食品物料的基本物理特征

1、食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)第一章第一章食品物料的基本物理特征食品物料的基本物理特征食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)基本要求：基本要求：掌握基本物理特征，包括圓度、球度、掌握基本物理特征，包括圓度、球度、體積、表面積、密度、孔隙率、曲率半徑等的概念體積、表面積、密度、孔隙率、曲率半徑等的概念及其測量和計算方法；熟悉基本物理特征的統(tǒng)計分及其測量和計算方法；熟悉基本物理特征的統(tǒng)計分

2、析方法；了解基本物理特征在分選、分級、品質(zhì)評析方法；了解基本物理特征在分選、分級、品質(zhì)評價等方面的應(yīng)用。價等方面的應(yīng)用。重點內(nèi)容：重點內(nèi)容：基本物理特征的概念及其測量方法?；疚锢硖卣鞯母拍罴捌錅y量方法。難點內(nèi)容：難點內(nèi)容：基本物理特征的統(tǒng)計分析?；疚锢硖卣鞯慕y(tǒng)計分析。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 食品物料的基本物理特征主要包括物料的單元素尺寸、食品物料的基本物理特征主要包括物料的單元素尺寸、綜合尺寸、外觀形狀、表面積、體積、密度、孔隙比等，這綜合尺寸、外觀形狀、表面積、體積、密度

3、、孔隙比等，這些特征在食品工業(yè)中應(yīng)用甚廣。些特征在食品工業(yè)中應(yīng)用甚廣。 例如，水果涂臘處理前，須知水果的表面積大?。还?、例如，水果涂臘處理前，須知水果的表面積大小；果蔬、糧食和種子質(zhì)量往往可以通過密度的不同檢測出來；為精確糧食和種子質(zhì)量往往可以通過密度的不同檢測出來；為精確建立冷卻和干燥過程中熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)換模型，人們必須了解建立冷卻和干燥過程中熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)換模型，人們必須了解固體的體積和表面積，了解孔隙率影響氣流穿過大量固體時固體的體積和表面積，了解孔隙率影響氣流穿過大量固體時的阻抗；食品顆粒如奶粉顆粒既不能太大也不能太小，太小的阻抗；食品顆粒如奶粉顆粒既不能太大也不能太小，太小不能防止顆粒

4、結(jié)塊，太大不能迅速溶解；確定篩孔直徑以區(qū)不能防止顆粒結(jié)塊，太大不能迅速溶解；確定篩孔直徑以區(qū)分種子級別時，須知種子的粒度分布；棗子或桃子自動去核分種子級別時，須知種子的粒度分布；棗子或桃子自動去核以及水果的自動分級時，須了解其外形特征等。以及水果的自動分級時，須了解其外形特征等。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)1-1 1-1 形狀、大小和分布形狀、大小和分布 物料的形狀、大小及其分布數(shù)據(jù)，須要經(jīng)過大量的物料的形狀、大小及其分布數(shù)據(jù)，須要經(jīng)過大量的測量才能獲得。歷史上最早采用的方法是篩分法

5、。自顯測量才能獲得。歷史上最早采用的方法是篩分法。自顯微鏡于微鏡于1818世紀出現(xiàn)后，人們開始將顯微鏡應(yīng)用于測定一世紀出現(xiàn)后，人們開始將顯微鏡應(yīng)用于測定一些微小物料的大小、形狀及其分布。近年來，隨著科學(xué)些微小物料的大小、形狀及其分布。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，此類測量得到了極大的發(fā)展，出現(xiàn)了各種技術(shù)的進步，此類測量得到了極大的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的測試方法，如沉降法、庫爾特法、激光衍射法、各樣的測試方法，如沉降法、庫爾特法、激光衍射法、激光全息法、質(zhì)譜法以及在顯微鏡法基礎(chǔ)上發(fā)展的計算激光全息法、質(zhì)譜法以及在顯微鏡法基礎(chǔ)上發(fā)展的計算機圖像分析技術(shù)等。機圖像分析技術(shù)等。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Ph

6、ysical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 在物料的物理特征測量中，首先遇到的是粒度測在物料的物理特征測量中，首先遇到的是粒度測量。粒度測量不只是測量單個顆粒的尺寸，而且包量。粒度測量不只是測量單個顆粒的尺寸，而且包括測量粒子群的粒度分布。括測量粒子群的粒度分布。一、尺寸和形狀一、尺寸和形狀 在食品和農(nóng)產(chǎn)品物料中，例如各種水果和谷物種在食品和農(nóng)產(chǎn)品物料中，例如各種水果和谷物種子，它們的大小形狀是十分復(fù)雜的。有的是規(guī)則體形，子，它們的大小形狀是十分復(fù)雜的。有的是規(guī)則體形，但大多數(shù)是不規(guī)則的，無法用單獨一個尺寸確切地表但大多數(shù)

7、是不規(guī)則的，無法用單獨一個尺寸確切地表達。形狀規(guī)則的物體如球體、立方體、圓錐體等可用達。形狀規(guī)則的物體如球體、立方體、圓錐體等可用相應(yīng)的尺寸來表示。相應(yīng)的尺寸來表示。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 一般情況下，物體可用三個相互垂直的軸向尺寸一般情況下，物體可用三個相互垂直的軸向尺寸來表示，即由長來表示，即由長(l)(l)、寬、寬(b)(b)、厚、厚(t)(t)。 嚴格地說，世界上不存在兩個絕對相同的物體。嚴格地說，世界上不存在兩個絕對相同的物體。由于作物生長條件的不同，即使是同一品種其

8、大小和由于作物生長條件的不同，即使是同一品種其大小和形狀也不盡相同。為了表示某個品種全部顆粒的尺寸，形狀也不盡相同。為了表示某個品種全部顆粒的尺寸，可隨機取可隨機取10001000粒樣品，分別測量其各向尺寸，并繪制粒樣品，分別測量其各向尺寸，并繪制其分布曲線。其分布曲線。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 物體的計算直徑簡稱物體的計算直徑簡稱粒徑粒徑，是表示物體各向尺寸的綜合，是表示物體各向尺寸的綜合指標(biāo)。它是利用已測定的物體的某些尺寸或參數(shù)推導(dǎo)出來的指標(biāo)。它是利用已測定的物體的某些尺寸或

9、參數(shù)推導(dǎo)出來的直徑。對于不同形狀的物體粒子，必須按一定的方法確定其直徑。對于不同形狀的物體粒子，必須按一定的方法確定其粒徑。粒徑。 如邊長為如邊長為1 1的正立方體，其體積等于直徑為的正立方體，其體積等于直徑為1.241.24的圓球的圓球體積，所以體積，所以1.241.24就是推導(dǎo)出來的等體積球直徑。就是推導(dǎo)出來的等體積球直徑。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 因為因為粒粒徑是物體各向徑是物體各向尺寸的綜合指標(biāo)尺寸的綜合指標(biāo)，所以并，所以并不體現(xiàn)其具體形狀。對于不體現(xiàn)其具體形狀。對于不規(guī)

10、則形狀的物體，一般不規(guī)則形狀的物體，一般用查表的方法來定義其標(biāo)用查表的方法來定義其標(biāo)準(zhǔn)形狀。將物體的縱剖面準(zhǔn)形狀。將物體的縱剖面和橫剖面的外形輪廓繪在和橫剖面的外形輪廓繪在圖面上，然后用實物圖形圖面上，然后用實物圖形與標(biāo)準(zhǔn)圖形相對照，利用與標(biāo)準(zhǔn)圖形相對照，利用標(biāo)準(zhǔn)圖表定義該物體的形標(biāo)準(zhǔn)圖表定義該物體的形狀。狀。圖形比較法圖形比較法水果和蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)圖形水果和蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)圖形食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 大多數(shù)水果的形狀是近于球狀的，稱為大多數(shù)水果的形狀是近于球狀的，稱為類球體類球體。在類

11、球。在類球體中，又有各種形狀定義，如扁球形、橢球形、卵形等。類體中，又有各種形狀定義，如扁球形、橢球形、卵形等。類球體常用圓度或球度來定量描述。球體常用圓度或球度來定量描述。1.1.圓度圓度（roundnessroundness） 表示物體角棱的銳度，可表明物體在投影面內(nèi)的實際形表示物體角棱的銳度，可表明物體在投影面內(nèi)的實際形狀與圓形之間的差異。狀與圓形之間的差異。方法一：方法一：是用截面圓形（類球體取自然放置穩(wěn)定狀態(tài)下的最是用截面圓形（類球體取自然放置穩(wěn)定狀態(tài)下的最大投影面積）中各棱角的曲率半徑平均值與最大內(nèi)接圓半徑大投影面積）中各棱角的曲率半徑平均值與最大內(nèi)接圓半徑對比法對比法 。食品物性

12、學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)nRridR圓度式中：式中：r ri i投影（截面）面圖形上各棱角的曲率半徑；投影（截面）面圖形上各棱角的曲率半徑； nn棱角總個數(shù)；棱角總個數(shù)； R R投影（截）面圖形的最大內(nèi)接圓半徑。投影（截）面圖形的最大內(nèi)接圓半徑。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法二：方法二：用物體靜止的最大投影面積與其最小外接圓面積用物體靜止的最大投影面積與其最小外接圓面積 的比

13、值來表達。的比值來表達。 它表明物體在投影面內(nèi)的實際形狀和圓形之間的差異它表明物體在投影面內(nèi)的實際形狀和圓形之間的差異程度程度 。式中：式中： R Rd d圓度（圓度（% %）表示物體角棱的銳度）表示物體角棱的銳度 A Ap p 物體在自然靜止時的最大投影面積；物體在自然靜止時的最大投影面積； A Ac c最小外接圓面積；最小外接圓面積；Ap Ap 用求積儀求出用求積儀求出 %AARcpd100例例1 11 1 求邊長為求邊長為a a的正方形的圓度。的正方形的圓度。 食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of

14、Foods)2.2.球度球度(sphericity) (sphericity) 它表示物體的實際形狀和球體之間的差異程度。它表示物體的實際形狀和球體之間的差異程度。方法一方法一：可用直徑比：可用直徑比 dcdiSp球度 式中：式中：d di i類球體的最大投影面積圖形的最大內(nèi)接圓直徑；類球體的最大投影面積圖形的最大內(nèi)接圓直徑； d dc c類球體上述圖形的最小外接圓直徑。類球體上述圖形的最小外接圓直徑。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法二：方法二：等體積球體投影圓的周長，與物體最小外接

15、球體等體積球體投影圓的周長，與物體最小外接球體投影圓的周長之比，即投影圓的周長之比，即sesepddddS球度式中：式中：d de e與類球體體積相同的球體的直徑與類球體體積相同的球體的直徑 d ds s類球體的最小外接球體直徑或者物體最大直徑類球體的最小外接球體直徑或者物體最大直徑食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 假定物體的體積等于相互垂直的三個截距假定物體的體積等于相互垂直的三個截距a a、b b、c c構(gòu)成的橢球，且最大截距為構(gòu)成的橢球，且最大截距為a a，則，則aabcaabcS

16、p313133166外接球體積物體體積球度例例1 12 2 計算邊長為計算邊長為a a的立方體的球度。的立方體的球度。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)二、面積和體積二、面積和體積 物體各向尺寸之間的數(shù)字關(guān)系取決于物體的形狀。物物體各向尺寸之間的數(shù)字關(guān)系取決于物體的形狀。物體各向尺寸之間的無量綱組合稱為體各向尺寸之間的無量綱組合稱為形狀因素形狀因素，如長寬度，如長寬度l/bl/b，扁平度扁平度b/tb/t。 物體各種尺寸與其面積或體積之間的關(guān)系稱為物體各種尺寸與其面積或體積之間的關(guān)系稱為形

17、狀形狀，表示物體實際形狀與球形不一致程度的尺度，如表示物體實際形狀與球形不一致程度的尺度，如面積形狀面積形狀系數(shù)、體積形狀系數(shù)系數(shù)、體積形狀系數(shù)等。等。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 物體的表面積和體積分別與某特性尺寸的兩次方和三次物體的表面積和體積分別與某特性尺寸的兩次方和三次方成正比，比例常數(shù)取決于特性尺寸的選擇。方成正比，比例常數(shù)取決于特性尺寸的選擇。 因為測定不規(guī)則形狀的物體表面積十分困難，所以采用因為測定不規(guī)則形狀的物體表面積十分困難，所以采用投影方法求出。投影方法求出。 物

18、體的表面積和體積可分別表示為：物體的表面積和體積可分別表示為：22,SaaSdS23,vaavdVS S、V V分別表示表面積和體積；分別表示表面積和體積；分別表示面積形狀系數(shù)和體積形狀系分別表示面積形狀系數(shù)和體積形狀系數(shù)；數(shù)；a a表示投影面積；表示投影面積； 表示投影面表示投影面積直徑；積直徑； 表示物體粒子的尺寸，它表示物體粒子的尺寸，它不同于直徑，而是包含形狀系數(shù)在內(nèi)不同于直徑，而是包含形狀系數(shù)在內(nèi)的人為的數(shù)值。的人為的數(shù)值。vs、ad食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)單位體積的表

19、面積，是單位體積的表面積，是S S和和V V之比之比: :svaasvvdS1,式中，式中， 表示物體的體面積形狀系數(shù)，又稱比表面積表示物體的體面積形狀系數(shù)，又稱比表面積形狀系數(shù)；形狀系數(shù)； 表示物體的體面積尺寸。表示物體的體面積尺寸。asv,sv對于球體，面積形狀系數(shù)等于對于球體，面積形狀系數(shù)等于 ，體積形狀系數(shù)等，體積形狀系數(shù)等于于 ，所以體面積形狀系數(shù)，所以體面積形狀系數(shù) 。6/6,asv食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 由于凸?fàn)钗矬w的投影面積隨投影方向的變化而變化，由于凸?fàn)钗矬w的

20、投影面積隨投影方向的變化而變化，所以采用平均投影面積。所以采用平均投影面積。 平均投影面積是指在三個互相垂直的投影面上投影面平均投影面積是指在三個互相垂直的投影面上投影面積的平均值，即積的平均值，即 12303AAAA式中：式中：A A0 0平均投影面積；平均投影面積； A A1 1、A A2 2、A A3 3分別為分別為H H、V V、W W三個相互垂直視圖上的投影面積。三個相互垂直視圖上的投影面積。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)根據(jù)凸?fàn)钗矬w理論，其體積與表面積之間存在下列關(guān)系：根據(jù)

21、凸?fàn)钗矬w理論，其體積與表面積之間存在下列關(guān)系：式中式中V V和和S S分別為凸?fàn)钗矬w的體積與面積。分別為凸?fàn)钗矬w的體積與面積。 同時已查明，凸?fàn)钗矬w的平均投影面積是其表面積的同時已查明，凸?fàn)钗矬w的平均投影面積是其表面積的1/41/4。將。將S S4A4A0 0代入上式，得代入上式，得23136VS123309()16AV230AKV或或食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)式中式中K K值是無因次常數(shù)，當(dāng)物體為球體時，上式取等號，值是無因次常數(shù)，當(dāng)物體為球體時，上式取等號，而且而且K K1.2

22、11.21。凸?fàn)铙w。凸?fàn)铙wK K值越接近值越接近1.211.21，則物體的形狀越，則物體的形狀越接近于球體。因此可定義形狀系數(shù)為：接近于球體。因此可定義形狀系數(shù)為：1.21/ K 檸檬的為檸檬的為0.975,0.975,近似球體。胡蘿卜的為近似球體。胡蘿卜的為0.687,0.687,是是細長形。馬鈴薯為細長形。馬鈴薯為0.8770.877。其他如西紅柿、蘋果、。其他如西紅柿、蘋果、梨等水果的值與馬鈴薯接近。形狀系數(shù)實際上梨等水果的值與馬鈴薯接近。形狀系數(shù)實際上是另一種估算凸?fàn)钗矬w球度的方法。是另一種估算凸?fàn)钗矬w球度的方法。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Fo

23、ods)(Physical Properties of Foods)三軸投影三軸投影食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)物體平均投影面積與體積關(guān)系物體平均投影面積與體積關(guān)系食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)農(nóng)業(yè)物料表面積的測定方法：農(nóng)業(yè)物料表面積的測定方法：(1)(1)基葉表面積的測量基葉表面積的測量1)1)把被測物體放在感光紙上接觸曬印，用求積儀求出；把被測物體放在感光紙上接觸曬印，用

24、求積儀求出；2)2)將被測物體放在方格紙上，畫出輪廓，計算方格數(shù)；將被測物體放在方格紙上，畫出輪廓，計算方格數(shù)；3)3)投影照相測量或掃描儀掃描后用計算機專用程序處理；投影照相測量或掃描儀掃描后用計算機專用程序處理；4)4)光遮斷法，用光電管測量；光遮斷法，用光電管測量；5)5)按葉面輪廓圖形剪紙，并將所剪紙片稱重計算；按葉面輪廓圖形剪紙，并將所剪紙片稱重計算；6)6)用氣流求積儀測；用氣流求積儀測；7)7)統(tǒng)計某尺寸與面積的相互關(guān)系，測量尺寸后推算出面積。統(tǒng)計某尺寸與面積的相互關(guān)系，測量尺寸后推算出面積。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Phy

25、sical Properties of Foods)(2)(2)水果表面積的測量水果表面積的測量 水果表面積不容易精確測出。一般有以下方法：水果表面積不容易精確測出。一般有以下方法：1)1)將果皮削成窄條，然后將全部窄條鋪平，畫出圖形，然將果皮削成窄條，然后將全部窄條鋪平，畫出圖形，然后按圖形求面積；后按圖形求面積；2)2)統(tǒng)計水果的表面積與某一尺寸或重量的相互關(guān)系，用該統(tǒng)計水果的表面積與某一尺寸或重量的相互關(guān)系，用該法可快速求得水果表面積；法可快速求得水果表面積；3)3)有些情況可按旋轉(zhuǎn)體圖形計算表面積。有些情況可按旋轉(zhuǎn)體圖形計算表面積。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Propert

26、ies of Foods)(Physical Properties of Foods)水果的體積為水果的體積為 : :2baVy dx水果的表面積為：水果的表面積為：221 ()badySydxdxX Xy ya ab b食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)(3)(3)雞蛋表面積的測量雞蛋表面積的測量 新鮮雞蛋的表面積可用稱重法算出，其經(jīng)驗公式為：新鮮雞蛋的表面積可用稱重法算出，其經(jīng)驗公式為：mSKW式中，式中，K K、mm常數(shù)，一般取常數(shù)，一般取K K4.56-5.074.56-5.07，

27、m m0.660.66 S S雞蛋表面積（雞蛋表面積（cmcm2 2） WW雞蛋的重量（雞蛋的重量（g g）食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 葉子、水果、蔬菜等的表面積直接反映其生長狀況、葉子、水果、蔬菜等的表面積直接反映其生長狀況、產(chǎn)量、作業(yè)量大小及后期的熱加工等的難易程度。產(chǎn)量、作業(yè)量大小及后期的熱加工等的難易程度。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)蘋果重量與其表面積關(guān)系蘋果重量

28、與其表面積關(guān)系食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)三、粒徑與力度分布三、粒徑與力度分布1.1.粒徑與平均粒徑粒徑與平均粒徑 種子、顆粒飼料或粉狀飼料，稱為種子、顆粒飼料或粉狀飼料，稱為散粒體或散體散粒體或散體，細粒，細粒也稱為也稱為粉體粉體。粉體的分類粉體的分類名稱名稱尺寸尺寸粒子數(shù)粒子數(shù)/cm/cm3 3粒粒 體體10-0.5mm10-0.5mm1 15 510106 6粉粉 體體500-50m500-50m5 510106 65 510104 4微微 粉粉 體體50-0.1m50-0.1

29、m5 510109 910101515超微粉體超微粉體0.1m-0.1mm0.1m-0.1mm1010161610102121食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 粒徑粒徑表示單個粒子在某種幾何意義下的尺寸。它表表示單個粒子在某種幾何意義下的尺寸。它表示粒子大小，單一粒徑的表示方法很多，最常用的有：示粒子大小，單一粒徑的表示方法很多，最常用的有： 1)1)用長、寬、厚三個尺寸來表示。谷物測定一般用卡用長、寬、厚三個尺寸來表示。谷物測定一般用卡尺尺( (專用的專用的) )，高級的用光學(xué)谷物投影

30、儀來測定。，高級的用光學(xué)谷物投影儀來測定。 2)2)用幾何平均徑或算術(shù)平均徑來表示。用幾何平均徑或算術(shù)平均徑來表示。 3)3)用定向徑來表示用定向徑來表示 定向徑是指粒子投影圖上任意方定向徑是指粒子投影圖上任意方向上的最大距離，一般可在顯微鏡或投影儀中讀數(shù)。向上的最大距離，一般可在顯微鏡或投影儀中讀數(shù)。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)單籽粒粒徑的表示和計算式單籽粒粒徑的表示和計算式名名 稱稱計計 算算 式式名名 稱稱計算式計算式二軸算術(shù)平均值二軸算術(shù)平均值(c+a)/2(c+a)/2圓等

31、值徑圓等值徑(4f/)(4f/)1/21/2三軸算術(shù)平均值三軸算術(shù)平均值(c+b+a)/3(c+b+a)/3幾何平均值幾何平均值(abc)(abc)1/31/3調(diào)和平均值調(diào)和平均值3(1/a+1/b+1/c)3(1/a+1/b+1/c)-1-1球體等值徑球體等值徑(6V/)(6V/)1/31/3表面積平均值表面積平均值(2ab+2bc+2ac)(2ab+2bc+2ac)1/21/2/6/6立方體等值徑立方體等值徑V V1/31/3體積平均值體積平均值3abc(ab+bc+ac)3abc(ab+bc+ac)-4-4定向徑定向徑dgdg注：注： ff投影面積投影面積 VV籽粒體積籽粒體積 a a、

32、b b、cc分別是籽粒的三個軸長，其中分別是籽粒的三個軸長，其中c c是長軸是長軸 dgdg籽粒投影圖上任意方向的最大距離。籽粒投影圖上任意方向的最大距離。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 平均粒徑平均粒徑不同尺寸的粒子群在某種幾何意義下的長度平不同尺寸的粒子群在某種幾何意義下的長度平均值。人們常說的粒徑皆是指平均粒徑。均值。人們常說的粒徑皆是指平均粒徑。 名名 稱稱計計 算算 式式物物 理理 意意 義義算術(shù)平均徑算術(shù)平均徑D D1 1=(nd)/ n=(nd)/ n多顆粒徑的平均值多顆

33、粒徑的平均值幾何平均徑幾何平均徑D D2 2=(d=(d1 1d d2 2dn)dn)1/n1/nn n個粒徑乘積的個粒徑乘積的n n次方根次方根調(diào)和平均徑調(diào)和平均徑D D3 3=n/(n/d)=n/(n/d)各粒徑的調(diào)和平均值各粒徑的調(diào)和平均值面積長度平均徑面積長度平均徑D D4 4=(nd=(nd2 2)/ (nd)/ (nd)表面積總和除以直徑的總和表面積總和除以直徑的總和體面積平均徑體面積平均徑D D5 5=(nd=(nd3 3)/ (nd)/ (nd2 2) )全部籽粒體積除以總表面積全部籽粒體積除以總表面積重量平均徑重量平均徑D D6 6=(nd=(nd4 4)/ (nd)/ (n

34、d3 3) )重量等于總重量，數(shù)目等于總個數(shù)的等粒子粒徑重量等于總重量，數(shù)目等于總個數(shù)的等粒子粒徑平均表面積徑平均表面積徑D D7 7=(nd=(nd2 2)/ n)/ n1/21/2將總表面積除以總個數(shù)取其平方根將總表面積除以總個數(shù)取其平方根平均體積徑平均體積徑D D8 8=(nd=(nd3 3)/ n)/ n1/31/3將總體積除以總個數(shù)取其平方根將總體積除以總個數(shù)取其平方根中徑中徑D D5050粒徑分布的累積值為粒徑分布的累積值為50%50%時的粒徑時的粒徑平均粒徑的表示和計算平均粒徑的表示和計算 食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Phys

35、ical Properties of Foods)2.2.粒度和粒度分布粒度和粒度分布 粒度是具有某一粒徑的粒子在粒體群中所占的比例；粒粒度是具有某一粒徑的粒子在粒體群中所占的比例；粒度分布曲線是粒度隨粒徑變化的一條曲線。度分布曲線是粒度隨粒徑變化的一條曲線。 橫坐標(biāo)用粒徑，縱坐標(biāo)可以用粒子重量、個數(shù)、面積等橫坐標(biāo)用粒徑，縱坐標(biāo)可以用粒子重量、個數(shù)、面積等表示。表示。粒徑粒徑重量重量 個數(shù)個數(shù) 面積面積食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)粒度分布的測定方法：粒度分布的測定方法：方法一：方法一

36、：用卡尺，投影儀等來測尺寸，統(tǒng)計各種粒徑時的用卡尺，投影儀等來測尺寸，統(tǒng)計各種粒徑時的個數(shù)，所得出的粒徑尺寸分布曲線可為篩選提供必要的數(shù)個數(shù)，所得出的粒徑尺寸分布曲線可為篩選提供必要的數(shù)據(jù)。一般用于較大顆粒的測定。據(jù)。一般用于較大顆粒的測定。 如已知顆粒的粒子密度如已知顆粒的粒子密度s s，則不難根據(jù)其總質(zhì)量，則不難根據(jù)其總質(zhì)量m m，由下式算出其等體積球的粒徑由下式算出其等體積球的粒徑d ds s：36nmdsS食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法二：方法二：篩分法篩分法 通常通常用于

37、顆粒直徑較小，不易用上述方法測量的物料用于顆粒直徑較小，不易用上述方法測量的物料的測定。利用一組標(biāo)準(zhǔn)系列篩對粉粒體進行篩分，測定每的測定。利用一組標(biāo)準(zhǔn)系列篩對粉粒體進行篩分，測定每層篩上的粒體重量，然后經(jīng)過一定的換算可求出粒度分布。層篩上的粒體重量，然后經(jīng)過一定的換算可求出粒度分布。這種方法是以重量為基準(zhǔn)測定粒度分布的。這種方法是以重量為基準(zhǔn)測定粒度分布的。 篩分法通常使用的金屬絲網(wǎng)篩有個標(biāo)準(zhǔn)化問題。國際篩分法通常使用的金屬絲網(wǎng)篩有個標(biāo)準(zhǔn)化問題。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOISO的泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩系列是以的泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩系列是以45m45m為起點，有二為起點，有二個序列，一個是基本序列，以篩比為個序列

38、，一個是基本序列，以篩比為 遞增，即每兩個遞增，即每兩個相鄰篩號的篩子其篩孔尺寸相差倍，篩孔面積相差相鄰篩號的篩子其篩孔尺寸相差倍，篩孔面積相差2 2倍；倍；另一個是附加系列，篩比是另一個是附加系列，篩比是 。 2189. 124食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)在在25.4mm25.4mm以上開孔，以上開孔，直接以開孔尺寸表示直接以開孔尺寸表示孔的大小，對孔的大小，對25.4mm25.4mm以下的孔，用以下的孔，用25.4mm25.4mm長度上的編織絲的根長度上的編織絲的根數(shù)來描述孔的大

39、小，數(shù)來描述孔的大小，稱為稱為“目目”。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)目數(shù)m篩孔尺寸a(mm)網(wǎng)絲直徑d(mm)目數(shù)m篩孔尺寸a(mm)網(wǎng)絲直徑d(mm)320.4950.3001150.1240.097350.4170.3101500.1040.066420.3510.2541700.0890.061480.2950.2342000.0740.053600.2460.1782500.0610.041650.2080.1832700.0530.041800.1750.1423250.0

40、430.0361000.1470.1074000.0380.025目數(shù)m篩孔尺寸a(mm)目數(shù)m篩孔尺寸a(mm)目數(shù)m篩孔尺寸a(mm)82.50450.4001300.112102.00500.3551500.100121.60550.3151600.090161.25600.2801900.080181.00650.2502000.071200.90700.2242400.063240.80750.2002600.056260.70800.1803000.050280.63900.1603200.045320.561000.1543600.040350.501100.140400.451

41、200.150食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 對無法計數(shù)的粉狀物料，按篩分法用對無法計數(shù)的粉狀物料，按篩分法用m m個孔徑分別為個孔徑分別為d d1 1、d d2 2、ddn n的篩子，篩出各部分的重量百分比的篩子，篩出各部分的重量百分比x x1 1、x x2 2、xxm m，由下式算出平均粒徑，由下式算出平均粒徑d ds s：miiSdidx11調(diào)和平均徑：miiiS)d(dx1算術(shù)平均徑：食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physic

42、al Properties of Foods) 將一定量的粉料（大約將一定量的粉料（大約5050100100克）用篩孔尺寸分別為克）用篩孔尺寸分別為個篩子進行分級，設(shè)個篩子進行分級，設(shè) d1d1至至d2d2粒級其平均粒徑為粒級其平均粒徑為 , ,其質(zhì)量占總其質(zhì)量占總質(zhì)量的百分數(shù)為質(zhì)量的百分數(shù)為 ; ;d2d2至至d3d3粒級其平均粒徑為粒級其平均粒徑為 , ,其質(zhì)量占總質(zhì)量其質(zhì)量占總質(zhì)量的百分數(shù)為的百分數(shù)為 ；dmdm至至dm+1dm+1粒級的粒子平均粒徑為粒級的粒子平均粒徑為 , ,其質(zhì)量其質(zhì)量占總質(zhì)量的百分數(shù)為占總質(zhì)量的百分數(shù)為 211ddd1 322ddd2 1mmmdddm食品物性學(xué)食

43、品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)全部粒子的平均粒徑可用調(diào)和平均徑和算術(shù)平均徑計算。全部粒子的平均粒徑可用調(diào)和平均徑和算術(shù)平均徑計算。常用篩分法有常用篩分法有8 8層篩法和層篩法和1515層篩法。層篩法。1515層篩法簡介：層篩法簡介：篩號依次是篩號依次是3 3（6730m6730m）、）、4 4（47604760）、）、6 6（33603360）、）、8 8（23802380）、）、1010（16801680）、）、1414（11901190）、）、2020（841841）、）、2828（59559

44、5）、）、3535（420420）、）、4848（297297）、）、6565（210210）、）、100100（149149）、）、150150（105105）、）、200200（7474）、）、270270（5353）、底篩）、底篩（盲篩）。（盲篩）。 （國標(biāo)國標(biāo)GB6971GB697186 86 飼料粉碎機試驗方法飼料粉碎機試驗方法） 食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法三方法三：顯微鏡法：顯微鏡法光學(xué)顯微鏡：光學(xué)顯微鏡：0.8-1500.8-150電子顯微鏡：電子顯微鏡：0.80

45、.8掃描電鏡和透射電鏡常用于：掃描電鏡和透射電鏡常用于：1nm1nm55作用：測定粒度大小、平均粒度分布范圍，物料形貌分析作用：測定粒度大小、平均粒度分布范圍，物料形貌分析處理：范德華力、庫侖力處理：范德華力、庫侖力顆粒團聚顆粒團聚分散劑分散分散劑分散缺點：人工分析統(tǒng)計，操作繁重費時，容易出錯；缺點：人工分析統(tǒng)計，操作繁重費時，容易出錯； 受主觀因素影響較大，測量精度不高。受主觀因素影響較大，測量精度不高。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法四方法四：圖像分析法：圖像分析法優(yōu)點：可直接觀

46、察顆粒形狀及是否團聚優(yōu)點：可直接觀察顆粒形狀及是否團聚 測定結(jié)果與實際粒度分布吻合最好測定結(jié)果與實際粒度分布吻合最好缺點：取樣的代表性差缺點：取樣的代表性差 實驗結(jié)果的重復(fù)性差實驗結(jié)果的重復(fù)性差食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法五：方法五：沉降法沉降法工作原理：顆粒在懸浮體系受重力工作原理：顆粒在懸浮體系受重力( (或離心力或離心力) )、浮力和黏滯力作用下以恒定、浮力和黏滯力作用下以恒定速度沉降，速度沉降，沉降速度與粒度大小的平方成正比沉降速度與粒度大小的平方成正比。要求：黏滯力服從

47、斯托克斯定律；顆粒形狀應(yīng)當(dāng)接近于球形，并且完全被液要求：黏滯力服從斯托克斯定律；顆粒形狀應(yīng)當(dāng)接近于球形，并且完全被液體潤濕；顆粒沉降速度緩慢而恒定，達到恒定速度所需時間短；顆粒的布朗體潤濕；顆粒沉降速度緩慢而恒定，達到恒定速度所需時間短；顆粒的布朗運動不會干擾其沉降速度；顆粒間的相互作用不影響沉降過程。運動不會干擾其沉降速度；顆粒間的相互作用不影響沉降過程。方法：重力沉降法：方法：重力沉降法： 2 2100100；離心沉降法：；離心沉降法：10nm10nm2020 等效球粒徑，粒度分布為等效球重均粒度分布等效球粒徑，粒度分布為等效球重均粒度分布優(yōu)點：測量重量分布代表性強，測試結(jié)果與儀器的對比性

48、好，價格較便宜。優(yōu)點：測量重量分布代表性強，測試結(jié)果與儀器的對比性好，價格較便宜。缺點：對小粒子的測試速度慢，重復(fù)性差；對非球形粒子的誤差大，不適合缺點：對小粒子的測試速度慢，重復(fù)性差；對非球形粒子的誤差大，不適合于混合物料。于混合物料。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)方法六：方法六：電超聲法電超聲法電超聲粒度分析法是新近出現(xiàn)的粒度分析方法電超聲粒度分析法是新近出現(xiàn)的粒度分析方法測量粒度：測量粒度：5 5100100工作原理：工作原理：當(dāng)聲波在樣品內(nèi)部傳導(dǎo)時，通過測定聲波衰減譜，當(dāng)聲波在

49、樣品內(nèi)部傳導(dǎo)時，通過測定聲波衰減譜， 計算衰減值與粒度的關(guān)系。計算衰減值與粒度的關(guān)系。特殊需要：特殊需要：需要顆粒和液體的密度、液體的黏度、顆粒的質(zhì)量需要顆粒和液體的密度、液體的黏度、顆粒的質(zhì)量 分數(shù)等參數(shù)；乳液或膠體中的柔性粒子的熱膨脹系數(shù)。分數(shù)等參數(shù)；乳液或膠體中的柔性粒子的熱膨脹系數(shù)。特點：特點：可測高濃度分散體系和乳液的特性參數(shù)；物料不需要稀可測高濃度分散體系和乳液的特性參數(shù)；物料不需要稀釋；精度高，粒度分析范圍更寬。釋；精度高，粒度分析范圍更寬。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)

50、3.3.粒度分布曲線粒度分布曲線 將物料顆粒的尺寸與其重量或粒數(shù)百分比的關(guān)系通過將物料顆粒的尺寸與其重量或粒數(shù)百分比的關(guān)系通過直方圖或曲線圖表示出來。直方圖或曲線圖表示出來。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)四、曲率半徑四、曲率半徑 物料表面任意位置的曲率半徑可以用凸?fàn)钗矬w曲率物料表面任意位置的曲率半徑可以用凸?fàn)钗矬w曲率半徑測定儀測定。半徑測定儀測定。

51、 凸?fàn)钗矬w曲率半徑測定儀凸?fàn)钗矬w曲率半徑測定儀 曲率半徑主要影響物料曲率半徑主要影響物料的接觸應(yīng)力、變形、物的接觸應(yīng)力、變形、物料孔隙率、體積和密度料孔隙率、體積和密度等。主要適用于測定尺等。主要適用于測定尺寸較大的水果和蔬菜的寸較大的水果和蔬菜的曲率半徑曲率半徑食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 測定時，將物料卡在兩個固定測頭上，并將測定點測定時，將物料卡在兩個固定測頭上，并將測定點對準(zhǔn)中間活動測頭。根據(jù)固定測頭間距離以及中間測頭對準(zhǔn)中間活動測頭。根據(jù)固定測頭間距離以及中間測頭和固定測頭

52、的高度差，即可由下式求出曲率半徑：和固定測頭的高度差，即可由下式求出曲率半徑：282BDBDACR 式中式中 RR曲率半徑曲率半徑 兩個固定測頭之間距離兩個固定測頭之間距離 固定測頭和中間測頭的高度差固定測頭和中間測頭的高度差A(yù)CBD食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 這種儀器主要用于測定尺寸較大的水果和蔬菜的曲這種儀器主要用于測定尺寸較大的水果和蔬菜的曲率半徑。對于較小物體如小麥等，可用以下經(jīng)驗公式近率半徑。對于較小物體如小麥等，可用以下經(jīng)驗公式近似確定曲率半徑：似確定曲率半徑：2HR

53、HLHRL2422 式中式中 RR測定點的最小曲率半徑測定點的最小曲率半徑 R RL L測定點的最大曲率半徑測定點的最大曲率半徑 HH物料厚度物料厚度 LL物料長度物料長度食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)1-2 1-2 物料的密度與密度測量物料的密度與密度測量一、一、密度的定義密度的定義 1 1、容積密度容積密度 (bulk density)(bulk density) 2 2、粒子密度、粒子密度 (particle density)(particle density) 3 3、真密度、

54、真密度 (true density)(true density)二、二、農(nóng)業(yè)物料密度的測量農(nóng)業(yè)物料密度的測量 1 1、液浸法液浸法 2 2、氣體置換法氣體置換法 3 3、比重梯度管法比重梯度管法三、三、農(nóng)業(yè)物料的密度農(nóng)業(yè)物料的密度食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)一、密度的定義一、密度的定義 物體每單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱物體每單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱密度密度(g/cm(g/cm3 3、kg/mkg/m3 3) )。 物體的質(zhì)量與同體積的物體的質(zhì)量與同體積的1 1個大氣壓、個大氣壓、44的

55、純水的質(zhì)量之的純水的質(zhì)量之比稱為比稱為比重比重。 根據(jù)體積測定方法不同，密度有不同的定義：根據(jù)體積測定方法不同，密度有不同的定義： 1)1)容積密度（容積密度（bulk densitybulk density） 2)2)粒子密度（粒子密度（particle densityparticle density） 3)3)真密度（真密度（true densitytrue density） 食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)容積密度容積密度：物料質(zhì)量與其所占容器體積之比。它與容器形：物料質(zhì)量與其所占

56、容器體積之比。它與容器形 狀、顆粒密度、含水率、表面特性、物料充填方法有關(guān)。狀、顆粒密度、含水率、表面特性、物料充填方法有關(guān)。主要用于料倉、糧倉的設(shè)計及其承載能力的計算。主要用于料倉、糧倉的設(shè)計及其承載能力的計算。容器：容器：物料裝填高度與容器直徑之比為物料裝填高度與容器直徑之比為6 6。充填方法充填方法：一定程度的沖擊震實；沖擊至最緊密狀態(tài)。一定程度的沖擊震實；沖擊至最緊密狀態(tài)。顆粒密度：顆粒密度：物料質(zhì)量與物料實際體積之比物料質(zhì)量與物料實際體積之比真密度：真密度：物料質(zhì)量與除去物料內(nèi)部孔隙后的物料體積之比物料質(zhì)量與除去物料內(nèi)部孔隙后的物料體積之比食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Pr

57、operties of Foods)(Physical Properties of Foods)流體、連續(xù)固體：當(dāng)溫度、壓力確定時，密度確定流體、連續(xù)固體：當(dāng)溫度、壓力確定時，密度確定 散粒體：堆積密度與顆粒尺寸、堆積方式和歷史有關(guān)。散粒體：堆積密度與顆粒尺寸、堆積方式和歷史有關(guān)。顆粒尺寸相近：堆積密度約在顆粒尺寸相近：堆積密度約在0.560.640.560.64范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。顆粒大小不同，堆積密度增大。顆粒大小不同，堆積密度增大。相同尺寸球形顆粒：相同尺寸球形顆粒： 簡單立方堆積簡單立方堆積=0.52=0.52無序堆積無序堆積 吸濕。即物吸濕。即物料的含水量不僅取決于平衡相對蒸汽壓，而且與

58、趨近料的含水量不僅取決于平衡相對蒸汽壓，而且與趨近平衡狀態(tài)的方向有關(guān)。平衡狀態(tài)的方向有關(guān)。食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)等溫吸濕、解吸線等溫吸濕、解吸線食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods) 水的活性或平衡含水量測定方法很多，大多是把水的活性或平衡

59、含水量測定方法很多，大多是把物料樣品暴露在濕空氣中進行的。物料樣品暴露在濕空氣中進行的。 靜態(tài)法靜態(tài)法是讓物料在靜止?jié)窨諝庵羞_到平衡是讓物料在靜止?jié)窨諝庵羞_到平衡 動態(tài)法動態(tài)法則是用機械方法使空氣流動。則是用機械方法使空氣流動。 食品物性學(xué)食品物性學(xué)(Physical Properties of Foods)(Physical Properties of Foods)試劑名稱試劑名稱A AW W試劑名稱試劑名稱A AW W試劑名稱試劑名稱A AW W硝酸鉀硝酸鉀0.9240.924硝酸鈉硝酸鈉0.7370.737碳酸鉀碳酸鉀0.4270.427(KNO(KNO3 3) )(NaNO(NaNO3

60、 3) )（K K2 2COCO3 32H2H2 2O O）氯化鋇氯化鋇0.9010.901氯化鍶氯化鍶0.7080.708氯化鎂氯化鎂0.3300.330(BaCl(BaCl2 22H2H2 2O)O)(SrCl(SrCl2 26H6H2 2O)O)（MgClMgCl2 26H6H2 2O O）氯化鉀氯化鉀0.8420.842溴化鈉溴化鈉0.5770.577醋酸鉀醋酸鉀0.2240.224(KCl)(KCl)(NaBr(NaBr2H2H2 2O)O)（KAcKAcH H2 2O O）溴化鉀溴化鉀0.8070.807硝酸鎂硝酸鎂0.5280.528氯化鋰氯化鋰0.1100.110(KBr)(K