食品物性学复习提纲

第二章 食品的主要形态与物理性质

分子内原子之间的几何排列称为分子结构，分子之间的几何排列称为聚集态结构。

相互作用力：吸引力和推距力 吸引力 共价键 键合力 离子键 （主价力） 金属键 非键合力 （次价力） 加和性 随相对分子质量增加而增加 介电常数增大而降低） 正负电荷静电相互作用 无方向（随周围介质的 静电力 诱导力 色散力 极性分子间的相互作用力（分子距离） 极性分子与其他分子 一切极性非极性分子中 无饱和 无方向 范德华力 （存在一切分子） 作用范围：0.1nm ~ 10nm 氢键 疏水键 空间力 排空力 疏水-->水 有饱和 有方向

自由联接链：如果主链每个单键的内旋转都是完全自由的，则这种高分子链称为自由联结链。（受到非键合力的制约）

受阻旋转链：受到非键合力制约的单链。

高分子链的柔性：含有许多可以内旋的σ键。（无单链，存在一种构象为刚性分子） 柔性：单键数量、主链成分、能垒、取代基数量、取代基体积、极性、温度……

表征高分子链平衡态柔性的参数是链段长度和均方末端距等。

链段：链段是指高分子链中划分出来的可以任意取向的最小链单元。 链段之间自由联接。 末端距：分子链两端点的直线距离

无扰链：理想稀溶液中：链段！溶剂分子之间作用力均等，自然卷曲的链。 动态柔性：高分子链在一点环境下从一种平衡态转变到另一种平衡态的速率。 ΔE-内旋转位能 ·玻尔兹曼公式：S=k lnW

·内聚能： 1mol的凝聚体汽化时所吸收的能量。分子间相互作用能的大小通常用内聚能或内聚能密度来表示。

摩尔汽化热—气体膨胀功

高分子链上极性基团极性越小，内聚能越低，柔性越好。

·结晶态相变为热力学一级相变。 结晶过程：book

七个晶系，十四种晶格 book 熔点温度高 内聚力大 稳定

·液晶态：热致型 溶致型

四种类型：层状、线状、胆固醇、碟状 水合作用：线状-->层状

·玻璃态(无定形) ：近程有序，远程无序，与液态分子相同。 高粘度、高硬度、高脆性

阻碍了分子间的相对流动，在宏观上近似于固态，因此，玻璃态也被称为非结晶固态或过饱和液态，是没有发生相变的固液转换。因此，从动力学上看是稳定的，但从热力学上看是不稳定的。

玻璃态相变为热力学二级相变。

玻璃态转变机理：自由体积理论 自由体积足够多 自由体积不够 橡胶态 玻璃态 高弹性 脆硬性 自由体积不再变化 Tg — 玻璃态-->橡胶态 Vg

自由体积分数f ：自由体积于总体积之比 影响玻璃态转变的因素：

分子链柔性增加或分子间作用力降低——Tg下降

：主链柔性、侧基极性、侧击体积、侧基对称性、相对分子质量、溶剂种类、温度、压力以及WATER 自己手画！

玻璃化转变温度确定方法 差示扫描量热法（DSC）：样品在升温降温过程中热容量的变化信息确定玻璃化转变温度Tg 降温速率慢 降温速率快 水有时间结晶 出现放热峰 水无时间·，或受束缚 没有放热峰 升温速率快 受束缚的水从玻璃态-->结晶态 放热峰（反玻璃化现难以确定最大冷冻浓象）——退火消除影响 缩温度C 动态机械热分析法（DMTA）：一定频率或应力作用下，力学性能随温度变化的信息确定玻璃化转变温度。

力学性能主要为粘弹性：储存模量G’、损耗模量G”、损耗因子δ（tanδ=G”/G’） 四个典型区域： 粘性主导区 分子流状态 弹性主导区 相对稳定弹性网络结构 玻璃化转变区 玻璃化区

·凝胶态

一定尺寸范围的离子或者高分子在另一种介质中构成的三维网络结构形态。 分类：聚合物凝胶态、粒子凝胶态

粒子凝胶态 互相吸引趋势的粒子随机碰撞 范德华力连接 结构脆弱 较小应变范围内触变性 pH、离子强度、溶剂质量 多糖凝胶：浓度越高，黏度越高 …… 明胶：变形胶原

聚合物凝胶态 细长线性高分子 共价键、氢键、盐键、二硫键形成交联点 粘弹性好 交联点数量、点间分子链长度、柔性 第五章 食品质构

评定食品品质的四个因素：外形、风味、质构、营养价值 SZ分类 SH分类

入口前、入口初、咀嚼中、咀嚼后 一次特性 颗粒大小和形状 二 弹性、粘性、粘 附性 三 硬度、酥脆、

·质构分析（TPA）

一起模拟两次咀嚼动作，记录并绘出力与时间的关系。 测出：硬度、弹性、粘附性、内聚性 算出：脆性、韧性、咀嚼性 看懂图！！ 搅拌型测试仪

1、布拉本德粉质仪（面团阻力仪）：面团作用于搅拌翼上的力使转矩倾斜，表读出。 及线时间、面团形成时间、稳定时间、耐力指数

2、淀粉粉力测试仪：边自动加热边记录淀粉糊的黏度，测定淀粉酶活性。 糊化开始温度（GT） 黏度最大温度（MVT） 最大黏度（MV）

MV过高，面粉发酵性差 对面包影响大，对饼干不大；MV低，酶活性强，面团变软，降低质量。

·实例说明 自阅

第六章 颗粒食品的物理性质与流动特性

大直径 小直径 中径 最大突起的最长尺寸 最小突起的最小直径 最大突起的最小直径~最小突起的最大直径 长度 厚度 宽度 圆度：圆度1、圆度2、圆度比（突起的最小曲率半径和平均半径） 球度：球度1（表面积：当量/实际）、球度2、球度3

·体积测量 1、密度瓶法：（气泡影响）液体表面张力小，食品吸收液体缓慢（水、酒精、甲苯……） 2、台秤称量法：

3、气体排出法：误差：忽略连接管体积、高压气体不完全符合理想气体、容器1、2等压不等温、压力计误差

·表面积测量 大体积 小体积 涂金属粉法 ·密度 真实密度 固体密度 物质密度 纯物质 质量/净体积 质量/去除内部孔隙后体积 质量/粉碎无空隙体积 气体排出法 剥皮+剥皮涂膜 S球m球? S样m样颗粒密度 表观密度 堆积密度 质量/完整颗粒体积（内部空隙） 质量/含内外孔隙体积 质量/自然堆放下的体积 气体排出法 液体/固体排出法 一定容积的容器中，振动堆积 ·孔隙率：食品内部孔隙体积与食品表观体积之比。（颗粒：颗粒之间孔隙体积比堆放体积） 密度法：

表观密度固体体积表观孔隙率?1-?1?固体密度表观体积 堆积孔隙率?1-?1?堆积密度表观密度表观/颗粒体积堆积体积 表观+堆积=总孔隙率

·筛析法 过不同目的筛子，测量不同尺寸的质量分布

·散粒体流动特性：粒子粘附性、摩擦性以及粒子与容器表面的力学性质。 摩擦力=接触表面凹凸不平的剪切力以及克服表面粘附所需的力 与实际接触面积成正比，与接触面间的滑动速率有关

休止角 粒径↓ 粘附性↑ 粒子越接近球形 水分增加

内摩擦角：孔隙率增大线性减小

壁面摩擦角、滑动摩擦角：粒状>粉状 粘附性小：休止角=内摩擦角>壁面摩擦角 含水量大：休止角>内摩擦角

·离析： 附着离析 填充离析 滚落离析 沉降时粗细粒分离 倾斜状堆积层移动 形态不同、滚落摩擦状态不同 细微粒附着壁面 小粒子从大粒子空隙筛出 小颗粒落入大粒子空隙(在料斗)，微粒在中心 休止角Фr越大 内摩擦力↑ 散落能力↓

落粒拱：散粒体堵在排料口处，在排料口上方形成拱桥或洞穴。 粒径小，形状复杂、提及质量小、潮湿——落粒拱现象严重。

布朗理查德理论：

A——快速滑动带 B——缓慢滑动带 C——垂直运动带 D——自由降落带 E——静止带

整体流 漏斗流

·粉尘爆炸：

最小爆炸浓度、最低危险质量、最低点火能量、最低点火温度、最大氧燃烧浓度 粉尘颗粒小于200μm 粉尘浓度约为50g/m3 点火源能量等于1mJ 温度超过400℃

1、良好规范操作 2、真空吸入 3、加湿 4、真空作业 5、减少火源

第七章 食品热物性

热导率：材料传递热量的能力，单位W/（m·K） 导热能力随水分含量增加而增加，导热率在水和空气范围内，这种热导率称为有效热导率（固体成分+孔隙导热能力）

热导率估算的模型：平行、垂直、交错、二元体系

ke??kiXivi?1nVVVkmax?kwXw?kX?kXaterwswair

XiwXiv??i?(?i?1nXiwi)

二元体系公式要的

探针法：不适合多孔和低于冰点 公式 Fitch法：热导率较低的生物材料 公式

·比热容：单位质量的物质温度升高1℃所需的热量。

如果食品组分发生相变，比热容不但反映显热，也要反映相变热，同时含显热和相变热的比热容叫做表观比热容。（图） 1、量热计：

2、差示扫描量热计（DSC）： 图and公式！！

热扩散系数

第八章 食品的电特性

电子位移极化 原子极化 取向极化 外电场-->非极性分子 外电场-->原子，原子团 偏移极化 固有电矩 外电场-->分子电距转向外电场方向 介质垂直电场方向方面两端面产生极化电荷 沿外电场方向

相对介电常数：表示物料可能贮存的电场能量

介电损耗：被极化的极性分子在电场中做趋向运动，碰撞和摩擦，电能转化为热能。 食品在电磁场中的能量损失：电导引起的电导损失+介电损耗 频率 温度↑ 见图 介电性能：束缚水↑ 自由水↓ 低温都很小 高温状态：随温度升高而降低 ω-->0 ω-->正无穷 介电常数↓：热运动加剧，降低偶极子定向排列度 介电损耗↓：黏度下降 【对离子或带电粒子移动引起的介电损耗增大 ：对偶极子，分子作用力降低】 自由水 水分超过临界水分，介电损耗因数显著增加 盐溶液 介电常数较小 加盐↑ 碳~ 蛋~ 有氢键介电损耗大 变性的检测 离子与水分作用，束缚自由度，降低极化强度 带电粒子浓度增加，迁移增强 糊化淀粉介电性能高（水分子束缚作用小） ·介电松弛

反应分子运动的难易程度。

松弛时间：由非极化状态到极化状态的时间。

·电导：描述物体传到电流性能的物理量。通过带电粒子的定向传递完成。 电子传递 离子传递 紧邻分子间的电子轨道能级跃迁完成 分子间的自由体积或者流动介质完成

温度升高，黏度下降，有利于带电粒子的传递。

·微波加热

原理：利用水分子在微博场中的快速旋转而产生的摩擦热。 高频波与微波加热称为介电感应加热。 微波加热具有选择性：不同分子吸收微波热的能力不同。水或其他物质在微波域的介电损耗最大，对微博能吸收最大，极性分子都有吸收微波最大特征峰。 优点 穿透性，能量直接到达食品内部的深度 能量直接传递给食品内部，尤其是内部水 缺点：加热不均 加热选择性 反射穿透折射吸收等的影响 电场尖角集中效应

·静电利用

气体离子化后，在电场内移动并向物质的散体微粒传递电荷，散体粒子带电后，受电场作用从一级向另一极进行定向移动，达到分离和加工的目的。 被激电离法 自激电离

·电渗透脱水

在外电场作用下，带电荷的液体做定向移动。——书

·欧姆加热：电流通过物体时，阻抗损失，介电损耗等意思，电能转化为热能。 直流电易引起变质，电解腐蚀，造成食品金属离子污染。一般用交流电。 优点 加热均匀 加热不需混合与搅拌 热损耗小，节约能源 设备体积小，无污染

问题 加热速度控制 非均质物质 细胞壁细胞质电导率不同 第三章 黏性食品的流变特性

黏性食品 粘弹性食品 流体性质 黏性流体性质 黏性液态食品 固体性质 黏性：阻碍流体流动的性质。表现流体流动性质的指标

即为液体的应变速率，也称剪切速率或速度梯度

应变的大小与应变所需时间之比-->变形速率

剪切应力σ：切向方向的应力分量

满足此关系式：

非牛顿流体，用经验公式表示：

η为黏度

【幂律模型】

k为黏性（浓度）系数，与浓度有关

n流动特性指数

表观黏度：

表观粘度是非牛流体在一特定剪切速率下的粘度。 假塑性流体 01 剪切速率增加，表观黏度增加（剪切增稠流动） 假塑性流体原因：

固形物在液体中流动发生絮凝和缠绕，阻力增大，显示高粘度。但当流速增大时，也就是由于流层之间的剪应力的作用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩成团，减少丁相互勾挂，这就出现了剪切稀化现象。

研究表明，剪切稀化的程度与分子链的长短和线形有关。直链分子构成的液体，比多支结构分子的液体剪切稀化程度大。

胀塑性流体原因：胀容现象解释,胀塑性流体胶粒一般糊状，至密填充，水在其间期润滑作用，搅动时水混合，不润滑，阻力骤然增大，甚至该失去流体性质。 塑性流体 触变性流体 液体在振动、搅拌、摇动时黏性减少，流动性增加，静置一段时间后，又变得不易流动的现象。 Eg：番茄酱 黏度与剪切速率与剪切时间有关 机理：随着剪切应力的增加，粒子间结合的结构受到破坏，黏性减少。 当作用力停止时，粒子间结合的构造逐渐恢复原样，但需要一段时间。因此，剪切速率减少时的曲线与增加时曲线不重叠，形成滞后曲线。 时间间隔越短，滞后曲线包围面积越大，结构破坏越大。 触变性一定假塑性 假塑性不一定触变性 相对粘度 比黏度 换算黏度（2种）

固有黏度 c-->0 比黏度和换算黏度[ η ] = KMa

流凝性流体 Eg：糖浆 黏度随剪切速率与剪切时间增加

黏度影响因素： 温度 TgTg+100K 分散相

乳化剂（稳定剂）使η增加。 毛细管粘度计 旋转圆通粘度计 锥板黏度计 平行板粘度计 落球黏度计 转子粘度计

奥氏粘度计 乌氏粘度计 分散相的相对分子质量 分散相浓度 分散相黏度 分散相形状 WLF方程 阿伦尼乌斯方程??Ae?ERT 较低：η0 ~ M 较高（大于临界值M0：缠绕） 高浓度悬浊液：布朗运动 粒径小，数量多，接触几率大，黏度上升 第四章 黏弹性食品的流变特性

粘弹性是又有固体的弹性，也有液体的黏性这样的两种特性的食品。 线性粘弹性（本书讨论） 非线性粘弹性 剪切模量反应的是，是 弹性模量E 体积模量K 剪切模量G F?ld? ?? E? 图！！ Ald??VdV dp??K ?v?VVF剪切应力??t A?? 物体形变难易值 大：不易变形 各项同性：K一致 各项异性：K不同 材料受力弯曲或扭曲的难易程度、是单位剪切变形所需要的剪切应力。 物质的固有常数 海绵?=0 ?V?K?V ??G??G? 剪应变??泊松比 x?tan??? y0???0.5 ????t ?t横向应变 ?l轴向应变 ?l

结构较强 高压缩性和刚性 两种极端情况下 应力松弛 试样瞬时变形后，应变量不变的情况下，内部的应力随时间的延长而下降的情况。 蠕变 应力不变，应变随时间变化而逐渐增加 材料易变形，体积不易变化 E=3G E=3K （三倍定律） E、G较低，但K相比很大 E、G较高，K相比很小 ?=0.5 ?=0 保持该形变，高分子链或链段在构象和空间 位置上调整，（产生黏性阻力）适应这种变形。 共性：都是为了适应新的状态而坐的微观调整，都与时间有关 单要素模型 虎克模型 弹簧 阻尼模型 黏壶 滑块模型 麦克斯韦模型 弹+黏 串 应力松驰 变形大小、受力大小成正比 去载保持形变，无弹性恢复 t??? ???t ?(t)??0e? E?????E??? ???E???其中?? ?E 麦克斯韦应力松弛时间 t??时，???0/e 同处?0，得到E（t） ?????E?E ??????开尔文模型 d?n（前有） dt弹 黏 并 蠕变 ??E?(t)???(t)??0Ed?(t) 开尔文方程 dt?t???E??? ???E??? (1?e?) 蠕变推迟时间 其中???E 形变达到平衡形变量的63.21%的时间 蠕变恢复 ?(t)??1e ?t?t1? 接触应力时的最大应变 应力松弛：两个麦克斯韦并联 公式 蠕变：麦克斯韦和开尔文串联 公式

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