食品物性学课件

食品物性学PhysicalPropertiesofFoods,教材、教学参考书：食品物性学李云飞等编著，中国轻工业出版社，2005年5月食品物性学李里特著，中国农业出版社，2001年6月TextureinFoodseditedbyBrianM.Mckenna,WoodheadPublishingLimited,2003农业物料学赵学笃等，机械工业出版社，1987年,李里特教授，1948年5月出生于西安，汉族，中国农业大学原副校长、副书记，食品工程学教授、博士生导师。1981年西北农业大学毕业后被国家教委选为出国研究生，1982年赴日本北海道大学研究生院农畜产加工工程专业留学，1988年2月获博士学位，之后在日本山崎面包公司中央研究所做博士后研究，年底归国在原北京农业工程大学食品工程系加工工艺教研室任教。曾任教研室主任、食品工程系主任等职，1994年任教授，被任原北京农业工程大学副校长、副书记、学术委员会主任；1995年任中国农业大学副校长、副书记、博士生导师，并获农业部中青年有突出贡献专家称号。1997年来任九届、十届北京市政协委员。,第一章绪论,第一节食品物性学的研究目的第二节食品物性学的研究历史第三节食品物性学的研究内容,第一节食品物性学的研究目的食品加工领域研究的主要内容：以食品化学和食品生化为主食品科学类知识（食品的化学成分和性质）以食品机械为主食品工程类知识（设备与机械的开发）重要的连接部分-食品物性学,食品物性学可以解决的问题,了解食品与加工、烹饪有关的物理特性建立食品品质客观评价的方法通过对物性的试验研究，可以了解食品的组织结构和生化变化为改善食品的风味，发挥食品的嗜好功能提供科学依据为研究食品分子论提供实验依据,第二节食品物性学的研究历史,国外：20世纪70年代兴起80年代形成体系日本对其研究较多较早国内：李里特教授主编了第一本比较全面系统的著作食品物性学,食品物性学起源食品粘弹性理论（弹性理论、流体理论）食品流变学提出荷兰人ScottBlair,1953质地的提出textureSzcxesniak,19631968年8月日本京都召开国际流变学会议1969年专业杂志Journaloftexturestudies1989年种谷真一食品的物理川端晶子食品物性学,食品物性学展望,Neo-psychorheology,基于虚拟仪器技术的食品物性检测系统的研究,第三节食品物性学的研究内容,定义研究对象研究的主要内容,食品物性学：是以食品（食品原料）为研究对象，研究其物理性质的一门科学。包含两方面的研究：1.食品本身理化性质的分析研究2.人的感官产生的感觉性质的研究,研究对象,从加工的角度,初级产品,经一次加工的食品原料,半成品及成品,粮油谷物、水果肉、蛋、乳及水产品等,食用油、糖类、奶粉、面粉等,面团、面包、糕点、果汁、米粉等,从组成可分：无机物、有机物、以及有细胞结构的生命体；从食品的形态可分：液态、凝胶状、细胞状、纤维状和多孔状食品等。,研究的基本内容,一、食品的力学性质是指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等。感官评价的重要内容；与食品生化变化、变质情况有密切关系；与食品加工有紧密关系。,时间（秒）,压力kPa,果实硬度测定图,二、食品的电学性质,主要是指食品及其原料的导电特性、介电特性，以及其它电磁和物理特性。研究领域：食品品质状态的监控（非破坏检测）电磁物理加工（静电场保鲜、微波加热、电渗透脱水等）,三、食品的热学性质,为了提高现代食品的商品化和保藏流通功能，加热、冷却、冷冻成了食品加工的最基本的方法。主要研究的是食品在加工过程中比热容、潜热、相变规律、传热规律以及与温度有关的热膨胀规律等。目的是改善食品的品质。,四、食品的光学性质,是指食品物质对光的吸收、反射及其对感官反应的性质。领域：通过光学性质实现对食品的成分的测定（糖度仪、酸度仪等）食品色泽的研究（判断食品的新鲜程度、成熟与否、品质的好坏等）,CR-300色差计,小结,食品物性学历史较短研究对象多，体系复杂研究内容主要有力学、光学、热学、电学等性质的研究,第二章食品的力学基础,食品的力学性质是食品物性中最主要的性质。本章主要以流变学为主，阐述食品的力学性质，进而对与食品力学性质有关的食品的物质结构特点加以讨论。,主要内容,2.1食品物性的胶体性2.2食品流变学2.3食品的粘弹性2.4粘弹性的基本力学模型2.5粘弹性测定,2.1食品物性的胶体性2.1.1食品物性构成体系与力学性质的复杂性,普通混合物的宏观物性公式不随系统各相成分的改变而改变，其物性函数具有对称性。,食品的构成：固体、水、空气等构成的分散体系。（非对称性-特异性）,分散系统,是指数微米以下、数纳米以上的微粒子，在气体、液体或固体中浮游悬浊的系统。（食品的组成十分复杂，多为非均质构造）微粒子-分散相气体、液体或固体介质-分散介质（连续相）,特异性：分散相和连续相发生交换变化时，其物性相差甚远。,2.1.2胶体（colloid）,表示物质状态的名词，与晶体表示物质分散度不同的两种状态。分散度慢而不易结晶的物质。（非均质分散系统）,胶体粒子大小和胶体特征类型高分子溶液胶体溶液悬溶液粒子大小1nm1100nm200nm左右观察手段电子显微镜超显微镜光学显微镜渗透性半透膜滤纸不能通过半透膜不能通过滤纸透光性透明廷德尔现象浑浊,2.1.3分散系统的胶体,食品胶体的分类连续相分散相类别名称食品举例气体液体气溶胶弥漫香气的雾固体粉末淀粉、小麦粉砂糖液体气体泡沫掼奶油、啤酒沫液体乳胶体牛奶、黄油、蛋黄酱固体悬胶体果汁、汤汁溶胶淀粉糊、肉汤凝胶果冻、粉条、豆腐固体气体固体泡面包、馒头、蛋糕、饼干液体固体凝胶熟米饭粒,1.乳胶体(emulsion),乳胶体的相转变模型,是指两种互不相溶的液体，其中一方为微小液滴分散在另一方液体中的胶体。（水、油和乳化剂构成）连续相分散相举例水油水包油型（O/W）稀奶油、蛋黄酱油水油包水型（W/O）黄油、人造奶油黄色为油白色为水,2.多相乳胶体,把O/W或W/O型乳胶体整个看成一个连续相，给这样的乳胶体添加亲水性或亲油性的乳化剂，并搅拌，于是各自的水或油又会成为分散相得到的W/O/W或O/W/O型的乳胶体。,W/O/W与O/W/O型的转化,3.乳胶体类型的判断,稀释法：连续相：水、油O/W易在水中扩散W/O易在油中扩散将一滴乳胶液滴在水中，如果能在水中完全扩散就是O/W型，否则是W/O型。,方法一,导电法：利用水和油的导电性。用电流计的两极插入乳胶液，构成回路后，如显示通电则O/W，否则为W/O型。,方法二,3.乳胶体类型的判断,色素染色法：利用色素是否溶解连续相来判断。例如：甲基橙在O/W型乳胶体中溶解，在W/O不溶解。,pH4.4的变黄，3.1-4.4的呈橙色,方法三,3.乳胶体类型的判断,4.溶胶和凝胶,溶胶（sol）：胶体粒子在液体中分散的状态为胶体溶液，可以流动为溶胶。如果分散介质是水称为水溶胶。,凝胶（gel）：在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质，形成整个构造而失去了流动性，或胶体全体虽含有大量液体介质但处于固化状态的称为凝胶。,凝胶的重要性,凝胶是食品中非常重要的物质状态。1.大多数食品都是在凝胶状态下被食用的。（米饭、面条、馒头、肉、鱼）2.凝胶状食品的力学性质对其口感品质、风味品质起着决定性的作用。3.研究改善食品的质地主要是研究凝胶状食品的模型,2.1.4食品的胶体性与食品加工,食品的口感、风味与食品胶体的粘、弹、塑性性质即流变学有很大的关系。稳定性与胶体粒子分布和结合状态密切相关。,2.2食品流变学(Rheology)概念：是研究物质在力作用下变形或流动的科学。（包括作用时间对变形的影响）研究的因子：力、变形、时间,1.2.1食品流变学概论,食品流变学研究的内容：食品或食品原料的弹性力学和粘性流体力学。（与食品的化学成分、分子构造、分子内结合、分子间结合的状态、分散状态，以及组织构造等）与之相关的学科有：胶体化学、高分子学物性论、化学流变学、生物流变学、心理流变学等。,研究目的：解决食品加工中出现的问题（咖啡、果冻、黄油、面团等寻找并建立食品本身的嗜好性与流变性质的关系。,1.2.2粘性粘性是表现流体流动性质的指标阻碍流体流动的性质称为粘性。,剪切粘度：表示在剪切过程中的黏度,体积黏度：液体所受压力与体积变化速度之间的关系遵循粘性定律，这时表示的黏度为体积黏度。,延伸黏度：表示粘弹性体在延伸时的黏度,1.2.2.1粘性流动的分类,牛顿流动（Newtonianflow)1）剪切速率：=/dt=dx/dy/dt=du/dyyydxAu+duu+dudyuuux,取某一微元的上下两层流体接触面积为A（m2）,两层距离为dy（m）,两层间粘性阻力为F（N）两层的流速分别为u，u+du（m/s），在dt时间内这一微元发生的变形称为剪切形变。,剪切应变：是物体在剪切应力作用下转过的角度（弧度）。=dx/dy剪切速率：剪切应变与应变所需要时间之比即=/dt=dx/dy/dt=du/dy单位S-1也称为速度梯度,1.2.2.2流动状态方程,在研究液体的力学性质时，我们都要明确关系应力应变应变速度物体流动流动状态方程：表示液体所受的剪切应力与剪切速率的函数关系式。,=dF/dA=du/dy=1/剪切应力，黏度流度满足此状态方程的液体流动，称为牛顿流体。水、糖液、清炖肉汤不满足的则称非牛顿流体,牛顿流体的特征,剪切应力与剪切速率成正比（=）黏度不随剪切速率的变化而变化。=,12,二.非牛顿流动,非牛顿流动状态方程：=kn(1n,0n1)其中k为粘性常数与流体浓度有关n为流态特性指数。n=1时为牛顿流体公式k=设a=kn-1则=kn写成=aa称为表观黏度与k，n有关，是的函数，表示非牛顿流体在一定流速的黏度。,1.假塑性流动,=kn(10才开始流动=0+kn.0为屈服应力假塑性流动：在非牛顿流动状态方程式中，当0n1时，表观黏度随着剪切应力或剪切速率的增大而减少的流动，称为假塑性流动（剪切稀化）。,假塑性流动特性曲线,a,胀塑性流动（生淀粉糊）,非牛顿流体的流动状态方程中，如果1n，称为胀塑性流动。,剪切稀化原理慢流动快流动,胀容现象原理外力,3.塑性流动,塑性流动：是指流动特性曲线不通过原点的流动。对于塑性流动。当应力超过0时，流动特性符合牛顿流动规律的，称为宾汉流动。0宾汉流动,0非宾汉流动,部分宾汉流体食品的屈服应力值,浓缩肉汁的宾汉流动2048,屈服应力Pa融化的巧克力1.2惯奶油40.0橘子汁60%0.7梨酱固形物0.183.5番茄酱固形物0.114.2大豆分离蛋白0.20121.7乳清蛋白2.1,4触变性流动,触变形流动：也称摇溶性流动，是指当液体在振动、搅拌、摇动时，其粘性减少，流动性增加，但静止一段时间后，流动又变得困难的现象。Pa屈服应力（s-1）,机理：随着剪切应力的增加粒子间形成的结合构造受到破坏，因此粘性减少，当应力停止的时候，粒子间结合构造需要一段时间恢复，并逐渐形成。呈现触变流动的食品口感比较柔软爽口。,5.胶变性流动,胶变形流动：与触变性流动相反，即液体随着流动时间的增加，变得越来越粘稠。,Pa这类食品屈给人服感觉应粘稠力（s-1）,2.3食品的粘弹性,完全弹性粘弹性:既有弹性性质，又有粘性性质与化学组成、分子构造、分子内结合、分子间结合、胶体组织、分散状态有关。例：面团、面包、面条、奶糖,一、黏弹性基本概念,1.变形：一般固体施以作用力，则产生变形；去掉外力，产生弹性恢复，我们把使之恢复的力称为内应力。（1）宏观应变：是指平均应变范围大于原子间距离的有限尺寸场合下的应变。（2）微观应变：是指应变尺寸范围为原子距离数量级的应变。（3）压缩强度：物质所能承受的最大压缩应力，即试验时试样能承受的最大荷重和与试料的最初断面积之比。,应力应变有关概念,基本概念2,（4）弹性率：在弹性极限范围内，应力和应变之比。a.初始切线弹性率：应力应变曲线在原点处的斜率。b.切线弹性率：在曲线上某一点曲线的斜率，也称为瞬时弹性率。c.正割弹性率：从曲线上任一点到原点的连接直线的斜率，也称表观弹性率。d.弦弹性率：应力应变曲线上任意两点之间弦的斜率,基本概念3,屈服点：当载荷增加，应力达到最大之后，应力不再增加，而应变依然增加时的应力点。注：不是所有物质都有屈服点,BY,A.生物屈服点：应力应变曲线中，应力开始减少或应变不再引起应力增加的点。（一般食物都有此点）B.破断点：在应力-应变曲线上，作用力引起物质破碎或断裂的点。C.屈服强度：应变和应力之间的线性关系，在有限范围内不再保持时的应力点。,在掌握断裂试验时需要掌握以下概念,基本概念4,c.脆性断裂：屈服点与断裂点几乎一致的断裂情况。d.延性断裂：指塑性形变后的断裂。e.断裂能:应力在断裂前所作的功。,弹性：物质恢复原形的能力。塑性：物质产生永久变形的能力,f.刚度：当形变未超过弹性极限时，刚度为应力应变曲线的初期斜率，即弹性模量；当应力和应变为非线性关系时，刚度为表现弹性率，也就是初期切线弹性率、割线弹性率或切线弹性率。,基本概念5,a弹性度：物质再去掉外力作用后，弹性变形和总变形量之比。b强度：物质承受施加外力的能力。c生物屈服强度：达到生物屈服点的应力。d坚韧性：是物质达到破断时所作的功。e.弹性能：物质以弹性变形的形式保存的能量,a力学滞后：在载荷的加除过程中物质吸收的能量也就是说当产生塑性变形时，应力应变曲线所包围的面积，表示能量的损耗。b应力松弛：试料在瞬时变形后并保持固体力学性质的能量。,弹性模量:物体所受正应力的作用产生轴向变形称拉伸形变。此时的弹性模量也称杨氏模量。EE为杨氏模量小麦面团105Pa明胶凝胶105-106Pa硬质干酪109-1010Pa意大利干挂面1011Pa,剪切模量或刚性率：剪切形变时，剪切应力与剪切应变弧度也符合虎克定律。sGSG为剪切模量果冻2*105Pa橡胶2.9*105Pa水泥0.7*1010Pa,体积模量：表示物体受表面正应力的作用时，产生体积变化的难易程度。vKvK：体积模量1/K：压缩率,能弹性：对于内能决定的弹性可以认为在外力作用下弹性形变所作的功全部作为内能贮存时，称这种弹性为能弹性。把与熵有关的弹性称为熵弹性。,粘弹性体的特点,1.曳丝性：当我们把筷子插到一些粘弹性食品中，再提起筷子，我们会观察到一部分液体被拉起形成丝状，这种现象称曳丝性。判断：用直径为1mm左右的玻璃棒浸入液体1cm，然后再以5cm/s的速度提起，观看液体丝在断掉前被拉起的长度。此长度表示曳丝性大小。长度与提起的速度有关。,蛋清、山药糊糊化淀粉糊纳豆等黏性和弹性的双重表现,发酵豆制品的曳丝距离,发酵豆种类曳丝距离大豆100-150cm小豆5-10cm菜豆20-30cm豌豆20cm蚕豆10-20cm,2.威森伯格效果,将粘弹性液体放入圆桶形容器中，垂直于液面插入一玻璃棒，当急速转动玻璃棒或容器时，可观擦到液体会缠绕玻璃棒上，在玻璃棒周围形成隆起于液面的冢状液柱。这种现象称为威森伯格效果注：弹性液体才具有这种效果。粘性太大的液体不具有冢状液柱，反而是凹下去的。可判断液体食品的组织结构。如：炼乳放陈后，就会有这种现象。,第四节：粘弹性的基本力学模型,前言：,研究复杂粘弹性体的流变性质复杂问题简单化建立相应的力学模型归纳为可以用数学公式表示的规律明确控制或测定流变性质的方法,一.虎克模型,在研究粘弹性体时，其弹性部分用一个代表弹性体模型表示，此模型称为弹簧体模型或虎克模型。代表完全弹性体的力学表现；特点：加载荷的瞬时同时发生相应的变形，变形的大小与所受力的大小成正比。,虎克模型,E虎克模型符号虎克模型应力应变特性曲线,0t1t20t1t2,二.阻尼模型,流变学中把物体粘性性质用一个阻尼体模型表示，因此成为“阻尼模型”或“阻尼体”。特点：阻尼模型瞬时加载时，阻尼体即开始运动，当载荷去掉时，阻尼体立刻停止运动，并保持变形，没有弹性恢复。注：既可表示牛顿流体性质，也可以表示非牛顿流体性质。不特殊说明时，代表牛顿流体。,阻尼模型,阻尼模型符号阻尼模型应力应变特性曲线,0t1t20t1t2,三.滑块模型,表示有屈服应力存在的塑性流体性质。0E0t1t2滑块模型符号,滑块模型的应力应变特性曲线,四.麦克斯韦模型,虎克模型与阻尼模型串联而成的模型称为麦克斯韦模型。主要是表示粘弹性体的应力松弛情况。应力松弛：当给粘弹性体加载，是其发生相应变形，然后保持这一变形，考察其内部应力的变化情况。,EHN麦克斯韦模型,E、H、H分别为虎克体弹性模量、受力后应变应变速率、N、N分别为粘性体的黏度受力后应变、应变速率,麦克斯韦及其基本应力松弛曲线,（t）0tt0t1t0（t）=0-t/M0E0Mt0t0t1t应力松弛曲线瞬时卸载的应变曲线,麦克斯韦公式,EHN,H=/EN=（/）tH=1/Ed/dtN=/总应变=H+N=/E+（/）t（1）将（1）式分别对时间t求导则有：d/dt=1/Ed/dt+1/（t）麦克斯韦方程设M=/E则有：Ed/dt=d/dt+/Md/dt=0d/dt+/M=0解得此方程=A-t/M+C当t，=0；t=0，=0因此=0-t/M，0=E0,应力松弛时间,注：粘弹性体在受力变形时，存在着恢复变形的弹性能力，但由于内部粒子也具有流动的性质，当在内部应力的作用下，各部分粒子流动到平衡位置，产生永久性变形时，内部的应力也就消失这种现象称为应力松弛。应力完全消失的时间非常长,应力松弛时间：当应力减少到原来的1/e时所需的时间。用M表示。用应力松弛情况应力松弛时间来研究和分析食品的品质应力松弛时间越长，肌原纤维蛋白分子间粘性越大。,五.开尔芬-沃格特模型,虎克体和阻尼体并联组成的模型称为开尔芬模型或蠕变模型。特点：1）阻尼体和虎克体所发生的应变相同，都等于模型整体产生的应变02）的大小等于阻尼体和虎克体所受应力之和,蠕变实验：保持应力不变，考察应变的实验Et(t)=E(t)+d/dt开尔芬方程式,开尔芬-沃格特模型解析,=0(t)=（1-t/M）k1(t)=1-（t-t1）/M0t1t,当施加一个恒定作用力0时，由于粘性阻滞的作用，虎克体只能逐渐变形，直到t=时，虎克体才能伸长到与作用力平衡的位置。当变形到一定程度后，在某时刻t1突然除去作用力，虎克体同样不能立刻恢复到无应力的状态，也要滞后很长时间，称这种现象为弹性滞后。理论上，弹性恢复需要很长时间,弹性滞后时间k=/E,（1-1/）,六.四要素模型,前言：,虎克模型阻尼模型滑快模型,组成复杂模型基本要素,麦克斯韦模型开尔芬模型,弹性滞后，残余应力缺乏应力松弛,两要素模型,为了更确切地用模型表述实际粘弹性体的力学性质需要多要素模型四要素模型是最基本的多要素模型。,四要素模型伯格斯模型,四要素模型及其等效表现形式,（a）（b）（c）,（d）,（e）,四要素模型的应力松弛曲线,总应力为2个麦克斯韦模型应力之和粘弹性参数分别1、E1、2、E2应力松弛时间分别是1=1/E12=2/E2在恒定应变0下，应力松弛公式为（t）=0E1e-t/1+0E2e-t/2,2个麦克斯韦模型并联,(t)=0E1e-t/1+0E2e-t/2E1+E20t,四要素模型的蠕变过程解析,一个麦克斯韦模型和开尔芬模型串联,当加载荷应力时，整个模型的形变相当于E1的虎克体，1的阻尼体，以及2、E2的开尔芬体的叠加，设开尔芬模型的弹性滞后时间k=2/E2则有蠕变变形为：,(t)=/E1+/E2（1-t/M）+/1t,当施加载荷时，立刻发生/E1应变，然后的形变由1阻尼体在速度/1下的运动与开尔芬模型弹性滞后运动的叠加。,/E2/E1,/1t,蠕变,蠕变恢复,/E1,（t）,t,t1,当t=，开尔芬模型变形停止，曲线趋向于阻尼体的变形曲线,当在时刻t1去掉载荷，模型将发生蠕变恢复，E1的虎克体瞬时恢复到原长，开尔芬模型在t=后完全恢复，而阻尼体的变形无法恢复，整个模型将产生残余形变，大小为/1t。,七.三要素模型,当粘弹性体存在不完全松弛的残余应力，我们可以把模型1中2=，即2成为不能流动的刚性连接，此时模型1可简化成模型2,1,2,2=,2=,此时应力松弛式应为：=0E1e-t/1+0E2当t=，存在残余应力。,三要素模型,在这里假设1=，则模型1可用模型2代替，此时的蠕边公式为：(t)=/E1+/E2（1-t/M）,蠕变,蠕变恢复,/E2,/E1,八.多要素模型,前言：为了更准确的模拟实际粘弹性体的流变特征，很多时候需要建立更复杂的模型，这些模型包括的力学元件不仅多，还可以进行任意搭配，这种复杂的模型称为多要素模型。常见的粘弹性体流变学分析，多用应力松弛和蠕变实验。而研究着两种试验的复杂流变现象利用广义模型较为方便。利用广义模型：把若干个麦克斯韦或开尔芬模型并联或串联而组成的模型。,广义麦克斯韦模型,有许多麦克斯韦模型并联而成。=EMie-t/MiMi=Mi/Emi其中为松弛过程应力为恒定应变EMi，Mi，为第i个麦克斯韦模型弹性率，松弛时间和黏度。,n,i=1,广义麦克斯韦模型,有残余应力的麦克斯韦模型,广义的开尔芬模型,由许多开尔芬模型串联而成的模型，用来分析蠕变性质比较方便。=1/EMi（1-t/Ki）,n,i=1,有残余应力存在的广义开尔芬模型,广义开尔芬模型,2.5粘弹性测定,一.静粘弹性用静粘弹性法所揭示的物体的粘弹性质称为静粘弹性。,1.基本流变特性参数的测定,双重剪切测定,应力（Pa）：=F/2A速率（S-1）：=/h黏度（PaS）=hF/2A,F：拉力A：试样接触的面积h：试样的厚度：移动速度,剪切模量GG=hF/2Ad,当保持压力不变的时候，还可以求出蠕变曲线等。常用来进行蛋糕、人造奶油、冰淇淋等的测定。,拉力实验：,对长为L、断面积为A的棒状或片状试样，两端固定，测定在一定的拉力F下，试样的弹性伸长d。可以求出：延伸弹性率E=LF/Ad延伸黏度=LF/Ad应力=F/A剪切黏度=LF/3Ad常用来测定小麦粉面团的粘弹性质,L,d,F,A,套筒流动,Ri,R,F,在同心的双圆间隙中添满试样，给内筒沿中心轴方向加以定载荷F，内筒开始滑动，最终与粘性阻力平衡达到匀速运动状态。对于试样任一半径r处的剪应力=-d/dr=F/2Rih（总应力）黏度：=F/2hln（R0/Ri）此原理被用于设计黏度计,平行板塑性计,原理：在半径为R的平行圆板之间放入试样，然后夹注试样，并施以夹紧力F，让试样的厚度随之减少，我们可以得出=2/3（1/2h5/2F）/V3/2蠕变柔量等,2.应力松弛实验,应力松弛性质与食品的口感品质关系很大。人在吃米粉、面条等食品，牙齿在咬下到重新张开的短暂静止之间，食品有一个短的应力松弛过程，而应力松弛时间的快慢齿龈传给神经，进而给人以某种口感。例如：柔软的米饭，应力松弛时间68s。较硬的米粉为1014s。,注意：在进行应力松弛实验时，首先要找到应力和应变的线性范围，在这一范围内，使试样达到并保持某一变形，测定其应力与时间的关系。,3.蠕变实验,对试样施以恒定的应力，测定应变随时间变化的情况。与食品品质的关系也很密切。例如：米饭蠕变曲线所示的总变形、永久变形和流动性越大，弹性越小，米饭越好吃。,等速压缩部分曲线为OPQR，OP反映了米饭团的弹性，PQ是米饭产生流动发生较大塑性变形部分QR为米粒破裂部分。RSTUO为停止压缩，开始向上拉伸时的曲线恢复部分，弹性恢复为RS，STU为米饭粘着力所表现出的拉伸曲线。SO为永久变形。,4.滞变曲线是测定试样在定速压缩和定速拉伸过程中，应力随时间的变化曲线。,O,R,R,Q,P,U,T,S,其中塑性变形功：OPQRSO包围的面积。粘着功：SYUS包围的面积,图形,物性口感,静粘弹性的缺点,在静粘弹性测定时，由于力的大小方向不变，对于易流动性物质，流动会继续下去，很难测得它的弹性。对于弹性突出，流动性不明显的物质，应力松弛时间和滞后时间又很长，不仅测定花费时间，而且在测定过程中，一些食品还会发生生化和化学变化。静态测定所要求的阶跃应变，或瞬时加载，实际上都不好操作，当变形较大的时候，会超出线性变化范围，引起误差较大。,二.动粘弹性及其测定,动粘弹性就是给粘弹性体施以振动，或周期变化的应变或应力时，该粘弹性体所表现出的弹性性质。主要方法：正弦波应力应变试验*共振试验脉冲振动试验等,正弦波振动时应力应变的关系,时间,弹性体（应力应变同相）,粘性体（应力应变位相900,粘弹性体,第三章食品质地学,前言：质地本来是指织物的编织组织材料构成等情况的概念。人们对食品从入口前到接触、咀嚼、吞噬时的印象，即对美味口感，需要有一个语言的表现，于是就借用了“质地”这一用语。质地：表示食品的组织状态，口感即美味感觉研究食品质地的表现、质地的测定和质地的改善等，也逐渐成为一门学问，称为食品质地学。,念概的地质品食节一第,一、食品质地的定义食品的质地是除温度感觉和痛觉以外的食品物性感觉。它主要由口腔皮肤及肌肉的感觉来感知，即：a）用手或手指对食品的触摸感；b）目视的外观感觉；c）口腔摄入时的综合感觉，包括咀嚼时感到的软硬、粘稠、酥脆、滑爽等。,二、食品的美味与质地,化学因素:酸、甜、苦、辣、涩、香气、咸等.物理因素：软硬、粘稠、酥脆、滑爽感、形状、色泽、温度等。（米饭、豆腐、汤圆、饼干等）最近一些研究表明，决定香味感觉的主要是物理因素，化学因素对香味影响的比重占20%左右物理性质的影响占70%左右,为了揭示质地的本质和更准确地描绘和控制食品质地，仪器测定又成为表现质地的方法之一。主观评价法：食品质地的感官评价称为主观评价法。客观评价法：把用仪器对食品质地定量的评价方法称为客观评价法。,第二节食品质地的感官评价,食品的感官评价：以消费者的嗜好为设定标准，通过由人组成的评审组，对食品观察品尝，并给以嗜好性能的评价。感官评价不仅仅是人的感觉器官对接触食品时各种刺激的感知，而且还有对这些刺激的记忆、对比、综合分析等理解过程。感官评价还需要生理学、心理学等方面的知识。,感觉的种类,二、感觉的敏感度,（一）味觉识别阈对于四种基本味觉，用浓度识别阈表示。也就是以盐酸或柠檬酸、食盐、砂糖或葡萄糖或氯化奎宁作为4种基本味道的代表物质。把以上物质分别配成尝不出味的低浓度溶液，然后逐渐增加浓度并品尝。把开始能感到味时的浓度作为上识别阈；把感知程度逐渐减少，直至开始尝不出味的浓度，称为下识别阈。,感受味的神经主要在舌，舌尖对甜味感受敏感，舌根对苦味感觉较强，酸味的敏感部位在舌的侧面，而咸味除舌中央外，其他部位感受程度相同,（二）触觉识别阈,对于食品质地的判断，主要靠口腔的触觉进行感觉。通常口腔的触觉可分为以舌头、口唇为主的皮肤触觉和牙齿触觉。皮肤触觉识别阈主要有2点识别阈：压觉阈、痛觉阈等,1.皮肤的识别阈,口腔皮肤的敏感程度也可用压觉阈值或痛觉阈值来分析。用一根细毛，压迫某部位，把开始感到疼痛时的压强称作这一部位的压觉阈值。如，口腔舌尖的压觉阈值只有1030kpa，而两腮黏膜在120kpa左右。皮肤的触觉敏感程度，常用两点识别阈表示。所谓两点识别阈，就是对皮肤或黏膜表面2点同时进行接触刺激，当距离缩小到开始要辨认不出两点位置区别时的尺寸，即可以清楚分辨2点刺激的最小距离，说明皮肤在该处的触觉最敏感。,人的口腔黏膜及身体部位的2点识别阈,2.牙齿的感知功能,在多数情况下，对食品质地的判断是通过牙齿咀嚼过程感知的,牙齿的感知功能,牙齿的构造从外观上可分为：1.牙冠：露出牙床时可以看到的部分2.牙颈：与牙床接触而围绕牙齿的部分3.牙根：埋在牙床下，深植在齿槽骨内的部分,在大多数的情况下，食品的质地的判断是通过牙齿咀嚼过程感知的。,从解剖面上则分为：,牙齿的牙釉质没有感觉神经压根周围包围的齿龈膜有很好的弹性和伸缩性，有很好的感知功能。,1.牙釉质（珐琅质）：在牙冠的表层，是人体最硬的组织。2.牙本质（象牙质）：在牙齿内中间的层，占牙齿的大部分，这一层有神经纤维分布。3.牙髓：在牙齿的最内层，由神经、血管及淋巴组织构成，主要的作用是供给牙齿营养。4.牙骨质：在牙根的外层，其作用是保护牙根内部的组织。,3.颗粒大小和形状的判断,试样组织颗粒的大小、分布、形状及均匀程度，也是很重要的感知项目。口腔对食品颗粒大小的判断，比用手摸复杂的多，在感知食品颗粒大小时，参与的口腔器官有：口唇与口唇、口唇与牙齿、牙齿与牙齿、牙齿与舌头、牙齿与颊、舌与口唇、舌与腭、舌与齿龈等。一般在考虑颗粒大小的识别阈时，需要从两方面分析，一是口腔可感知颗粒的最小尺寸，二是对不同大小颗粒的分辨能力。,4.口腔对食品中异物的识别能力,口腔识别食品中异物的能力很高。一些果酱糕点类食品中，由于加工工艺不当，产生的糖结晶或其他正常添加物的颗粒，就可能作为异物被感知，而影响对美味的评价。吃饭时，食物中混有毛发、线头、灰尘等很小异物，往往都能感觉的到。,人对食品美味的感觉机理十分复杂，不仅与味觉、口腔触觉有关，还和人的心理、习惯、唾液分泌，以及口腔振动、听觉有关。深入了解感觉的机理，对设计感官评价试验和分析食品质地品质都有重大关系。,第二节食品质地感官评价,三.感官试验的种类,对于食品的要求：风味（滋味）；触觉（流动性、粘稠性、均匀性、外观色泽等）,这就要求人的视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉五个感官都要参与。,感官试验的种类,美味度是五感的函数：（x1，x2，x3，x4，x5）式中：x1视觉x2听觉x3嗅觉x4味觉x5触觉米饭：（x5）即：米饭的美味度几乎全可以用触觉表示。,分析型感官评价：把评价的内容按感觉分类，逐项评分的感官评价方法。（食品的物理、化学性质等有关）嗜好型感官评价：对美味度、风味的内容不加严格明确要求，只是由参加品尝人的随机感觉决定。（参加者的饮食习惯、个人爱好、生理、环境、健康状态等）,四.食品质地的感官表现,对食品质地的评价，由人的五官、手指等许多感觉敏锐器官的参与，因此比用仪器判断更为准确、更加综合、更加直接。但感官评价毕竟是主观的测定方法，在试验过程中，应该按照试验的规定，遵循一定的条件下，尽可能的取得客观信息。要提高评价的准确性和在现性，就必须把食品质地的评价用语进行规范化整理，并对每个表现质地的用语制定出量化的尺度。,1.质地多面剖析法（textureprofile),例如：面包的“弹性”西瓜的“沙瓤”面条的“筋道”膨化食品“酥脆”肉的“柔嫩”等,是用科学的方法对质地评价术语进行分类、定义，使之可以成为进行交流的客观信息。是把质地的表现用语与其力学特性、几何特性结合起来进行定义。,Szczeniak质地多面剖析法,几何特性,粉状、砂状、粗粒状、纤维状、细胞状、结晶状,特性内容(定义),表现词汇,二次特性,一次特性,特性,粒子大小形状粒子的形状和方向,Szczeniak质地多面剖析法,Sheman质地多面剖析,进食咀嚼曲线烹调和摄食动作在内的感觉,食用前的最初感觉入口初感觉咀嚼感（强剪断力）咀嚼后残渣感,外观、取样、切片时的性质、延伸、涂抹、搅拌时的性质倾倒、注入时的流动情况,2.语义量化法,是用语言心理学的研究手法，对各种质地评价用语进行分析对比，使得这些术语有比较客观的定义。是在质地多面剖析法基础上，对质地中常用的综合感官评价术语，进行特定的、具体的量化定义。,例如:酥脆性：用具体的酥脆性食品来定义，用不同酥脆性的食品分别代表酥脆性的程度。,标准食品的选择应该从利用的频率、普遍性、和质地特性的稳定性等方面来考虑。,质地术语量化标准举例,与表中有关的数据还应有：食品的商标、厂家、规格、试样的大小及温度等附加条件。,对表中标准食品用仪器测定，并把感官评价尺度与仪器测定数据的相关关系画成曲线，此曲线称为标准曲线。硬度、脆度、耐嚼性、较弹性、粘着性等的感官评价尺度与仪器测定并非直线关系。心理学家研究表明：人的感觉强度Y和刺激强度X的关系是：Y=mXnY:感觉强度;X:刺激强度m和n是由外界刺激种类所决定的常数,以上方法都使各种感觉的定义和评价的尺度向科学化和客观化迈进了一大步。但作为标准化的食品都是从欧美等国人的角度提出的，由于饮食习惯和文化背景的不同，我国与欧美对食品质地用语有很大的不同。而我国这方面的工作几乎还是空白，因此展开适合我国饮食习惯和传统文化的食品质地学研究是当务之急。,3.质地图法,X凝聚性数字大表示坚韧,Y硬度,Z弹性,表现食品质地感觉的术语非常丰富，但这些质地术语只有经过科学的整理和准确定义，才能成为质地评价的学术术语，我国在这方面较晚，欧美研究的较早，并逐渐成为国际通用的质地评价用语。,A.一般概念,1.stucture：结构、组织：表示物体或物质各组成结合的性质。2.texture：质地：是物理性质（包括大小、形状、数量、力学、光学性质、结构情况）的感觉表现（触觉、视觉、听觉）。,4.质地评价用语简介,1.firm=hard，硬：表示受力时，对变形抵抗较大的性质（触觉）。2.soft，柔软：表示受力时，对变形抵抗较小的性质（触觉）。3.tough，坚韧：表示对咀嚼有较强和持续的抵抗，与柔嫩反意。4.tender，柔嫩：表嚼示对咀嚼的抵抗较弱，多用于对肉类的形容。5.chewy，柔韧、耐嚼、嚼不碎：表示嚼口香糖那样对咀嚼有较持续的抵抗（触觉）。6.short，酥松：表示一咬即碎的性质（触觉）。7.spring，弹性：表示去掉作用力后变形恢复的性质（视觉）。,B.与压缩、拉伸有关的表现用语,8.plastic，可塑性：表示去掉作用力后变形保留的性质（视觉）。9.sticky，胶粘：表示咀嚼时对上腭、牙或舌头等接触面粘着的性质（触觉）。10.glutinous，黏糊、黏的：与粘稠（thick）及胶粘往往可以视为同义语，常用来形容糯米年糕、汤圆那样的感觉（触觉和视觉）11.brittle，松脆：形容加作用力时，几乎没有初期变形而断裂、破碎或粉碎的感觉（触觉和听觉）。12.crumbly，易成碎渣的：形容一用力或一碰便易成为小的不规则碎片的性质（如面包屑）。（触觉和视觉）,B.与压缩、拉伸有关的表现用语,B.与压缩、拉伸有关的表现用语,13.crumbly，嘎嘣脆：兼有松脆和易碎渣的性质，常用来形容咬锅巴、萝卜之类时发响的感觉（触觉、听觉和视觉）14.crispy，酥脆、脆嫩、脆生的：用力时伴随脆响而屈服或断裂的样子，常用来形容吃鲜苹果、芹菜、黄瓜、脆饼干、油炸脆片等的感觉（触觉、听觉）15.thich，粘稠：常用来形容粥饭糊浆等（触觉、视觉）。16.thin，稀薄的、稀的：作为粘稠的反义词，有清淡、爽口之感（触觉、视觉）。,C.与食品组织有关的表现用语,1。构成粒子的尺寸形状（触觉和视觉）,a)smooth,滑腻：表示组织中感觉不出颗粒存在，均匀细腻的质感。常用来形容冰激凌，汤汁等。b)fine，细腻：组织构成粒子或纹理非常细小而均匀的样子。c)powdery，粉状的：颗粒很小的粉末状或易碎成粉末的性质。d)gritty，砂状的，砂质感：形容小而硬颗粒存在感。e)coarse，粗糙的：形容组织颗粒较粗，有较大粒子存在。f)lumpy，多团块的、疙瘩状的：组织中含有不规则团块的样子如：没有伴匀的面糊，冲调乳粉中有团块的样子。,2.组织的排列和形状,a)flaky：层片状、薄片状：形容剥落的层片状组织。b)fibrous：纤维状的：形容可感到纤维状的组织，且纤维易分离。c)stringy：多筋的、纤维粗的：形容纤维较粗硬的组织。如：老芹菜、筋多的老牛肉。d)pulpy：打成浆的果肉样，烂浆状的、软糊状的：形容柔软而有一定可塑性的湿纤维状物料构造，有时候也用来形容果肉丰满多汁的感觉。e)cellular：蜂窝状的、细胞结构的：主要指具有较规则的空状构造。,组织的排列和形状,f)puffed,蓬松的、膨胀的：形容胀的发得很暄腾的样子。g)crystalline,结晶状的：形容砂糖、食盐那样结晶的群体组织。h)glassy,玻璃状的：形容脆而透明的固体。察觉步出组织纹理结构的样子（触觉、视觉、听觉）。,i)gelatinous,凝胶状的：形容具有一定弹性的固体，察觉步出其组织纹理结构（触觉、视觉、听觉）。j）foamed,泡沫状的：主要形容许多小的气泡分散于液体或固体之中的样子。k)spongy,海绵状的：形容有弹性的蜂窝状结构。,e)wet,水灵的、水的：口腔中游离液有增加的感觉。f)watery，水的：因含水多而有稀薄、味淡的口感g)juicy,多汁的：咀嚼中口腔液体有不断增加的感觉。,4.与口感有关的词语,a)mouthfeel,口感：表示口腔对食品质地感觉的总称。b)body,浓稠感、厚重感：是质地的一种口感表现，类似于我国俗语中的“瓷实”。c)dry,干的：口腔中游离液少的感觉。d)moist,潮湿的：口腔中游离液的感觉即不少，也不多的感觉。h)oily,油的、油腻的：口腔中有易流动，但不易混合的液体存在的感觉。i)greasy,肥腻的，油腻的：口腔内有粘稠而不易混合液体或脂膏样固体的感觉。,与口感有关的词语,j)waxy,蜡质的：口腔内有不易容混的固体的感觉。k)mealy,纷质感、粗粉状、干面的：口腔内有干物质和湿物质两者混在一起的感觉。如：吃蒸熟的马铃薯或有粉的柿子饼。l)slimy,粘滑的：口腔中滑溜感。m)creamy,奶油状的：口腔中粘稠而滑爽的感觉。n)astringent,收敛感：口腔中的皮肤收敛的感觉。涩o)Hot,烫：口腔过热的感觉。p)cold,冰冷：口腔对低温的感觉。q)cooling,清凉：由于吸热而感觉到的凉爽。像吃薄荷一样。,五.感官鉴定评审组的确定,1）对鉴定对象食品的各种感官特性有区别、分析和判断能力。2）对以上各种特性具有敏锐的感知能力（刺激域值小）。,3)对各种特性的量化具有强的感知能力（辨别域小）。4）对各种特性的程度具有一定的表达能力。5）对各种特性具有准确的语言表达能力。,嗜好型：由一般消费者组成即可；但应该注意年龄层、性别,第三章食品质地学基础,第二节食品的感官评定,六.感官鉴定的方法,一.两点识别试验法（paireddifferencetest)目的：测试评审人员的个人识别能力。基本要点：提供两个某项性质在客观上有差别的试样X、Y。然后测试评审人员能否正确判断出试样的刺激强度顺序。,1.1试验步骤和方法,2.设计成如下样式的问卷，发给评审人员，并向每人提供X和Y两种试样，让其判断各项目的刺激强弱。3.为消除试样提供顺序的影响，将评审人员分为两组，一组先鉴定X,一组先鉴定Y。4.试样的代码应采用随机的2位数，鉴定时提供试验条件相同。,问答卷组姓名,在你面前有两个试样，按XY的顺序品尝，比较后，按所问问题在适当的栏内画“0”,1.事先按测定目的，配制一组某项性质有差异的试样X和Y.(如硬度不同，或糖的浓度不同等）,1.2试验结果分析,假设评审人员总数为n，而回答正确的人数为k，那么查附表1，在表中n和信度a所对应的栏中找到一数字如果k与这一数字相等，或比这些数字还大，就说明X和Y存在差异，即评审组对X、Y的性质、程度差异具有正确判断能力。,1.3试验举例,例如：以食品的粘度为考察对象，配制粘度稍有不同，其他完全相同的两种食品溶液X、Y,假设X粘度小，评审员共有30名，问题的答卷如下：Y较粘（回答正确）23名X较粘（回答错误）7名合计30名,二.2点嗜好试验法,就是对X、Y两种试样，指出对哪一种更喜欢，或哪一种品质更好一些。目的：用于嗜好性调查和品质评价,2.1试验方法和步骤1.提供要测定的两种试样，并要求评审员按以下样式的问答卷，判断自己喜欢的，或认为品质好的试样。,2.1试验方法和步骤,2.在问卷中，可以设立了解评审员性别、年龄、生活类型等栏目，以便对调查结果进行各种原因的分析。3.为消除品尝顺序的影响，可把评审员分成2组，一组先品尝X，另一组品尝Y。4.试样的代号采用随机数，提供样品的条件要求相同,2.2试验结果分析,如果评审参加人数总数为n，无论X、Y，设多数人喜欢的一方的人数为d。那么按照附表2查看n和信度a所对应的值，如果大于或等于其中某一值，说明多数人的选择有效。就是这种试样品质较好。,2.32点试验法试验举例,试样时添加了两种不同改良剂的面条：添加A改良剂的面条为X；添加B改良剂的面条为Y；60名评审人员参加此项试验，结论如下：喜欢X的人数n-d25名喜欢Y的人数d35名合计60名,384043394144394144404245404345,5960616263,2.点嗜好试验法检验表,三.1：2点识别试验法,将X、Y两种试样之一作为标准试样。然后在拿出X、Y试样，让评审员判断哪一个与标准试样相同。目的：目的是测试评审组全体或评审员个人是否具备识别能力。优点：比2点法判断更精确。,3.1试验方法和步骤,1.回答卷如下，将标准试样和两个标有代号的试样，同时提供给评审员，让其从中选出与标准相同的试样。,问答卷组姓名性别年龄工作单位在你面前有一个标准试样和2个有代号的试样。请先品尝标准试样，再品尝其余2个试样。指出与标准相同的试样代号试样与标准相同。请写出你根据什么内容的不同得出以上结论的。,3.1试验方法和步骤,2.最好是评审人员分成两组：一组以X为标准试样，一组以Y为标准试样。3.试样代号也要求采用随机数。摆放试样位置采用随机方式。品尝时条件要求相同。注：当X、Y在外观上（色泽、组织）有区别时，这种方法不适用。试验结果的分析：同2点识别法相同。,3.2试验举例,取两种外观相同，但因出炉时间有差异，或添加剂不同，而软硬稍有差异的面包作为试样。假设20名评审员参加试验，按此法结