食品分散體系PPT

1、關(guān)于食品分散體系第一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月分散體系是一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中形成的體系。分散相是分散體系中不連續(xù)的部分，即被分散的物質(zhì)。連續(xù)相是分散體系中連續(xù)的部分，稱分散介質(zhì)。第三章 食品化學(xué)22022/9/11第二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.1 分散體系的特征第三章 食品化學(xué)32022/9/11絕大部分食品屬于分散體系簡單結(jié)構(gòu)：啤酒泡沫是一種氣泡分散在溶液中的體系；牛奶是一種分散有脂肪球和蛋白質(zhì)聚集體的溶液。復(fù)雜結(jié)構(gòu)：夾心凝膠、膠狀泡沫、粉狀食品、人造黃油、面團及面包等。分散狀態(tài)的影響不同組分存在不同相內(nèi)或結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，不存在熱力學(xué)平衡。（分

2、散體系非常重要的特征）第三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)42022/9/11香料組分分散在不同相內(nèi)或結(jié)構(gòu)單元，香料組分的不均勻分布導(dǎo)致不均勻釋放，達到增香效果。結(jié)構(gòu)單元間存在相互吸引作用力，使體系具有稠度。體系具有大稠度影響溶劑的流動性，使傳質(zhì)只能采取擴散而非對流，影響反應(yīng)速率。分散狀態(tài)可能會極大地改變體系的外觀。因為體系是物理意義上的非均相，至少在微觀水平上是非均勻狀態(tài)，所以體系在物理上可能是不穩(wěn)定的。在儲存過程中會發(fā)生許多形式的變化。第四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)52022/9/11分散體系是一個粒子分散在連續(xù)的流體相中的體系。體

3、系中連續(xù)相可能不止一種。食品乳狀液的類型包括水包油型（O/W）和油包水型（W/O）。食品分散體系粒子尺寸：10nm1mm。粒子尺寸大小導(dǎo)致的影響：體系的外觀表面積物理穩(wěn)定性外力的作用分離的難易度 目錄第五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.2 界面活性相界面存在過量自由能，單位焦耳/米（J/m）液態(tài)相界面可以發(fā)生變形，界面自由能就可以視為一個二維的界面張力，符號：；單位:牛頓/米（N/m）;數(shù)值上表面張力和界面自由能相等。具有降低界面張力的物質(zhì)會自動吸附到相界面上，這樣能降低體系總的自由能，這一類物質(zhì)通稱為表面活性劑。第三章 食品化學(xué)62022/9/11第六張，PPT共五十五頁，

4、創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)72022/9/11類肥皂物質(zhì)是小相對分子質(zhì)量的兩親分子，它們的疏水部分是一條典型的脂肪族鏈，親水部分則多種多樣。第七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月HLB值：指一個兩親物質(zhì)的親水-疏水平衡值。表面活性劑的HLB值為140。第三章 食品化學(xué)82022/9/11第八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月在臨界膠束濃度（CMC）以上，許多小分子兩親性物質(zhì)傾向于形成膠束。第三章 食品化學(xué)92022/9/11第九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月接觸角接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角，是潤濕

5、程度的量度。第三章 食品化學(xué)102022/9/11第十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月曲形界面在一個曲形的相邊界上，凹面的壓力總是大于凸面的壓力，兩者之差成為Laplace壓力。 Laplace壓力PL可表達為： PL= Laplace產(chǎn)生的后果：毛細上升現(xiàn)象；影響粉粒在水中的分散；增強氣泡中氣體在氣泡周圍液體中的溶解性。第三章 食品化學(xué)112022/9/11第十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月表面活性劑的作用表面張力降低，Laplace壓力降低，界面變形變得容易。接觸角受到影響，對潤濕和分散過程非常重要。界面自由能降低會相應(yīng)減慢奧氏熟化。表面活性劑的存在產(chǎn)生表面張力梯度

6、。表面活性劑吸附到離子表面可能會極大改變膠體粒子間相互作用力，絕大多數(shù)加強排斥力。小分子表面活性劑與大分子發(fā)生一些特定的相互反應(yīng)。它們與蛋白質(zhì)經(jīng)常發(fā)生締合，大大改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)。 目錄第三章 食品化學(xué)122022/9/11第十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.3 膠體相互作用流體物質(zhì)性質(zhì)膠體相互作用力垂直作用于粒子的表面表面力與表面相切的方向?qū)αＷ颖砻媸┘幼饔糜绊懀簺Q定粒子聚集，決定體系的物理不穩(wěn)定性；聚集的粒子可能會形成某種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而含有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的體系，其流變性質(zhì)和穩(wěn)定性取決于膠體相互作用力；影響了乳狀粒子對（局部）聚結(jié)的敏感性。第三章 食品化學(xué)132022/9/11第

7、十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月范德華力吸引作用普遍性加和性兩個相同球狀粒子，范德華力相互作用自由能： VAAr/12h h10nm r是粒子的半徑； h是粒子間距離； A是Hamaker常數(shù)，取決于粒子的物質(zhì)及存在于粒子之間的流體，在數(shù)量上隨著兩種物質(zhì)性質(zhì)差別增大而增加。第三章 食品化學(xué)142022/9/11第十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月雙電層雙電層為粒子表面到溶液中某一個平面所包圍的區(qū)域，在這個平面上電荷被完全中和。第三章 食品化學(xué)152022/9/11第十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月DLVO理論排斥靜電作用自由能VE同樣尺寸的球狀粒子： V

8、E(4.3109)r0ln(1ekh) k3.2I0.5 I12mizi2 該式適用條件：h10nm,| 0 |40mV,kr1，而且在室溫下的水相中。范德華力吸引的相互作用自由能VA和排斥靜電作用自由能VE可以加和，這樣引出了表述膠體穩(wěn)定的第一個有用的理論DLVO理論。 第三章 食品化學(xué)162022/9/11第十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月空間排斥效應(yīng)一些吸附分子（如聚合物、吐溫系列表面活性劑等）具有柔順的分子鏈（毛狀物），這些分子鏈伸進連續(xù)相中，有可能造成粒子之間的空間排斥作用。產(chǎn)生機制：毛狀物構(gòu)象限制；毛狀物層發(fā)生重疊。第三章 食品化學(xué)172022/9/11第十七張，PP

9、T共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月排除作用兩個分子在相互接近的過程中，它們之間的距離（一個分子的中心到另一個分子的表面的距離）不可能小于分子的有效半徑（無規(guī)線團），所以分布在這兩個分子之間的非吸附性大分子受到排除該區(qū)域的作用。第三章 食品化學(xué)182022/9/11第十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.4 液態(tài)分散體系不穩(wěn)定現(xiàn)象第三章 食品化學(xué)192022/9/11第十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月奧氏熟化：一個分散體系中大粒子的長大是以消耗小粒子為代價，最終導(dǎo)致小的粒子的消失。沉降：如果分散相和連續(xù)相之間存在密度差，粒子就會受到一個浮力的作用。 對食品體系比較重

10、要的影響因素：粒子是不均勻的球體；分散體系中的對流會擾亂小粒子的沉降；粒子聚集，沉降速度加快；粒子體積分數(shù)；液體顯示一個小的屈服應(yīng)力：低于這個應(yīng)力值時液體不會發(fā)生流動。第三章 食品化學(xué)202022/9/11第二十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月聚集動力學(xué):粒子在液體中表現(xiàn)布朗運動性質(zhì)，它們不斷發(fā)生相互碰撞，這種碰撞有可能引發(fā)粒子間的聚集。聚集可逆性：通過添加某些試劑可以使聚集體達到解聚。 水稀釋體系是聚集粒子團解聚的原因：滲透壓降低；離子強度降低；改善溶劑質(zhì)量。第三章 食品化學(xué)212022/9/11第二十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.5 凝膠屈服應(yīng)力、黏彈性第三

11、章 食品化學(xué)222022/9/11第二十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月食品中常見凝膠的三種類型：聚合物凝膠、微晶、顆粒凝膠。第三章 食品化學(xué)232022/9/11第二十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.6 乳狀液乳狀液是一種液體分散在另一種液體中的體系，包括O/W和W/O型。油、水、乳化劑（表面活性劑）、能量乳化過程是在液滴破裂時，乳化劑采用對流的方式及時遷移到新形成的液/液界面上，液滴間碰撞頻繁，若是液滴尚未完全有效的被表面活性劑所覆蓋，它們在碰撞中就有可能再次聚結(jié)在一起。Gibbs-Marangoni效應(yīng)第三章 食品化學(xué)242022/9/11第二十四張，PP

12、T共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月聚結(jié)現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于緊靠在一起的液滴之間那層薄薄的液膜（薄片液膜）發(fā)生破裂而引起的。液膜如果出現(xiàn)小洞，液滴會立即流動到一起。部分聚結(jié)第三章 食品化學(xué)252022/9/11第二十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)262022/9/11思考題冰激凌是泡沫結(jié)構(gòu)性食品，如果要提高其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，該進行哪些方面研究呢？第二十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)272022/9/113.3.7 泡沫體系一、食品中泡沫的形成乳濁液和泡沫的區(qū)別：泡沫中分散相（氣體）所占的體積分數(shù)更大。食品泡沫：氣泡分散在含有可溶性表面活性劑的

13、連續(xù)體或半固體相中的分散體系。氣：CO2或空氣可溶性表面活性劑：蛋白質(zhì)、脂肪連續(xù)相：水溶液、乳濁液或懸濁液。第二十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章食品化學(xué)282022/9/11食品泡沫是非常復(fù)雜的膠體體系。泡沫結(jié)構(gòu)中氣-液界面能達到1m2/ml液體。泡沫大小分布廣泛。表面活性劑的作用：降低表面張力，阻止氣泡聚集。能和截留的氣泡之間形成一個彈性的保護壁壘。如蛋白質(zhì)。第二十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)292022/9/11泡沫的形成方法1.多孔噴灑器 低蛋白質(zhì)的水溶液（0.01-2%）2. 攪拌和振蕩：大量氣相存在3. 將預(yù)先加壓的溶液減壓。如啤酒

14、、可樂等乳濁液和泡沫之間的一個主要差別是在泡沫中分散相（氣體）所占的體積分數(shù)比起在乳濁液中在更大范圍內(nèi)變動。第二十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)302022/9/11攪打過程中充氣機理第三十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)312022/9/11攪打稀奶油形成泡沫的三個階段：迅速充氣階段：液相中未吸附的酪蛋白起泡性能好，導(dǎo)致大量氣體以大氣泡的形式充入乳濁液，少量大氣泡破裂形成小氣泡，從而形成很少量的脂肪球部分聚結(jié)體，聚結(jié)過程不可逆。脂肪球快速聚結(jié)階段：液相中蛋白質(zhì)濃度迅速上升，攪打過程中乳化劑快速競爭解吸界面吸附的酪蛋白，降低了界面吸附層的

15、靜電和空間穩(wěn)定作用，致界面穩(wěn)定性下降，大氣泡開始快速破裂形成小氣泡。是可逆的動態(tài)過程。至氣泡界面被脂肪球及聚結(jié)物緊密包裹形成穩(wěn)定的氣泡。第三十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)322022/9/11大氣泡破裂形成小氣泡和小氣泡合并形成大氣泡的過程中伴隨著脂肪球部分聚結(jié)，從而導(dǎo)致脂肪球部分聚結(jié)速度快速增加。繼續(xù)攪打起泡率保持快速增加，泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯變好，泡沫結(jié)構(gòu)的硬度、稠度、內(nèi)聚性和黏性也快速增加。第三十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)332022/9/11第三十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)342022/9

16、/11第三十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)352022/9/11脂肪球急劇聚結(jié)階段：此時脂肪部分聚結(jié)體已相當(dāng)大，易刺破氣泡的界面膜，導(dǎo)致攪打起泡率降低。此時開始形成較大相互聯(lián)結(jié)的聚結(jié)體，這會顯著增大脂肪球的粒徑和提高攪打稀奶油的硬度、稠度、內(nèi)聚性和黏性。 繼續(xù)攪打起泡率急速下降，氣泡增大，聚結(jié)體形成大的脂肪聚結(jié)體.第三十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)362022/9/11泡沫中氣泡測量掃描電子顯微鏡(SEM)透射電子顯微鏡(TEM)光學(xué)金相顯微鏡第三十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)372022/9/11攪

17、打稀奶油：TEM和SEM冰激淩：SEM獲得的結(jié)構(gòu)是二維的。X射線斷層攝像技術(shù)可拍攝氣泡的三維結(jié)構(gòu)，可獲得氣泡非常詳盡的信息。第三十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)382022/9/11攪打過程中氣泡的粒徑變化攪拌越久是否超好？過長時間（9分鐘以后）攪打，使脂肪球過度聚結(jié)，破壞氣-液界面，小氣泡破裂合并成大氣泡。第三十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)392022/9/11第三十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)402022/9/11氣泡失穩(wěn)機制：Rayleigh-Taylor失穩(wěn)和Kelvin-Helmholtz失

18、穩(wěn)。Rayleigh-Taylor失穩(wěn)是由不同密度流體的接觸面積增加所引起（在食品乳濁液中的氣泡被拉長）Kelvin-Helmholtz失穩(wěn)是由于兩個疊加的流體不同的湍流速度而引起的剪切壓力引起的。第四十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)412022/9/11泡沫的穩(wěn)定性（一）泡沫的去穩(wěn)定化機理乳濁液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，而用于攪打充氣的乳濁液又不同于一般乳濁液。攪打充氣乳濁液：要求制備的乳濁液在靜置條件下相對穩(wěn)定，而在攪打充氣條件下易發(fā)生去穩(wěn)定作用，促使脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)，形成一個由蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳濁液和由脂肪球穩(wěn)定的氣泡共存的泡沫結(jié)構(gòu)。能在凍結(jié)的狀態(tài)下長時間保持穩(wěn)定

19、。泡沫內(nèi)在的不穩(wěn)定更甚于乳濁液，讓氣泡長時間保持穩(wěn)定不易。第四十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)422022/9/11泡沫體系的穩(wěn)定機制氣體擴散毛細流動重力排液Ostwald熟化第四十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)432022/9/111.氣體擴散由于液膜的曲率不同導(dǎo)致氣泡內(nèi)氣壓不同而引起的。如果兩個氣泡聚結(jié)在一起，則它們之間存在一薄的液膜。如圖所示：R1R0R2R1R2a. 兩氣泡半徑相同b. 兩氣泡半徑不同兩接觸氣泡的變形第四十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)442022/9/11氣泡的壓力差可以用Lap

20、lace方程式表示：如半徑分別為R1和R2的氣泡相互接觸，則接觸面之間的壓力差為：如果接觸面的曲率半徑為R0，則可得到曲面兩邊的壓力差為：第四十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)452022/9/11氣體擴散的最終結(jié)果是：小氣泡收縮，大氣泡長大。如果初始半徑相差不大，則擴散慢。第四十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)462022/9/112. 毛細流動當(dāng)三個氣泡聚結(jié)在一起時，它們之間形成三角形狀液膜，這一液膜區(qū)稱Plateau平穩(wěn)邊界（或Gibbs三角形），簡稱PB區(qū)，如下圖所示：2 B液膜PB區(qū) B B 2 2 第四十六張，PPT共五十五頁

21、，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)472022/9/11如果3個氣泡大小相同，則其交界之間互成120度交角。在PB區(qū)的曲率較正常界面（兩個氣泡接觸面）的曲率大，這就意味著此處存在著較大的壓力差。由于壓力差的存在，使得正常界面的液體向著PB區(qū)方向流動而導(dǎo)致液膜變薄，泡沫的穩(wěn)定性下降，這就是泡沫膜的液體滲出作用。第四十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)482022/9/113. 重力排液啤酒泡沫排水時泡沫漸漸從球形氣泡變成多面體氣泡，Why?排水的主要推動力是重力，在多面體泡沫中，Plateau平穩(wěn)態(tài)邊界吸力對排水起推動作用。如溫度越低，粘度越高，則排水速度越慢，氣泡

22、的膨脹速度也越慢，氣泡膜則越厚實，使氣泡維持時間得以延長。5-15nm的臨界厚度第四十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)492022/9/114. Ostwald熟化Ostwald熟化是由于不同直徑的氣泡之間毛細管壓力差，小泡中的氣體會向大氣泡轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致大氣泡越變越大，小氣泡越變越小，最終消失。氣體轉(zhuǎn)移的動力與氣泡的直徑成反比，隨著時間的推移，大氣泡越來越多，泡沫的組織結(jié)構(gòu)變得粗糙。泡沫的不穩(wěn)定是由多種機制共同作用的結(jié)果。第四十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 食品化學(xué)502022/9/11攪打稀奶油：氣泡由蛋白質(zhì)和脂肪球部分聚結(jié)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的，泡沫去穩(wěn)定化主要是由氣體擴散和Ostwald熟化兩種機制引起。氣體的擴散速率主要與氣泡界面上的吸附層、中間相的通透性和氣泡的大?。〝U散動力與氣泡的直徑成反比）等因素有關(guān)。乳化劑的分子量和堆積密度決定了吸附層的通透性，當(dāng)氣泡體積變小，吸附層上乳化劑濃度增大，導(dǎo)致氣泡的表面張力降低和氣體擴散動力減弱。第五十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于