食品胶体课件

1、食品胶体 Colloids in Food 食品胶体课件第1页第一章 绪论1.1 胶体体系概念1.2 胶体稳定性概念1.3 大分子胶体凝胶化1.4 胶体结构1.5 食品胶体食品胶体课件第2页1.1胶体体系概念定义：连续相（or分散介质）中分散着胶粒体系。胶粒尺寸远大于分散相分子又不致于因为其重力而影响它们分子热运动。详细来说，粒子尺寸大约在1nm-1m之间。分散体系：一个或几个物质分散在另一个物质中形成体系。分散相：分散体系中不连续部分，即被分散物质。分散介质（连续相）：分散体系中连续部分。 最简单胶体体系是在连续相（或称分散介质）中分散着单一尺寸粒子（亦称分散相）。食品胶体课件第3页分散相与

2、分散介质 把一个或几个物质分散在另一个物质中就组成份散体系。其中，被分散物质称为分散相（dispersed phase），另一个物质称为分散介质（dispersing medium)。比如：云，牛奶，珍珠食品胶体课件第4页分散体系分类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大小分类：按分散相和介质聚集状态分类：液溶胶固溶胶气溶胶按胶体溶液稳定性分类： 憎液溶胶亲液溶胶食品胶体课件第5页（1）按分散相粒子大小分类 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，没有界面，是均匀单相，分子半径大小在1 nm以下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4

3、溶液。2.胶体分散体系 分散相粒子半径在1 nm100 nm之间体系。目测是均匀，但实际是多相不均匀体系。也有将1 nm 1000 nm之间粒子归入胶体范围。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。食品胶体课件第6页依据分散相粒子大小可将分散体系分为三个大类： 类别粗分散体系（ coarse dispersed system胶体体系colloid分子分散体系solution粒子尺寸 1m 1nm 1m1 nm体系多相体系多相体系单相体系悬浮体胶体,有界面存在无界面，均匀食品胶体课件第7页胶体粒子尺寸：1nm-1m微乳状液粒子尺寸：10

4、-100nm 热力学稳定体系(判别:外观透明或者近乎透明,流动性好,均相体系,100倍重力加速度分离5分钟不发生相分离.)乳状液粒子尺寸：0.1-50 m 热力学不稳定体系食品胶体课件第8页（2）按胶体溶液稳定性分类1.溶胶 半径在1 nm100 nm之间难溶物固体粒子分散在液体介质中，有很大相界面，易聚沉，分散相与分散介质不一样相，是热力学上不稳定体系。一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究内容。食品胶体课件第9页2.高分子溶液 半径落在胶体粒子范围内高分子溶解在适当溶剂中，一旦将溶剂蒸发，高分子化合物凝聚

5、，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、可逆体系。食品胶体课件第10页3.缔合胶体（有时也称为胶体电解质） 分散相是由表面活性剂缔合而成胶束。通常以水作为分散介质，胶束中表面活性剂亲油基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介质之间有很好亲和性，所以也是一类均相热力学稳定系统。食品胶体课件第11页（3）按分散相和介质聚集状态分类1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成溶胶。当分散相为不一样状态时，则形成不一样液溶胶：.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液.液-气溶胶 如泡沫食品胶体课件第12页2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成溶胶。当

6、分散相为不一样状态时，则形成不一样固溶胶：.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶合金.固-液溶胶 如珍珠，一些宝石.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛食品胶体课件第13页3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成溶胶。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，因为不一样气体混合后是单相均一体系，不属于胶体范围.气-固溶胶 如烟，含尘空气.气-液溶胶 如雾，云食品胶体课件第14页依据分散相及分散介质状态可将胶体分为： 食品胶体课件第15页依据分散相情况：1.多分散体系： 体系中粒子大小不是单一，或者它们形状或电荷等也不是相同。实际胶体体系大多数属这种情况。2.单分散体系： 体系中

7、粒子完全或基本上是相同，胶体科学中许多理论推导是源于这种理想体系。食品胶体课件第16页以其它指标分类胶体：1.多重胶体（Multiple Colloids） 存在有两种以上分散相2.网状胶体（Network Colloids） 两种以上组成相相互交联成网状体系。3.凝胶（Gel） 分散介质为液态，但整个体系性质却如同固态体系。 食品胶体课件第17页另外，依据胶粒表面是否轻易被分散介质所润湿（Wetted）而可把胶体分散体系划分为亲液胶体（Lyophilic）或疏液胶体（Lyophobic）。对水溶胶，英语表示为hydrophilic or hydrophobic.食品胶体课件第18页憎液溶胶特

8、征（1）特有分散程度 粒子大小在10-910-7 m之间，因而扩散较慢，不能透过半透膜，渗透压低但有较强动力稳定性 和乳光现象。（2）多相不均匀性 含有纳米级粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复杂，有保持了该难溶盐原有晶体结构，而且粒子大小不一，与介质之间有显著相界面，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，有自发降低表面自由能趋势，即小粒子会自动聚结成大粒子。食品胶体课件第19页胶体基本性质： 1.高度分散： 胶粒因为Brownian 运动扩散力强。 2.非均相：分散相与连续相之间存在界面。 3.分散相比表面积大：表面能亦大。 4.聚结不稳

9、定性：表面能大，体系能量高，热力学不稳定。粒子趋于聚集以降低比表面积。 5.动力学稳定：胶体稳定是否是胶体体系研究和应用关键。 食品胶体课件第20页把一定大小物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。从表上能够看出，当将边长为10-2m立方体分割成10-9m小立方体时，比表面增加了一千万倍。可见到达nm级超细微粒含有巨大比表面积，因而含有许多独特表面效应，成为新材料和多相催化方面研究热点。如铂黑电极及多孔电极因为其表面积较大，电流密度小，因而极化小；再如，由超细微粒制备催化剂因为含有很高比表面因而催化活性较普通催化剂高；另外，将药品磨成细粉以提升药效、将金属做成超细微粒以降低熔点都说明了超细

10、微粒含有独特表面效应。食品胶体课件第21页1.2 胶体稳定性概念稳定性是胶体一个基本性质。在特定时间里，胶体稳定性可因其是否存在粒子可观察到聚集和上浮（或下沉）进行定性。憎液胶体稳定性是一个动力学意义上稳定，即热力学不稳定。这么胶体不会自发形成，即使形成亦是热力学不稳定。一些亲液胶体能够是稳定，象大分子溶液和含有表面活性剂体系如微乳状液和胶束。它们不稳定表现不是粒子聚集而是分成两相。食品胶体课件第22页胶体不稳定主要表现： 1.聚集（Aggregation） ：是两个或多个胶体粒子粘附在一起过程。 2.絮凝（Floculation）：涣散聚集，粒子间距离较大，过程是热力学可逆； 3.凝结（Co

11、agulation）：刚性聚集，粒子间距离在原子尺寸范围，过程是热力学不可逆 4.分层（上浮或下沉，Creaming or Sedimentation）：最常见胶体不稳定现象，是因为重力造成粒子迁移和聚集。其动力学速度取决于迁移单元尺寸和两相密度差。食品胶体课件第23页Cream：稀O/W乳状液经分层后所形成高浓度乳状液。它可能是聚集亦能够是胶体稳定。但液珠凝结决不能超出一定程度，不然乳状液被“破乳”，转变为热力学稳定均匀油和水两相溶液。Sediment：低浓度悬浮体经沉降后所形成高密度悬浮体。食品胶体课件第24页CreamSediment乳液稳定性淀粉颗粒稳定性食品胶体课件第25页稳定胶体两

12、种主要方式： 静电稳定：在静电稳定胶体中，粒子与粒子表面间存在着所谓库仑力（即一个源于永久性电子电荷作用力，能够是(也能够是吸引） 排斥，这种作用结果使得一个粒子会对另外粒子产生排斥而使它们不能相互靠近。 食品胶体课件第26页聚合物稳定：Polymeric Stabilization在这么体系中，粒子与粒子不能相互靠近是因为大分子物质在连续相中存在。 a、能够是吸附在粒子表面而造成空间妨碍， b、能够是溶入连续相中以形成缠绕或者是弱网状结构连续相体系，进而阻止了粒子移动和相互靠近。食品胶体课件第27页1.4 大分子胶体凝胶化Gelation of macromolecule -hydrocol

13、loid凝胶（Gel）：一个特殊胶体，它是由胶体粒子或大分子交联而成软且有弹性能变形固态胶体体系。食品胶体课件第28页鸡蛋凝胶磷酸三钠磷酸二氢钠食品胶体课件第29页盐离子诱导大豆蛋白凝胶食品胶体课件第30页凝胶特点：1.分散相量远远少于连续相。2.从分子状态来说，分散相中可存在分子和离子自由扩散，所以体系如同液态（liquid-like）；但宏观地看，这种体系又能够视为固态（Solid-like），因为胶体粒子或大分子交联成三维网状结构在抵制体系变形时有储备机械能能力。食品胶体课件第31页在能形成聚合物凝胶食品生物大分子中，常见有一些多糖（琼脂，海藻胶，卡拉胶，果胶）和一些蛋白质（明胶）。食品

14、胶体课件第32页凝胶化(gelation)：生物大分子溶液在适当条件下被转变成生物大分子凝胶过程。食品胶体课件第33页凝胶化发生条件： 改变温度：温度改变会造成生物大分子构象改变，进而改变分子缔合性质。假如此时大分子已到达一定浓度，就能发生凝胶化。降低温度可能造成分子构象更为有序，这种情况下所发生凝胶化过程可视为是一个不成功大分子结晶过程。升温常造成分子无序，进而因为一系列复杂新引发分子间反应而产生网状结构。食品胶体课件第34页非变温所引发凝胶化过程：能够由加入酶、酒精、盐或改变pH而造成网状结构形成。一个情形是加入新组分直接介入生物大分子相互缔合作用（如钙离子参加海藻胶凝胶化反应），另一个情

15、形是它们不直接介入凝胶化，而只是推进大分子构象转变进而引发分子交联。食品胶体课件第35页1.5 胶体结构假设：是理想单分散体系；粒子为一样大小刚性球体。胶体结构是一个三维结构，这里为了说明方便，采取一维图形。 食品胶体课件第36页食品胶体课件第37页类型：溶胶原始模型充分稀释和分散良好。这种理想状态可经常在科研汇报，有时亦在试验室碰到。但实际上并不存在。食品胶体课件第38页1. 分散相体积分数十分小，即能够认为粒子间不存在相互作用。所以我们甚至能够把这种体系认为是理想上气态体系。特点：2. 粒子在重力下沉降速度符合Stokes定律；3. 体系粘度和分散相体积分数间关系可用Einstein公式描

16、述；v = 2r2 (0-)g / 90 食品胶体课件第39页4.粒子半径小于0.1m，则它布朗运动造成沉降以及粒子扩散系数可用Stokes-Einstein公式描述；5.这种胶体在试验上含有一个特点是它透明性，这种性质适合于详细研究它光散射或浊度。所以用于进行胶体粒子大小测定技术大都要求胶体体系是这种状态。最少应该充分稀释和分散以靠近这种状态。D= kT/f =kT/60rD = 扩散系数，k = 波尔兹曼常数，T = 绝对温度，0= 粘度，r=流体力学半径食品胶体课件第40页类型：是一个稀释了絮凝溶胶。有别于类型，它是一个不完全“气体”。食品胶体课件第41页特点：它粒子或多或少地随机地分布

17、在介质中， 有还暂时地结合在絮凝体中；这些絮凝体由相当弱力连在一起，很轻易被Brownian运动、重力或外力场所破坏。(单体粒子与小絮凝物之间平衡有点类似于单独水分子和小氢键连结小分子结合体之间水蒸气； 含有更大光散射、更加快沉降和与流动条件更为相关粘度。食品胶体课件第42页类型：一个稀释聚集粒子分散体，不过它是一个不可再次分散絮凝，因为粒子絮凝是因为较强短程力吸引。食品胶体课件第43页特点：1.较强聚集，不能再次分散；2.单个聚集体扩散系数比单个粒子小；3.单个聚集体沉降速度比单个粒子大。食品胶体课件第44页类型：类似于或，但浓度更大食品胶体课件第45页特点：1.尽管粒子彼此间靠更近，但体系

18、依然是稳定，只要用足够连续相稀释体系能够恢复到类型；2.结构取决于粒子间排斥作用；3.不透明；（例：牛奶，奶油）4.体系粘度远高于连续相粘度；5.粒子扩散极端困难。食品胶体课件第46页类型A：当类型分散相体积分数靠近自由紧密装填时所形成体系。食品胶体课件第47页特点：1.粒子移动几乎完全不可能；2.体系结构和机械性质靠近“玻璃态”而不是液态。食品胶体课件第48页类型: 含有如同晶体长程有序特征以及其它晶体特征食品胶体课件第49页特点：1.含有弹性；2.衍射电磁波；3.当“熔化”为液态时表现出一级转变性质；4.尽管粒子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。食品胶体课件第

19、50页类型：这种类似固体一样胶体表示了由具较强短程吸引力粒子组成胶体体系聚集过程到达极点时状态。食品胶体课件第51页这种结构胶体可由类型体系形成：机理1：小聚集体逐步变大，重力作用下大聚集体快速升降，沉淀聚集物堆积成内聚沉降体。后者含有强度大、结构疏松凝胶网状结构。机理2：在粒子数目足够多情况下，聚集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”。这一类内聚沉降物或粒子凝胶机械性能取决于无序网状中粒子详细排列情况，因而液取决于溶胶详细聚集过程。食品胶体课件第52页类型：表示一个高浓度絮凝了且含有没有序结构溶胶。 食品胶体课件第53页1.它与类型区分在于它结构非常不均匀，与含有非常强连结结构类型体系相比，这种体系时一个弱凝胶体系，粒子与粒子或者是一群粒子与另一群粒子之间连结是十分脆弱和易断。2.假如类型是弹性，则类型是一个粘弹性。3.在相同体积分数时，这种体系粘度要比类型高，这是因为使弱絮凝体变形和裂开需要额外能量4.与类型相比，后者聚集是不可逆而前者却是可逆。这种体系在中等浓度食品生物大分子溶液中常可碰到 食品胶体课件第54页1.6 食品胶体食品体系特点：复杂，多组分多相体系 食品胶体课件第55页粒子：形状：能够是球型（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