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一、食品的流變特性與質(zhì)構(gòu)分析 食品流變學(xué)是研究食品原材料、半成品、成品在加工、操作處理以及消費(fèi)過程中產(chǎn)生的變形與流動的科學(xué)，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(yàn)來評價(jià)的�？趪L就是一個(gè)復(fù)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(xué)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(jià)指標(biāo)，而且影響到食品風(fēng)味的接受性。Wood 曾研究液態(tài)食品的粘稠度與品嘗時(shí)的反映，并找出其流變學(xué)關(guān)系，指出當(dāng)假塑性時(shí)，系數(shù)n＝0.5 時(shí)，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(dāng)有剪切作用（舌動等）時(shí)有較低的粘度，若停止剪切，又恢復(fù)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(xué)試驗(yàn)（模擬試驗(yàn)）可以預(yù)測產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)品在市場上的接受程度，指導(dǎo)新產(chǎn)品的開發(fā)。例如：使用食品膠時(shí)，必須對使用的目的(應(yīng)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(jìn)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(yīng)用選擇最佳的食品膠時(shí)，都還應(yīng)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(shí)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(shí)間、風(fēng)味穩(wěn)定、水分)、產(chǎn)品加工方式和經(jīng)濟(jì)性等。否則，不考慮其它因素，直接選擇使用在該項(xiàng)應(yīng)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(yīng)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(xué)測量方法對其特性進(jìn)行檢驗(yàn)。巧克力最重要的流變學(xué)參數(shù)就是屈服應(yīng)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(yīng)力值。屈服應(yīng)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(shí)（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(yīng)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(shè)計(jì) 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(shí)間、剪切應(yīng)力、剪切速率的變化而變化，因此掌握各種食品的流變學(xué)特性，便于在流體的輸送，管路設(shè)計(jì)以及攪拌、乳化、均質(zhì)、物化、濃縮、滅菌等單元操作的機(jī)械設(shè)計(jì)中充分考慮物料在力的作用下粘度的變化，有針對性的設(shè)計(jì)設(shè)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(xué) 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(jì)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(jī)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(zhǔn)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(diǎn). 測試水油體系的穩(wěn)定性, 抗溫度/剪切沖擊性. 優(yōu)點(diǎn): 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(yù)測食品的貨架期 采用溫度沖擊/低剪/振蕩實(shí)驗(yàn),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(zhǔn)確地表達(dá)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(xué)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(fù)配研究----配方體系優(yōu)化;膠源選擇;應(yīng)用開發(fā)(如在蛋糕中應(yīng)用) 表面活性劑----天然助劑開發(fā) 面團(tuán)----粘彈性分析—成品性能預(yù)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)的質(zhì)地結(jié)構(gòu)、形狀、外觀和風(fēng)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(yīng)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(jìn)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(xué)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(xué)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(shí)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(luò)凝膠結(jié)構(gòu)，在剪切速率很低時(shí)，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(qiáng)的凝膠結(jié)構(gòu)。對于這些體系，G¢遠(yuǎn)大于G²，這時(shí)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(biāo)準(zhǔn)�？梢愿爬椋悍稚Ⅲw系的儲存模量G¢和損失模量G²，在膠凝點(diǎn)具有相同的頻率依賴性。這是首次提出測定共價(jià)交聯(lián)體系膠凝點(diǎn)的方法。這個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)被證明尤其適合于化學(xué)膠凝膠。然而，對一些具有非零屈服應(yīng)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(shí)，分子以線團(tuán)形式存在，當(dāng)冷卻時(shí)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(shí)，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(shí)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(xué)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(gè)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(qiáng)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(qiáng)度；將槐豆膠加到黃原膠中，能誘導(dǎo)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(yīng)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(yīng)用于控制食品的流變學(xué)特性。已知糖能延緩淀粉老化, 這一特性已被廣泛應(yīng)用到糖果糕點(diǎn)行業(yè)。盡管黃原膠的相對價(jià)格較高，但自從70年代以來，黃原膠已成為許多應(yīng)用領(lǐng)域首選的增稠劑。在低剪切應(yīng)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(jià)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(gè)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(fēng)味和質(zhì)地的同時(shí)，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(shí)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(rèn)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(yīng)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�，水溶膠的開發(fā)、研究和應(yīng)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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