食品胶体第一章绪论

1、1.3 大分子胶体的凝胶化n1.4 胶体的结构n1.5 食品胶体 把一种或几种物把一种或几种物质分散在另一种物质质分散在另一种物质中就构成分散体系。中就构成分散体系。其中，其中，被分散的物质被分散的物质称为分散相称为分散相（dispersed phase），），另一种物质称为分散另一种物质称为分散介质介质（dispersing medium)。例如：云，牛奶，珍珠分类体系通常有三种分类方法：分子分散体系胶体分散体系粗分散体系按分散相粒子的大小分类：按分散相和介质的聚集状态分类：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液的稳定性分类： 憎液溶胶亲液溶胶1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶

2、，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。2.胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm100 nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。1.溶胶 半径在半径在1 nm100 nm之间的难溶物固体粒之间的难溶物固体粒子子分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，分分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，分散相与分散介质不同相，散相与分散介质不同相，是热力学上的不稳定体

3、系。是热力学上的不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。这是胶体分散体系中主要研究的内容。2.高分子溶液 半径落在胶体粒子范围内的高分子溶解在合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，高分子化合物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，分散相与分散介质同相，亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶B.液-

4、液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液C.液-气溶胶 如泡沫2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为不同状态时，则形成不同的固溶胶：A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围.A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气B.气-液溶胶 如雾，云分散相分散相 连续相连续相 名称名称 举例举例 气气 泡沫泡沫 啤酒泡沫啤酒泡沫 液液 乳状液乳状液 牛奶牛奶 固固 液液 悬浮

5、液悬浮液 牙膏牙膏 气气 固态泡沫固态泡沫 面包面包 液液 固态乳状液固态乳状液 珍珠珍珠 固固 固固 固态溶液固态溶液 合金合金 液液 气气-液溶胶液溶胶 水雾水雾 固固 气气 气气-固溶胶固溶胶 烟，尘烟，尘 憎液溶胶的特性（1）特有的分散程度 粒子的大小在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。（2）多相不均匀性 具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。（3）热力学不稳定性 因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳定体系

6、，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。立立 方方 体体 边边长长 /cm 分分 割割 后后 立立方方 体体 数数 比比表表面面积积 /cm 0 时时 水水 的的 单单 位位 体体积积 表表 面面 能能 /J 1 1 6 4.6*10-5 1*10-2 106 6*102 4.6*10-3 1*10-5 1015 6*105 4.6 1*10-7 1021 6*107 460 把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。表面也越大。 从表上可以看出，当将边长为从表上可以看出，当将边长为1010-2-2m m的立方体分割成

7、的立方体分割成1010-9-9m m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。的小立方体时，比表面增长了一千万倍。n可见达到可见达到nmnm级的超细微粒具有巨大的比表面积级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。热点。如铂黑电极及多孔电极由于其表面积较大，电流密如铂黑电极及多孔电极由于其表面积较大，电流密度小，因而极化小；再如，由超细微粒制备的催化剂由于度小，因而极化小；再如，由超细微粒制备的催化剂由于具有很高的比表面因而催化活性较普通催化剂高；此外，具有很高的比表面因而催化活性较普通催

8、化剂高；此外，将药物磨成细粉以提高药效、将金属做成超细微粒以降低将药物磨成细粉以提高药效、将金属做成超细微粒以降低熔点都说明了超细微粒具有独特的表面效应。熔点都说明了超细微粒具有独特的表面效应。稳定胶体的两种主要方式：稳定胶体的两种主要方式： 静电稳定：在静电稳定的胶体中，粒子与粒子的表面间存在着所谓的库仑力（即一种源于永久性电子电荷的作用力，可以是(也可以是吸引的） 排斥，这种作用的结果使得一个粒子会对另外的粒子产生排斥而使它们不能相互接近。 聚合物稳定：Polymeric Stabilization在这样的体系中，粒子与粒子不能相互接近是由于大分子物质在连续相中的存在。 a、可以是吸附在粒

9、子表面而造成空间阻碍， b、可以是溶入连续相中以形成缠绕或者是弱网状结构的连续相的体系，进而阻止了粒子的移动和相互接近。1.4 大分子胶体的凝胶化大分子胶体的凝胶化Gelation of macromolecule -hydrocolloid凝胶（凝胶（Gel）：一种特殊的胶体，它是由胶体粒子或大分子交联而成的软且有弹性的能变形的固态的胶体体系。凝胶的特点：凝胶的特点：1.分散相的量远远少于连续相。2.从分子状态来说，分散相中可存在分子和离 子 的 自 由 扩 散 ， 所 以 体 系 如 同 液 态（liquid-like）；但宏观地看，这种体系又可以视为固态（Solid-like），因为胶体

10、粒子或大分子交联成的三维网状结构在抵制体系变形时有储藏机械能的能力。在能形成聚合物凝胶的食品生物大分子中，常见的有一些多糖（琼脂，海藻胶，卡拉胶，果胶）和一些蛋白质（明胶）。凝胶化凝胶化(gelation)：生物大分子溶液在适当的条件下被转变成生物大分子凝胶的过程。凝胶化发生的条件：凝胶化发生的条件： 改变温度改变温度：温度的改变会导致生物大分子构象的改变，进而改变分子的缔合性质。如果此时的大分子已达到一定的浓度，就能发生凝胶化。降低温度可能导致分子的构象更为有序，这种情况下所发生的凝胶化过程可视为是一种不成功的大分子结晶过程。升温常导致分子的无序，进而因为一系列复杂的新引起的分子间反应而产生

11、网状结构。非变温所引起的凝胶化过程非变温所引起的凝胶化过程：可以由加入酶、酒精、盐或改变pH而造成网状结构的形成。一种情形是加入的新组分直接介入生物大分子相互缔合作用（如钙离子参与海藻胶的凝胶化反应），另一种情形是它们不直接介入凝胶化，而只是推动大分子的构象转变进而引起分子的交联。1.5 1.5 胶体的结构胶体的结构假设：假设：是理想的单分散体系；粒子为同样大小的刚性球体。胶体的结构是一种三维的结构，这里为了说明方便，采用一维的图形。 类型类型：溶胶的原始模型：溶胶的原始模型充分稀释和分散良好。这种理想的状态可经常在科研报告，有时亦在试验室遇到。但实际上并不存在。1. 分散相的体积分数十分小，

12、即可以认为粒子间不存在相互作用。所以我们甚至可以把这种体系认为是理想上的气态体系。特点：特点：2. 粒子在重力下的沉降速度符合Stokes定律；3. 体系粘度和分散相体积分数间的关系可用Einstein公式描述；v = 2r2 (0-)g / 9 0 r = 1+ 2.5 4.粒子的半径小于0.1m，则它的布朗运动导致的沉降以及粒子扩散系数可用Stokes-Einstein公式描述；5.这种胶体在试验上具有的一个特点是它的透明性，这种性质适合于详细研究它的光散射或浊度。所以用于进行胶体粒子大小测定的技术大都要求胶体体系是这种状态。至少应该充分稀释和分散以接近这种状态。D= kT/f =kT/6

13、0a类型类型：是一种稀释了的絮凝的溶胶。有别于类型，它是一种不完全的“气体”。特点：特点：1. 它的粒子或多或少地随机地分布在介质中， 有的还暂时地结合在絮凝体中；2. 这些絮凝体由相当弱的力连在一起，很容易被Brownian运动、重力或外力场所破坏。(单体粒子与小絮凝物之间的平衡有点类似于单独水分子和小的氢键连结的小分子结合体之间的水蒸气；3. 具有更大的光散射、更快的沉降和与流动条件更为相关的粘度。类型：一种稀释的聚集的粒子的分散体，不过它是一种不可再次分散的絮凝，因为粒子的絮凝是由于较强的短程力的吸引。特点：特点：1.1.较强的聚集，不能再次分散；较强的聚集，不能再次分散；2.2.单个聚

14、集体的扩散系数比单个粒子小；单个聚集体的扩散系数比单个粒子小；3.3.单个聚集体的沉降速度比单个粒子大。单个聚集体的沉降速度比单个粒子大。类型：类似于或，但浓度更大特点特点：1.尽管粒子彼此间靠的更近，但体系仍然是稳定的，只要用足够的连续相稀释体系可以恢复到类型；2.结构取决于粒子间的排斥作用；3.不透明；（例：牛奶，奶油）4.体系的粘度远高于连续相的粘度；5.粒子扩散极端困难。 类型类型A A：当类型的分散相体积分数接近自由紧密装填时所形成的体系。特点：特点：1.粒子的移动几乎完全不可能；2.体系的结构和机械性质接近“玻璃态”而不是液态。类型: 具有如同晶体的长程有序特征以及其它晶体的特征特

15、点：1.具有弹性；2.衍射电磁波；3.当“熔化”为液态时表现出一级转变的性质；4.尽管粒子的扩散运动非常困难但它们并无聚集。只要充分稀释就可转变为类型胶体。类型：这种类似固体一样的胶体表示了由具较强短程吸引力的粒子组成的胶体体系的聚集过程达到极点时的状态。这种结构的胶体可由类型这种结构的胶体可由类型的体系形成的体系形成：机理1：小的聚集体逐渐变大，重力作用下大的聚集体迅速升降，沉淀的聚集物堆积成内聚沉降体。后者具有强度大、结构疏松的凝胶网状结构。机理2：在粒子数目足够多的情况下，聚集的粒子连接在一起形成了网状并充满了整个体系形成“粒子凝胶”。这一类内聚的沉降物或粒子凝胶的机械性能取决于无序网状

16、中的粒子的具体排列情况，因而液取决于溶胶具体的聚集过程。类型：表示一种高浓度的絮凝了的且具有无序结构的溶胶。 1.它与类型的区别在于它的结构非常不均匀，与具有非常强的连结结构的类型的体系相比，这种体系时一种弱凝胶体系，粒子与粒子或者是一群粒子与另一群粒子之间的连结是十分脆弱的和易断的。2.如果类型是弹性的，则类型是一种粘弹性的。3.在相同的体积分数时，这种体系的粘度要比类型的高，这是因为使弱絮凝体变形和裂开需要额外的能量4.与类型相比，后者的聚集是不可逆的而前者却是可逆的。这种体系在中等浓度的食品生物大分子溶液中常可遇到 1.6 食品胶体食品体系的特点：复杂的，多组分的多相体系 粒子：形状：可

17、以是球型（气泡，油珠和水珠），亦可能是近似球型（脂肪球，蛋白质和淀粉粒子）、非球型（针状、板状、纤维状等）。尺寸：范围较宽，从nm（表面活性剂胶束）到m（乳状液液珠）到毫米（泡沫）。状态：可以是分散的，亦可以是聚集的并形成不同的形状、尺寸和结构。食品胶体中最基本的两类结构元素：粒子和大分子大分子： 可以是紧实的和高度规则的（如球状蛋白），亦可能是链状和无规则的（如许多多糖和变形蛋白质），其分子量约在数万（许多蛋白质）到数百万（许多多糖） 大分子或粒子的聚集体可以是相当大的尺寸的能形成凝胶的网状结构，大分子（尤其是蛋白质）的另一个特征是可能在固态、液态或气态的界面发生吸附，这样或者是组成吸附膜，或者是与另一个界面连接。蛋糕糊里的粒子类型和尺寸分子：糖，类脂，蛋白质 0.5nm-10nm蛋白质胶束：30nm-0.3m油 珠：0.1m-10m脂 肪 晶体：0.2m-50m淀 粉 颗粒：1m-30m气 泡：5m-50m冰淇淋