳茲曼常數(shù)..

色散力：瞬間偶極之間的相互作用力.

作用能一般為0.8-8kJ/mol.

在任何一瞬間，一些電子與原子核之間必然會

發(fā)生相對位移，使分子具有瞬間偶極.

y-N.+ER6

“中：EL―分子間色散力作用能；

ln|2------兩種分子的電離能；

R——分子間的距離；

ava2-----兩種分子的極化率.

4.高分子鏈結(jié)構(gòu)與柔性

2

高分子鏈在繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)時可導(dǎo)致高分子鏈構(gòu)象的變化，因為伴隨著狀態(tài)嫡增大，自發(fā)地

趨向于蜷曲狀態(tài)，這種特性就稱為高分子鏈柔性高分子鏈之所以具有柔性的根本原因在于它含有

許多可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)的。單鍵

自由聯(lián)結(jié)鏈：線形高分子鏈中含有成千上萬個。鍵。如果主鏈上每個單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)都是完

全自由的，則這種高分子鏈稱為自由聯(lián)結(jié)鏈。它可采取的構(gòu)象數(shù)將無窮多，且瞬息萬變。這是

柔性高分子鏈的理想狀態(tài)。

實際：高分子鏈中，鍵角是固定的。

就碳鏈而言，鍵角為109°28',所以即使單鍵可能自由旋轉(zhuǎn)，每個鍵只能出現(xiàn)在以前一

個鍵為軸，以2。(0=n-109。28')為頂角的圓錐面上。

如果高分子主鏈上沒有單鍵，則分子中所有原子在空間的排布是確定的，即只存在一種構(gòu)

象，這種分子就是剛性分子。

5.影響高分子柔性的因素

(1)如果高分了主鏈上雖有單鍵但數(shù)目不多，則這種分子所能采取的構(gòu)象數(shù)也很有限，柔性不

大。

(2)另外，影響高分子柔性的因素還包括主鏈成分、取代基的數(shù)量、取代基的體積和極性，以

及溫度等

(3)鍵越長，鍵角越大，鏈的柔性也越好

(4)取代基數(shù)越大，數(shù)量越多，極性越強(qiáng)，鏈的柔性越差

(5)如果主鏈上含有芳香環(huán)或雜環(huán)成分，由于環(huán)的結(jié)構(gòu)體積大，電子云密度高、色散力，阻礙

了主鏈單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，鏈的柔性也越差。

6.食品形態(tài)微觀結(jié)構(gòu)

按分子的聚集排列方式主要有三種類型：

晶態(tài)：分子(或原子、離子)間的幾何排列具有三維遠(yuǎn)程有序：

液態(tài)：分子間的兒何排列只有近程有序(即在1--2分子層內(nèi)排列有序)，而遠(yuǎn)程無序；

氣態(tài)：分子間的幾何排列不但遠(yuǎn)程無序，近程也無序；

玻璃態(tài)(無定形)：分子間的幾何排列只有近程有序，而無遠(yuǎn)程有序，即與液態(tài)分子排列相同。

液晶態(tài)：分子間幾何排列相當(dāng)有序，接近于晶態(tài)分子排列，但是具有一定的流動性(如一定條件

下的脂肪)。

凝膠態(tài)：有一定尺寸范圍的粒子或者高分子在另?種介質(zhì)中構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)，或者說另

一種介質(zhì)(例如：水、空氣)填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。

粒子凝膠：具有相互吸引趨勢的粒子隨機(jī)發(fā)生碰撞形成粒子團(tuán)，當(dāng)這個粒子團(tuán)再與另外的粒子團(tuán)

發(fā)生碰撞時又形成更大的粒子團(tuán)，最后形成一定的結(jié)構(gòu)形態(tài)

聚合物凝膠：都是由細(xì)而長的線形高分廣,通過共價鍵、氫鍵、鹽橋、二硫鍵、微晶區(qū)域、纏

繞等方式形成交聯(lián)點，構(gòu)成一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)。

7.水的基本物性

水異常的物理性質(zhì)

(1)高熔點(0℃),高沸點(100℃)

(2)介電常數(shù)大

(3)表面張力高

(4)熱容和相轉(zhuǎn)變熱焰高熔化熱、蒸發(fā)熱和升華熱

(5)密度低(1g/cm3),凝固時的異常膨脹率

(6)粘度正常(1cPa?s)

水的異常性質(zhì)可以推測水分子間存在強(qiáng)烈的吸引力，水具有不尋常的結(jié)構(gòu)。

3

水分子的締合,

Associationofwatermolecules^Q...

1.H-0健間電荷的非對稱分￡、/1A

布使H-O鍵具有極性，這種

極性使分子之間產(chǎn)生引力.氫鍵受體I

2.由于每個水分子具有數(shù)目6-4、

相等的氫鍵供體和受體，因/'、、、狀

此可以在三維空間形成多重V

氫鍵，形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。：二二二4::::工：

每個水分子在結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定的時間僅在10-12s左右，在極短的時間內(nèi)，于其平衡位輅振和排列，

并不斷有水分子脫離和加入某?個分子團(tuán)，這也是水具有低粘度和較好流動性。

8.疏水水合：向水中添加非極性物質(zhì)(疏水物)時，由于它們與水分子產(chǎn)生斥力，從而使疏水基

團(tuán)附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強(qiáng)，使得燃減小，此過程成為疏水水合。

9.疏水締合：當(dāng)水與非極性基團(tuán)接觸時，為減少水與非極性實體的界面面積，疏水基團(tuán)之間進(jìn)行

締合，這種作用成為疏水相互作用。

10.食品分散體系的分類

按分散粒子分子分號侔系

的夫小，大脛侔分推侔系

致分為三種:

｛粗分T攵體系

(1)分子分散體系：分散的粒子半徑小于107cm,相當(dāng)于單個分子或離子的大小。此時分

散相與分散介質(zhì)形成均勻的一相。因此分子分散體系是一種單相體系。與水的親和力較強(qiáng)的化合

物，如蔗糖溶于水后形成的分散體系就是分子分散體系。

(2)膠體分散體系：分散相粒子半徑在10"-10tcm的范圍內(nèi)，比單個分子大得多。分散相

的每一粒子均為由許多分了或離廣組成的集合體。雖然用肉眼或普通顯微鏡觀察時■體系呈透明

狀，與真溶液沒有區(qū)別，但實際上分散相與分散介質(zhì)已并非為一個相，存在著相界面。這種體系

有時也簡稱為“溶膠”。

(3)粗分散體系:分散相的粒子半徑在10’?103cm的范圍內(nèi)，可用普通顯微鏡甚至肉眼都

能分辨出是多相體系。例如懸浮液(泥漿)和乳狀液(牛乳)就是例子。

4

表4-3多相分散體系的八種類型

分做介質(zhì)分故相名W實M

液體氣/改加停氣的客

1冷

H體前體面粉,邊勒?日9、可可的,脫勒乳粉

氣體泡油n打奶

液體幾股體牛乳?生幾浦,第油髯

我體濟(jì)酸濃的.溫的畫

用方液大■崎、精

氣體胃體泡注面包、罩觀、晟失

W體液體被歌原版,果版.明膠

附體我濡皎乃克力

11.氣體為連續(xù)相的膠

1)氣體為連續(xù)相的膠體

①氣溶膠：液體分散于氣體介質(zhì)中

云、霧、微小液滴飄浮在空氣

②粉體：固體顆粒分散在空氣.中

分散飄浮在空氣中

狀態(tài)沉積在一起的集合狀態(tài)

③氣泡：在液體中分散有許多氣體的分散系統(tǒng)，啤酒沫

④乳膠體：一般是指兩種互不相溶的液體，其中一方為微小的液滴分散在另--方液體中的膠體,

牛奶

⑤溶膠：膠體粒子在液體中分散的狀態(tài)稱為膠體溶液。對于可流動的膠體溶液，稱之為溶膠，

⑥懸浮液：明顯的固體顆粒、渾濁，醬湯、果汁

12.固體為連續(xù)相的膠

⑦凝膠：膠體粒子或高分子溶質(zhì)，形成整體構(gòu)造而失去了流動性，或膠體全體雖含有大量液體介

質(zhì)但處于固化的狀態(tài)稱為凝膠，雞蛋羹、豆腐等。

⑧固溶膠：凝膠放貉后，逐漸離漿脫水成為干燥狀態(tài)，稱之為固凝膠，干粉絲、方便面。

13.泡沫和氣泡的形成與性(論述題)

泡沫形成原理

1)表面張力

液體表面張力的定義：液體表面單位長度所受與之垂直的力。

氣液界面的分子，由于受內(nèi)部拉力作用，都有向液體內(nèi)運動的趨向，表面會自發(fā)地縮成液滴，或

使氣泡成球狀。物理上稱這種內(nèi)聚力為表面張力。

2)表面活性物質(zhì)

(1)表面活性物質(zhì)降低表面張力

(2)由親水性極性基團(tuán)和疏水性非極性基團(tuán)組成的

(3)表面活性物質(zhì)分散于氣水界面時，分子的親水基團(tuán)部分便有向水中擴(kuò)散的傾向，而疏水基

團(tuán)部分趨向氣相，使表面張力降低。

(4)表面活性物質(zhì)具有穩(wěn)定泡沫的作用

5

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

A蛋白旗分子都含有親

水的氨基酸一基團(tuán)和疏水

性氨基酸基團(tuán)，是彳艮好

的界面活性物質(zhì).

(a)呈球形分子構(gòu)造

到達(dá)界面，疏水基

(b)團(tuán)伸向氣相排列

吸附在界面，

(c)分子鏈被拉五

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

2泡沫的穩(wěn)定性

1)泡沫穩(wěn)定性原理

<X>吹入氣1侔時,氣體就會先由

氣泡4變成泡沫5,飛泡呈球

形9.

②當(dāng)三泡不斷上升時，天泡球

形不斷擴(kuò)大，互相靠近，產(chǎn)m4-35我布下也麻的

梏*ESMNtK

生離減現(xiàn)象，氣泡之間法伴?r?*??.*■“a..?孔

4-*c咕6.?-7.a-陽厘狀卷

隔膜變薄(狀態(tài)6)。?.ii->o.>?-

is.i?-i?.14.

15.IT.1<U■■20-■■■

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

2泡沫的穩(wěn)定性

1)泡沫穩(wěn)定性原理

③狀態(tài)7:液體成為薄膜，氣泡

變成多面體構(gòu)造13。

④氣泡升至最上面時，氣泡更

大，液膜更薄，更易破壞。

圖4-3S理U狀參卜泡注的

帳或用■壞過程

》要維持泡沫穩(wěn)定，就是設(shè)法使泡氣像，x.度■計a，通性”

沫保持球形，互相隔膜較厚。4.氣匍5.?-7.9.泡檬狀，

?.II.?修氣4810.1>?律

IS.1&**體氣Q12.14.

15-17.1A■黑20.?■■

6

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

2泡沫的穩(wěn)定性

2)影響泡沫穩(wěn)定的主要因素

(1)氣泡壁液體由于重力作用導(dǎo)致氣泡膜變薄o

(2)表面黏度的影響：泡膜液體黏度越大，膜強(qiáng)度也

越大；即使氣泡變大，內(nèi)壓較大，氣池比較穩(wěn)定。

(3)馬蘭高尼效果：

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

2泡沫的穩(wěn)定性

2)影響泡沫穩(wěn)定的主妾因素

(3)馬蘭育尼效果：當(dāng)氣泡膜落到一定程度，膜液中界

面活性劑分子也會局部減少，于是這些地方的表面張

力就會比周圍其它地方的表面張力有所增大。因此，

表面張力小的鄙分就會被局部表面張力大的部分所吸

弓I,企圖詼復(fù)原來的狀態(tài)。

A此效采有使泡膜穩(wěn)定的作用，之所以不含表面活

性物質(zhì)妁純?液侔，不能形成泡沫，就■是由千沒有

迂種效樂.

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

3氣泡的性質(zhì)

1)氣泡的分布與細(xì)化

＞攪拌蛋清、名角普、大豆蛋白溶液時，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.

＞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.

》在整個過程中，隨著攪拌時間的延長，氣泡的平均直

徑和分布發(fā)生著由大到小的變化.

＞保持?jǐn)嚢钘l件不變，最終氣泡會達(dá)到一個平衡狀態(tài)，

即平均直徑和泡的分布達(dá)到一定.

7

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

3氣泡的性質(zhì)

2）各種成分對起泡性及泡穩(wěn)定性的影響

起泡性：打發(fā)前后單位重量液體的體積增加率。

泡的穩(wěn)定性：30nlin靜置后泡沫體積與打發(fā)

結(jié)束時泡沫體積之比。

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

3氣泡的性質(zhì)

2）各種成分對起泡性及泡穩(wěn)定性的影響

也的影響—I

/“?咕性

&高pH值或pH值呈酸性

的領(lǐng)域起泡性比較高，

等電點附近起泡性最差。

但等電點附近最穩(wěn)定。

pHOLM大立量白起網(wǎng)怪及施?定性的《＞?

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

3氣泡的性質(zhì)

2）各種成分對起泡性及泡穩(wěn)定性的影響

糖類的影響

一般抑制起泡性，但可提高泡的穩(wěn)定性。

提高溶液的黏度

所以，制作食品泡沫時，一般都是先打發(fā)泡，

然后再添加糖，以使泡沫穩(wěn)定。

8

2.4.2泡沫和氣泡的形成與性質(zhì)

3氣泡的性質(zhì)

2）各種成分對起泡性及泡穩(wěn)定性的影響

脂質(zhì)的影響

脂溶性化合物《尤其是極性脂質(zhì)），在起泡

前添加到蛋白質(zhì)溶液中，起泡性和泡穩(wěn)定性

都會下降。

第三章

1.應(yīng)變（填空、大題）

在外力作用下，物料的幾何形狀和尺寸發(fā)生的變化（e）。應(yīng)變用來表征材料受力時內(nèi)部各

質(zhì)點間的相對位移對于各向同性材料，有三種基木的應(yīng)變類型：拉伸應(yīng)變，剪切應(yīng)變和壓縮應(yīng)變。

拉伸應(yīng)變：拉伸應(yīng)變是指材料受到垂直于截面積的大小相等，方向相反并作用在同一直線上的兩

個拉伸應(yīng)力時材料發(fā)生的形變

剪切應(yīng)變：剪切應(yīng)變是指材料受到平行于截面積的大小相等，方向相反的兩個剪切應(yīng)力時發(fā)生的

形變，在剪切應(yīng)力作用下，材料發(fā)生偏斜，該偏斜角的正切值定義為剪切應(yīng)變。

壓縮應(yīng)變：壓縮應(yīng)變是指材料周圍受到均勻應(yīng)力P時，其體積從起始時的vO變

化為Vlo

2.應(yīng)變速率

剪切速率（rateofshear）,應(yīng)變大小與應(yīng)變所需時間之比，單位為$以表示。剪切

速率的物理意義是指流動時流體內(nèi)部垂直于流體方向上的速度梯度。表征流體在剪切應(yīng)力作用

下的應(yīng)變狀況。

3.牛頓黏性定律

9

以流體流過固體平板為例

設(shè)有間距很小的兩平行板，兩

板間充滿液體。下板固定，上板施

加一平行于平板的切向力，使上板

作平行于下板的等速宜線運動。

緊貼上板的液體層以與上板相

同的速度旅動.而緊貼固定板的液

體層則靜止不動。兩層平板間液體

流速分布則是從上到下為由大到小

的漸變。速度梯度一師性阻力

英切速率：單位時間的應(yīng)變，sHc

牛場流動剪切速率的博念

剪切應(yīng)力(。)：在單位液層面積(A)上施加的便缶液層同產(chǎn)生

相對運動的外力稱為剪切應(yīng)力，簡稱剪切力(shearig

force)，單位為N/m%以N表示。cr=F/A

剪切應(yīng)變⑺：剪切時物體所產(chǎn)生的相對形變:*.一艇用它在剪

切應(yīng)力作用下轉(zhuǎn)過的角度來衣示。|即￡=刖6=一/.|

牛頓骷性定律

實酶證明：濟(jì)￡體對流動的國?力F與兩層麗體接極畫

枳A和剪■切速率已成正比，即F=M&(1)

另外，酗切應(yīng)力?？啥x為：o=F/A(2)

。實際是彼面切線方向的應(yīng)力分量:，單位為Pa,班示

單位耐積液體的"性恒力?

所以有：o=rj+

10

<T=三T|

牛筌(希性定律公共(牛頓流體的流動狀密方程)E力

比例靠數(shù)，箕數(shù)值:相當(dāng)于速率梯度為1SL面積為

ICEN時兩欷層間的內(nèi)*捺力，被定義為希度(PaS),

是物質(zhì)的固有性質(zhì)。？

希庚的大耳、方征流在流動時內(nèi)部*執(zhí)力，即。滯阻■力

的大小

近動狀番方程反應(yīng)的。與()之間的關(guān)系

所以把表示液體所受的剪切應(yīng)力與剪切速率的函數(shù)

關(guān)系式稱為“流動狀態(tài)方程”。

由于液體受應(yīng)力作用，其變形表現(xiàn)為流動，即應(yīng)變

速率的大小。不同黏度的液體，應(yīng)力與應(yīng)變速率存

在一定函數(shù)關(guān)系。對于水、糖液膽遜^嗎這樣的

液體，其流動狀態(tài)方程即為：

|o=11c

4.

非牛頓流體

牛頓流動

①假塑性流動

②脹塑性流動|與時間無關(guān)|與時間有關(guān)|

非牛頓流動,③塑性流動

④觸變性流動

假塑性脹塑性塑性觸變性膠變性

⑤膠變性流動流體流體流體流體流體

5.假塑性流動

11

①假塑性流動

b=k￡(lv〃voo,Ov〃vl)

表溷黏度隨著剪切應(yīng)力或剪切速率的增大而減少

隨著流速的增加，表現(xiàn)黏度減少，所以也稱為剪

切稀化流動。，?IC-

rja=k￡(O<77<1)cr=rfn.￡：

假塑性流動的機(jī)理

1)膠體粒子間結(jié)合受剪切應(yīng)力作用發(fā)生改變，影響?zhàn)ざ鹊淖兓?/p>

比較稠密的分散系統(tǒng)粒子，當(dāng)分子間的弱結(jié)合力使它們之間形成網(wǎng)架構(gòu)造時，會表現(xiàn)為黏度

的增加。當(dāng)液體流動時，受剪切應(yīng)力作用，這些網(wǎng)架構(gòu)造不斷被破壞。當(dāng)剪切應(yīng)力減少時，分子

間弱結(jié)合又會形成網(wǎng)架構(gòu)造。

2)膠體粒子變形，引起黏度的相對減少。

具有假塑性流動性質(zhì)的食品液體大多含有高分子的膠體粒子，這些粒子多由鏈狀高分子構(gòu)成,

在靜止或低流速時，互相鉤掛纏結(jié)，黏度較大，顯得粘稠

當(dāng)流速增大時，在剪切應(yīng)力的作用，使比較散亂的鏈狀粒子滾動旋轉(zhuǎn)而收縮成團(tuán)，減少了互

相的勾掛，這就出現(xiàn)了剪切稀化現(xiàn)象。

田28射切儲化g原刊概念模壑

剪切?；脑砀拍钅Ｐ蜔o規(guī)線團(tuán)型高分子I

在涪液中的構(gòu)氽I

自然狀態(tài)定向外力定向外力

無雙線團(tuán)II卷曲I拉伸

一些研究表明，剪切祿化的程度與分子鏈的長短和線

型育關(guān)。直鏈育榮物分子形成剪切交棒的偎墓性溶液，

一般來說相對分子質(zhì)■:越而，假塑性越大。

12

7"=左。

大部分裝毒食品OvnvT,都是假塑性浪庫.

1MMg小，臉若謝速的增加，希淮阻力增UD相對

未經(jīng)假。運是:因力n超小，詼侔內(nèi)部和港檢皿，晦

君現(xiàn)T切兩速的陰大，舞內(nèi)部分十結(jié)一而形成的阻

力由千才包造破壞而微少的緯I故。

當(dāng)^1￡^對內(nèi)部植渣設(shè)有彩哈時蟲=1,迂砒是理越

的牛頓謊住.

6.脹塑性流動

②賬里性流動77〃=k￡(1</Z<oo)

曲著剪切皮力或流速的增大，我理―庚逐漸增大，

由于迂——特點，月長塞性流動也被稱作是酶切現(xiàn)積I

脹塑性流動的機(jī)理

賬容現(xiàn)象

賬容現(xiàn)象：粒子在強(qiáng)烈的境抨作用下結(jié)構(gòu)捐F列魂松，

夕卜現(xiàn)在積增大的現(xiàn)象

13

脹型性流體，其膠體粒子一般處于致密充填狀態(tài)，作為

分散介質(zhì)的水，充滿在致密排列的粒子間隙。

當(dāng)施加應(yīng)力較小，緩饅流動時，由于水的滑動和流動作

用，膠體糊表現(xiàn)出的黏性阻力較小。

可是如果用力攪動，致密排列的粒子就會一下子被攪亂,

成為多孔隙的疏松排列構(gòu)造。原來的水分再也不能填滿

粒子之間的間隙、粒子與粒子沒有了水層的滑動作用，

因而黏性阻力就會驟然增加，甚至失去流動性。

(a)

PR4>$景容配&■念模中

<?)ar未受ttMN第?止收叁(b)收于受iiHtt◎后的■”狀叁

脹塑性流體在食品中較少見。只有很少一部分

溶液和懸浮液在一定的濃度表現(xiàn)為聯(lián)塑性流體。

生淀粉糊：

當(dāng)給淀粉中加入水，混合成糊狀后，緩慢傾斜

容器，淀粉糊會像液體那樣流動。

但如果施加更大的剪切應(yīng)力，如用力快速攪動

淀粉，那么淀粉稀糊反而會變“硬”，失去流

動的性質(zhì)。

7.塑性流動

③塑性流動

雪花青或蛋黃齒等塑性流體，在沒有外力作用時不產(chǎn)

生流動，具有固體的性質(zhì)。但是，即使在很小的外力

作用下，它們也容易產(chǎn)生流動，撤去外力后又保持即

時形變形式。這種能夠任意成形的性質(zhì)叫塑性。使塑

性流體開始流動的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力。

40。<?左右的巧克力雖燃具有很大的流動性，但由于

具有顯著的屈服應(yīng)力，所以成形后除去外力時，能

夠保持其形狀不變，以實現(xiàn)固化

14

塑性流體：當(dāng)作用在物質(zhì)上的剪切應(yīng)力大于極限值時

物質(zhì)開始流動，否則物質(zhì)就保持即時形狀并停止流動，

具有此性質(zhì)的物質(zhì)稱為塑性流體。

屈服應(yīng)力：剪切應(yīng)力的極限值定義為屈服應(yīng)力，所謂

屈服應(yīng)力是指使物質(zhì)發(fā)生流動的最小應(yīng)力，表示為

>流動特性曲線不通過原點

，在小的應(yīng)力作用時并不發(fā)生流動，當(dāng)應(yīng)力超過某

一界限值。0才開始流動。

對于塑性流動，當(dāng)應(yīng)力超過。0時，流動特性符合牛頓

流動規(guī)律的，稱為賓漢流動，對于不符合牛頓流動規(guī)律

的流動稱為非賓漢塑性流動。把具有這兩種流動特性的

液體分別稱為賓漢流體或非賓漢流體。

塑性流體流動特性曲線

a賓漢流動b非賓漢塑性流動

8.觸變性流動

④觸變性流動

觸變性流動是指當(dāng)液體在振動、攪拌、搖動時，

其黏性減少，流動性增加，但靜置一段時間后，

流動又變得困難的現(xiàn)象。

這類體系的特征：當(dāng)剪切速率一定時，隨時間的推

移，應(yīng)力和表觀黏度都隨之下降

酷度不僅與

剪切速率相

關(guān)，還與剪

切時間有關(guān)。

M3.9。時何無關(guān)■住蟆A>tMitlB>流動”fie蛭的比酸

<?)■切”力，?切/?又―<b>0fM比05總"FaataaoHM發(fā)條

15

觸變體系與假塑性流體有些類似

體系變化趨勢可逆與否變化情況

觸變體系撤去外力后

恢復(fù)很慢

可逆■■

假塑性體系剪切變稀撤去外力后

恢笈很快

機(jī)理：

隨剪切應(yīng)力的增加，粒子之

間形成的結(jié)合構(gòu)造受到破壞，因

此黏性減少。當(dāng)作用力停止時，

粒子間結(jié)合的構(gòu)造逐漸恢復(fù)原樣。

但這需要一段時間。因此，剪切

速率減少時的曲線與增加時的曲

線不重疊，形成了與流動時間有

關(guān)的滯后曲線

新燎乳的滯后曲線包圍面積明顯

小于陳放煤乳，陳放越久的煉乳

其觸變性越明顯。呈現(xiàn)觸變現(xiàn)象-*~一痢ttm

<也?！?切速*的內(nèi)修>

的食品口感較柔和爽口■?no?<C9L?更W初逢1'69>

滯后環(huán)的面積大小反映流體的觸??--O-2?<$465諄*gfWRS>

閨2-13加情熔乳*變性

變性強(qiáng)度.

施雄的特性曲就

9.膠變性流動

⑤膠變性流動抗流變流動/流椎性流動

恒定的鮑切作用下，抗流變流伴隨時間的延長表現(xiàn)出抵

抗流動的性質(zhì)，即液體隨著流動時間的增加，變得越來越

黏稠。這種行為與剪切造成的聚集作用和締合作用育關(guān)。

一些稀的聚合物溶液表現(xiàn)抗

流變特性，這可能是由于溶

液在典切作用下形成了可逆

的交聯(lián)。損奶油展于抗流變

流體，有這種現(xiàn)象的食品往

往給人以黏稹的口感。

3-1?！恍詾E內(nèi)她線4Ml抗游變過體

4南餞“啪詼動做翅

16

觸變性流體與假塑性流體的區(qū)別

觸變性流體一定是假塑性流體，而假塑性流體不一定都具有觸變性。

膠變性流體與脹塑性流體的區(qū)別

膠變性流體一定是脹塑性流體，而脹塑性流體不一定都具有膠變性。

10.能彈性

對于由內(nèi)能決定的彈性，可以認(rèn)為在外力作用下彈性變形所作的功全部作為內(nèi)能貯存時,

稱這種彈性為能彈性。

11.嫡彈性

與燃有關(guān)的彈性稱為燃彈性，這一現(xiàn)象在橡膠上表現(xiàn)比較明顯，因此也稱之為橡膠彈性。

12.黏彈性體的特點

彈性性質(zhì)和流動的黏性性質(zhì)

除兼具彈性和流動的黏性性質(zhì)外，還有如下一些特殊性質(zhì)

①曳絲性：有許多黏彈性食品，如蛋清、山藥糊、糊

化淀粉糊等，當(dāng)篌子插入其中，再提起時，會觀察

到一部分液體被拉起形成絲狀。把這種現(xiàn)象稱為曳

絲性，具有曳絲性的液體，分子之間存在著一定的

,合，形成了弱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

|曳絲性是黏性與彈性雙重性質(zhì)的表現(xiàn)|

有些黏度高的液體，如食用油、糖液等，雖然用筷子也可提

起“液線”，但它不是曳出的絲，而是黏性降下的液流。

對曳絲性的判斷方法：耨直徑為1mm的玻璃棒浸入液體

1cm,然后再以5cln/s的速度提起，用液體絲在斷掉前可

拉出的長度表示曳絲性的大小

日本豆鼓（亦稱納豆）等發(fā)酵豆類食品都具有一定

的曳絲性，它們的曳絲性見表

W3-9型酥豆fM品的曳隹性

發(fā)酵豆種類曳絲距離/cm

大豆1OO~15<

zjx5~1O

菜豆20?30

說豆20

案豆1O?20

17

進(jìn)行曳絲癡走時，絲的長度與棒提起的逮座有很大

的關(guān)泰.如國3-24所示：

力提起的速度過慢，拔出

的絲由于詼下而斷蔣.不

會太長；

A當(dāng)?shù)唐鹚俣冗^狂，線會

像周在那樣被拉斷，也不

4^。

A在兩種速度之間，存在

A——個曳絲K度的峰值,1*13-2-4*?.絲速度與”Kflt

運——峰但的曳絲速度與觸

彈性的松弛時間有關(guān)

②威森伯格效果：

將黏彈性液體放入圓桶形容器中，垂直于液面插入

玻璃棒，當(dāng)急速轉(zhuǎn)動玻璃棒或容器時，可觀察到液體

會纏繞玻璃棒而上，在棒周圍形成隆起于液面的液柱

原因：由于液體具有的彈性，使

棒在旋轉(zhuǎn)時，纏繞在棒上的液體

將周圍的液體不斷拉向中心。而

內(nèi)部的液體則把拉向中心的液體

向上頂，形成了沿棒而上的現(xiàn)象

這種效果只有具有彈

性的液體才會出現(xiàn)。

即使用黏度很大的牛

頓流體試驗，在旋轉(zhuǎn)

時不僅沒有威森伯格

效果，而且棒周圍的

液體還會在離心力作

用下凹下。牛楨血體黏肄性液體

圖2-19藤森伯格效果

3牛發(fā)通體

<b>岫彈性流體

18

13.麥克斯韋模型

（2）麥克斯韋模型:胡克模型串聯(lián)阻尼模型（最早

提出的黏彈性模型）

麥克斯韋模型

形象反映出應(yīng)

力松弛現(xiàn)象

M32.7史克斯I，徵型及從A應(yīng)力驗地曲收

中,<b>/jteantt

%=E￡1

（2）麥克斯韋模型：胡克模型串聯(lián)阻尼模型（最早

提出的黏彈性模型）

當(dāng)模型一段受力而被拉伸

串聯(lián)模型的動作過程

一定長度時，由于彈簧可

?初始狀態(tài)

在瞬間變形，而黏壺由于

?加一個恒定應(yīng)變（應(yīng)力松弛）

黏性作用來不及移動，彈

?隨彈簧形變回復(fù)，回彈應(yīng)力減小

黃首先被拉開，然后在彈

?彈簧形變?nèi)炕刎?，回彈?yīng)力為0

簧恢復(fù)力作用下，黏壺在

黏性作用力被逐漸拉開，

而彈簧在逐漸縮短，彈簧

中的應(yīng)力不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轲?/p>

中的摩擦力，直至全部轉(zhuǎn)

換，應(yīng)力為零。這一過程

t=ot=tt很長與應(yīng)力松弛過程相似。

19

麥克斯韋對應(yīng)力松弛現(xiàn)象的模擬與解釋

當(dāng)麥克斯韋模型受到拉力時，

總應(yīng)力等于彈簧上的應(yīng)力或黏壺上應(yīng)力，

￡

總應(yīng)變等于彈簧應(yīng)變與黏壺應(yīng)變之和。即：

0=4=%(4-12)

E-E4-'(4-13)

將應(yīng)變對時間微分，得：

出=卷+%

(a)&d/d/

因為<T=^-=EEE

所以"=凈爭7尊)

又因為

P33-34

所以

經(jīng)整理可得，

學(xué)亨+里麥克斯韋方程式仆”)

I(Vtdin

上式也可用枳分式表示,即:

(4-15)

當(dāng).一定，時,

Lf時.

在觀察應(yīng)力松弛時，可使模型很快拉伸到一定形變，此時有

&EdtU

dl

一魚=0E

dtj

20

設(shè)r=9看則上式可變?yōu)?

—5=-E&=K&=^

cnr

積分上式用:

416>

式中。LI]/E定義為應(yīng)力松弛時間，它是物質(zhì)的黏度和彈性模量的比

值。這就說明，松弛時間的產(chǎn)生是由于黏性和彈性同時存在而引起的

若材料的黏性非常大，松弛時間也將施大，說明黏滯性很高的材料對

使段等微觀皿有阻礙作用，材料帚要更多的時間完成調(diào)整

若彈性模至非常大，松弛時間則相對較短，說明材料的隅硬度很強(qiáng)，

這種材料屬于彈性較好的固形物，調(diào)整的尺度往往是原子或者分子間

距，故松弛時間短。

?當(dāng)t-r時，a-Oo/e,表明麥克斯韋模型i的物理意義是。降到?！?/p>

的1/e(36.8%)時所需的時間。(e—自然指數(shù)，約等于2.72)

，應(yīng)力下降與時間關(guān)系服從指數(shù)規(guī)律，先快后慢

廠應(yīng)力松弛時間確定方法：應(yīng)力坐標(biāo)軸上從原點

開始至。。的36.8%,做水平線與實驗曲線相交，

交點與對應(yīng)的時間坐標(biāo)軸即為T

，這也是通過彘一步確定E和可的實驗方法

21

(3)開爾芬沃格特模型：胡克體和阻尼體并聯(lián)組成

反映蠕變現(xiàn)象

ISJ-M開爾奇7貝格杓模M及陸攵曲找

蜻變現(xiàn)象指在一定的溫度和較小的恒定外力作用下，材料的形

變隨時間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象。

當(dāng)模型上作用恒定外力時，由于黏壺作用，彈簧不能被立即拉

開，而是緩慢發(fā)生變形。去掉外力后，在彈簧恢復(fù)力的作用下,

又可恢復(fù)原狀，無剩余變形，故類似于蠟變。

(3)開爾芬沃格特模型：胡克體和阻尼體并聯(lián)組成

并聯(lián)模型動作過程

?初始狀態(tài)

?開始加一恒定的應(yīng)力(烯變)，因粘壺的作用.彈簧在『0時不

產(chǎn)生形變影變

?隨加應(yīng)力的時間延長.彈簧逐漸產(chǎn)生形變

?當(dāng)時間足夠長.彈簧的形變完成(拉直),模型保持恒定的形變

22

在這個模型中，作用于模型上的應(yīng)力是

彈簧和黏壺共同承擔(dān)的，而彈簧和黏壺的

形變是相同，并且與模型的總形變一致。

對于玲變實驗?應(yīng)力是一個常數(shù)，即。=%,于是

管收=%