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小木蟲論壇-學術(shù)科研互動平臺 » 專業(yè)學科區(qū) » 食品 » 其他 » 【分享】食品流變學
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一、食品的流變特性與質(zhì)構(gòu)分析 食品流變學是研究食品原材料、半成品、成品在加工、操作處理以及消費過程中產(chǎn)生的變形與流動的科學，主要研究的是食品受外力和形變作用的結(jié)構(gòu)。食品質(zhì)構(gòu)是研究食品在加工儲藏中組織的軟化與分解等，這些質(zhì)構(gòu)的變化會引起材料流變特性的變化。 食品流變與質(zhì)構(gòu)特性研究對食品工業(yè)有重要意義： 1、食品流變與質(zhì)構(gòu)特性與食品的質(zhì)量 傳統(tǒng)的食品質(zhì)構(gòu)及其表現(xiàn)狀態(tài)就是用感官檢驗來評價的。口嘗就是一個復雜的流變過程，咀嚼包括磨、剪、擠壓、壓縮、拉伸等物理過程，故通過流變學的一些測試可以反映食品的質(zhì)量，并可避免感官品嘗中主觀的影響。 粘稠性不僅是液態(tài)食品的感官評價指標，而且影響到食品風味的接受性。Wood 曾研究液態(tài)食品的粘稠度與品嘗時的反映，并找出其流變學關(guān)系，指出當假塑性時，系數(shù)n＝0.5 時，乳類甜食、湯料、醬類、漿狀食品的口感最好。這類食品在口中保持穩(wěn)定的流動，當有剪切作用（舌動等）時有較低的粘度，若停止剪切，又恢復原來的粘度，容易吞咽。 2、食品流變與質(zhì)構(gòu)特性與食品研發(fā) 通過流變學試驗（模擬試驗）可以預測產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)品在市場上的接受程度，指導新產(chǎn)品的開發(fā)。例如：使用食品膠時，必須對使用的目的(應用食用膠的哪一種特性)有清楚的了解，才能根據(jù)不同食品膠的特性進行選擇。質(zhì)構(gòu)儀就可以發(fā)揮很大的作用，由于所有的食品膠都不只一種功能，因而在為食品任何一類特別的應用選擇最佳的食品膠時，都還應該考慮、候選。食品膠在該食品中發(fā)揮的其它的功能，所以食品工藝師在選擇食品膠時需要考慮諸多因素，必須考慮產(chǎn)品形態(tài)(如凝膠、流動性、硬度、透明度及混濁度等)；產(chǎn)品體系(懸浮顆粒能力，稠度等)；產(chǎn)品儲存(時間、風味穩(wěn)定、水分)、產(chǎn)品加工方式和經(jīng)濟性等。否則，不考慮其它因素，直接選擇使用在該項應用中表現(xiàn)得最好的食品膠，可能并不是最佳的選擇。 3、食品流變與質(zhì)構(gòu)特性與生產(chǎn)中的質(zhì)量控制 食品加工過程中的質(zhì)構(gòu)變化，勢必引起材料受力性質(zhì)的改變，只要發(fā)生變化的流變參數(shù)究可以在生產(chǎn)中控制。這方面應用最廣的是巧克力的生產(chǎn)。巧克力可以是固體也可以是液體，取決于其脂肪的構(gòu)成與存在狀態(tài)�？煽芍跍囟雀哂�32℃將會急劇的融化，成為液態(tài)。因此可以借助流變學測量方法對其特性進行檢驗。巧克力最重要的流變學參數(shù)就是屈服應力值，其流動曲線遵循Casson 方程： 把流動曲線外推至零剪切速率來確定巧克力的屈服應力值。屈服應力與巧克力中所含的可可脂肪成分，巧克力漿中的可可粉、糖粉等的磨碎程度及卵磷脂的用量有關(guān)。在涂布巧克力層的時（威化巧克力、冰淇淋巧克力等），涂層的厚度取決于巧克力的屈服應力，垂直面厚度取決于其粘度。 4、食品流變與質(zhì)構(gòu)特性與工程設計 食品加工及處理過程涉及的液體多為非牛頓液體，其表觀粘度隨時間、剪切應力、剪切速率的變化而變化，因此掌握各種食品的流變學特性，便于在流體的輸送，管路設計以及攪拌、乳化、均質(zhì)、物化、濃縮、滅菌等單元操作的機械設計中充分考慮物料在力的作用下粘度的變化，有針對性的設計設備結(jié)構(gòu)及功率等。如有些材料具有剪切變稀現(xiàn)象，故其輸送啟動功率要大等。 食品流變學 1 食品工藝和結(jié)構(gòu)表征 多相體系,水油結(jié)構(gòu)的衡量, 不可以使用旋轉(zhuǎn)粘度計法測定粘度就可以下結(jié)論, 這是為什么得到了粘度值卻無法解釋的真正原因. 食品主要是哪些成分呢? 形成什么結(jié)構(gòu)才具有好的口感,營養(yǎng)和利于消化吸收呢? 原料:多糖結(jié)構(gòu), 纖維素,蛋白,鹽份,水分,油脂 工藝:淀粉的糊化,烘焙工藝,增稠機理,凝膠化過程,脫水等等 結(jié)果:保水體系(果凍等),松軟結(jié)構(gòu)/粘彈性體(面包), 膠體(動物凝膠),多相體系(火腿腸),水油平衡體系(奶油等乳制品)... 推薦方法: 使用高級振蕩流變儀, 測定淀粉糊化過程(振蕩模式,不破壞正在形成的結(jié)構(gòu),提高準確性).錐板體系振蕩模擬烘焙條件, 衡量粘彈性變化. 采用低剪切速率(0.00001-0.001 1/s), 衡量內(nèi)部氫鍵結(jié)合力. 固定形變和頻率, 在一定溫度下, 測試膠體形成的凝膠點. 測試水油體系的穩(wěn)定性, 抗溫度/剪切沖擊性. 優(yōu)點: 既能模擬所有工藝, 又可以方便地把內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征出來. 做到知其所以然. 2 預測食品的貨架期 采用溫度沖擊/低剪/振蕩實驗,結(jié)合其他環(huán)境測試, 可知食品的貨架期. 3 感官評估 這是目前食品行業(yè)比較熱門, 人為的誤差在其中是不可避免的. 最直接的解決方法就是測試各種食品的儲能模量和相位角(粘彈性)隨濃度,保水性,親水性/憎水性,溫度變化中的變化, 從而較為準確地表達出口感. 大家都知道的, 果凍(彈性好)和面包(遇水變粘)的口感是非常不同的. 4 目前食品流變學研究的內(nèi)容舉例 蛋白質(zhì)溶液----流變加工研究 凝膠體系----添加劑凝膠化過程;食品安全 淀粉糊化過程----產(chǎn)品工藝控制;原料選擇 飲料----適口性研究 復配研究----配方體系優(yōu)化;膠源選擇;應用開發(fā)(如在蛋糕中應用) 表面活性劑----天然助劑開發(fā) 面團----粘彈性分析—成品性能預測;烘焙工藝優(yōu)化;配方優(yōu)化 水果蔬菜----加工研究;果膠 乳業(yè)----奶酪工藝 嬰兒食品----食品安全 許多天然的、生物合成的或化學合成的親水性高分子物質(zhì)分散在水中能形成溶膠。目前，水溶膠在食品、醫(yī)藥、化妝品、化工、石油鉆探等工業(yè)領(lǐng)域已被廣泛用做增稠劑、膠凝劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、藥物載體、膜材料等。食品水溶膠主要指多糖體系和蛋白質(zhì)體系，它們具有增稠，膠凝，穩(wěn)定泡膜，乳化和分散作用，阻止冰晶和糖晶形成以及控制香味釋出等功能。近些年來，尤其是在食品工業(yè)領(lǐng)域，食品水溶膠的研究和應用得到了迅猛的發(fā)展。水溶膠又被稱為物理凝膠，即使是在濃度低于1%的情況下，也能對食品的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。水溶膠的應用使我們能夠有效地控制水分，改善飲料的稠度和口感，改善肉制品、乳制品、糖果、糕點的質(zhì)地結(jié)構(gòu)、形狀、外觀和風味等。多糖和蛋白質(zhì)具有的生物活性使得食品水溶膠已被用于生產(chǎn)和開發(fā)各種功能性和健康食品。 1、增稠性：食品水溶膠具有增加食品的粘度，賦予食品柔滑舒適的口感，且具有穩(wěn)定乳化狀態(tài)和懸浮狀態(tài)的作用。食品水溶膠在食品工業(yè)上的應用主要取決于它的粘度。水溶膠溶液的粘度受分子量的影響很大。隨著分子量的增加，粘度對剪切速率的依賴增加，對剪切速率愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，從第一牛頓區(qū)進入假塑性區(qū)也愈早。除了分子量的影響外，分子的流體力學體積明顯地受分子結(jié)構(gòu)的影響。相同分子量，線型、剛性分子比多分支、柔性的分子具有較大的流體力學體積，粘度更高。纖維素聚合物相對來說屬剛性分子，所以，在低剪切速率時粘度很高。阿拉伯樹膠分支很多，因此相對線型纖維素聚合物來說均方旋轉(zhuǎn)半徑較小。分子鏈剛性對聚合物溶液剪切變稀特性的影響也很大。隨著大分子持續(xù)長度的增加，剪切變稀程度增加。 2、粘彈性和膠凝化作用：水溶膠溶液具有粘彈性，可用儲存模量G¢和損耗模量G²的大小和對頻率的依賴性來表征。黃原膠，分子鏈間傾向于發(fā)生弱締合。它們形成的三維網(wǎng)絡凝膠結(jié)構(gòu)，在剪切速率很低時，交鏈區(qū)就會被破壞。對于這些體系，G¢略大于G²，二者僅輕微地依賴頻率。另一些多糖如直鏈淀粉、瓊脂糖、卡拉膠和gellan膠能形成穩(wěn)定的分子鏈締合區(qū)（交鏈區(qū)），形成較強的凝膠結(jié)構(gòu)。對于這些體系，G¢遠大于G²，這時二者均不依賴于頻率。 Winter和Chambon提出了判斷溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變的標準�？梢愿爬椋悍稚Ⅲw系的儲存模量G¢和損失模量G²，在膠凝點具有相同的頻率依賴性。這是首次提出測定共價交聯(lián)體系膠凝點的方法。這個判斷標準被證明尤其適合于化學膠凝膠。然而，對一些具有非零屈服應力膠體懸浮液，如卵清蛋白溶液、curdlan懸浮液和微粒纖維懸浮液，這一判據(jù)不適用。 有些水溶膠形成熱可逆凝膠，有些形成熱不可逆凝膠。根據(jù)凝膠彈性模量的溫度依賴性可將凝膠分為四種：1）冷致凝膠，如明膠，瓊脂糖，卡拉膠和Jellan膠等，這些聚合物在溶液狀態(tài)時，分子以線團形式存在，當冷卻時呈凝膠狀態(tài)。2）熱致凝膠，如甲基纖維素，羥甲基纖維素，Curdlan，球蛋白如卵清蛋白等。加熱時，這些聚合物分子間包括取代基間由于疏水作用參與而形成凝膠，冷卻后，則又變回到溶液狀態(tài)。3）溶液在較低和較高溫度形成凝膠，在中間溫度范圍時保持溶膠狀態(tài)，如明膠-甲基纖維素混合物；4）溶液僅在中間溫度范圍內(nèi)形成凝膠，如除去部分半乳膠糖殘基的木葡聚糖。 除了明膠，許多蛋白凝膠均由球蛋白形成，被稱為顆粒膠。通常球蛋白形成的顆粒凝膠不同于線性大分子鏈形成的凝膠。 3、協(xié)同作用：不同水溶膠混合在一起常常表現(xiàn)出不同的協(xié)同作用。在食品工業(yè)中常被用來開發(fā)新的食品、改善某些食品的流變學特性和降低成本等。有些多糖本身即可形成凝膠如瓊脂、卡拉膠、結(jié)冷膠、可德膠、高甲氧基果膠等，我們稱這類多糖為凝膠多糖。另一類是非凝膠多糖，如黃原膠、槐豆膠、魔芋膠等。這類多糖本身不具凝膠性。對于一個凝膠多糖和非凝膠多糖的共混體系，可能得到比單一多糖更大的凝膠強度。而對于兩種非凝膠多糖的共混體系，可能形成新的凝膠產(chǎn)物。典型的例子如將魔芋膠加到卡拉膠中，能明顯增加凝膠的強度；將槐豆膠加到黃原膠中，能誘導凝膠的形成。僅少數(shù)多糖和蛋白質(zhì)彼此混合后發(fā)現(xiàn)有協(xié)同作用。選用不同類型和濃度的水溶膠能形成不同組織結(jié)構(gòu)的凝膠，目前對這一領(lǐng)域的研究和應用已引起廣泛的關(guān)注。 4、幾種重要的食品水溶膠：淀粉被廣泛應用于控制食品的流變學特性。已知糖能延緩淀粉老化, 這一特性已被廣泛應用到糖果糕點行業(yè)。盡管黃原膠的相對價格較高，但自從70年代以來，黃原膠已成為許多應用領(lǐng)域首選的增稠劑。在低剪切應力下保持較高的粘度使得黃原膠能有效阻止顆粒沉淀。Gellan膠不僅是一種新型的膠凝劑，在二價陽離子存在下能形成抗酸和抗熱的透明凝膠，而且gellan膠相比于廣泛研究的瓊脂和卡拉膠是一個更好的研究模型樣品。Curdlan已成功地用在香腸和漢堡等食品中。Curdlan在香腸生產(chǎn)中是一種非常好的脂肪替代品。在豬肉香腸中，在保持其風味和質(zhì)地的同時，使用卡拉膠是減少脂肪的一條有效途徑。魔芋膠由于形成的是不可逆凝膠，在較高溫度時仍然保持其凝膠性。明膠是迄今為止用的最為廣泛的膠凝劑。然而瘋牛病的爆發(fā)，使人們對它在食品中使用的安全性產(chǎn)生了懷疑，目前人們正不斷嘗試尋找它的替代品。 工業(yè)化國家已經(jīng)普遍認識到增加膳食纖維，降低總脂肪和飽和脂肪攝入對人體健康的重要性。目前人們正在大力發(fā)展高纖維、低脂肪的食品。食品水溶膠是天然纖維食品，許多水溶膠已被成功地應用到食品中替代脂肪。除此之外，許多水溶膠多糖都具有生物活性�？傊苣z的開發(fā)、研究和應用正日益引起人們極大的興趣。 [ Last edited by lovibond on 2011-7-1 at 08:18 ] |
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4樓2011-01-05 10:15:12
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謝謝 學習了 2樓2010-09-19 18:12:43
3樓2010-09-21 08:10:39
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好東西，頂一下，謝謝了 6樓2011-05-11 19:05:25
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7樓2011-05-11 19:59:12
小損樣兒
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8樓2011-05-11 22:29:34
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9樓2012-03-01 16:27:18
yuancying
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10樓2012-06-29 15:30:04
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