液態(tài)食品物性

關(guān)于液態(tài)食品物性第1頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第一節(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)造第2頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五（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)的動態(tài)構(gòu)造水分子之間形成的分子團(tuán)是一種動態(tài)構(gòu)造。第3頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五（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。(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。第4頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五（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。

第5頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五

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。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。

第6頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五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

第7頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五

（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。

第8頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五三、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。

第9頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五二)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)。第10頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第11頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五常用的食用乳化劑：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)

第12頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五式中，MW：親水基部分分子量，MO：親油基部分分子量。當(dāng)MW＞MO時(shí)，H.L.B.＞7，稱為親水性乳化劑，MW＜MO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)

第13頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五三)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)動第14頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五

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)超聲波振動均質(zhì)機(jī)：利用20～25kHz的超聲波振動使牛奶脂肪球破碎。第15頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五024651015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第16頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五2.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17頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第二節(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。η溶液黏度η0

分散介質(zhì)黏度第18頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五2、比黏度sp

：3、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。η溶液黏度η0

分散介質(zhì)黏度第19頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五4、特性黏度：5、極限黏度或固有黏度：第20頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(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)的影響第21頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五分散介質(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。

第22頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五乳化劑的影響

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)、粒子間流動的影響。(4)改變粒子荷電性質(zhì)引起的黏度效果。

第23頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五穩(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。

第24頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五黏度的測定–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)動的阻礙二、液體食品流變性的測量

第25頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五1、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)管測定儀器

第26頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五2.常見的毛細(xì)管黏度計(jì)

(1)分類：

①定速流動式(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速度變化的非牛頓液體。②定壓流動式。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。③位差式。流動壓力靠液體自重產(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。

第27頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(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)第28頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第29頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五二)落球式黏度計(jì)

落球式黏度計(jì)的原理即，在黏度為η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。第30頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五測定時(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)。第31頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五三)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)式錐板式平行板式第32頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第33頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五1.同軸圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)

一種外筒轉(zhuǎn)，內(nèi)筒不動；

一種內(nèi)筒轉(zhuǎn)，外筒不動。

以內(nèi)筒浸入被測液體中，

內(nèi)筒以角速度ω轉(zhuǎn)動。

第34頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五2.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)筒大得多的情況。

式中，k:彈簧扭轉(zhuǎn)彈性率，θ：偏轉(zhuǎn)角，h：轉(zhuǎn)子浸入液中的高度，ω：轉(zhuǎn)速，R：轉(zhuǎn)子半徑。

第35頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五3.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)

第36頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五各種方法測定的黏度范圍第37頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第三節(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。第38頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五一、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。

第39頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(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第40頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五一)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第41頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五二)毛細(xì)管上升法h0ρ

1ρ22.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。第42頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五三)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。第43頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五四)壓泡法式中：：表面張力；r：毛細(xì)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。第44頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(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。

第45頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(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)作為乳化劑第46頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五具有起泡作用和穩(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。

第47頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(四)產(chǎn)生泡沫的方法

產(chǎn)生泡沫的方法主要有吹氣法(bubblingmethod)攪拌法(whippingorbeatingmethod)振蕩法(shakingmethod)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。第48頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第49頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五第50頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五二、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)。第51頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(3)泡密度：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(overrun)：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)。第52頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五一般情況下，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。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)。第53頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五膨脹度是生產(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。第54頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五測量膨脹度的方法：a.用量杯進(jìn)行手工操作b.自動測定儀膨脹度自動測定裝置1.自動閥2.自動閥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.管道岔口第55頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(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、15、17、18.薄膜20.玻璃筒第56頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五關(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

第57頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五三、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。

第58頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五(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值的影響第59頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五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)后第60頁，共68頁，2023年，2月20日，星期五大豆蛋白產(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C2356