食品物性学第四章液态食品物性

食品物性学第四章液态食品物性第一节液体的稳定性

第二节液态食品流变性质及测定

第三节泡沫和气泡的形成和性质

第四节液态食品的物理黏度与感官黏性

第2页,共65页，2024年2月25日，星期天第一节液体的稳定性

一、水的构造和分子团结构

（一）水分子的构造氢原子与氧原子以共价键结合，键长为0.096nm，氧原子与2个氢原子的结合角(键角)为104.5

。水分子的构造第3页,共65页，2024年2月25日，星期天（二）水的分子团构造水分子最大可以形成4个氢键结合。

（三）水分子团的动态构造水分子之间形成的分子团是一种动态构造。第4页,共65页，2024年2月25日，星期天（四）影响水分子团构造的因素溶质的影响

(1)离子相互作用。(2)疏水性相互作用。(3)多价醇、糖的影响。其它因素

由于水分子为极性分子，所以电场、磁场、红外线等电磁波，都可能对水分子团的结构变化施加影响。第5页,共65页，2024年2月25日，星期天（五）功能性水

功能性水的特征目前主要有以下几个方面。

(1)pH值发生了变化。(2)表面张力降低，产生了表面活性效果。

(3)黏度发生变化。(4)氧化还原电位、氧的溶解度等发生改变。

利用电磁场、远红外、压力场等处理方法，改变水的分子团构造，就可能改变水的物性，使其具有某些特殊性质，或具有新的功能，把这样的水称为功能水。第6页,共65页，2024年2月25日，星期天

二、溶液中粒子的稳定性

（一）位能曲线位能曲线是表示一个粒子的中心从无限远向另一个粒子靠近时，所要作的功W和粒子中心之间距离R的关系曲线。曲线某点斜率的相反数，表示在此位置粒子间的作用力。

判断粒子聚集难易的方法之一，是了解它的位能曲线。第7页,共65页，2024年2月25日，星期天位能曲线的几种典型形式

+-功WRW2W1W3W4(a)+-功WR(b)+-功WR(c)+-功WR(d)缓慢凝聚

快速凝聚

第8页,共65页，2024年2月25日，星期天

（二）粒子的荷电性质和互相作用胶体粒子一般都带有一定的电荷。那么，相同电荷粒子间的静电斥力，就成了维持系统稳定的原因，称之为静电作用。粒子表面由于吸附了不同程度的水分子，其形成的水膜，对粒子间接近和凝聚起到所谓立体阻碍作用，因此，称之为立体作用。

第9页,共65页，2024年2月25日，星期天三、乳胶体的形成和稳定(一)乳化与乳胶体的形成一)乳化所谓乳化，就是将水和油这样互不相溶的液体激烈混合搅拌，使一方(分散相)变成微粒分散到另一方(分散介质)中去的现象。乳化所得到的分散系统称为乳浊液或乳胶液。

第10页,共65页，2024年2月25日，星期天二)乳化剂把可以减少界面自由能的物质称为界面活性剂，食品上也常称之为乳化剂。乳化剂是分子中既有亲水基，又有亲油基的物质。第11页,共65页，2024年2月25日，星期天第12页,共65页，2024年2月25日，星期天常用的食用乳化剂：天然乳化剂主要有卵黄、大豆鳞脂、乳蛋白的酪蛋白、芥末粉等；合成乳化剂主要有：脂肪酸蔗糖酯、单硬脂酸甘油酯等。表示乳化剂性能的指标是H.L.B值。它表示乳化剂亲水性与亲油性的相对程度。H.L.B.值由下式求出：

H.L.B.=7+11.7lg(MW/MO)

第13页,共65页，2024年2月25日，星期天式中，MW：亲水基部分分子量，MO：亲油基部分分子量。当MW＞MO时，H.L.B.＞7，称为亲水性乳化剂，MW＜MO时，H.L.B.＜7，称为疏水性(或亲油性)乳化剂。

H.L.B.=7+11.7lg(MW/MO)

第14页,共65页，2024年2月25日，星期天三)均质与乳化调制均质与乳化调制的目的使得分散介质中悬浮的分散相液滴微细化，防止乳浊液上浮、沉淀和分层，从而得到比较稳定的乳浊液。

存在密度差

平移扩散运动第15页,共65页，2024年2月25日，星期天

微细化的方法：

1.机械均质法

(1)高压型均质机：利用高压泵使牛奶产生很高压力，并从很细小缝隙的阀中射出。通过缝隙的液流，由于很高流速所产生的强烈剪切、碰撞作用，使脂肪球分裂变小。(2)离心式均质机：在离心分离机的上部有钜齿形凸起，被分离的奶油在高速旋转通过中被击碎达到细化目的。(3)超声波振动均质机：利用20～25kHz的超声波振动使牛奶脂肪球破碎。第16页,共65页，2024年2月25日，星期天024651015未处理奶超声波均质处理离心式均质处理高压型均质处理脂肪球直径d(ℳm)体积频度各种均质处理奶脂肪球粒径分布第17页,共65页，2024年2月25日，星期天2.乳化调制法

通过配比2种以上的乳化剂，任意调整乳化液整体的亲水亲油平衡度(H.L.B.)，从而得到所需要的性能稳定的乳浊液。主要有以下几种方法：(1)转相温度乳化法(2)D相乳化法(3)极细乳化法(4)多相乳浊液调制法第18页,共65页，2024年2月25日，星期天第二节

液态食品流变性质及测定

一、液态食品的一般流变特性

(一)黏度的表示方法

1、相对黏度：是指分散介质中，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

分散介质黏度第19页,共65页，2024年2月25日，星期天2、比黏度

sp

：3、换算黏度

red

：

式中：C为浓度。上式表示每增加单位溶液浓度，引起溶液黏度增加的比例。η溶液黏度η0

分散介质黏度第20页,共65页，2024年2月25日，星期天4、特性黏度：5、极限黏度或固有黏度：第21页,共65页，2024年2月25日，星期天(二)影响液体黏度的因素

分散相的影响

影响液体黏度的因素乳化剂的影响稳定剂的影响分散相的浓度分散相黏度分散相的形状分散相的大小分散介质的影响第22页,共65页，2024年2月25日，星期天分散介质的影响

与分散介质本身黏度有关的影响因素主要是其本身的流变性质、化学组成、极性、pH以及电解质浓度等。

第23页,共65页，2024年2月25日，星期天乳化剂的影响

乳化剂对乳浊液黏度的影响主要有以下几方面：(1)化学成份。它影响到粒子间的位能。(2)乳化剂浓度及其对分散粒子分散程度(溶解度)的影响。它还影响到乳浊液的状态。(3)粒子吸附乳化剂形成的膜厚及其对粒子流变性质、粒子间流动的影响。(4)改变粒子荷电性质引起的黏度效果。

第24页,共65页，2024年2月25日，星期天稳定剂的影响

食品中常用的稳定剂除明胶、琼脂(agar)、藻酸盐类(alginates)、直链淀粉、支链淀粉、CMC(羧甲基纤维素)外，用得较多的就是胶类。

第25页,共65页，2024年2月25日，星期天黏度的测定–毛细管黏度计—测液体在毛细管里的流动速度–落球式黏度计—圆球在液体中落下的速度–回转式黏度计—液体在同轴圆柱间对转动的阻碍二、液体食品流变性的测量

第26页,共65页，2024年2月25日，星期天1、测定方法

毛细管黏度计多用来测定液体的相对黏度。也就是利用已知黏度的标准液(通常为纯水)，通过对比标准液和被测液的毛细管通过时间，求出被测液的黏度。一)毛细管测定仪器

第27页,共65页，2024年2月25日，星期天2.常见的毛细管黏度计

(1)分类：

①定速流动式(活塞式)测定时，可使液体以恒定流速通过毛细管，适于测定黏度随流动速度变化的非牛顿液体。②定压流动式。通常以恒定气压控制毛细管中压力维持不变，如枪式流变仪。适于测定具有触变性或具有屈服应力的流体。③位差式。流动压力靠液体自重产生，这也是最常见的毛细管黏度计类型，它多用来测定较低黏度的液体。

第28页,共65页，2024年2月25日，星期天(2)常见的毛细管黏度计：

a奥氏黏度计

b非稀释型乌式黏度计

c稀释型乌式黏度计第29页,共65页，2024年2月25日，星期天第30页,共65页，2024年2月25日，星期天二)落球式黏度计

落球式黏度计的原理即，在黏度为η的液体中自由落下的球(半径为d)，落下速度为u时，其受到阻力F=6

d

u。当球在圆管中的液体里落下时，则有：

式中，d:球直径，D：管直径，

0：球密度，

：液体密度，L：落下距离，t：落下时间，g：重力加速度。第31页,共65页，2024年2月25日，星期天测定时，与毛细管黏度计一样采用标准液对比的方法，那么：

式中，

和t表示标准液的黏度和落下时间，

s和ts表示试样的黏度和落下时间。

和

s分别表示标准液和试样的密度。与落球式黏度计原理相同的测定仪还有气泡式黏度计。第32页,共65页，2024年2月25日，星期天三)回转测量的原理和仪器回转式黏度计主要有:同心双圆筒式转子回转式锥板式平行板式第33页,共65页，2024年2月25日，星期天第34页,共65页，2024年2月25日，星期天1.同轴圆筒旋转黏度计

一种外筒转，内筒不动；

一种内筒转，外筒不动。

以内筒浸入被测液体中，

内筒以角速度ω转动。

第35页,共65页，2024年2月25日，星期天2.转子回转式黏度计

转子回转式黏度计原理

转子回转式黏度计，可以看作是外圆筒半径较内筒大得多的情况。

式中，k:弹簧扭转弹性率，θ：偏转角，h：转子浸入液中的高度，ω：转速，R：转子半径。

第36页,共65页，2024年2月25日，星期天3.锥板式黏度计黏度计内各点的剪切速率是均匀的，这是它与圆筒型的主要区别，使之适于测定非牛顿液体的黏度。锥板式黏度计的原理结构

第37页,共65页，2024年2月25日，星期天各种方法测定的黏度范围第38页,共65页，2024年2月25日，星期天第三节

泡沫和气泡的形成与性质

泡沫形成原理泡沫的稳定性气泡的性质

泡沫(bubble)是指含有天然或合成界面活性物质的液体(或半固体)分散介质中，存在大量气泡(foam)的状态(球形泡沫)，或在大量气泡之间，由很薄的液膜分隔，气泡呈多面体状态的总称。第39页,共65页，2024年2月25日，星期天一、泡沫形成原理

(一)表面张力液体表面张力的定义是：液体表面单位长度所受与之垂直的力。外部提供的功dW和扩张的气液界面积dA有如下关系：dW=

dA式中，

为表面张力。

第40页,共65页，2024年2月25日，星期天(二)表面张力的测定测定表面张力的方法很多，常用的方法如下：圆环法毛细管上升法压泡法液滴法第41页,共65页，2024年2月25日，星期天一)圆环法将浸在液体表面的金属圆环，垂直向上拉起，当圆环将离开液面的瞬时拉力为P时，表面张力

与P的关系为：P第42页,共65页，2024年2月25日，星期天二)毛细管上升法h0ρ

1ρ22.r

式中：：表面张力；r：毛细管半径；h0：液柱高度；

1：液体的密度；

2：气体的密度；g：重力加速度。第43页,共65页，2024年2月25日，星期天三)液滴法

式中：：表面张力；r：毛细管半径；W：液滴重量。2.rW

液滴法是由垂直管下部缓慢滴下的液滴重量，求其表面张力的方法。第44页,共65页，2024年2月25日，星期天四)压泡法式中：

：表面张力；r：毛细管半径；h：毛细管端口至液面距离；

：液体的密度；h1：压力计液柱高；

1：压力计液体密度；g：重力加速度

本方法是根据拉普拉斯方程的原理进行测定的。测定时，只要用流体压力计读出这气泡脱离前的最大压力，便可由下式求出液体的表面张力。第45页,共65页，2024年2月25日，星期天(三)表面活性物质

凡溶于液体，可以使溶液表面张力降低的物质，称为表面活性剂或表面活性物质。表面活性物质从分子构造上看，都是由亲水性极性基团和疏水性非极性基团组成的。

第46页,共65页，2024年2月25日，星期天蛋白质在气液界面的形态向界面扩散构象变化蛋白质作为乳化剂第47页,共65页，2024年2月25日，星期天具有起泡作用和稳定泡作用的界面活性物质，称为起泡剂或发泡剂。

食品发泡剂主要有饱合脂肪酸类的乳化剂。山梨醇酯、乳酸甘油单酯、醋酸甘油单酯、蒸馏饱合甘油单酯等

结晶型乳化剂。尤其是蒸馏饱合甘油单酯最为常用。

第48页,共65页，2024年2月25日，星期天(四)产生泡沫的方法

产生泡沫的方法主要有吹气法(bubblingmethod)搅拌法(whippingorbeatingmethod)振荡法(shakingmethod)等。这些方法不仅可以作为判断气泡、泡沫特性的试验方法，也是实际工业化生产线上常用的方法。第49页,共65页，2024年2月25日，星期天第50页,共65页，2024年2月25日，星期天第51页,共65页，2024年2月25日，星期天二、泡沫的稳定性(一)起泡性和稳定性在泡沫的物理特性中，起泡性和稳定性是两个很重要的指标。为了表示这些特性指标，常用一些参数来表示的泡沫特性，这些参数有(1)起泡难易值：Vs，表示振荡或搅拌终止时，泡沫的容积。(2)泡比容：Vs/ml，泡密度倒数。第52页,共65页，2024年2月25日，星期天(3)泡密度：ml/Vs。(4)膨胀率：Vs/

l为体积膨胀率，Vs/ml为质量膨胀率。(5)湿润度：

l/Vs，表示泡沫中液体的比例，与泡沫的离液(drainage)有很大关系。(6)起泡数：

l/Vl，将Vl的液体振荡时，转变为泡沫的液量。(7)起泡容积：

g/Vs，泡沫中气体的容积，它与湿润度之和为1。(8)起泡性：

l/ms，表示单位起泡剂的效果。(9)膨胀度(overrun)：

g/

l，是泡沫食品的工业生产中表示膨胀程度的常用指标。第53页,共65页，2024年2月25日，星期天一般情况下，为了简单表示起泡性质，测定泡比容、泡密度比较便利。泡沫稳定性的测定，主要是通过泡沫随时间变化，容积的减少率来确定。例如，Vs随时间的变化，或泡沫的离液量。湿润度与离液量关系密切，其随时间的变化常作为稳定性的指标。第54页,共65页，2024年2月25日，星期天膨胀度是生产上很常用的泡沫质量测定指标，其定义式如下：式中，QR：膨胀度，

L：起泡前液体密度，

F：泡沫密度。膨胀度实际上表示泡沫层中气体所占容积与液体所占容积之比。第55页,共65页，2024年2月25日，星期天测量膨胀度的方法：a.用量杯进行手工操作b.自动测定仪膨胀度自动测定装置1.自动阀2.自动阀3.定容测压室4.压力传感器5.缸筒6.柱塞7.齿轮8.齿条9.同步电机10.管道岔口第56页,共65页，2024年2月25日，星期天(二)泡沫稳定性原理理想状态下，泡沫的形成和破坏过程。1.气体瓶2.流量计3.多孔板4.气泡5、6、7、8.泡沫状态9、11.球形气泡10、19.液体13、16.多面体气泡12、14、15、17、18.薄膜20.玻璃筒第57页,共65页，2024年2月25日，星期天关于影响泡沫稳定的因素主要有以下几个方面：

(1)气泡壁液体由于重力作用产生离液现象和液体蒸发，引起泡膜的变薄。。(2)表面黏度的影响：泡膜液体黏度越大，膜强度也越大；即使气泡细小，内压较大，离液也比较少，气泡也就比较稳定。(3)马兰高尼效果

第58页,共65页，2024年2月25日，星期天三、气泡的性质

(一)气泡的分布与细化

气泡的形成：最初，形成的是数量少的大气泡，然后才变成无数的小气泡。即，在搅拌前期是气泡产生为主的过程，后期是气泡细化的过程。

第59页,共65页，2024年2月25日，星期天(二)各种成份对起泡性及泡稳定性的影响一)蛋白的影响