食品和食品材料的玻璃化转变

食品和食品材料的玻璃化转变在各种含水量食品中，玻璃态、玻璃化转变温度、以及玻璃化转变温度与贮藏温度的差值，同食品加工和贮存稳定性密切相关。水是一种增塑剂，对玻璃化转变温度影响很大，食品含水量越高，玻璃化转变温度越低，玻璃化的实现也越困难。一．晶态和非晶态当温度降低时，液态转变成固态。固态有两种不同的状态—晶态和非晶态。晶态和非晶态在宏观上都呈现固态特征，具有确定的体积和形状。但在微观结构上存在差别。两者的本质不同在于微观粒子分子、原子或离子的排列不同。凡是物质中的微观粒子（分子、原子或离子）呈有序排列为晶态。如果物质中的微观粒子呈不规则排列，只具有“近程有序”、不具有晶态的“远程有序”的结构特征。它是一种非晶态的无定形结构（non-crystallineoramorphous）。融化物质在冷却过程中不发生结晶的无机物质称为玻璃（glass），后来扩大为将其它非晶态均称为玻璃态（glassy），玻璃态也可看作是一种过冷的液体。X-ray衍射结果表明，玻璃态物质与液态曲线很相似，二者同属“近程有序，远程无序”的结构。只不过玻璃态比液态“近程有序”程度更高而已。二．玻璃化过程和结晶过程1.结晶过程结晶过程是在某一确定温度Tm（称为凝固温度或熔融温度）下进行的，结晶过程中放出相变热，相变前后体积V，熵S都发生非连续变化，体积V(T)在结晶时突然收缩。一般冷却速率比较低的时候产生结晶。所以结晶相变又称为一级相变。2.玻璃化过程当熔化物质在冷却时经过凝固点并不发生相变（即不产生结晶），液态一直可以保持到很低的温度Tg，到达Tg，液态转变为玻璃态。在玻璃化过程中，物质不放出热。此时体积V(T)变化的斜率变小，这意味着体积不会发生突然收缩，而是产生连续变化。如果冷却速率非常高，冷却过程中不会产生结晶而是形成玻璃态。因此液态冷却时形成晶态还是玻璃态，主要取决于动力学因素，即冷却速率大小，当冷却速率足够快，温度足够低，几乎所有材料都能从液态过冷转变为玻璃态。当冷却速率大于结晶的成核速率和晶体长大速率，那么液态过冷固化成玻璃态。因此玻璃化转变温度Tg不是取决于热力学因素，而是取决于动力学因素。从两个方面可以证实：非晶态固体（玻璃态）的形成取决于冷却速率。玻璃化转变温度高低随冷却速率的变化而变化，冷却速率越高，其玻璃化转变温度越高，反之则较低。举所以青液体仿在冷锹却过翻程中哄，最果终固款化形裳成晶钥态还眉是玻状璃态兄，是蒜两种胸速率县过程勒即结通晶的斜成核痒速率倦和晶捐体的秀长大牧速率仆同冷料却速炒率（眉温度猎下降泊速率壳）相鸡互竞愁争的店结果曲。止当发察生玻约璃化台转变海时，膀热容孙C艘p骨和体康积逮V钳随温纵度变没化的咽曲线条的斜皆率发习生变神化，趴三种适典型拼的高娱聚物疏的扑T摘g磨与毕T坝M挂如图茅3、顿4和牌5所茅示。刺3.朽玻璃榜态粘泛度樱玻璃晒态可割以看违作为元凝固吼了的渴过冷愈液体栋，它嘴的粘箩度很蜂大，角>1映0筑12眯～1抚0肌14蛾Pa缸·犬s吼。菜从图夕7中裳看到匀，横底坐标邪是相泻对温翼度,呀即融攻化温绢度与衫实际结温度级之比性T痒m站/T横，纵但坐标勿是l凳og呜。摧一般善将祖>1惹0尿14兽P沈a啄·身s棒作为让玻璃责态的害一个理判断才标志拔。能而对涨应伶=1剂0多14抱Pa岸·爬s殃的温亚度称参为玻荡璃化竟转变懂温度苗T森g磁（扮gl呼as末s俘tr新an彼si慢ti皂on剧t话em采pe重ra蠢tu息re横）窗,穗简称达为玻芹化温获度。垫当T战〈模T端g权时，摄称为赛玻璃狸态区途。由幸于玻完璃态莫区粘今度极航大，绑因此漏分子绣运动确速率等非常稠低（窗几乎裤为0旅），步分子诉不可胞能进坦行有扔规则予排列目形成玉晶体作。浮三．睛最大阳冷冻眉浓缩爹溶液旗的玻赢璃化滋转变蛛温度督1．脆玻璃蝶化转绘变温菜度定岸义诉当食兆品中古水分续含量蚕≤杏20潮%时灯，其竞玻璃膜化转盖变温惰度＞广0重℃休，一惹般用壮T帮g用表示项。当战食品挥中水既分含胖量＞绪20厘%时鉴，由蜘于冷提却速怎率（惧降温胞速率素）不族可能仪达到号很高犯，因页此不杠能实穷现完冶全玻委璃化苍。此袭时玻抢璃化盘转变继温度碰指最俩大冷用冻浓井缩溶孕液发浇生玻段璃化姿转变肥时的呜温度全，定粮义为景T送g呜’架。箱由于押玻璃昂态固倾体的添形成掩主要冠取决钉于动戏力学丑因素盛，即呆冷却情速率喉的大搜小。冈因此耳只要忘冷却楚速率董足够车快，跳且达遇到足保够低桥的温带度。拳几乎术所有可材料勉都能掏从液岂体过所冷到项玻璃露态的煎固体病。暴“档足够登低循”堤是指脱在冷鸽却过柴程中赚，迅拖速通嘱过最T收g裕<T滨<T朝m回这个累区域箱而不贡发生壤结晶捆，这拌种玻烂璃化贩为完元全的膀玻璃椅化。距完全僻玻璃迷态是牌指整驱个样爹品都带形成夺了玻萌璃态阳，这地是食哭品材阔料和尾食品霜低温币玻璃率态保肆存的鼻最理外想的或状态输。因纽为此斜时细共胞内直外完赤全避脂免了喜结晶肝。阳但在纳不同扎的冷翅却条亦件下恋（即恭不同斑的冷那却速祸率）殖、不赵同的梅初始泉浓度弯下，到可达臣到两蚊种不谨同的蜂玻璃缸态，乏一种缠是完赏全的巧玻璃极态，乞一种颈是部聚分结贵晶的毕玻璃熟态。械溶液贝浓度求对玻寄璃化少转变磨温度漆的影巷响较蝶大，侄如图华8所轮示：贞溶液垂浓度猎为0究时（美即纯突水）田，铺T涌g习=洲-1量35息℃靠，随梅溶液舱浓度脉增大没，领T爪g续也随啦之提退高。掌当初亿始浓型度为汤F的适溶液幅（F拔点）肃，从筛室温自开始普冷却帅时，乏随温恋度的啦下降怖，溶尚液过燕冷达稿到P驱点后挽开始垫析出会冰晶妖，由指于结险晶放找热，捎使溶启液局渔部温域度升光高，投由于怪冰晶岭不断蠢析出漂，剩煎下溶火液的搭浓度熟不断顿提高澡，因篇此冰膊点不沫断下吵降，惰这样申，溶框液就尝沿着欲平衡谨的熔算融曲僻线（休凝固千曲线佩）不央断析祖出冰捕晶，闷而冰卫晶周晶围剩亚余的婚未冻哈结溶初液的盼浓度厦随温爆度下猴降而梳不断感升高求。当举温度恩一直色下降掩到熔炸融线冬与玻棋璃化搬转变纸曲线室的交锐点时滩，溶常液中唯剩余游的水惑分将瘦不再假结晶惧（称狼不可好结冰夸的水格），夹此时造的溶辣液达轰到最候大冷熄冻浓廉缩状广态（活ma锋xm脂al陪ly攀f暑ro纳ze锁n-社co她nc炭en网tr金at役ed和s诚ta竞te他）。盒这种遥状态惰下，克溶液陶浓度楼较高址，它虑们以慰非晶臂态基柜质（享ma懒tr画ix砌）的蜡形式平包围角在冰寺晶周贤围，貌不需独要很脾大的绕冷却辩速率妖即可末使最非大冻问结浓议缩溶蚊液实肝现玻兽璃化恩，最冻终形易成镶旗嵌着铃冰晶申的玻悼璃态太，这蜻是一妙种具有有部钓分冰言晶的食玻璃退态，侵这个耗过程侧称为薪部分探玻璃贫化过梅程。亏T困g搅’愉称为谎最大秩冻结呈浓缩疫溶液饭的玻扩璃化虚转变展温度拜，也微可称摩为部钞分玻甚璃化园转变锋温度旋，相徒应的狠溶液丙浓度茅为奥C以g验’原，雀T乳g彩’薄和性C斥g行’抱这两居个参引数在拦食品怠研究款中被神广泛堡地应约用，盛成为印当今顽人们芹研究令的热余点。隆因此副玻璃害化转践变主硬要取会决于埋冷却阵速率塑和溶叶液浓朵度，山最终巧可得他到两抬种不单同的趁玻璃认化结矛果，予一种密是形麦成部嫩分结鸦晶的洋玻璃泽态，理另一畜种是洁形成笛完全至的玻骗璃态眠。实提现完趴全玻忆璃化侧转变产有两帆条途闲径，肤一是冰采用彻快速妥冷却木方法改，另蝴一是贷在低缎浓度杠下实税现玻跃璃化旧。阅在高注聚物嚼科学家中，炒一般亩小于刮玻璃寿化转丝变温些度时川所处阵的状地态称爱为玻箩璃态如，大蚊于玻太璃化涝转变伏温度碌时所每处的允状态泳称为针橡胶鄙态，馒如图哀9所玩示：挖2．艳玻璃充态与示橡胶符态的境区别鞭从客愁观上座讲，祸玻璃雀态与桨橡胶走态存利在显宝著的最差别首：吊a．礼玻璃元态的己粘度停≥甩10刻12暮P伟a峰·计s粥橡胶哥态的赴粘度瞎：1租0涝3怖P逐a竖·海s茧粘度宗的差敏别在晴于聚察合物唱链运港动的放差别寄引起午。或b．宣玻璃似态的卖自由倦体积怨很小猪，而财橡胶狗态的唉自由沸体积饰较大减。恼所谓核自由彻体积印是指津分子酒已占拌体积廊外的覆体积床。由斑于橡萌胶态刃的自怖由体便积大堵大增旷加，惩使较赵大的锯分子净也能王发生辫移动孔，分伯子扩怪散速润率随钳之增君大，管反应丢速率黄非常由快。屠而在摸玻璃刃态中虫，受诉扩散迅控制遗的反仗应速懒率十喘分缓容慢，撕几乎贞为0所。错3．膛WL掀F方瘦程和碰Ar宝rh鸦en禽ui粉s方便程丽玻璃滨态和骂橡胶单态的赏反应向速率路可用下定量序的形耕式描竭述，照即采舞用W备LF旋方程垮和施Ar耐rh凤en侧ui明s寿方程桥进行辜定量陷描述毁。仿Ar评rh动en岁ui坛s罢方程蛾：鹅=六0够ex骆p(等-E羡a肾/R倘T)蜓：粘爪度咽0破：温慈度为针T蛋0务时的示值禾E堵a消：活阿化能层R：免理想斥气体笼常数旋T：额绝对排温度价适性用于船玻璃肠态及乏T真g掏+1崖00靠℃酒温度护范围开内。弹WL拍F方编程：剧lg右｛（服/汇T）吸/艇(此g贺/岁g皆T摧g直)棚｝=令-艘C月1碧(T脉-T斩g绪)/假｛懒C当2命+述(T蹦-T吉g梨)累｝牲：密遥度暖g伯，已g瞧：分恒别为遭T遮g饥时的轿密度侦和粘薯度税C漆1你，钢C售2容：物风质常尖数垮C睛1纷=1可7镰.4求4谣层C捉2网=5夕1.撒6业适用衫于橡倘胶态础。去在玻虚璃态姓下冰约晶的雁生长体速率漫为1陪mm粉/1户0判3亚年，偿在橡返胶态决，冰愧晶的虎生长萄速率秤为1嫂mm已/3焦.浓6天壶。因穗此当臣溶液格处于狼比玻阁璃化忘转变循温度早高2通1殃℃舞的橡票胶态秃时，补反应喂速率傍为玻蚂璃态缩的1撕0受5哥倍，并因此虎在橡领胶态火冰晶上生长撞的速错率是觉很大仿的，膊极易警造成育食品教质量俗的下唇降。讯图1寿0说狸明了貌WL芒F方粥程和勺Ar异rh抖en至ui肃s咱方程读所描队述反庙应速钟度差砖异。逢如果贡将食鸣品保院存在悼玻璃渡态下屿，避椅免了事结晶招产生菠，使缓得食准品在替较长蓬的贮诵藏时梁间内悔处于亮稳定衬状态翠。摧例如盖细胞蕉的低拆温保砍存，跳可使降细胞聪存活万率提欢高。允随温内度下季降，尘细胞如外不怖断析庭出冰笑晶，纸细胞牙外溶斜液浓悟度增构大，捧细胞建内的惰水分卧不断浙渗透轨到细音胞外宴并继饭续析肿出冰汁晶，纠这样姻致使核细胞借外剩呜余溶测液及蛋细胞劝内溶秃液浓胃度不臂断提肠高。侨直至的达到久T蒙g治’锡，避筛免产象生冰逢晶，历到达评玻璃洋态后演，细移胞外注冰晶关不足久以挤低伤细理胞，凤而玻忍璃态淘又抑疮制了扶扩散卵速率裹，使俩细胞场存活婚率大昌大提控高。固四．假玻璃腹化转投变温恰度的刺测定炸方法坐由于牧在玻幕璃化馋转变粮过程扔中会督发生初热、宿力、辱电性纪质的宾变化背，因怒此测差定玻合璃化奏转变谈的方活法很晚多，优如D吧SC恋（挥Di票ff盲er毯en批ti醋al歇S语ca毯nn叛in耽g必Ca饲lo面ri自me滥tr零y蚀）曲哗线反削映玻歼璃化甚转变牛过程尖中热魂容（觉C晋p惊）变伙化，捏DM存A（浇Dy佩na骑mi抱c臂Me喷ch熄an贫ic惹al块A善na浴ly爽si乘s泪）反末映样惭品在污玻璃渣化转它变过窜程中菌的流爹变性庙质变裁化，著TD迅EA淡(T紧he猎rm冬al侦D砍ie把le字ct将ri柏ca址l肯An麻al器ys果is旬)外反映浆了样坊品在脖玻璃构化转监变过轨程中纷介电编性质浓的变水化。倒1．维DS铃C方震法扇DS麻C是玉最为醒常用测的测藏定玻纤璃化顶转变斜温度饶的方阵法。恼但D绑SC匀测量煮时存处在缺驰陷，缴由于返玻璃逗化转睛变时追吸热剪强度卖低，涨因而考DS瞒C曲唉线上楼发生司玻璃除化转雹变的识台阶猜小。克判断林玻璃锅化转拆变的投一个罢标准干是看丧C渠p仇是否招发生脆突变跳，木例如揉图1愤1中乞，在疗A种推情况速下，潜DS育C曲宫线回肿到了气基线弱。这弹说明伞不是交玻璃绞化转蛇变，台在B豆种情述况下治，D鸦SC盯曲线尾不再戴与基薪线相谎交，诸这是伍发生渠了玻裤璃化移转变保的一绞个特匆征。赔2．肢T秧g旺’罗的确含定方趋法制玻璃赏化转鞋变一具般是宿在一颜个温起度区朋域，菊而不炎是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