食品分散体系

1、第三章第三章 食品化学食品化学 12021-7-15 目录目录 3.3.1 分散体系的特征分散体系的特征 3.3.2 界面活性界面活性 3.3.3 胶体相互作用胶体相互作用 3.3.4 液态分散体系液态分散体系 3.3.5 凝胶凝胶 3.3.6 乳状液乳状液 3.3.7 泡沫体系泡沫体系 v 分散体系是一种或几种分散体系是一种或几种物质分散物质分散在另一种在另一种物质物质中中 形成的体系。形成的体系。 v 分散相是分散体系中分散相是分散体系中不连续不连续的部分，即的部分，即被分散被分散的的 物质。物质。 v 连续相是分散体系中连续相是分散体系中连续连续的部分，称分散介质。的部分，称分散介质。

2、第三章第三章 食品化学食品化学 22021-7-15 3.3.1 分散体系的特征分散体系的特征 第三章第三章 食品化学食品化学 32021-7-15 v 绝大部分食品属于分散体系绝大部分食品属于分散体系 v 简单结构：啤酒泡沫是一种气泡分散在溶液中的简单结构：啤酒泡沫是一种气泡分散在溶液中的 体系；牛奶是一种分散有脂肪球和蛋白质聚集体体系；牛奶是一种分散有脂肪球和蛋白质聚集体 的溶液。的溶液。 v 复杂结构：夹心凝胶、胶状泡沫、粉状食品、人复杂结构：夹心凝胶、胶状泡沫、粉状食品、人 造黄油、面团及面包等。造黄油、面团及面包等。 v 分散状态的影响分散状态的影响 不同组分存在不同相内或结构单元内

3、，不同组分存在不同相内或结构单元内，不存在热不存在热 力学平衡。（分散体系非常重要的特征）力学平衡。（分散体系非常重要的特征） 第三章第三章 食品化学食品化学 42021-7-15 香料组分分散在不同相内或结构单元，香料组分香料组分分散在不同相内或结构单元，香料组分 的不均匀分布导致不均匀释放，达到增香效果。的不均匀分布导致不均匀释放，达到增香效果。 结构单元间存在相结构单元间存在相互吸引作用力互吸引作用力，使体系具有，使体系具有稠稠 度。度。 体系具有大稠度影响溶剂的流动性，使传质只能体系具有大稠度影响溶剂的流动性，使传质只能 采取扩散而非对流，影响反应速率。采取扩散而非对流，影响反应速率。

4、 分散状态可能会极大地改变体系的外观。分散状态可能会极大地改变体系的外观。 因为体系是物理意义上的非均相，至少在微观水因为体系是物理意义上的非均相，至少在微观水 平上是非均匀状态，所以体系在平上是非均匀状态，所以体系在物理物理上可能是上可能是不不 稳定稳定的。在储存过程中会的。在储存过程中会发生发生许多形式的许多形式的变化变化。 第三章第三章 食品化学食品化学 52021-7-15 v 分散体系是一个粒子分散在连续的流体相中的体分散体系是一个粒子分散在连续的流体相中的体 系。体系中连续相可能不止一种。系。体系中连续相可能不止一种。 v 食品乳状液的类型包括水包油型（食品乳状液的类型包括水包油型

5、（O/W）和油包）和油包 水型（水型（W/O）。）。 v 食品分散体系粒子尺寸：食品分散体系粒子尺寸：10nm1mm。 v 粒子尺寸大小导致的影响：粒子尺寸大小导致的影响： 体系的外观体系的外观 表面积表面积 物理稳定性物理稳定性 外力的作用外力的作用 分离的难易度分离的难易度 目录目录 3.3.2 界面活性界面活性 v 相界面存在相界面存在过量过量自由能，单位焦耳自由能，单位焦耳/米米（J/m） v 液态相界面可以发生变形，界面自由能就可以视液态相界面可以发生变形，界面自由能就可以视 为一个二维的为一个二维的界面张力界面张力，符号：；单位，符号：；单位:牛顿牛顿/米米 （N/m）;数值上表面

6、张力和界面自由能相等。数值上表面张力和界面自由能相等。 v 具有具有降低界面张力降低界面张力的物质会自动吸附到相界面上，的物质会自动吸附到相界面上， 这样能这样能降低体系总的自由能降低体系总的自由能，这一类物质通称为，这一类物质通称为 表面活性剂。表面活性剂。 第三章第三章 食品化学食品化学 62021-7-15 第三章第三章 食品化学食品化学 72021-7-15 v 类肥皂物质是小相对分子质量的类肥皂物质是小相对分子质量的两亲分子两亲分子，它们，它们 的的疏水部分疏水部分是一条典型的脂肪族链，是一条典型的脂肪族链，亲水部分亲水部分则则 多种多样。多种多样。 vHLB值：指一个两亲物质的值：

7、指一个两亲物质的亲水亲水-疏水平衡值疏水平衡值。 v表面活性剂的表面活性剂的HLB值为值为140。 第三章第三章 食品化学食品化学 82021-7-15 v在临界胶束浓度（在临界胶束浓度（CMC）以上，许多小分子两亲）以上，许多小分子两亲 性物质倾向于形成胶束。性物质倾向于形成胶束。 第三章第三章 食品化学食品化学 92021-7-15 接触角接触角 v接触角是指在气、液、固接触角是指在气、液、固三相三相交点处所作的气交点处所作的气-液液 界面的切线穿过液体与固界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的液交界线之间的夹角夹角， 是润湿程度的量度。是润湿程度的量度。 第三章第三章 食品化学食品化学

8、102021-7-15 曲形界面曲形界面 v在一个曲形的相边界上，凹面的压力总是大于凸面在一个曲形的相边界上，凹面的压力总是大于凸面 的的压力压力，两者之，两者之差差成为成为Laplace压力。压力。 Laplace压压 力力PL可表达为：可表达为： PL= Laplace产生的后果：产生的后果： 毛细上升现象；毛细上升现象； 影响粉粒在水中的分散；影响粉粒在水中的分散； 增强气泡中气体在气泡周围液体中的溶解性。增强气泡中气体在气泡周围液体中的溶解性。 第三章第三章 食品化学食品化学 112021-7-15 表面活性剂的作用表面活性剂的作用 表面张力降低，表面张力降低，Laplace压力降低，

9、界面压力降低，界面变形变形变变 得容易。得容易。 接触角受到影响，对接触角受到影响，对润湿润湿和和分散分散过程非常重要。过程非常重要。 界面自由能界面自由能降低降低会相应减慢会相应减慢奥氏熟化奥氏熟化。 表面活性剂的存在产生表面活性剂的存在产生表面张力梯度表面张力梯度。 表面活性剂吸附到离子表面可能会极大表面活性剂吸附到离子表面可能会极大改变改变胶体胶体 粒子间粒子间相互作用力相互作用力，绝大多数加强排斥力。，绝大多数加强排斥力。 小分子表面活性剂与大分子发生一些特定的相小分子表面活性剂与大分子发生一些特定的相互互 反应反应。它们与蛋白质经常发生缔合，大大改变了。它们与蛋白质经常发生缔合，大大

10、改变了 蛋白质的性质。蛋白质的性质。 目录目录 第三章第三章 食品化学食品化学 122021-7-15 3.3.3 胶体相互作用胶体相互作用 v流体物质性质流体物质性质 v胶体相互作用力胶体相互作用力垂直垂直作用于粒子的表面作用于粒子的表面 v表面力与表面力与表面相切表面相切的方向对粒子表面施加作用的方向对粒子表面施加作用 v影响：影响： 决定粒子聚集，决定体系的决定粒子聚集，决定体系的物理不稳定性物理不稳定性； 聚集的粒子可能会形成某种网状结构，而含有网状聚集的粒子可能会形成某种网状结构，而含有网状 结构的体系，其结构的体系，其流变性质流变性质和和稳定性稳定性取决于胶体相互取决于胶体相互 作

11、用力；作用力； 影响了乳状粒子对（局部）影响了乳状粒子对（局部）聚结的敏感性聚结的敏感性。 第三章第三章 食品化学食品化学 132021-7-15 范德华力吸引作用范德华力吸引作用 v普遍性普遍性 v加和性加和性 v两个相同球状粒子，范德华力相互作用自由能：两个相同球状粒子，范德华力相互作用自由能： VAAr/12h h10nm r是粒子的半径；是粒子的半径； h是粒子间距离；是粒子间距离； A是是Hamaker常数，取决于粒子的物质及存在于粒常数，取决于粒子的物质及存在于粒 子之间的流体，在数量上随着两种物质性质差别增子之间的流体，在数量上随着两种物质性质差别增 大而增加。大而增加。 第三章

12、第三章 食品化学食品化学 142021-7-15 双电层双电层 v双电层为双电层为粒子表面粒子表面到溶液中某一个平面所包围的区到溶液中某一个平面所包围的区 域，在这个域，在这个平面平面上上电荷被完全中和电荷被完全中和。 第三章第三章 食品化学食品化学 152021-7-15 DLVO理论理论 v排斥静电作用自由能排斥静电作用自由能VE v同样尺寸同样尺寸的球状粒子：的球状粒子： VE(4.310 9)r0ln(1 e kh) k3.2I0.5 I12mizi2 该式适用条件：该式适用条件：h10nm,| 0 |40mV,kr1， 而且在室温下的水相中。而且在室温下的水相中。 v范德华力吸引的相

13、互作用自由能范德华力吸引的相互作用自由能VA和 和排斥静电作用 排斥静电作用 自由能自由能VE可以可以加和加和，这样引出了表述，这样引出了表述胶体稳定胶体稳定的的 第一个有用的理论第一个有用的理论DLVO理论。理论。 第三章第三章 食品化学食品化学 162021-7-15 空间排斥效应空间排斥效应 v一些吸附分子（如聚合物、吐温系列表面活性剂等一些吸附分子（如聚合物、吐温系列表面活性剂等 ）具有柔顺的分子链（毛状物），这些分子链伸进）具有柔顺的分子链（毛状物），这些分子链伸进 连续相中，有可能造成粒子之间的空间排斥作用。连续相中，有可能造成粒子之间的空间排斥作用。 v产生机制：产生机制： 毛状

14、物构象限制；毛状物构象限制； 毛状物层发生重叠。毛状物层发生重叠。 第三章第三章 食品化学食品化学 172021-7-15 排除作用排除作用 v两个分子在相互接近的过程中，它们之间的距离（两个分子在相互接近的过程中，它们之间的距离（ 一个分子的中心到另一个分子的表面的距离）不可一个分子的中心到另一个分子的表面的距离）不可 能小于分子的有效半径（无规线团），所以分布在能小于分子的有效半径（无规线团），所以分布在 这两个分子之间的非吸附性大分子受到排除该区域这两个分子之间的非吸附性大分子受到排除该区域 的作用。的作用。 第三章第三章 食品化学食品化学 182021-7-15 3.3.4 液态分散体

15、系液态分散体系 v不稳定不稳定现象现象 第三章第三章 食品化学食品化学 192021-7-15 v奥氏熟化奥氏熟化：一个分散体系中大粒子的长大是以消耗：一个分散体系中大粒子的长大是以消耗 小粒子为代价，最终导致小的粒子的消失。小粒子为代价，最终导致小的粒子的消失。 v沉降沉降：如果分散相和连续相之间存在密度差，粒子：如果分散相和连续相之间存在密度差，粒子 就会受到一个浮力的作用。就会受到一个浮力的作用。 对食品体系比较重要的影响因素：对食品体系比较重要的影响因素： 粒子是不均匀的球体；粒子是不均匀的球体； 分散体系中的对流会扰乱小粒子的沉降；分散体系中的对流会扰乱小粒子的沉降； 粒子聚集，沉降

16、速度加快；粒子聚集，沉降速度加快； 粒子体积分数；粒子体积分数； 液体显示一个小的屈服应力：低于这个应力值时液液体显示一个小的屈服应力：低于这个应力值时液 体不会发生流动。体不会发生流动。 第三章第三章 食品化学食品化学 202021-7-15 v聚集动力学聚集动力学:粒子在液体中表现粒子在液体中表现布朗运动布朗运动性质，它性质，它 们不断发生相互碰撞，这种碰撞有可能引发粒子间们不断发生相互碰撞，这种碰撞有可能引发粒子间 的聚集。的聚集。 v聚集可逆性聚集可逆性：通过添加某些试剂可以使聚集体达到：通过添加某些试剂可以使聚集体达到 解聚。解聚。 水稀释体系是聚集粒子团解聚的原因：水稀释体系是聚集

17、粒子团解聚的原因： 渗透压降低；渗透压降低； 离子强度降低；离子强度降低； 改善溶剂质量。改善溶剂质量。 第三章第三章 食品化学食品化学 212021-7-15 3.3.5 凝胶凝胶 v屈服应力、黏弹性屈服应力、黏弹性 第三章第三章 食品化学食品化学 222021-7-15 v食品中常见凝胶的三种类型：食品中常见凝胶的三种类型：聚合物凝胶聚合物凝胶、微晶微晶、 颗粒凝胶颗粒凝胶。 第三章第三章 食品化学食品化学 232021-7-15 3.3.6 乳状液乳状液 v乳状液是一种液体分散在另一种液体中的体系，包乳状液是一种液体分散在另一种液体中的体系，包 括括O/W和和W/O型。型。 v油、水、乳

18、化剂（表面活性剂）、能量油、水、乳化剂（表面活性剂）、能量 v乳化过程是在液滴破裂时，乳化剂采用乳化过程是在液滴破裂时，乳化剂采用对流对流的方式的方式 及时及时迁移迁移到新形成的液到新形成的液/液界面上，液滴间液界面上，液滴间碰撞碰撞频频 繁，若是液滴尚未完全有效的被表面活性剂所覆盖繁，若是液滴尚未完全有效的被表面活性剂所覆盖 ，它们在碰撞中就有可能再次，它们在碰撞中就有可能再次聚结聚结在一起。在一起。 vGibbs-Marangoni效应效应 第三章第三章 食品化学食品化学 242021-7-15 v聚结聚结现象的出现是由于现象的出现是由于紧靠在一起紧靠在一起的液滴之间那层的液滴之间那层 薄

19、薄的液膜（薄片液膜）发生破裂而引起的。液膜薄薄的液膜（薄片液膜）发生破裂而引起的。液膜 如果出现小洞，液滴会立即流动到一起。如果出现小洞，液滴会立即流动到一起。 v部分聚结部分聚结 第三章第三章 食品化学食品化学 252021-7-15 第三章第三章 食品化学食品化学 262021-7-15 思考题思考题 v冰激凌是泡沫结构性食品，如果要提高冰激凌是泡沫结构性食品，如果要提高 其结构的稳定性，该进行哪些方面研究其结构的稳定性，该进行哪些方面研究 呢？呢？ 第三章第三章 食品化学食品化学 272021-7-15 3.3.7 泡沫体系泡沫体系 一、食品中泡沫的形成一、食品中泡沫的形成 v乳浊液和泡

20、沫的区别：泡沫中分散相（气体）所占乳浊液和泡沫的区别：泡沫中分散相（气体）所占 的体积分数更大。的体积分数更大。 v食品泡沫：食品泡沫：气气泡分散在含有泡分散在含有可溶性表面活性剂可溶性表面活性剂的的连连 续体或半固体相中续体或半固体相中的分散体系。的分散体系。 v气：气：CO2或空气或空气 v可溶性表面活性剂：蛋白质、脂肪可溶性表面活性剂：蛋白质、脂肪 v连续相：水溶液、乳浊液或悬浊液。连续相：水溶液、乳浊液或悬浊液。 第三章食品化学第三章食品化学 282021-7-15 v食品泡沫是非常复杂的胶体体系。食品泡沫是非常复杂的胶体体系。 v泡沫结构中气泡沫结构中气-液界面能达到液界面能达到1m

21、2/ml液体。液体。 v泡沫大小分布广泛。泡沫大小分布广泛。 v表面活性剂的作用：降低表面张力，阻止气泡聚集。表面活性剂的作用：降低表面张力，阻止气泡聚集。 能和截留的气泡之间形成一个弹性的保护壁垒。如能和截留的气泡之间形成一个弹性的保护壁垒。如 蛋白质。蛋白质。 第三章第三章 食品化学食品化学 292021-7-15 泡沫的形成方法泡沫的形成方法 1.多孔喷洒器多孔喷洒器 低蛋白质的水溶液（低蛋白质的水溶液（0.01-2%） 2. 搅拌和振荡搅拌和振荡：大量气相存在：大量气相存在 3. 将预先加压的溶液减压。如啤酒、可乐等将预先加压的溶液减压。如啤酒、可乐等 v 乳浊液和泡沫之间的一个主要差

22、别是在泡沫中分乳浊液和泡沫之间的一个主要差别是在泡沫中分 散相（气体）所占的体积分数比起在乳浊液中在散相（气体）所占的体积分数比起在乳浊液中在 更大范围内变动。更大范围内变动。 第三章第三章 食品化学食品化学 302021-7-15 搅打过程中充气机理搅打过程中充气机理 第三章第三章 食品化学食品化学 312021-7-15 v 搅打稀奶油形成泡沫的三个阶段：搅打稀奶油形成泡沫的三个阶段： 迅速充气阶段：液相中未吸附的迅速充气阶段：液相中未吸附的酪蛋白起泡性酪蛋白起泡性能能 好，导致大量气体以好，导致大量气体以大气泡大气泡的形式充入乳浊液，的形式充入乳浊液， 少量大气泡破裂形成小气泡，从而形成

23、少量大气泡破裂形成小气泡，从而形成很少量的很少量的 脂肪球部分聚结体脂肪球部分聚结体，聚结过程不可逆。，聚结过程不可逆。 脂肪球快速聚结阶段：液相中蛋白质浓度迅速上脂肪球快速聚结阶段：液相中蛋白质浓度迅速上 升，搅打过程中升，搅打过程中乳化剂乳化剂快速竞争解吸界面吸附的快速竞争解吸界面吸附的 酪蛋白，降低了界面吸附层的静电和空间稳定作酪蛋白，降低了界面吸附层的静电和空间稳定作 用，致界面稳定性下降，大气泡开始快速破裂形用，致界面稳定性下降，大气泡开始快速破裂形 成小气泡。成小气泡。是可逆的动态过程是可逆的动态过程。至气泡界面被。至气泡界面被脂脂 肪球及聚结物肪球及聚结物紧密包裹形成稳定的气泡。

24、紧密包裹形成稳定的气泡。 第三章第三章 食品化学食品化学 322021-7-15 v大气泡破裂形成小气泡和小气泡合并形成大气泡的大气泡破裂形成小气泡和小气泡合并形成大气泡的 过程中伴随着脂肪球部分聚结，从而导致脂肪球部过程中伴随着脂肪球部分聚结，从而导致脂肪球部 分聚结速度快速增加。分聚结速度快速增加。 v继续搅打起泡率保持快速增加，泡沫结构稳定性明继续搅打起泡率保持快速增加，泡沫结构稳定性明 显变好，泡沫结构的硬度、稠度、内聚性和黏性也显变好，泡沫结构的硬度、稠度、内聚性和黏性也 快速增加。快速增加。 第三章第三章 食品化学食品化学 332021-7-15 第三章第三章 食品化学食品化学 3

25、42021-7-15 第三章第三章 食品化学食品化学 352021-7-15 脂肪球急剧聚结阶段：此时脂肪脂肪球急剧聚结阶段：此时脂肪部分聚结体部分聚结体已相已相 当大，易刺破气泡的界面膜，导致搅打当大，易刺破气泡的界面膜，导致搅打起泡率降起泡率降 低低。此时开始形成较大相互联结的聚结体，这会。此时开始形成较大相互联结的聚结体，这会 显著增大脂肪球的粒径和提高搅打稀奶油的硬度、显著增大脂肪球的粒径和提高搅打稀奶油的硬度、 稠度、内聚性和黏性。稠度、内聚性和黏性。 继续搅打起泡率急速下降，气泡增大，聚结继续搅打起泡率急速下降，气泡增大，聚结 体形成大的脂肪聚结体体形成大的脂肪聚结体. 第三章第三

26、章 食品化学食品化学 362021-7-15 泡沫中气泡测量泡沫中气泡测量 v扫描电子显微镜扫描电子显微镜(SEM) v透射电子显微镜透射电子显微镜(TEM) v光学金相显微镜光学金相显微镜 第三章第三章 食品化学食品化学 372021-7-15 v搅打稀奶油：搅打稀奶油：TEM和和SEM v冰激淩：冰激淩：SEM v获得的结构是二维的。获得的结构是二维的。 vX射线断层摄像技术可拍摄气泡的三维结构，可获射线断层摄像技术可拍摄气泡的三维结构，可获 得气泡非常详尽的信息。得气泡非常详尽的信息。 第三章第三章 食品化学食品化学 382021-7-15 搅打过程中气泡的粒径变化搅打过程中气泡的粒径变

27、化 v搅拌越久是否超好？搅拌越久是否超好？ v过长时间（过长时间（9分钟以后）搅打，使脂肪球过度聚结，分钟以后）搅打，使脂肪球过度聚结， 破坏气破坏气-液界面，小气泡破裂合并成大气泡。液界面，小气泡破裂合并成大气泡。 第三章第三章 食品化学食品化学 392021-7-15 第三章第三章 食品化学食品化学 402021-7-15 v气泡失稳机制：气泡失稳机制：Rayleigh-Taylor失稳和失稳和Kelvin- Helmholtz失稳。失稳。 vRayleigh-Taylor失稳是由不同密度流体的接触面失稳是由不同密度流体的接触面 积增加所引起（在食品乳浊液中的气泡被拉长）积增加所引起（在食

28、品乳浊液中的气泡被拉长） vKelvin-Helmholtz失稳是由于两个叠加的流体不同失稳是由于两个叠加的流体不同 的湍流速度而引起的剪切压力引起的。的湍流速度而引起的剪切压力引起的。 第三章第三章 食品化学食品化学 412021-7-15 泡沫的稳定性泡沫的稳定性 （一）泡沫的去稳定化机理（一）泡沫的去稳定化机理 v乳浊液是一种热力学不稳定体系，而用于搅打充气乳浊液是一种热力学不稳定体系，而用于搅打充气 的乳浊液又不同于一般乳浊液。的乳浊液又不同于一般乳浊液。 v搅打充气乳浊液：要求制备的乳浊液在静置条件下搅打充气乳浊液：要求制备的乳浊液在静置条件下 相对稳定，而在搅打充气条件下易发生去稳

29、定作用，相对稳定，而在搅打充气条件下易发生去稳定作用， 促使脂肪球发生部分聚结，形成一个由蛋白质稳定促使脂肪球发生部分聚结，形成一个由蛋白质稳定 的乳浊液和由脂肪球稳定的气泡共存的泡沫结构。的乳浊液和由脂肪球稳定的气泡共存的泡沫结构。 能在冻结的状态下长时间保持稳定。能在冻结的状态下长时间保持稳定。 v泡沫内在的不稳定更甚于乳浊液，泡沫内在的不稳定更甚于乳浊液，让气泡长时间保让气泡长时间保 持稳定不易持稳定不易。 第三章第三章 食品化学食品化学 422021-7-15 泡沫体系的稳定机制泡沫体系的稳定机制 1. 气体扩散气体扩散 2. 毛细流动毛细流动 3. 重力排液重力排液 4. Ostwa

30、ld熟化熟化 第三章第三章 食品化学食品化学 432021-7-15 1.气体扩散气体扩散 v由于液膜的曲率不同导致气泡内气压不同而引起的。由于液膜的曲率不同导致气泡内气压不同而引起的。 如果两个气泡聚结在一起，则它们之间存在一薄的如果两个气泡聚结在一起，则它们之间存在一薄的 液膜。如图所示：液膜。如图所示： R1R0 R2R1R2 a. 两气泡半径相同两气泡半径相同b. 两气泡半径不同两气泡半径不同 两接触气泡的变形两接触气泡的变形 第三章第三章 食品化学食品化学 442021-7-15 v气泡的压力差可以用气泡的压力差可以用Laplace方程式表示：方程式表示： v如半径分别为如半径分别为

31、R1和和R2的气泡相互接触，则接触面的气泡相互接触，则接触面 之间的压力差为：之间的压力差为： v如果接触面的曲率半径为如果接触面的曲率半径为R0，则可得到曲面两边，则可得到曲面两边 的压力差为：的压力差为： 第三章第三章 食品化学食品化学 452021-7-15 v气体扩散的最终结果是：小气泡收缩，大气泡长气体扩散的最终结果是：小气泡收缩，大气泡长 大。如果初始半径相差不大，则扩散慢。大。如果初始半径相差不大，则扩散慢。 第三章第三章 食品化学食品化学 462021-7-15 2. 毛细流动毛细流动 v当三个气泡聚结在一起时，它们之间形成三角形状当三个气泡聚结在一起时，它们之间形成三角形状

32、液膜，这一液膜区称液膜，这一液膜区称Plateau平稳边界（或平稳边界（或Gibbs 三角形），简称三角形），简称PB区，如下图所示：区，如下图所示： 2 B液膜液膜 PB区区 B B 2 2 第三章第三章 食品化学食品化学 472021-7-15 v如果如果3个气泡大小相同，则其交界之间互成个气泡大小相同，则其交界之间互成120度度 交角。交角。 v在在PB区的曲率较正常界面（两个气泡接触面）的区的曲率较正常界面（两个气泡接触面）的 曲率大，这就意味着此处存在着较大的压力差。曲率大，这就意味着此处存在着较大的压力差。 v由于压力差的存在，使得由于压力差的存在，使得正常界面的液体向着正常界面的

33、液体向着PB 区方向流动而导致液膜变薄区方向流动而导致液膜变薄，泡沫的稳定性下降，泡沫的稳定性下降， 这就是泡沫膜的液体渗出作用。这就是泡沫膜的液体渗出作用。 第三章第三章 食品化学食品化学 482021-7-15 3. 重力排液重力排液 v啤酒泡沫排水时泡沫渐渐从球形气泡变成多面体气啤酒泡沫排水时泡沫渐渐从球形气泡变成多面体气 泡，泡，Why? v排水的主要推动力是排水的主要推动力是重力重力，在多面体泡沫中，在多面体泡沫中， Plateau平稳态边界吸力对排水起推动作用。平稳态边界吸力对排水起推动作用。 v如温度越低，粘度越高，则排水速度越慢，气泡的如温度越低，粘度越高，则排水速度越慢，气泡

34、的 膨胀速度也越慢，气泡膜则越厚实，使气泡维持时膨胀速度也越慢，气泡膜则越厚实，使气泡维持时 间得以延长。间得以延长。 v5-15nm的临界厚度的临界厚度 第三章第三章 食品化学食品化学 492021-7-15 4. Ostwald熟化熟化 vOstwald熟化是由于不同直径的气泡之间毛细管熟化是由于不同直径的气泡之间毛细管 压力差，小泡中的气体会向大气泡转移，导致大压力差，小泡中的气体会向大气泡转移，导致大 气泡越变越大，小气泡越变越小，最终消失。气泡越变越大，小气泡越变越小，最终消失。 v气体转移的动力与气泡的直径成反比，随着时间气体转移的动力与气泡的直径成反比，随着时间 的推移，大气泡越

35、来越多，泡沫的组织结构变得的推移，大气泡越来越多，泡沫的组织结构变得 粗糙。粗糙。 v泡沫的不稳定是由多种机制共同作用的结果。泡沫的不稳定是由多种机制共同作用的结果。 第三章第三章 食品化学食品化学 502021-7-15 v搅打稀奶油：气泡由蛋白质和脂肪球部分聚结网络搅打稀奶油：气泡由蛋白质和脂肪球部分聚结网络 稳定的，泡沫去稳定化主要是由稳定的，泡沫去稳定化主要是由气体扩散气体扩散和和 Ostwald熟化熟化两种机制引起。两种机制引起。 v气体的扩散速率主要与气泡界面上的气体的扩散速率主要与气泡界面上的吸附层吸附层、中间中间 相的通透性相的通透性和和气泡的大小气泡的大小（扩散动力与气泡的直

36、径（扩散动力与气泡的直径 成反比）等因素有关。成反比）等因素有关。 v乳化剂的分子量和堆积密度乳化剂的分子量和堆积密度决定了吸附层的通透性，决定了吸附层的通透性， 当气泡体积变小，吸附层上乳化剂浓度增大，导致当气泡体积变小，吸附层上乳化剂浓度增大，导致 气泡的表面张力降低和气体扩散动力减弱。气泡的表面张力降低和气体扩散动力减弱。 第三章第三章 食品化学食品化学 512021-7-15 v 保持泡沫稳定性的方法：保持泡沫稳定性的方法： 1. 保持气泡直径相同；保持气泡直径相同； 2. 提高提高亲水胶体的浓度亲水胶体的浓度，以增加液相的黏度，当连，以增加液相的黏度，当连 续相具有一定的剪切屈服值，

37、能够完全续相具有一定的剪切屈服值，能够完全减缓排液减缓排液。 当亲水胶达到一定浓度时，体系形成凝胶，当亲水胶达到一定浓度时，体系形成凝胶，减缓减缓 气泡的非均匀化过程气泡的非均匀化过程。 3. 增加气增加气-液界面上的液界面上的界面膜强度界面膜强度。选择适当的乳化。选择适当的乳化 剂，能够大大降低由于气泡之间的液膜破裂引起剂，能够大大降低由于气泡之间的液膜破裂引起 的气泡合并，理论上蛋白质作乳化剂就能达到目的气泡合并，理论上蛋白质作乳化剂就能达到目 的，界面膜的黏弹性能够减缓气泡的非均匀化过的，界面膜的黏弹性能够减缓气泡的非均匀化过 程。程。 第三章第三章 食品化学食品化学 522021-7-

38、15 v对于冰激凌，液相凝固，体系的稳定性与气泡之间对于冰激凌，液相凝固，体系的稳定性与气泡之间 的的冰晶和乳糖晶体冰晶和乳糖晶体密切相关，只有贮藏在足够的低密切相关，只有贮藏在足够的低 温下，体系才能达到稳定，但反复融冻会破坏原有温下，体系才能达到稳定，但反复融冻会破坏原有 的结构。的结构。 v泡沫气泡及其微观结构不同于泡沫气泡及其微观结构不同于乳浊液脂肪球乳浊液脂肪球，泡沫，泡沫 的稳定性更加难以控制。的稳定性更加难以控制。 第三章第三章 食品化学食品化学 532021-7-15 v稳定稳定搅打充气乳浊液体系搅打充气乳浊液体系最好的方法是用最好的方法是用半结晶脂半结晶脂 肪球网络包裹气泡肪

39、球网络包裹气泡。如搅打稀奶油和冰激凌。如搅打稀奶油和冰激凌 v在气在气-水界面上，部分结晶的脂肪球之间能够形成水界面上，部分结晶的脂肪球之间能够形成 部分聚结部分聚结网包裹气泡，只要脂肪球保持结晶状态，网包裹气泡，只要脂肪球保持结晶状态， 泡沫就可以保持一定的硬度。泡沫就可以保持一定的硬度。 v当搅打稀奶油升温至脂肪晶体的熔点时，泡沫组织当搅打稀奶油升温至脂肪晶体的熔点时，泡沫组织 会坍塌。会坍塌。 考试题目：考试题目： 填空：填空： 1.Ostwald熟化是由于不同直径的气泡之间（熟化是由于不同直径的气泡之间（毛细管毛细管 压力差压力差），小泡中的气体会向大气泡转移，导致大），小泡中的气体会

40、向大气泡转移，导致大 气泡越变越大，小气泡越变越小，最终消失。气泡越变越大，小气泡越变越小，最终消失。 2.泡沫体系的稳定机制：（泡沫体系的稳定机制：（气体扩散气体扩散）、（）、（毛细流毛细流 动动）、（）、（重力排液重力排液）、（）、（Ostwald熟化熟化）。）。 高级食品化学高级食品化学 542021-7-15 第三章第三章 食品化学食品化学 562021-7-15 香料组分分散在不同相内或结构单元，香料组分香料组分分散在不同相内或结构单元，香料组分 的不均匀分布导致不均匀释放，达到增香效果。的不均匀分布导致不均匀释放，达到增香效果。 结构单元间存在相结构单元间存在相互吸引作用力互吸引作用力，使体系具有，使体系具有稠稠 度。度。 体系具有大稠度影响溶剂的流动性，使传质只能体系具有大稠度影响溶剂的流动性，使传质只能 采取扩散而非对流，影响反应速率。采取扩散而非对流，影响反应速率。 分散状态可能会极大地改变体系的外观。分散状态可能会极大地改变体系的外观。 因为体系是物理意义上的非均相，至少在微观水因为体系是物理意义上的非均相，至少在微观水 平上是非均匀状态，所以体系在平上是非均匀状态，所以体系在物理物理上可能是上可能是不不 稳定稳定的。在储存过程中会的。在储存过程中会发生发生许多形式的许多形式的变化变化。 接触角接触角 v接触角是指在气、液、固接触角是指在气