食品的力学性质和流变学基础.ppt
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第二章食品的力学性质和流变学基础v食品物质的胶黏性食品物质的胶黏性n食品物性构成体系与力学性质的复杂性食品物性构成体系与力学性质的复杂性n胶体的概念胶体的概念n分散系统的胶体分散系统的胶体n食品的胶黏性与食品加工食品的胶黏性与食品加工v食品流变学食品流变学n食品流变学概述食品流变学概述n食品的黏性食品的黏性n食品的黏弹性食品的黏弹性第一节食品物质的胶黏性2、胶体的概念:
除除了了纯纯液液体体食食品品外外,几几乎乎所所有有的的食食品品在在食食用用时时的的状状态态都都可以看做胶体。
可以看做胶体。
胶胶体体系系统统主主要要由由胶胶体体粒粒子子(colloidalparticle)组组成成,是是一一种种多相分散系统,也称为非均质分散系统。
多相分散系统,也称为非均质分散系统。
类型高分子溶液胶体溶液悬浊液粒子大小1nm1100nm约200nm观察手段电子显微镜电子显微镜,超显微镜光学显微镜渗透性可通过半透膜可透过滤纸,但不能透过半透膜不能透过滤纸透光性透明显示廷德尔现象很混浊胶体粒子的大小胶体粒子的大小和胶体的特征和胶体的特征第一节食品物质的胶黏性3、分散系统的胶体:
按按照照胶胶体体粒粒子子在在分分散散系系统统中中的的存存在在状状态态,可可以以把把胶胶体体系系统分成统分成9种。
种。
连续相连续相分散相分散相类别名称类别名称食食品品举举例例气体气体液体液体气溶胶气溶胶弥漫香气的雾弥漫香气的雾固体固体粉粉末末淀粉、小麦粉、砂糖、脱脂奶粉等淀粉、小麦粉、砂糖、脱脂奶粉等液体液体气体气体泡泡沫沫掼奶油、软冰淇淋、啤酒沫等掼奶油、软冰淇淋、啤酒沫等液体液体乳胶体乳胶体牛奶、生奶油、黄油、卵黄、蛋黄酱等牛奶、生奶油、黄油、卵黄、蛋黄酱等固体固体悬胶体悬胶体果汁、汤汁果汁、汤汁溶溶胶胶调味汁、肉汤、淀粉糊调味汁、肉汤、淀粉糊凝凝胶胶果冻、凉粉、鸡蛋羹、豆腐果冻、凉粉、鸡蛋羹、豆腐固体固体气体气体固体泡固体泡面包、馒头、蛋糕、饼干面包、馒头、蛋糕、饼干液体液体固体凝胶固体凝胶果冻、熟米饭粒果冻、熟米饭粒食品胶体系统的分类食品胶体系统的分类第一节食品物质的胶黏性气溶胶:
稳定性气溶胶:
稳定性粉末粉末表观比体积:
单位质量粉末所充填的体积。
表观比体积:
单位质量粉末所充填的体积。
表观密度:
包括粉末间隙在内的单位体积粉体的质量。
表观密度:
包括粉末间隙在内的单位体积粉体的质量。
孔隙率:
一定体积的粉末中,空隙所占体积的比率。
孔隙率:
一定体积的粉末中,空隙所占体积的比率。
孔隙率孔隙率V0/V=(V-V1)/V气泡气泡(bubble):
在液体中分散有许多气体的分散系统:
在液体中分散有许多气体的分散系统第一节食品物质的胶黏性乳胶体:
乳胶体:
两两种种互互不不相相溶溶的的液液体体,其其中中一一方方为为微微小小的的液液滴滴分分散散在在另另一方液体中的胶体。
一方液体中的胶体。
水水包包油油型型(O/W),油油包包水水型型(W/O)W/O)。
在在外外力力的的强强烈烈作作用用下,两者可相互转化。
下,两者可相互转化。
第一节食品物质的胶黏性乳胶体:
乳胶体:
多多相相乳乳胶胶体体(multilayeremulsion),把把(O/W)或或(W/O)型型乳乳胶胶体体整整个个看看成成一一个个连连续续相相,再再向向其其中中加加入入水水或或油油后后,得得到的一种均一体系。
包括到的一种均一体系。
包括W/O/W或或O/W/O型乳胶体。
型乳胶体。
第一节食品物质的胶黏性乳胶体:
乳胶体:
乳胶体类型的判断:
乳胶体类型的判断:
稀稀释释法法:
将将1滴滴乳乳胶胶液液滴滴滴滴入入水水中中,如如果果它它能能扩扩散散到到整个水中,就是整个水中,就是O/W型,反之就是型,反之就是W/O型。
型。
导导电电法法:
水水和和油油的的导导电电性性质质有有很很大大差差异异,用用电电流流计计的的两两极极插插入入乳乳胶胶液液中中,入入会会路路线线是是通通电电,则则为为O/W型型,反反之为之为W/O型。
型。
色色素素染染色色法法:
利利用用色色素素是是否否溶溶解解于于连连续续相相来来判判断断。
用用不不溶溶于于油油的的水水溶溶性性色色素素(如如甲甲基基橙橙)加加入入乳乳胶胶体体中中,如如果果溶解,则为溶解,则为O/W型,反之为型,反之为W/O型。
型。
第一节食品物质的胶黏性溶胶和凝胶:
大部分食品的主要形态。
溶胶和凝胶:
大部分食品的主要形态。
溶溶胶胶(sol):
可可以以流流动动的的胶胶体体溶溶液液。
把把分分散散介介质质(连连续续相相)是是水水的的胶胶体体称称为为亲亲水水性性胶胶体体(hydrocolloid),对对这这样样的的溶溶胶胶称为水溶胶称为水溶胶(hydrosol)。
凝凝胶胶(gel):
在在分分散散介介质质中中的的胶胶体体粒粒子子或或高高分分子子溶溶质质,形形成成整整体体构构造造而而失失去去了了流流动动性性,或或胶胶体体全全体体虽虽含含有有大大量量液液体体介质而固化的状态称为凝胶。
介质而固化的状态称为凝胶。
干干凝凝胶胶(xerogel):
凝凝胶胶放放置置后后,逐逐渐渐离离浆浆脱脱水水成成为为干干燥燥状状态态,称称为为干干凝凝胶胶。
干干凝凝胶胶浸浸泡泡在在水水中中,一一般般会会吸吸水水变变软软,称为膨润。
称为膨润。
第一节食品物质的胶黏性溶胶和凝胶:
溶胶和凝胶:
凝凝胶胶的的形形成成机机理理:
有有纤纤维维状状高高分分子子相相互互缠缠结结,或或分分子子间间键键结结合合,得得到到三三维维的的立立体体网网络络结结构构而而形形成成。
水水保保持持在在网网络络的的网网格中,全体失去流动性质。
格中,全体失去流动性质。
凝凝胶胶可可分分为为热热不不可可逆逆凝凝胶胶(蛋蛋白白凝凝胶胶)和和热热可可逆逆凝凝胶胶(多多糖凝胶)或易离水凝胶(豆腐)和难离水凝胶(果冻)。
糖凝胶)或易离水凝胶(豆腐)和难离水凝胶(果冻)。
离离浆浆:
凝凝胶胶经经过过一一段段时时间间放放置置后后,网网格格会会逐逐渐渐收收缩缩,并并把把网格中的水挤出来。
网格中的水挤出来。
凝凝胶胶的的重重要要性性:
很很多多食食品品是是在在凝凝胶胶状状态态下下食食用用的的;凝凝胶胶状状态态食食品品的的力力学学性性质质对对其其口口感感、风风味味起起着着决决定定的的作作用用;研研究究和和改善食品的质地改善食品的质地(texture),主要是研究凝胶状态物质的模型。
,主要是研究凝胶状态物质的模型。
第二节食品流变学11、食品流变学概述、食品流变学概述流流变变学学(rheology):
研研究究物物质质在在力力作作用用下下变变性性或或流流动动,以以及力的作用时间对变形的影响的科学。
及力的作用时间对变形的影响的科学。
流流变变学学的的研研究究对对象象一一般般指指:
油油脂脂、橡橡皮皮、淀淀粉粉、蛋蛋白白、等等力力学学性性质质介介于于固固体体和和液液体体之之间间的的物物质质。
对对这这些些物物质质的的黏黏性性、塑塑性性、触触变变性性、黏黏弹弹性性等等现现象象进进行行研研究究,从从这这些些物物质质的构造、组成上解释以上现象,找出其表现规律。
的构造、组成上解释以上现象,找出其表现规律。
第二节食品流变学11、食品流变学概述、食品流变学概述由由于于力力学学性性质质与与食食品品的的化化学学成成分分、分分子子构构造造、分分子子内内结结合合状状态态、分分子子间间结结合合状状态态、分分散散状状态态、以以及及组组织织构构造造有有极极大大关系,因此流变学可以说是食品力学性质方面的物性理论。
关系,因此流变学可以说是食品力学性质方面的物性理论。
食品流变学研究的对象是所有的食品和食品原材。
食品流变学研究的对象是所有的食品和食品原材。
食食品品流流变变学学研研究究的的目目的的是是要要解解决决实实际际食食品品加加工工中中出出现现的的各各种问题种问题,提高食品的品质和质量。
,提高食品的品质和质量。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(11)应力与应变的概念)应力与应变的概念应应力力(stress):
单单位位面面积积所所承承受受的的作作用力用力正应力:
受力面积与施力方向垂直正应力:
受力面积与施力方向垂直剪应力剪应力(shearstress):
受力面积与施力方向互相正交:
受力面积与施力方向互相正交应应变变(strain):
外外力力作作用用下下不不产产生生位位移移时时,几几何何形形状状和和尺尺寸寸的的变化(形变)。
变化(形变)。
剪切应变剪切应变(shearstrain):
在剪切应力作用下的形变。
:
在剪切应力作用下的形变。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(11)应力与应变的概念)应力与应变的概念剪剪切切速速率率:
液液体体流流动动过过程程中中,剪剪切切应应变变与与所所需需时时间间之之比比为为剪切速率,也称为应变速率或速率梯度,单位为剪切速率,也称为应变速率或速率梯度,单位为s-1。
对对于于流流体体而而言言,内内部部某某一一点点的的剪剪切切速速率率又又可可以以表表述述为为该该点点的即时速度与该点形变的截面尺寸的比值,即的即时速度与该点形变的截面尺寸的比值,即s-1。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(22)黏度的概念)黏度的概念(viscosity)流流体体在在流流动动时时,阻阻碍碍流流体体流流动动的的性性质质称称为为黏黏性性。
黏黏性性是是表表征流体流动性质的指标。
征流体流动性质的指标。
黏黏性性产产生生的的原原因因:
从从微微观观上上讲讲就就是是流流体体受受力力作作用用,其其质质点点间间作作相相对对运运动动时时产产生生阻阻力力的的性性质质。
这这种种阻阻力力来来自自内内部部分分子子运动和分子引力。
运动和分子引力。
黏性的大小用黏度(或称黏性率、黏性系数)来表示。
黏性的大小用黏度(或称黏性率、黏性系数)来表示。
根根据据变变形形的的方方式式,黏黏度度可可以以分分为为剪剪切切黏黏度度、延延伸伸黏黏度度和和体体积黏度。
积黏度。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(22)黏度的概念)黏度的概念牛牛顿顿流流动动状状态态方方程程:
描描述述流流体体的的应应力力与与应应变变的的关关系系,由由于于液液体体受受剪剪切切应应力力作作用用,变变形形表表现现为为流流动动,即即剪剪切切速速率率的的大大小,因此流动状态方程表述为:
小,因此流动状态方程表述为:
式式中中为为剪剪切切应应力力;为为剪剪切切应应力力与与剪剪切切速速率率之之间间的的比比例例系系数数,表表示示液液体体流流动动的的阻阻力力大大小小,被被定定义义为为黏黏度度(viscosity)。
黏度的倒数。
黏度的倒数称为称为流度流度(fluidity)。
黏黏度度的的值值等等于于流流体体在在剪剪切切速速率率为为1s-1时时所所产产生生的的剪剪切切力力,单位是单位是Pas(泊),常用单位有厘泊(泊),常用单位有厘泊(cP)。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(22)黏度的概念)黏度的概念非非牛牛顿顿流流动动状状态态方方程程:
自自然然界界中中的的液液体体,多多不不符符合合牛牛顿顿流流体定律,其流动状态方程可由经验公式表示。
体定律,其流动状态方程可由经验公式表示。
式式中中k为为黏黏性性常常数数,与与液液体体浓浓度度有有关关,也也称称浓浓度度系系数数;n为流态特性指数。
为流态特性指数。
令令,则,则。
为为表表观观黏黏度度(apparentviscosity)。
不不但但与与k和和n有有关关,还是剪切速率的函数,即为液体在某一定流速下的黏度。
还是剪切速率的函数,即为液体在某一定流速下的黏度。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(22)黏度的概念)黏度的概念对对实实际际的的许许多多流流体体,当当施施加加应应力力时时不不会会产产生生流流动动,需需要要将将应应力力增增大大到到某某一一个个定定值值0后后,液液体体才才开开始始流流动动。
因因此此流流动状态方程又进一步被表述为:
动状态方程又进一步被表述为:
式中式中0为屈服应力为屈服应力(yieldvalue)。
第二节食品流变学22、食品的黏性、食品的黏性(33)流体的分类)流体的分类牛顿流体牛顿流体(n=1)假塑性流体假塑性流体(0n1)塑性流体
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- 食品 力学 性质 流变学 基础