(完整版)第2章食品的主要形态与物理性质
二 食品的主要形态和物理性质
2 食品的主要形态和物理性质一名词解释1.物质的结构：物质的原子或分子之间的吸引和排斥的作用达到平衡时在空间的几何排列。
*****分子内原子之间的几何排列称为分子结构，分子之间的几何排列称为聚集态结构。
2.静电力：是极性分子间的作用力。
3.诱导力：是极性分子与其他分子（包括极性分子和非极性分子）之间的作用力。
4.色散力：一切分子的作用力。
*****键合力（分子内）包括共价键，离子键和金属键。
次级键（分子间的力，又称次价力，具有*加和性*）包括范德华力（包括静电力，诱导力，色散力），氢键和疏水键。
离子键和范德华力都没有方向性和饱和性，而共价键和氢键都有方向性和饱和性。
*****5.链段：指高分子链中划分出来的可以任意取向的最小单元。
6.末端距：指分子链两端点之间的直线距离r，表示高分子链柔性。
*****分子链柔性越好，末端距越短。
7.内聚能：1 mol的聚集体气化时所吸收的能量。
8.分散体系：指数微米以下，数纳米以上的微粒子在气体、液体或固体中悬浮的系统。
9.乳胶体：指两种互不相容的液体，一方为微小液滴，分散在另一方液体的胶体中。
二问答题1.食品形态结构在微观上分为哪几种类型？各有何特点？答：气态，液态，结晶态，液晶态，玻璃态。
气态：分子间的几何排列近程无序远程无序；液态：分子间的几何排列近程有序远程无序；结晶态：三维远程有序；液晶态：分子间的几何排列相当有序，在某方向上接近于晶态，有一定的流动性；玻璃态：与液态相似，黏度大。
2.食品中水与溶质间的相互作用？（离子，亲水溶质，非极性物质）答：水与离子形成水-离子键，键能远大于氢键，使分子流动性下降；水与亲水溶质形成水-溶质氢键，键能远小于水-离子键，与氢键相似；水与非极性物质混合时，形成笼状结构，增大水界面自由能，使体系不稳定。
3.为什么陈酒的口感好？（疏水性的水合物）答：陈酒在杯中显得黏，酒精挥发也慢一些，酒在长期存放中，水分子与乙醇分子形成了疏水性的水合物，因此口感温和，没有即时调制的酒那么辣。
物性学——精选推荐
食品物性学复习材料第一章：食品的主要形态与物理性质1、食品物性学是研究食品物理性质的一门科学。
2、食品形态微观结构按分子的聚集排列方式主要有三种类型：晶态、液态、气态，其外，还有两种过渡态，它们是玻璃态和液晶态。
各自特点：晶态：分子(或原子、离子)间的几何排列具有三维远程有序;液态：分子间的几何排列只有近程有序（即在1-2分子层内排列有序)，而远程无序;气态：分子间的几何排列不但远程无序，近程也无序。
玻璃态（无定形）：分子间的几何排列只有近程有序，而无远程有序，即与液态分子排列相同。
它与液态主要区别在于黏度。
玻璃态粘度非常高，以致阻碍分子间相对运动液晶态：分子间几何排列相当有序，接近于晶态分子排列，但是具有一定的流动性(如动植物细胞膜和一定条件下的脂肪)。
4、粒子凝胶：球状蛋白、脂肪晶体等5、分子分散体系是一种单相体系。
6、表面活性物质是由亲水性极性基团和疏水性非极性基团组成的，能使溶液表面张力降低的物质，具有稳定泡沫的作用。
蛋白质是很好的界面活性物质。
7、影响泡沫稳定的主要因素：气泡壁液体由于重力作用产生离液现象和液体蒸发，表面黏度和马兰高尼效果。
8、果胶作为细胞间质，与纤维素、半纤维素、糖蛋白一起发挥细胞壁的作用。
二、判断1、制作食品泡沫时，一般都是先打发泡，然后再添加糖，以使泡沫稳定。
三、名词解释1、离浆：凝胶经过一段时间放置，网格会逐渐收缩，并把网格中的水挤出来，把这种现象称为离浆2、马兰高尼效果：当气泡膜薄到一定程度，膜液中界面活性剂分子就会产生局部的减少，于是这些地方的表面张力就会比原来或周围其它地方的表面张力有所增大。
因此，表面张力小的部分就会被局部表面张力大的部分所吸引，企图恢复原来的状态。
这种现象称作马兰高尼效果。
四、简答与分析1、淀粉糊化过程中的粘度变化：淀粉糊化过程中的粘度变化颗粒代表支链淀粉，曲线代表直链淀粉答：天然淀粉是一种液晶态结构。
在过量水中加热时，淀粉颗粒吸水膨胀，使处于亚稳定的直链淀粉析出进入水相，并由螺旋结构伸展成线形结构。
2015 第二章 食品的主要形态与物理性质
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下图是维持高分子蛋白质结构的各种键，主链是肽键键合，侧链是各种 次级键和二硫键。
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（2）食品形态的微观结构（聚集态结构）
气态； 液态； 结晶态； 液晶态； 玻璃态。
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• 自然界中90%以上的碳水化合物都是以多糖形 式存在的，而且，低 于100个单糖基的多糖很 少见。直链淀粉一般含有200一980个单糖基， 支链淀粉含有600－ 6000个单糖基，纤维素含 有7000－15000个单糖基，果胶含有300－ 1000个单糖基。分子 链越长，柔性越好，分子 链与分子链之间的结晶排列越难，因此，以晶 体形式存在的多糖较少。
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高分子是由许多小分子单元键合而成的长链状分子。分子量 足够大的长链高分子结构远比小分子复杂得多。
近程结构，又称一级结构 高
分
远程结构，又称二级结构
子
结
构
聚集态结构，又称三级
或更高级结构结构
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（1）高分子内原子间与分子间相互作用
热致型：是温度变化时形成的液晶。 溶致型：是当浓度达到某一值时形成的液晶。
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液晶是一种介于液体和晶体之间的一种有机化合物，将液晶 填充在两片玻璃或透明塑料板之间，在与液晶接触的玻璃或 塑料板内表面制作上与显示象素对应的透明电极（还包括驱 动单元），当在前后电极间加上电压时，液晶里的晶体就会 发生偏转或扭转，使液晶屏的透光率改变，产生这个象素单 元的明暗变化，整个显示屏的象素都受控制的加上驱动电压 ，就产生一整辐图像了。
食品的物理特性
2、细胞状食品的质地及与其保藏的关组织 的性状与食品品质密切相关。 常见的细胞状食品有水果和蔬菜及其制品 等，在贮藏中最易变化的质地是硬度。
硬度计
一般而言，新鲜果蔬的硬度较大，随贮藏时间延长， 果蔬的硬度逐渐下降，品质发生劣变，最终导致软 化、腐烂。 果蔬的硬度主要由果实的细胞壁结构物质（纤维素、 半纤维素、木质素和果胶等）决定的，因此果蔬的 硬度在保藏过程中的变化主要与细胞壁结构物质的 降解引起的软化有关。
（2）液态食品中粒子的稳定性
液态食品大多属于胶体溶液或乳胶体液，对于这些 液体，从稳定性角度分析，可分为可逆分散系和不 可逆分散系。两者稳定性的区别是由分散相和分散 介质的亲和力大小决定的。亲和力越大，粒子与水 形成的水合结构就越稳定，形成稳定的分散系，称 为亲水性分散系统；相反，当粒子与水的亲和力较 小，两相分离为界面面积较小的状态时，自由能减 小，分散系变得不稳定，称为疏水性分散系统。
第一章
食品的特性
第二节
食品的物理特性
食品中含有无机物、有机物，甚至还包括具有细胞结 构的生物体，是一个复杂的物质系统。因此，食品的 物理性质是复杂多样的。 食品的物理性质主要包括力学性质、热学性质、光学 性质和电化学性质等。
食品的力学性质：是指食品在力的作用下产生变 形、振动、流动等的规律； 食品的热学性质：是指食品的相变规律、比热容、 潜热、传热规律及与温度有关的热膨胀规律等；
（一）食品质地的感官评价
食品质地的感官评价是以人的感觉为基础，通过感 官评价食品质地的各种属性后，再统计分析而获得 客观结果的试验方法。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，而且还包括对 这些刺激的记忆、对比、综合分析等过程。 在进行感官评价时，为了更准确地表述食品的质地， 常常要用到感官评价术语。 与食品质地有关的感官评价术语：硬、软、酥松、 胶黏、弹性、细腻、油腻、粗糙、薄片状、粉状、 纤维状、蜂窝状、结晶状、泡沫状、海绵状、脆生、 玻璃状、凝胶状、黏、干、潮湿、水灵、多汁、奶 油状、烫的、冰冷的、清凉的、可塑性、砂质感、 收敛感等。
食品化学-1物理性质
影响因素
温度、纯度、分子间作用 力等。
测量方法
使用表面张力仪进行测量。
润湿性
润湿性
液体在固体表面铺展的能 力。
影响因素
表面张力、接触角、表面 自由能等。
测量方法
观察液体在固体表面形成 的接触角。
表面张力与润湿性对食品包装的影响
食品包装材料的润湿性决定了其抗污染、防潮、防油等性能，进而影响食品的保存 和安全性。
3
密度在食品加工中具有实际应用价值。 例如，在食品包装和运输过程中，了解 食品的密度有助于确定最佳的包装和堆 放方式，以减少损坏和浪费。此外，密 度也是食品质量控制的一个重要指标， 可以用于检测食品的掺假或变质情况。
孔隙率
01
孔隙率是指多孔介质中孔隙体积与总体积之比，通常以百 分比表示。在食品科学中，孔隙率对于食品的结构、口感 和质地等方面具有重要影响。
02
食品的密度与孔隙率
密度
1
密度是指物质的质量与其所占体积的比 值，通常以g/cm³或g/cc表示。在食品 科学中，密度对于食品加工、质量控制 和产品特性等方面具有重要意义。
2
食品的密度可以受到多种因素的影响， 如成分组成、加工工艺和温度等。例如 ，含有较多纤维或气体的食品通常具有 较低的密度，而含有较高脂肪或糖的食 品则可能具有较高的密度。
孔隙率对食品保鲜和保质期的影 响主要表现在其对食品内部水分、 氧气和其他气体扩散的影响。高 孔隙率的食品更容易散发出内部 的水分和氧气，从而延长了食品 的保质期。相反，低孔隙率的食 品可能更容易导致内部水分和氧 气积累，从而加速食品变质。
03
食品的黏度与流动性
黏度
1
黏度是描述流体流动难易程度的物理量，黏度越 大，流动越困难。
食品的物理特性ppt课件
③ 果胶甲酯酶（PE）也参与果蔬组织的降解和软化， 但其作用机理是催化去除甲氧基。
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3、纤维状食品的质地及其与食品保藏性的关系
胶体粒子分散在液体中形成的可流动的分散系，称为溶胶。 由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用。溶胶和凝胶是 大部分食品的主要存在形态。
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依据物理性质，凝胶可分为以下几类： （1）按力学性质：凝胶可分为柔韧性凝胶和脆性凝胶。如面 团、糯米团等属于柔韧性凝胶；凉粉、果冻等为脆性凝胶。 （2）按透光性质：凝胶可分为透明凝胶（如果冻）和不透明 凝胶（如鸡蛋羹）。 （3）按保水性：凝胶可分为易离水凝胶（如豆腐）和难离水 凝胶（如琼胶、明胶、果冻等）。 （4）按热学性质：凝胶可分为热可逆凝胶和热不可逆凝胶。 一些胶体在常温下为半固体或固体状态，加热时会变成液态， 冷却时又会变成固体或半固体，称这类胶体为热可逆凝胶 （如肉冻等）；而另有一些溶胶加热时会形成凝胶，再经冷 却处理时，却不能形成为溶胶状，称这类凝胶为热不可逆凝 胶（如蛋清等）。
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嫩度仪
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（三）食品质地与食品保藏性的关系
食品质地包括的内容非常广泛，它在食品贮藏过程中的变 化及其与食品保藏性的关系，也因食品本身的组成、结构、 物理和化学性质不同而异。
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1、液态食品的质地
（1）液态食品中水的稳定性 液态食品以水为分散介质，由于水占绝大部分，因此其稳定
性在很大程度上取决于水的状态。 维持水溶液稳定的力：分子间力、静电引力、氢键结合力。 大量实践证明，许多食品溶液包括酒、调味料、饮料等，其
食品物性学-第二章 食品的力学性质和流变学基础
食品物质的胶黏性
食品物性构成体系与力学性质的复杂性
胶体的概念 分散系统的胶体 食品的胶黏性与食品加工
食品流变学
食品流变学概述
食品的黏性 食品的黏弹性
第一节 食品物质的胶黏性
2、胶体的概念：
–除了纯液体食品外，几乎所有的食品在食用时的状态都 可以看做胶体。
第二节 食品流变学
2、食品的黏性
（2）黏度的概念 牛顿流动状态方程：描述流体的应力与应变的关系，由于 液体受剪切应力作用，变形表现为流动，即剪切速率的大 小，因此流动状态方程表述为：
式中 σ 为剪切应力； η 为剪切应力与剪切速率之间的比例 系数，表示液体流动的阻力大小，被定义为黏度 (viscosity)。黏度的倒数φ称为流度(fluidity)。 黏度的值等于流体在剪切速率为1 s-1时所产生的剪切力， 单位是Pa· s（泊），常用单位有厘泊(cP)。
第二节 食品流变学
2、食品的黏性
关于剪切增稠流体的解释：
③ 胀容现象：当施加应力较小时，由于水的滑动和流动作 用，胶体糊表现出的黏性阻力较小。可是如果用力搅动， 那么处于致密排列的粒子就会成为多孔隙的疏松排列构 造,原来的水分再也不能填满粒子之间的间隙、粒子与粒 子间的黏性阻力就会骤然增加，甚至失去流动的性质。
水包油型 (O/W) ，油包水型 (W/O) 。在外力的强烈作用 下，两者可相互转化。
第一节 食品物质的胶黏性
❃ 乳胶体： 多相乳胶体 (multilayer emulsion)，把(O/W)或(W/O)型 乳胶体整个看成一个连续相，再向其中加入水或油后，得 到的一种均一体系。包括W/O/W或O/W/O型乳胶体。
食品物性学期末复习资料
⾷品物性学期末复习资料第⼀章绪论1，⼀般认为，决定⾷品质量的主要因素有：视觉效应，化学感应，⾷品质构特性（前三者感官特性），营养价值第⼆章⾷品的主要形态与物理性质⽓态:分⼦间的⼏何排列不但远程⽆序，近程也⽆序。
液态:分⼦间的集合排列只有近程有序，⽽远程⽆序。
结晶态:分⼦间的集合排列具有三维远程有序。
晶体态:分⼦间集合排列相当有序，在某⽅向上接近于晶态分⼦排列，具有⼀定的流动性。
玻璃态（glass state）：分⼦间的集合排列只有近程有序，⽽远程⽆序，即与液态分⼦排列相似，是⼀种过渡的、热⼒学不稳定态。
泡沫 : 泡沫是指液体中分散有许多⽓体的分散系统。
⽓体由液体中的膜包裹成泡，把这种泡称为⽓泡，有⼤量⽓泡悬浮的液体成为⽓泡溶胶。
当⽆数⽓泡分散在⽔中时呈⽩⾊，这便是⽓泡溶胶。
乳胶体:乳胶体⼀般是指两种互不相溶的液体，其中⼀⽅为微⼩的液滴，分散在另⼀⽅液体中。
根据分散相和连续相的不同可以分为⽔包油型（O/W）和油包⽔型(W/O)。
连续相与分散相间可以转换，称为相转换。
第3章黏性⾷品的流变特性1，Newton流体是的概念及其数学表达式⽜顿流体的特征：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。
（1）Newton流体的流变曲线是⼀条经过原点的直线，其斜率即为流体的黏度，斜率⼤⼩代表黏度的⾼低。
（2）黏度值是个常数，不受剪切速率或剪切应⼒单⽅⾯变化的影响，只有它们同时变化才能影响黏度值。
（3）只要有⼒作⽤即流动，⽆论⼒⼤⼩。
2，⾮Newton流体包括塑性流体、假塑性流体（剪切变稀）、胀塑性流体（剪切变稠）、触变性流体、流凝性流体等多种3，幂定律模型将⾮Newton流体的黏度描述为速率梯度或剪切速率绝对值的指数函数：σ=k(dvx/dy)n=k?n,4，假塑性流体（1）概念：在⾮⽜顿流体流动状态⽅程中，当05. 胀塑性流体（1）概念：在⾮⽜顿流体的流动状态⽅程中，如果16. 塑性流体（1）概念：当作⽤在物质上的剪切应⼒⼤⾬极限值时，物质开始流动，否则物质就保持即时状态并停⽌流动。
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c.色散力
色散力： 瞬间偶极之间的相互作用力。 作用能一般为0.8-8kJ/mol。
在任发何生一E相瞬L对间位，移23一，(些使I1I电分1I子2子I2与具)原有R1子2瞬6核2间2 之偶间极必。然会
式中：
EL——分子间色散力作用能;
I1、I2——两种分子的电离能；
R——分子间的距离;
α1、α2——两种分子的极化率。
子称为无规线团。
实验表明，除少数蛋白质分子 以外，线形高分子在溶液中的 构象是无规线团; 非晶相本体高聚物中的高分子 链也是无规线团，但无规线团 之间互相贯穿。
2.2 聚集态结构与内聚能
2.2.1 食品形态微观结构
按分子的聚集排列方式主要有三种类型:
晶态：分子(或原子、离子)间的几何排列具有 三维远程有序;
第二章 食品的主要形态与物理性质
2.1 微观结构与作用力 2.2 聚集态结构与内聚能 2.3 食品中的水分 2.4 食品分散体系 2.5 动物肌肉结构 2.6 植物细胞结构
2.1 微观结构与作用力
物质的结构：物质的组成单元(原子或分子)之间相互吸 引和相互排斥的作用达到平衡时在空间的几何排列。
分子结构：分子内原子之间的几何排列
a.键合力
共价键 离子键 金属键
键合原子之 间的吸引力
在食品中，主要是共价键和离子键
a.键合力
食品主要成份中共价键的键长与键能
共价键
二硫键：是维持蛋白质三级结构的键合力， 肽键：其键能是其维值持略蛋低白于质肽的键一。级结构形态， 与维持蛋白质空间构象的其他次级键相比， 其键能较高，因此蛋白质构象容易发生变化，
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
d.氢键
氢键：极性很强的X-H键上的氢原子与另一个键上电 负性很大的Y原子之间相互吸引而形成的 (X-H…Y)。作用能为12-30kJ/mol。
氢键既有饱和性 P6:表2-3 又有方向性。
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
e.疏水键
P7:图2-2
当水与非极性基团接触时，为减少水与非极性实体 的界面面积，疏水化合物自发地相互靠近。
疏水键：并不是疏水基团之间存在引力，而是体系为 了稳定自发的调整。键能在5~30kJ/mol范围内，主 要与疏水基团的大小和形状有关。
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
e.疏水键
疏水相互作用是蛋白 质折叠的主要驱动力。 同时也是维持蛋白质三 级结构的重要因素。
如果高分子主链上没有单键，则分子中所有原子在 空间的排布是确定的，即只存在一种构象，这种分子 就是刚性分子。 如果高分子主链上虽有单键但数目不多，则这种分 子所能采取的构象数也很有限，柔性不大。
2.1.2 高分子链结构与柔性
柔性高分子链的外形呈椭球状。随着分子的热运动， 高分子链的构象不停地发生变化。 无规线团：通常把无规则地改变着构象的椭球状高分
○是疏水基团， 圆球周围的“L－形”物质是疏水 表面定向的水分子， ●代表与极性基团缔合的水分子
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用 维持高分子蛋白质结构的各种键
P7:图2-3
(a)盐键 (b)氢键 (c)疏水作用 (d)范德华力 (e)二硫键
2.1.2 高分子链结构与柔性
长链分子可以卷曲成团，也可以伸展开来，这取决于 分子本身的柔顺性及外部条件。
Ek
2 3
12
2 2
R6kT
分子间的距 离影响最大
式中：
Ek——分子间静电相互作用间的距离;
T——热力学温度;
k——玻耳兹曼常数。
b.范德华力和其它次级键
诱导力： 极性分子的永久偶极与其他分子的诱导偶 极之间的作用力。作用能为6-12kJ/mol。
聚集态结构：分子之间的几何排列
高
近程结构又称一级结构
分
远程结构又称二级结构
子
链 高分子聚集态结构
又称三级或更高级结构
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
• a.键合力 • b.范德华力和其它介观力 • c.色散力 • d.氢键 • e.疏水键
主价力 次价力
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
液态：分子间的几何排列只有近程有序（即在 1-2分子层内排列有序)，而远程无序;
气态：分子间的几何排列不但远程无序， 近程也无序。
2.2.1 食品形态微观结构
当极性相分互子作与E用其D时他，分其子他(包1分括子12极产R性生6分诱2子导和22偶非极极。性分子)
式中：
ED——分子间诱导力作用能;
μ1、μ2——两种极性分子的偶极矩;
R——分子间的距离;
α1、α2——两种分子的极化率，也就是单位 电场强度作用下诱导的偶极矩。
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
但是氨基酸肽链不易断开。
a.键合力
离子键
• 又称盐键或盐桥，它是正电荷与负电荷之间的一种 静电相互作用。
• 吸引力与电荷电量的乘积成正比，与电荷质点间的 距离平方成反比，在溶液中此吸引力随周围介质的 介电常数增大而降低。——库伦定律
• 在侧后近链带中电正性 离电荷环 后境 带，F中 负二21，电者之蛋荷4间白，1质而可0分碱形q成子性r12q2离中氨12的基子er酸酸键21。性 残氨 基基 侧酸 链残 电基 离
• 离子键平均键能为20kJ/mol 。
P5:图2-1
2.1.1 高分子内原子间与分子间相互作用
b.范德华力和其它介观力
非键合原子间和分子间的相互作用力。
静电力
范德华力 诱导力
氢键
色散力
范德华力：永远存在于一切分子之间的吸引力，
没有方向性和饱和性。
b.范德华力和其它介观力
静电力：是极性分子间的相互作用力，由极性分子 的永久偶极之间的静电相互作用所引起。 作用能为12-20kJ/mol。
高分子链之所以具有柔性的根本原因在于它含有许多 可以内旋转的σ单键。
自由联结链：线形高分子链中含有成千上万个σ键。如 果主链上每个单键的内旋转都是完全自由的，则这种 高分子链称为自由联结链。它可采取的构象数将无穷 多，且瞬息万变。这是柔性高分子链的理想状态。
2.1.2 高分子链结构与柔性
实际：高分子链中，键角是固定的。 就碳链而言，键角为109°28′，所以即使单键可能自 由旋转，每一个键只能出现在以前一个键为轴，以 2θ(θ=π-109°28′)为顶角的圆锥面上。P9:图2-8