物性学

食品物性学结课论文摘要：本文系统的论述了食品物性学这一新型学科的研究现状与趋势，着重论述食品电特性在食品工业中的应用，以及多孔状食品面包的主要物理特性和物性学评价指标，并设计实验进行系统的物性学评价。

关键词：物性学电特性面包一、食品物性学研究的现状与趋势食品物性学是以食品（包括食品原料）为研究对象，研究其物理性质的一门科学。

由于食品本身的复杂性及物理性质在人们对食品感官评价中的特殊位置，食品物性学包含了比物理学本身更广泛的学科领域，即食品物性学不仅包括对食品本身理化性质的分析研究，而且包括食品物性对人的感官产生的所谓感觉性质的研究。

纵观所有与物性学相关的书籍教材，概括起来有食品的结构形态、固体食品的基本物理特性、食品流变学特性、食品的质构特性、食品的力学性质、食品的热物性、食品的电特性、食品的光学特性等。

食品的结构形态包括微观上的分子间相互作用各化学成分的分子结构和形态等。

固体食品的基本物理特性包括形状、尺寸、密度、体积、孔隙率、曲率半径等。

食品流变学主要研究作用于物体上的应力和由此产生的应变规律，是力变形和时间的函数，以虎克弹性定律和牛顿黏性定律为基础，在线性变形范围内研究物质流动和变形的科学食品质构特性主要指食品的组织结构，状态、口感、滋味等。

IFT委员会规定：食品的质构是指眼睛、口中的黏膜及肌肉所感觉到的食品的性质，包括粗细滑爽颗粒感等。

ISO 规定的食品的质构是指力学的触觉的可能的话还包括视觉的、听觉的方法能够感知的食品流变学特性的。

综合感觉食品的力学特性包括散体的振动特性流动特性应力分析等。

食品的热物性包括材料的热物理性质及其估算方法等。

食品的电学特性包括食品材料的介电特性介电特性电磁性等。

食品的光学特性是指光的吸收反射散射等。

目前，随着人们生活水平的提高，人们对食品的要求不但在量上，而且在质上，不但在营养上，还要求在感观上，这大大提高了食品工业的难度，也促进着食品学科的发展无论从学科建设学科发展还是从人才培养上，提高教学质量和培养学生能力是教学中最核心的问题，要明确学生的培养目的，根据培养目的，确定课程框架，食品物性学是食品加工研究的重要基础课程，开设食品物性学是非常必要的，有了食品物性学的学习，能使专业课程设置更合理，更完善通过食品物性学的学习，使学生了解食品的物理特性力学性质电物性热物性光学特性流变特性，及相关的实验原理与方法，将有助于研制新的产品，进行质量评定，质量控制与最佳工艺条件的确定。

二、食品电特性的应用电特性在食品加工中的应用，一是更有效地利用其电磁物理性质；二是来更好地对食品成分、组织、状态等品质进行分析和监控。

食品的电物理加工包括电磁波加工、静电场加工以及电阻抗加工等。

电磁波加工大致可以分为商用交流电、高频波、微波、红外线辐射、紫外线辐射等几类。

食品加工应用较广的是微波、红外线辐射和紫外线辐射。

微波萃取具有萃取速度快、产率高、产品品质好、色泽浅、无污染等优点。

用于油脂的萃取时，王平艳等对葵花子进行微波正己烷萃取发现该法的出油率比压榨法高。

微波萃取在提取天然产物有效成分中也很有效。

微波萃取还可用于果胶、麦角固醇等的萃取。

微波加热因在理论上无温度梯度，相对传统加热方法穿透力强，热惯性小，节能高效，具有反射性和透射性，所以在食品加工中被广泛应用。

微波加热可用于干燥食品，郑捷夫研制的微波无油方便面，复水性强，与油炸方便面相比能较好地保持原有的色、香、味，且能够减少营养成分及维生素的损失,有较长的保质期。

微波加热用于焙烤食品，如面包的烤制，可使面包品质得到很好的改善，使其结构均匀，内芯不粘牙，缩短加工时间并延长面包的货架期。

微波用于动物性冻制食品的调温、解冻所需时间短，表里解冻均匀，解冻过程食物成分损失少。

其它冷冻食品如水饺、馒头等都可以选择微波设备来加工。

微波加热用于大蒜除臭，大豆除腥等的加工，也具有较好的效果。

微波杀菌的应用已相当广泛，微波杀菌机理可用热效应和非热效应来解释。

热效应是指微波产热使得微生物内的蛋白质、核酸等分子改性，从而达到杀菌的效果。

非热效应是指在电磁场作用下，微生物的细胞壁破裂，致使细胞内核酸和蛋白外泄导致微生物死亡。

微波杀菌已用于固体物料、保健品、乳制品、豆制品、淀粉类制品、饮料制品、蔬菜制品、调味品、水产品、水果等的杀菌保鲜及对包装材料和容器的灭菌。

此外，微波还可用于酒类、发酵调味品的催陈，绿茶杀青，蔗糖汁的减色等工艺过程。

红外线是指波长0.75~1000um之间的电磁波。

热辐射效率最大的理想物体称为黑体。

普通食品加工所使用的加热温度范围大都在300~500K，这一温度范围内，黑体或近似黑体的物质辐射能量密度最大波长正是在2.5~20um的远红外线波长范围，因此远红外线有较高的辐射效率。

另一方面水中羟基O-H键伸缩振动的固有频率与波长2.7um的电磁波相同，所以当接受远红外线辐射时，水和其他含有羟基的食物成分与远红外线发生共振，引起物料温度上升，从而使物料得以加热。

远红外线的波长较长，对物料的穿透性强，且远红外线的光子能量级小，一般只产生热效应，不会引起物质的化学变化，对食品的营养成分和色泽不会造成影响，远红外线被物料吸收的程度也不受物料色泽的影响，所以使用远红外热加工，物料受热均匀，加工品质优良。

远红外线在食品加工中可用于点心、肉等的烘烤，烹调食品的保温，冷藏食品的快速加热，谷物、大豆、咖啡、茶叶等的干燥，油炸食品如炸鱼、炸虾、炸土豆片等的炸制，无水煮食品的加工，酒、调味品、水果的催熟，肉类制品、谷物、面粉的杀菌等。

波长在200~400nm的电磁波通称为紫外线，根据波长把紫外线分为短波紫外线（波长200~280nm）、中波紫外线（波长280~320nm）、长波紫外线（波长320~400nm）。

短波、长波紫外线均有杀菌效果，其中短波的杀菌效果最好。

紫外线在食品加工中多应用在杀菌上，也可应用于果蔬的保鲜及对加工食品性能的改善。

食品工业中，紫外线杀菌主要用于三个领域：表面杀菌、空气杀菌和液体杀菌。

表面杀菌常用于包装材料的消毒，如在牛乳的生产中，用紫外线对包装材料消毒，可使其货架期延长到两周。

紫外线也可用于食品表面的消毒，如Huang 和Toledo证明紫外辐射可明显减少新鲜鱼的表面菌群。

空气杀菌主要用于食品加工环境的消毒，如果蔬的去皮操作中，用紫外线处理过的气流流过去皮单元，产品质量会显著提高。

同样的技术也用于孵化室和冷藏室。

液体杀菌的应用是因为紫外线处理可有效杀灭水中大部分微生物和减少环境污染。

紫外线消毒不改变水的颜色、味道和pH值，在日本，紫外线辐射已用于天然矿泉水的消毒。

虽然有报道说FDA正在考虑允许紫外线用于果汁的杀菌，但封明仁认为紫外线不宜用于饮料灭菌，这是因为紫外线穿透性较弱，不能杀灭饮料液体深层的细菌。

此外，紫外线对固体食品物料的杀菌也有较多报道。

紫外线在果蔬的保鲜中也有极大的潜在市场，如萝卜采摘后，用紫外线对其处理发现植物抗毒素得到了一定的积累，可增加萝卜对霉菌的抵抗能力。

用紫外线处理的新鲜草莓可延长货架期4~5d，除紫外线可杀灭其表面微生物外，研究发现紫外线处理后果实的呼吸强度减低，酸度增加，而且经处理的果实的硬度也比未经处理的果实要高。

紫外线辐射会对加工食品的性能有所改善，Rhim等研究了紫外线对蛋白膜的影响，发现用紫外线照射小麦谷蛋白、玉米蛋白、鸡蛋清蛋白和酪蛋白形成蛋白膜后，前三种蛋白的拉伸强度增加，对酪蛋白的拉伸强度虽然没有影响但减少了可溶性物质，所以用紫外线辐射可改善蛋白膜的功能。

余东霞等发现使用适当强度的紫外线可降低猪肉中脂肪和胆固醇的含量。

鲭鱼肉糜经紫外线处理后其蛋白质之间发生交联，凝胶强度上升，可显著改变产品的感官质量。

牛乳、蘑菇经紫外线处理后，VD含量都得以提高。

高压静电场对食品的加工可分为静电分离、静电熏制、静电干燥、静电保鲜、静电解冻等，它们的原理都是使离子化的气体在电场内移动，传递物质的散体微粒（尘埃、熏烟等）。

这样的带电粒子再受电场作用，从一极向另一极进行定向移动，从而达到加工所需目的。

静电分离是指静电场下对粉体粒子的分离；静电熏制是指在静电场内让熏烟雾粒子向各种食品表面或内部渗透，达到快速均匀熏制的目的。

在高压静电场中研究和应用最多的是其在干燥、保鲜和解冻方面的应用。

日本学者浅川发现在高压静电场下，水的蒸发变得非常活跃。

施加电场后，水的蒸发速度加快，当去掉电场后，水蒸发的潜热大大降低。

李里特等通过实验发现静电场可使琼脂凝胶的干燥速率明显加快，水分的蒸发速率随电场强度增大呈线性升高，随电极间距离的增加呈指数下降。

张璐等做了常温下高压静电场中豆渣的干燥试验，结果表明电场作用下豆渣干燥速率是不加电场干燥的两倍左右，节能率在85%~90%。

食品解冻中的微生物污染、耗能及风味改变一直是食品生产中的大问题，为此，高压静电场下食品的解冻渐渐被人们所重视。

日本的Tatsukiyo Ohtsuki经实验证实，高压静电场中，－3°C~﹢3°C下金枪鱼片、牛肉片的解冻时间仅为同样温度下的1/4~1/3，且解冻后无明显汁液流失，微生物指标也明显低于对照样。

谢晶等以马铃薯为研究对象，在不同场强下对冻结马铃薯解冻，发现高压静电场对其解冻过程、解冻后质量均有很大影响。

杨光德对高压静电场的果蔬保鲜机理进行了较为深入的分析，认为高压静电场下果蔬内部能量分布、细胞膜电势都发生了改变，生物酶活性得以降低，呼吸代谢活动受到抑制，催熟激素乙烯被分解，果蔬的后熟被破坏，从而有效地保持水分，达到保鲜的效果。

李里特、方胜研究了高压静电场下黄瓜、豇豆和西红柿的保鲜，发现三者的保鲜期相比对照组都有延长。

石贵玉等用高压静电场处理温州蜜柑，蜜柑的贮藏时间有所延长。

高压静电场和超高压杀菌、辐射杀菌一样是近20年发展起来的冷杀菌技术，具有保持食品中功能成分的生理活性，保持食品色、香、味及其营养成分的特性。

黄炜等利用高压静电场对单一菌液、液态的果汁和固态的豆腐干、鱼丸及芹菜进行杀菌，发现随着杀菌时间的延长，杀菌效果明显上升，得出高压静电场杀菌在一定程度上是一种较好的杀菌技术，对食品无不良影响的结论。

蒋耀庭等利用高压静电场对生酱油进行处理，对处理后的酱油进行香气成分、氨基酸含量、理化指标等进行分析，表明高压静电场不但可杀灭酱油中的有害细菌，同时还可改善酱油的色、香、味。

利用直流电流加工食品归纳起来主要有电渗透、电渗析、电泳及电浮选等；利用交流电主要有欧姆加热。

电渗透的脱水机理为电场作用下蛋白质四周的水分子形成带正电荷的离子氛相对于蛋白质运动，从而达到脱水的目的。

日本的领木等人首次将电渗透脱水应用于食品领域，将鱼糜的含水量从75%降到38%；李里特等把电渗透脱水用于食品植物蛋白的固液分离，取得了较好的效果。