食品物性学 食品力学性质ppt课件

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2.1.5 食品流变性质的测定
2.1.5.1 黏度测量 1）毛细管黏度计 毛细管黏度计大体上
是U型，主要适用于低 黏度的流体。
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2）落球黏度计
这类黏度计含有一根管子，小球在重力的作用下 可以从管中落下，其操作方法是测量小球在重力作 用下，通过装有流体的管子所需的时间。
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2.1.3.2 淀粉类食品
淀粉溶液经过加热处理后具有凝胶性，流变 学性质变化范围很宽，从简单的黏性流体扩延到 高弹性的凝胶，这种多样性使淀粉具有广泛的工 艺用途。
1）淀粉水分分散液结构与流变性质关系 淀粉增稠与凝胶性质主要取决于系统的微观
结构，而微观结构与淀粉加工及淀粉种类有关。 淀粉分散系是胶质系统，膨胀的淀粉颗粒形
1）应力松弛实验
如果食品物料变形成固定的形状并保持不变，
那么维持这种形变所需要的应力随着时间而下降，即
应力松弛现象。
2）爬升实验
如果物料上存在较大的恒力负载，随着时间的延 长物料持续变形，通常称为爬升。
爬升实验是指在标准时间段测量瞬间恒力作用， 在物质上所产生的形变。
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3）动力学实验
2.1.2 食品的流变学特性变化规律
2.1.2.1 液态食品分散体系的流变学特征
1）食品分散体系的分类
（1）分子分散体系。分散的粒子半径小于 10-7cm ，相当于单个分子或离子的大小。如蔗糖溶于水 后形成的“真溶液”。
（2）胶体分散体系。分散相的粒子半径为 10-7~10-5cm。
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第二章 食品物性学
第二章 食品物性学
2.1

食品物性学在食品加工中的应用：食品物性学可以帮助理解食品在加工过程中的变化， 如温度、压力、时间等因素对食品质地和口感的影响，从而改进加工工艺。
食品物性学在食品安全中的应用：通过了解食品的力学性质，可以更好地控制食品的 保质期和贮存条件，减少食品变质和细菌滋生的可能性，提高食品安全水平。
食品物性学在食品感官评价中的应用：食品物性学可以帮助感官评价人员更好地理解 和描述食品的质地和口感，从而更准确地评估食品的质量和口感。
食品物性学食品力 学性质
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目录
食品物性学概述
食品力学性质与食品质量 的关系
食品物性学的发展趋势和 挑战
食品的力学性质 食品物性学的应用
01
食品物性学概述
食品物性学的定义
食品物性学 是研究食品 物料和食品 产品的物理 性质的科学
包括食品的 力学性质、 光学性质、 热学性质、 电学性质等
食品的耐磨性和抗疲劳性
耐磨性：食品在加工、运输、储存等过程中抵抗磨损的能力，通常与其成分、结构、水分含量等因素有关。 抗疲劳性：食品在受到重复应力作用时抵抗破裂的能力，与食品的弹性、塑性、粘性和脆性等性质有关。 以上内容仅供参考，建议查阅相关文献资料获取更多信息。
03
食品力学性质与食 品质量的关系
添加标题
研究方向：未来的研究方向包括开发新的测量技术和方法，以 提高食品物性数据的准确性和可靠性，并进一步探索食品力学 性质与食品品质和安全性的关系。
添加标题
发展趋势：随着科技的不断进步，食品物性学的发展趋势包括 利用先进的测量技术和计算机模拟方法来研究食品的力学性质， 以及将食品物性学与其他领域如生物学、化学和物理学等相结 合，以更全面地了解食品的属性和功能。

食品的变质过程
食品变质过程中力学性质的改变 可以反映其保质期的长短，如软
化、变黏等。
食品的保护措施
通过控制食品的力学性质，可以 采取相应的保护措施延长保质期
，如真空包装、气调包装等。
06
未来展望
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
新技术在食品力学性质研究中的应用
成熟阶段
食品力学在理论体系、研 究方法和应用领域方面逐 渐成熟，成为食品科学领 域的重要分支。
02
食品力学性质
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
弹性
弹性是指食品受到外力作用后发 生形变，当外力去除后能够恢复
原状的性质。
食品的弹性与其成分、结构和加 工处理方法有关。例如，蛋白质 含量高的食品通常具有较好的弹
性。
弹性是食品口感和质地的重要影 响因素，如面条、馒头等食品需 要具有一定的弹性才能保持良好
的口感和质地。
塑性
塑性是指食品在外力作用下发生形变 ，但当外力去除后不能恢复原状的性 质。
塑性是食品加工和成型过程中的重要 性质，如糖果、巧克力等食品需要具 有良好的塑性才能方便加工和成型。
食品的塑性与水分含量、温度和成分 等因素有关。例如，面包在制作过程 中需要经过揉捏和发酵，使其具有一 定的塑性。
实验研究方法通常需要使用专业的测试仪器，如万能材料试验机、硬度 计等，来对食品进行力学性质测试。
实验研究方法还可以通过对食品进行微观观察和分析，如使用扫描电子 显微镜（SEM）等设备，来深入了解食品的微观结构和力学性质之间的 关系。
理论分析方法
理论分析方法通常需要使用数值计算软件，如有限元 分析（FEA）、有限差分法（FDM）等，来对食品的 力学行为进行模拟和分析。

多孔状食品可分为两类：一类为馒头、面包、海绵蛋糕那 样比较柔软的食品；另一类为饼干、膨化小吃这样比较硬 的食品；另外，冰淇淋等泡沫状食品，也可算作多孔状食 品。
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4、粉体食品
粉体食品为微小固体颗粒，可以因粒子间摩擦力而堆积， 也可以像液体那样充填在各种形状的容器中。
食品中的粉体物质有面粉、豆粉、甘薯粉、淀粉等食品原 料，也有乳粉、咖啡等许多速溶粉状成品食品。
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（二）固态与半固态食品
依据组织形态，固态和半固态食品又可分为凝胶状食品、组 织状食品、多孔状食品及粉体食品等。
1、凝胶状食品
胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结 构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也 可以是气体），这种特殊的没有流动性的分散系称为凝胶 （如血凝胶、琼脂、明胶等）。凝胶放置过程中，逐渐脱水 成为干燥状态，称为干凝胶（如干粉丝等）。
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三、食品的质地
食品的质地指摄入食品时口腔对食品硬度、黏性、脆性、 滑性、粗糙性、咀嚼性、弹性等的感觉、手指对食品的触 摸感，以及眼睛对食品的外观感等综合感觉。
确定食品质地的方法有两种：感官评价和仪器定量评价。 一般食品质地的感官评价为主观评价；用仪器对食品质地
的定量评价为客观评价。
胶体粒子分散在液体中形成的可流动的分散系，称为溶胶。 由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用。溶胶和凝胶是 大部分食品的主要存在形态。
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依据物理性质，凝胶可分为以下几类： （1）按力学性质：凝胶可分为柔韧性凝胶和脆性凝胶。如面 团、糯米团等属于柔韧性凝胶；凉粉、果冻等为脆性凝胶。 （2）按透光性质：凝胶可分为透明凝胶（如果冻）和不透明 凝胶（如鸡蛋羹）。 （3）按保水性：凝胶可分为易离水凝胶（如豆腐）和难离水 凝胶（如琼胶、明胶、果冻等）。 （4）按热学性质：凝胶可分为热可逆凝胶和热不可逆凝胶。 一些胶体在常温下为半固体或固体状态，加热时会变成液态， 冷却时又会变成固体或半固体，称这类胶体为热可逆凝胶 （如肉冻等）；而另有一些溶胶加热时会形成凝胶，再经冷 却处理时，却不能形成为溶胶状，称这类凝胶为热不可逆凝 胶（如蛋清等）。

食品力学性质是影响食品品质和消费者接受度的重要因素。
在食品加工过程中，了解和掌握食品的力学性质有助于优化工艺参数、提高产品质量和开发新产品。
目前，食品力学性质研究涉及多个学科领域，如物理学、化学、生物学和工程学等，研究方法和技术不断更新和完善。
食品流变学作为食品力学性质研究的重要分支，在食品加工、食品质量和食品安全等领域具有广泛的应用前景。
缺乏系统性的理论框架
食品种类多样性考虑不足
食品品质与安全关联性不明确
发展多学科交叉研究方法
未来研究应注重发展多学科交叉的研究方法，结合物理学、化学、生物学等多学科理论，深入探讨食品的力学性质和流变学机制。
建立系统性的理论框架
通过整合现有研究成果和理论，逐步建立食品的力学性质和流变学的系统性理论框架，为研究提供统一的理论指导。
包装结构的设计
通过研究食品的流变学性质，可以优化包装结构的设计，提高包装的阻隔性能和保护性能，保证食品的新鲜度和安全性。
06
CHAPTER
展望与未来研究方向
研究方法的局限性
当前对食品力学性质和流变学的研究主要依赖于实验室测试，这种方法难以模拟实际食品加工过程中的复杂环境和条件，导致实验结果与实际情况存在偏差。
食品的力学性质和流变学涉及多个学科领域，目前尚未形成完整、系统的理论框架，这使得研究者在探讨相关问题时缺乏统一的理论指导。
不同食品具有不同的组成、结构和加工特性，当前研究对食品种类多样性的考虑不足，导致研究结果难以广泛应用于各类食品。
食品的力学性质和流变学与食品品质和安全之间的关联性尚不明确，需要进一步深入研究以揭示其内在联系。
食品的力学性质和流变学基础课件
目录
食品力学性质概述食品的力学性质食品流变学基础食品加工过程中的力学与流变学问题食品力学性质与流变学基础的应用展望与未来研究方向

式中，Ek——分子间静电相互作用能; μ1、μ2——两种极性分子的偶极矩; R——分子间的距离; T——热力学温度; k——玻耳兹曼常数。 从上式可以看出，静电力大小受分子间的距离 影响最大。
(2)诱导力 当极性分子与其他分子 (包括极性 分子和非极性分子)相互作用时,其他分子产生 诱导偶极。极性分子的永久偶极与其他分子的 诱导偶极之间的作用力称为诱导力。作用能的 大小为：
式中，I1、I2两种分子的电离能。 色散力的作用能一般为0.8一8kJ/mol。 范德华力是 永远存在于一切分子之间的吸引力，没有方向性和饱 和性。作用距离0.26nm，作用能比化学键能小1一2个 数量级。
氢键 它是极性很强的X一H键上的氢原子与另一个 键上电负性很大的Y原子之间相互吸引而形成 的(X一H…Y)。氢键既有饱和性又有方向性:X 一H只能与一个Y原子形成氢键,而且X一H一Y 要在同一直线上，氢键的作用能比化学键小得 多，但比范德华力大一些，为12一30kJ/mol, X, Y的电负性愈大，Y的半径愈小，则所形成 的氢键愈强，氢键作用半径一般为0.17一 0.20nm。氢键可以在分子间形成，也可以在 分子内形成，聚酸胺、纤维素和蛋白质等都有 分子间的氢键。
2.1.1.2.范德华力和其它介观力 非键合原子间和分子间的相互作用力包 括范德华力、氢键力和其他力。其中范 德华力包括静电力、诱导力和色散力。
(1)静电力是极性分子间的相互作用力，由极性 分子的永久偶极之间的静电相互作用所引起。 作用能为12~20kJ/mol，与分子偶极矩的大 小、分子间的距离和热力学温度之间的关系如 下:
重点难点 高分子的链结构与构象，高分子间几种典型的 作用力及其作用机理； 食品主要成分的结构形态，蛋白质、脂肪和碳 水化合物各自的形态结构特征； 食品中的水分以及水与溶质间的相互作用； 动物食品与植物食品组织结构。 本章内容是关于食品主要成分与结构形态的简 单介绍，从微观层面阐述了食品结构与物性的 关系，说明了引起食品物性变化的一些机理， 为学习食品物性学这门课打下基础。

② 纤维素酶也参与果蔬细胞壁中纤维素的降解，该酶 活性在未成熟果实中很难测到，但在成熟软化过程中活 性急剧增加。纤维素是细胞壁的骨架物质，它的降解意 味着细胞壁的解体和果实的软化；
③ 果胶甲酯酶（PE）也参与果蔬组织的降解和软化， 但其作用机理是催化去除甲氧基。
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3、纤维状食品的质地及其与食品保藏性的关系
胶体粒子分散在液体中形成的可流动的分散系，称为溶胶。 由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用。溶胶和凝胶是 大部分食品的主要存在形态。
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依据物理性质，凝胶可分为以下几类： （1）按力学性质：凝胶可分为柔韧性凝胶和脆性凝胶。如面 团、糯米团等属于柔韧性凝胶；凉粉、果冻等为脆性凝胶。 （2）按透光性质：凝胶可分为透明凝胶（如果冻）和不透明 凝胶（如鸡蛋羹）。 （3）按保水性：凝胶可分为易离水凝胶（如豆腐）和难离水 凝胶（如琼胶、明胶、果冻等）。 （4）按热学性质：凝胶可分为热可逆凝胶和热不可逆凝胶。 一些胶体在常温下为半固体或固体状态，加热时会变成液态， 冷却时又会变成固体或半固体，称这类胶体为热可逆凝胶 （如肉冻等）；而另有一些溶胶加热时会形成凝胶，再经冷 却处理时，却不能形成为溶胶状，称这类凝胶为热不可逆凝 胶（如蛋清等）。
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嫩度仪
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（三）食品质地与食品保藏性的关系
食品质地包括的内容非常广泛，它在食品贮藏过程中的变 化及其与食品保藏性的关系，也因食品本身的组成、结构、 物理和化学性质不同而异。
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1、液态食品的质地
（1）液态食品中水的稳定性 液态食品以水为分散介质，由于水占绝大部分，因此其稳定
性在很大程度上取决于水的状态。 维持水溶液稳定的力：分子间力、静电引力、氢键结合力。 大量实践证明，许多食品溶液包括酒、调味料、饮料等，其

第四节 粘弹性
1. 麦克斯韦粘弹性(Maxwell)
变形 = 瞬间变形（可恢复） + 永久变形（不能恢复） = 弹性部分 +粘性部分
e = P/E + ( P/ ) t
瞬间： 弹性体 长时间：粘性体
虎克模型：弹性体模型 阻尼模型：牛顿体模型，没有弹性恢复
麦克斯韦粘弹性:直列模型
直列模型机理： 弹性位能随时间增长带动阻尼体运动，同
硬度×凝集性(半固形食品)
咀嚼性(chewiness):
硬度×凝集性×弹性（固体）
①硬度:第一次穿刺样品时的压力峰值 ②弹力性:长度2/ 长度1 ③凝集性:面积2/ 面积1 ④粘着性:面积3/ 面积4 ⑤咀嚼性:硬度×粘聚性×弹性
玻璃状态转折
分子运动容易度 温度下降快慢
固定位置 回转方向 时间
玻璃化状态 玻璃化、溶解
1.0E+04 1.0E+03 1.0E+02 1.0E+01
1.0E+00
1.0E+00
1.0E-01 0
20 40 60 80 100 温度/℃
1.0E-01 0
20
40
60
80 100
温度/℃
卡拉胶与魔芋胶在冷却和加热过程中G′和G″的变化
◆ 为G′；▲为G″
6. 非线性粘弹性
Weisson berg 韦森伯格现象 Sigma 现象
蠕变柔量 J ( t ) = e / P0
J ( t ) = ( 1/Ei ) 1- exp(-t /vi )
微分
J ( t ) = J(v ) 1- exp(-t /v ) dv
J(v ): 滞后时间分布函数 J(v ) dv : 滞后频谱(regardation spectrum)

Physical Properties of Food
食品物性学
1 绪论
1.1课程性质
食品物性学是食品科学与工程专业的 一门重要学科基础课。 专业基础课 32学时 1.2课程的定义及研究内容 物理学：研究物质的物理性质。 食品物性学（食品物理学）：研究食 品及食品原料的物理性质。
我们对食品的关心体现在 食品的质量上。
1.4课程特点 本课程所涉及到的内容与高分子物理有很多相似之处. 主要原因是食品中的蛋白质、多糖和脂肪等主要成分 属于高分子物质，它们以一定结构形态和物性影响食 品的感官价值、营养价值和稳定性。高分子物理学是 以橡胶和塑料为研究对象的课程，它突出材料强度和 材料对光、电、热的稳定性问题。而食品物性学研究 的材料非常复杂，有些是有生命的活体，有些是有特 殊组织结构的物质(例如:果蔬产品和加工制品)或高分 子和小分子物质混杂.这些都有别于高分子物理学。本 课程还与力学、光学、电学、热学等许多课程有联系. 但是最大差异还是来自于所研究的材料差异。我们是 利用这些学科基本知识，解决食品和农产品的物性问 题，因此，欲学好本课程要有较好的物理学知识和工 程基础知识。
式中，Ek——分子间静电相互作用能; μ1、μ2——两种极性分子的偶极矩; R——分子间的距离; T——热力学温度; k——玻耳兹曼常数。 从上式可以看出，静电力大小受分子间的距离 影响最大。
(2)诱导力 当极性分子与其他分子 (包括极性 分子和非极性分子)相互作用时,其他分子产生 诱导偶极。极性分子的永久偶极与其他分子的 诱导偶极之间的作用力称为诱导力。作用能的 大小为：
疏水键 当疏水化合物或基团进入水中时，体系界面自 由能增加，嫡减少，这是一个热力学不稳定问 题。为此，体系将力图趋向稳定，尽量减少疏 水混合物与水接触面积，在嫡驱动下，疏水化 合物自发地相互靠近。因此，疏水键并不是疏 水基团之间存在引力，而是体系为了稳定自发 的调整。疏水键的键能在5~30kJ/mol范围内， 主要与疏水基团的大小和形状有关。疏水键在 稳定蛋白质的三维结构方面占有突出地位。

成分与结构
食品的成分和结构对其内部摩擦特性有影响，例如蛋白质和纤维 的含量、分布等。
应力状态
食品在加工和食用过程中所受的应力状态对其内部摩擦特性有影 响。
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食品力学性质的应用
在食品加工中的应用
食品加工机械设计
食品力学性质在食品加工机械设计中具有重要应用。在设计榨汁机、破碎机、搅拌机等设备时，需要 考虑物料在加工过程中的力学性质，如硬度、粘性和弹性等，以确保设备能够有效地完成加工任务。
包装结构设计
包装结构的设计也需要考虑食品的力学性质。合理的包装结构设计可以有效地减少外部压力、冲击和振动对食品 的影响，保护食品的结构和完整性。同时，包装结构也需要考虑方便开启、易于使用等因素。
在食品检测与质量控制中的应用
食品品质检测
食品力学性质是检测食品品质的重要指 标之一。通过测量食品的硬度、粘性、 弹性等力学性质，可以评估食品的口感 、质地和加工性能。这些指标对于判断 食品的质量和新鲜度具有重要的参考价 值。
损伤
在机械破碎过程中，食品组织可能 受到损伤，影响食品的品质和口感 。
总结
在食品加工过程中应合理选择加工 设备和工艺参数，避免食品的机械 破碎和损伤。
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食品的流动性质
食品流动的基本概念
食品流动
指食品在力的作用下产生的变形和运动。
食品流动的驱动力
包括重力、压力、剪切力等。
食品流动的分类
分为牛顿流动和非牛顿流动。
食品力学性质的重要性
食品加工
食品力学性质在食品加工中具有重要 意义，如食品的切片、切丁、破碎、 混合等工艺过程都需要考虑食品的力 学性质。
食品质量控制
食品包装
食品的力学性质对于包装材料的选择 和包装设计具有重要影响，如需要考 虑包装材料的抗压、抗拉等力学性能 。