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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19
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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31
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

1）假塑性流动：
在非牛顿流动状态方程式中,当0＜n＜1时，即：
表观黏度随着剪切应力或剪切速率的增大而减少的流
动，称作假塑性流动，亦称准塑性流动或拟塑性流动。
符合假塑性流动规律的液体称为假塑性液体。
特点：无屈服应力,即应力应变曲线通过坐标原点；
随着流速的增加，表观黏度减少。
假塑性液体的流动特性曲线为：
称为水溶胶。
(2)凝胶：在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质，形
成整体构造而失去了流动性，或胶体全体虽含有大量
液体介质而固化的状态称为凝胶。
果冻、豆腐、
鸡蛋羹
凝胶食品多以多糖类、蛋白类为凝胶
形成的主体
（3）凝胶的分类
关于凝胶的分类有很多种,若按照其物理性质可以作如下
分类：
1 按力学性质可以把凝胶分为：柔韧性凝胶具有一
切时黏度迅速下降，静止
时又具有一定的屈服应力，
以保持坚挺。
流变学涉及的相关学科与对象
荷兰人斯科特·布莱尔 G.N.Scott
Blair , 1953 年, 他编辑出版了
《Foodstuffsthe Plasticity, Fluidity
and Consistency》一书。
一、食品流变学概念
桃
酱
11.9
82
0.27
58
葡萄浆
14
30
0.34
22
葡萄浆
14
82
0.34
20
西红柿酱
16.0
32
0.45
31.体粒子间结合受剪切应力作用发生改变,影响黏度的变化。
当液体流动时，受剪切应力作用，胶体粒子间网架构造不断
被破坏。
❖

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。

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

1、组成的复杂性 多成分、多形态、易变性、有些有细胞结构。 2、多样性（从加工的角度看） 有初级产品：谷物、水果、蔬菜、肉类等等； 有一次加工的食品材料：油、面粉、奶粉、蛋粉 等等； 有半成品、成品：面团、面包、米饭等等。
食品的力学性质
力学性质包括食品在力的作用下产生变形、振动、流 动、破断等的规律，以及其与感官评价的关系。具体 体现 （1）食品的力学性质是食品感官评价的重要内容。对有 些食品，是决定品质好坏的主要指标。 （2）食品的力学性质与食品的生化变化、变质情况有着 密切的联系，通过力学性质的测定，可以把握食品的 以上品质变化。 （3）食品的力学性质与加工的关系也十分密切。
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:

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。
06
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。
04
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 。

Chapter 2 Rheological Properties of Foods SUMMARY Rheological properties are defined as mechanical properties that
result in deformation and the flow of material in the presence of a stress. The viscosity is constant and independent of shear rate in Newtonian fluids. If the fluid is non-Newtonian, its viscosity may increase or decrease with increasing shear rate. For shear thinning fluids viscosity decreases with increasing shear rate while for sosity increases with increasing shear rate. A yield stress is required for plastic fluids to flow. For time-dependent fluids, viscosity changes with respect to time.
Capillary flow, orifice type, falling ball, and rotational viscometers are the most commonly used viscometers to measure viscosity of materials. Foods showing both elastic and viscous components are known as viscoelastic foods. Viscoelastic materials can be determined by stress relaxation test, creep test, and dynamic test.

3 有限元分析
利用计算机模拟分子在食品中的运动和相互作用，预测 食品的物性。
4 人工智能技术
利用计算机模拟分子在食品中的运动和相互作用，预测 食品的物性。
06
未来展望与研究方向
食品物性研究的挑战与机遇
挑战
食品物性研究面临诸多挑战，如食品 成分的复杂性和多样性、食品物性与 人体健康的关系等，需要深入研究。
详细描述
氧化剂和还原剂在食品中起着重要的作用，可以影响食品的色泽、口感和营养价 值等特性。例如，氧化剂可以使食品中的色素氧化变色，使食品失去原有的色泽 ；还原剂则可以防止食品氧化变质，保持食品的新鲜度和口感。
食品的络合与螯合性质
总结词
食品的络合与螯合性质是指食品中存在的络合物和螯合物对食品性质的影响。
详细描述
食品的酸碱性质主要取决于食品中的有机酸、矿物质和蛋白质等成分。这些成分可以影响食品的口感、色泽和稳 定性等特性。例如，酸性物质可以使食品口感更佳，但过多会使食品变得不稳定；碱性物质可以中和酸性，但过 多会使食品变得苦涩。
食品的氧化还原性质
总结词
食品的氧化还原性质是指食品中存在的氧化剂和还原剂对食品性质的影响。
工程物性包括密度、粘度、表面 张力等，与食品的加工性能和保
藏稳定性有关。
02
食品的物理性质
食品的密度
密度定义
单位体积内的物质的质量。
密度测量方法
使用密度计或天平进行测量。
密度与食品品质的关系
密度越大，食品的口感和质地通常更佳。
食品的流变学性质
流变学定义
流变学与食品品质的关系
研究物质在应力作用下的形变和流动 行为的科学。
详细描述
根据食品的物性特点，可以选择适当的包装 材料和保存方法。例如，真空包装和气调包 装可以降低氧气含量，延长食品的保存时间 ；冷藏和冷冻可以控制温度，延缓食品的腐 败变质。

σ = k·έ n = η a ·έ
σ = σ0+ k·έ n
(1 ＜ n ＜ ∞, 0 ＜ n ＜1)
(σ0 ≠ 0 )
式中： k称为黏性常数，因为它往往与液体浓度有关，因此也称为浓度
系数，n：称为流态特性指数。
ηa表观黏度， σ0屈服应力
。
Special lecture notes
根据以上流动状态方程中σ0的有无和n的取值范围，
成整体构造而失去了流动性，或胶体全体虽含有大量
液体介质而固化的状态称为凝胶。
果冻、豆腐、
鸡蛋羹
Special lecture notes
凝胶食品多以多糖类、蛋白类为凝胶
形成的主体
（3）凝胶的分类
关于凝胶的分类有很多种，若按照其物理性质可以作如
下分类：
1)按力学性质可以把凝胶分为：柔韧性凝胶具有一
特点：无屈服应力，即应力应变曲线通过坐标
原点；随着剪切流速的增加，表观黏度增加。
胀塑性液体的流动特性曲线为：
液体食品中胀塑性流体不很多，比较典型的是生淀粉糊。
Special lecture notes
造成胀塑性流动的机理，主要有以下一些解释。
v
胀容现象：
对于剪切增黏现象可以用胀容现象来
说明。具有剪切增黏现象的液体，其胶体粒子一般处
凝
胶
果冻、凉粉、鸡蛋羹、豆腐
体
固
体
类别名称
气体
固体泡
液体
固体凝胶
面包、馒头、蛋糕、饼干
果冻、熟米饭粒
Special lecture notes
(一)气体为连续相的胶体
气溶胶 液体分散于气体介质中
粉末
固体颗粒分散于气体介质中