食品物理化学课程论文

食品物理化学在食品中的应用举例

摘要：本论文主要叙述了食品物理化学的重要性，同时叙述了一些应用物理化学的知识来解决食品领域的实际问题。分别从热力学、动力学及胶体的角度解释了食品领域的一些现象和应用。

关键字：物理化学食品热力学动力学胶体

食品化学是食品专业的一门课程, 食品科技界虽有充分理由说明该学科在食品科学中具极重要的地位, 然而绝大多数国民对它了解很少, 甚至食品工业界对其特色和应用价值的认识也普遍较模糊。所以, 本文对食品化学的研究范畴和知识精萃、教学层次和课程内容、应用领域和使用价值加以简明介绍并对当前的主要研究方向加以探讨, 且以食品保健功能化学的研究进展概述为视窗, 展示食品化学研究的风貌和动态, 为增进认识、积极发展和广泛应用食品化学做一宣传。

1前言

1.1食品物理化学定义

食品物理化学研究食品在加工和贮藏过程中所表现出来的物理化学规律，它是食品科学与工程领域的物理化学。

1.2食品物理化学的研究范畴

食品化学已在一下研究中发挥着重要作用：（1）研究食品原料和食品在贮藏和运销中的生理生化变化及其对品质的影响，并研究酶对食品变化和品质的影响；（2）研究食品原料与产品的化学成分、分子结构、理化性质和营养属性。研究不同食品成分和基本功能；（3）研究食品化学成分在原料处理、食品贮藏和加工过程中发生的化学和物理变化，以及它们对食品品质和安全性产生的影响；（4）研究食品材料的物理化学性质及其对食品质量和对食品原料处理、加工和贮藏产生的影响，研究材料改性的技术原理；（5）研究食物保健功能成分或具有调节人体生理机能的活性化学成分的存在和变化对食品品质和人体健康的影响；（6）研究原料带入、生物污染、化学污染、物理污染和不良加工而引入食品的有毒有害成分及过敏源。及其导致的危害和处理方法；（7）研究食品风味成分及其形成途径，研究风味和风味物的分析方法，及其在食品原料处理、加工和贮藏过程中的化学和物理变化；（8）研究食品成分和品质的分析方法，包括对营养素、保健因子、有毒有害、酶和底物、其他活性成分、食品添加剂、物理化学性质和感官性质的分析方法。

1.3食品物理化学的研究前景

随着世界经济和社会的发展，人们对食品安全问题提出了越来越高的要求，这个问题已经成为影响农业和食品产业国际竞争力的关键因素。与发达国家相比，中国食品的化学污染相对更加突出。外部的原因如农药、兽药等过度使用和采矿和造纸等工业污染严重，内部的原因是对食品化学毒素和有害物的来源、种类、分布、变化、对人体危害的性质和程度、检验方法和风险评估的研究和控制水平总体偏低。因此对于应用物理化学的知识深入研究化学污染、有害有毒及其前体物和代谢在食品产销过程中以及食入人体后的作用和动态变化、检测技术和治理方法是迫切的。

食品物理化学一直是食品化学的研究内容，在此方面的研究和应用是需要加强的。食品新资源的开发利用，将药食两用材料、植物提取物和其它天然产物提取物应用于开发保健食品和添加剂，食品原、辅料的大规模异地交流，新食品加工方法的不断采用已汇入现代食品产销领域的主流，这必然对食品成分和品质带来深刻的影响。因此迫切要求食品物理化学注重研究食品新成分的结构、性质和变化及其对人体健康的作用，确定新资源新技术食品的安全性，同时注重研究食品新成分在食品加工和贮藏中表现的功能性质和非质量的影响，以及新型食品加工技术对食品工艺和品质的影响。

食品保质和货架期是人们深切关注的重大问题。由于食品原料和产品易腐，成品中仍然进行着多方面的品质变化，加之方便食品、即食食品和保健食品大量增加，食品质量指标与卫生指标尚不健全，以及食品包装材料的较大变更与不科学使用，广大消费者甚至执法者无法准确

判断食品的品质和货架寿命，构成了伪劣、过期和具有慢性不良作用的产品窜入食品市场的潜在威胁，构成了对消费者健康最经常的潜在威胁。所以要求食品物理化学对此类污染和化学变化对食品品质和货架期的影响做进一步的研究。

食品复杂多变的原辅料、配方和化学组成、储藏加工技术和环境条件决定着食品化学还将继续研究多种食品基本成分在各种食品中的含量、化学结构、物理性质、功能性质和食品化学变化。目前，对于水分及水质对食品物性和化学变化的影响研究正走向深入，对于多样的脂质、蛋白质和多糖的化学组成、结构和功能以及他们之间的相互作用的深入研究正走向深入，对于多样的脂质、蛋白质和多糖的化学组成、结构和功能以及它们之间的相互作用的深入研究正逐渐增多，对于食品微量组分的化学和功能研究也更加普遍。因此对物理化学研究的研究是必要的。

多数学校开设物理化学是在大学一二年级，学生还没有学习食品专业课程，根本无法将深奥的物理化学原理与具体食品联系起来，而且食品专业课中也很少讲授物理化学在食品中的应用。从20世纪70年代开始，食品物理化学已经逐渐形成了一个独特的研究领域，特别是在20世纪90年代以后，该领域有了很大的发展；其中，有些概念和理论已经不同于食品生物化学和基础物理化学中的概念和理论，如食品稳定性理论。

2热力学在食品领域的应用

2.1食品热力学的重要知识

2.1.1热力学第一定律

自然界的一切物质都有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中，能量的总量不变。

（Q>0，体系吸热；Q<0，体系放热；W>0，环境对体系做功；W<0，体系对环境做功） （H=U+pV,p 是体系的压强，V 是体系的体积）

2.1.2热力学第二定律

不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

G=H-TS ，（G 为吉布斯自由能，H 为焓，T 为温度，S 为熵值）

在等温、等压、且非体积功等于零的条件下，可用吉布斯自由能判断一个过程的方向和限度。吉布斯自由能的判断依据：当△G<0时，反应为不可逆反应；△G=0，该反应为可逆反应。 对于熵来说，对于孤立体系中发生的变化，△S>0时，该反应为不可逆过程；△S=0时，该反应为可逆过程。

2.2应用食品热力学解释食品中的现象

2.2.1 若向水中加入一些糖，糖就会自动溶解，直到糖分子在整个液体中均匀分布为止。此时体系的自由能最低。

2.2.2 若将花生油滴入水中，则它们会浮在水面上以降低表面能、内能和熵，从而使吉布斯自由能降至最低。

3食品动力学在食品领域中的应用

3.1有关动力学的重要知识

3.1.1反应速率常数

即化学反应进行的快慢。用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加量来表示。

3.1.2活化能

分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。

3.1.3阿累尼乌斯方程（Arrhenius ） RT Ea

- A k ?=

(k 为反应速率常数，A 为指前因子，Ea 为活化能，T 为热力学温度，R 是气体常数)

3.2 Arrhenius在食品中的应用

3.2.1应用Arrhenius解释低温延长食品贮藏期

Arrhenius可以写

A

k ln

RT

Ea

ln+

?

?

?

?

?-

=

，可见lnk与T

1

之间呈线性关系，活化能（Ea）

可由直线的斜率—Ea/R求出，截距为lnA。反应中温度主要影响反应速率常数，因此，降低温度就可以很大程度上延缓反应速率。所以食品所处的环境温度低就可以延长食品的贮藏期。

3.2.2贮存温度对超高温灭菌乳黏度的影响

Arrhenius 模型适于描述温度对超高温灭菌乳黏度的影响。目前，温度对液体黏度影响的研究主要基于Arrhenius 方程，通过连续测定超高温灭菌乳在20～45℃升温过程中及45～20℃降温过程中的黏度变化，选择Arrhenius 模型对其分别拟合。κ-卡拉胶可与乳酪蛋白之间形成的弱凝胶在20～25℃导致的略有增稠现象，严重地降低了模型的拟合度，温度升高至25℃使弱凝胶体系得以破坏后，牛乳体系黏度随温度的变化与模型高度吻合，使牛乳体系稳定的κ-卡拉胶会对其流变学产生一定的影响，使之黏度随温度的变化规律较经典的Arrhenius 模型发生一定的偏离，降温过程中黏度随温度的变化规律与Arrhenius 模型基本一致。整个过程说明超高温灭菌乳的黏度受温度影响极其显著。此外，利用黏度随温度变化的方程，可以计算出20～45℃温度范围内任一点的黏度，结合Stocks 方程可推算出不同温度乳脂肪球的上浮速率，为建立基于升高温度可加速超高温灭菌乳组织状态改变的货架期加速试验模型奠定基础。

4食品胶体体系在食品中的应用

4.1胶体体系的重要知识

4.1.1布朗运动

液体分子不停地做无规则运动，不断地随机撞击悬浮微粒。

4.1.2沉降作用

在胶体中加入少量电解质后电解质电离产生的离子中和了胶体粒子所带的电荷，使胶体粒子聚集长大，形成的颗粒较大的沉淀会从分散剂里析出。

4.2胶体体系在食品中的应用

4.2.1牛乳饮品中乳化剂的作用机理及其选用原则

牛乳中的油脂和其它部分经机械搅拌混合均匀后, 放置一段时间, 油脂又会重新析出, 在牛乳饮品表面形成一层乳白色油层。在该体系中加入一种乳化剂后, 它就在两种物质间的界面发生吸附,形成界面膜。在这种界面膜中, 乳化剂分子按其分子内极性发生定向排列。即亲油部分伸向油, 而亲水部分朝水定向排列。其结果是油分子和乳化剂的亲油部分为一方, 与水分子和乳化剂的亲水部分为另一方的相互作用。这种相互作用使界面张力发生变化。界面张力的变化可以使一种液体以液滴形式分散于另一种液体中, 即形成乳状液。界面膜具有一定的强度, 对分散相液滴起保护作用, 使液滴在相互碰撞中不易聚结。

4.2.2豆乳中均质条件的确定

均质时物料在高压下通过均质阀的狭缝在剪切力、冲击力与孔穴效应的共同作用下形成细小液滴,非均相体系中油、水界面张力的存在使得形成的微小液滴具有非常高的表面能。因此,在微小液滴形成的同时,体系中存在的乳化剂就趋向于向油水界面迁移并在油滴表面吸附以降低界面张力和体系自由能,也就形成了稳定的乳状液。均质效果可用均质后乳状液中分散相液滴(胶粒)的粒径来描述。一般来说,胶粒的粒径小且分布窄则均质效果好。

实际上食品中应用物理化学的知识来解决实际问题的例子很多，然而在基础物理化学教学中，不会特别强调其在食品中的运用，而且有些有些内容对食品方面意义不大，如统计热力学等。在针对食品专业讲授的基础物理化学中，对食品方面十分重要的内容也容易被忽视或讲授不够深入，如胶体化学、表面化学等涉及不够深入。在实际生活实践中，我们可以从物理化学的角度来解决食品中出现的问题。

参考文献：

[1] 付颖, 常忠义, 高红亮, 等. 配制型酸奶饮料的稳定性研究和风味研究[J]. 食品科技,2005(8):68~70.

[2] 杭锋，陈卫，陈帅，等．食品微波加热杀菌动力学描述模型的选择[J]．农业工程学报，2008，24(6)：49－52．

[3] 陆淳，黄龙，张列兵．乳制品中脂肪上浮的机理及影响因素[J]．中国乳品工业，2009，37(4)：42－45．

[4] 杭锋，孟令洁，任璐，等．粘度对超高温灭菌乳中脂肪球上浮的影响[J]．乳业科学与技术，2009，32(1)：10－13．

[5] 李忠．利乐包牛奶质量问题的分类、原因分析和应采取的措施[J]．中国乳品工业，2005，33(5)：57－60．

[6] 杭锋，郭本恒，任璐，等．基于混料设计优化超高温灭菌乳复配乳化剂[J]．化工学报，2009，60(4)：984－989．

[7] Advances in Food Chemistry: Proteins, Lipids, Emulsifers, Antioxidants.Food Technology Intelligence, 2007, Pages: https://www.360docs.net/doc/6d5629019.html,PreportsP545799 [8] J LWard, KPoutanen, KGebruers et al. J. Agric. FoodChem. , 2008, 56: 9699~9709.

[9] MFUllah, MWKhan. AsianPac. J. Cancer Prev. , 2008, 9(2): 187~195.

[10] LJin-Yuarn, LChia-Yuan , HI-Farn. FoodChem. , 2008, 109: 771~781.

[11] ADembinska-Kiec, OMykk?nen, BKiec-Wilket al. Brit. J. Nutr. , 2008, 99(1): 109~117.

[12] CSteiner, S Arnould, AScalbert et al. Brit. J. Nutr. , 2008, 99(1): 78~108.

[13] J Lunn, JLButtriss. NutritionBull. , 2007, 32: 21~64.

[14] XZHan, TShen, HXLou. Int. J. Mol. Sci. , 2007, 8: 950~988.

[15] J SWang, MMZhao, QZZhao et al. FoodChem. , 2007, 101: 1658~1663.

[16] AJMcEligot, JLargent, AZiogaset al. Nutr. Cancer, 2006, 55: 132~140.

[17] LCTapsell, I Hemphill, LCobiacet al. Med. J. Aust. , 2006, 185 (4): 4~24.

[18] MMCalvo. Crit. Rev. inFoodSci. andNutr. , 2005, 45: 671~696.

食品物理化学课程论文

食品物理化学在食品中的应

用举例

班级：硕1216班

姓名：周晶

学号：121010846