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xiangli-chen

木虫 (正式写手)

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一、食品的流变特性与质构分析
食品流变学是研究食品原材料、半成品、成品在加工、操作处理以及消费过程中产生的变形与流动的科学，主要研究的是食品受外力和形变作用的结构。食品质构是研究食品在加工储藏中组织的软化与分解等，这些质构的变化会引起材料流变特性的变化。食品流变与质构特性研究对食品工业有重要意义：
1、食品流变与质构特性与食品的质量
传统的食品质构及其表现状态就是用感官检验来评价的。口尝就是一个复杂的流变过程，咀嚼包括磨、剪、挤压、压缩、拉伸等物理过程，故通过流变学的一些测试可以反映食品的质量，并可避免感官品尝中主观的影响。粘稠性不仅是液态食品的感官评价指标，而且影响到食品风味的接受性。Wood 曾研究液态食品的粘稠度与品尝时的反映，并找出其流变学关系，指出当假塑性时，系数n＝0.5 时，乳类甜食、汤料、酱类、浆状食品的口感最好。这类食品在口中保持稳定的流动，当有剪切作用（舌动等）时有较低的粘度，若停止剪切，又恢复原来的粘度，容易吞咽。
2、食品流变与质构特性与食品研发
通过流变学试验（模拟试验）可以预测产品的质量以及产品在市场上的接受程度，指导新产品的开发。例如：使用食品胶时，必须对使用的目的(应用食用胶的哪一种特性)有清楚的了解，才能根据不同食品胶的特性进行选择。质构仪就可以发挥很大的作用，由于所有的食品胶都不只一种功能，因而在为食品任何一类特别的应用选择最佳的食品胶时，都还应该考虑、候选。食品胶在该食品中发挥的其它的功能，所以食品工艺师在选择食品胶时需要考虑诸多因素，必须考虑产品形态(如凝胶、流动性、硬度、透明度及混浊度等)；产品体系(悬浮颗粒能力，稠度等)；产品储存(时间、风味稳定、水分)、产品加工方式和经济性等。否则，不考虑其它因素，直接选择使用在该项应用中表现得最好的食品胶，可能并不是最佳的选择。
3、食品流变与质构特性与生产中的质量控制
食品加工过程中的质构变化，势必引起材料受力性质的改变，只要发生变化的流变参数究可以在生产中控制。这方面应用最广的是巧克力的生产。巧克力可以是固体也可以是液体，取决于其脂肪的构成与存在状态。可可脂在温度高于32℃将会急剧的融化，成为液态。因此可以借助流变学测量方法对其特性进行检验。巧克力最重要的流变学参数就是屈服应力值，其流动曲线遵循Casson 方程：把流动曲线外推至零剪切速率来确定巧克力的屈服应力值。屈服应力与巧克力中所含的可可脂肪成分，巧克力浆中的可可粉、糖粉等的磨碎程度及卵磷脂的用量有关。在涂布巧克力层的时（威化巧克力、冰淇淋巧克力等），涂层的厚度取决于巧克力的屈服应力，垂直面厚度取决于其粘度。
4、食品流变与质构特性与工程设计
食品加工及处理过程涉及的液体多为非牛顿液体，其表观粘度随时间、剪切应力、剪切速率的变化而变化，因此掌握各种食品的流变学特性，便于在流体的输送，管路设计以及搅拌、乳化、均质、物化、浓缩、灭菌等单元操作的机械设计中充分考虑物料在力的作用下粘度的变化，有针对性的设计设备结构及功率等。如有些材料具有剪切变稀现象，故其输送启动功率要大等。

食品流变学
1 食品工艺和结构表征
多相体系,水油结构的衡量, 不可以使用旋转粘度计法测定粘度就可以下结论, 这是为什么得到了粘度值却无法解释的真正原因.
食品主要是哪些成分呢? 形成什么结构才具有好的口感,营养和利于消化吸收呢?
原料:多糖结构, 纤维素,蛋白,盐份,水分,油脂
工艺:淀粉的糊化,烘焙工艺,增稠机理,凝胶化过程,脱水等等
结果:保水体系(果冻等),松软结构/粘弹性体(面包), 胶体(动物凝胶),多相体系(火腿肠),水油平衡体系(奶油等乳制品)...

推荐方法: 使用高级振荡流变仪, 测定淀粉糊化过程(振荡模式,不破坏正在形成的结构,提高准确性).锥板体系振荡模拟烘焙条件, 衡量粘弹性变化. 采用低剪切速率(0.00001-0.001 1/s), 衡量内部氢键结合力. 固定形变和频率, 在一定温度下, 测试胶体形成的凝胶点. 测试水油体系的稳定性, 抗温度/剪切冲击性.

优点: 既能模拟所有工艺, 又可以方便地把内部结构表征出来. 做到知其所以然.

2 预测食品的货架期
采用温度冲击/低剪/振荡实验,结合其他环境测试, 可知食品的货架期.

3 感官评估
这是目前食品行业比较热门, 人为的误差在其中是不可避免的. 最直接的解决方法就是测试各种食品的储能模量和相位角(粘弹性)随浓度,保水性,亲水性/憎水性,温度变化中的变化, 从而较为准确地表达出口感. 大家都知道的, 果冻(弹性好)和面包(遇水变粘)的口感是非常不同的.

4 目前食品流变学研究的内容举例
蛋白质溶液----流变加工研究
凝胶体系----添加剂凝胶化过程;食品安全
淀粉糊化过程----产品工艺控制;原料选择
饮料----适口性研究
复配研究----配方体系优化;胶源选择;应用开发(如在蛋糕中应用)
表面活性剂----天然助剂开发
面团----粘弹性分析—成品性能预测;烘焙工艺优化;配方优化
水果蔬菜----加工研究;果胶
乳业----奶酪工艺
婴儿食品----食品安全

许多天然的、生物合成的或化学合成的亲水性高分子物质分散在水中能形成溶胶。目前，水溶胶在食品、医药、化妆品、化工、石油钻探等工业领域已被广泛用做增稠剂、胶凝剂、乳化剂、稳定剂、药物载体、膜材料等。食品水溶胶主要指多糖体系和蛋白质体系，它们具有增稠，胶凝，稳定泡膜，乳化和分散作用，阻止冰晶和糖晶形成以及控制香味释出等功能。近些年来，尤其是在食品工业领域，食品水溶胶的研究和应用得到了迅猛的发展。水溶胶又被称为物理凝胶，即使是在浓度低于1%的情况下，也能对食品的组织结构产生显著影响。水溶胶的应用使我们能够有效地控制水分，改善饮料的稠度和口感，改善肉制品、乳制品、糖果、糕点的质地结构、形状、外观和风味等。多糖和蛋白质具有的生物活性使得食品水溶胶已被用于生产和开发各种功能性和健康食品。

1、增稠性：食品水溶胶具有增加食品的粘度，赋予食品柔滑舒适的口感，且具有稳定乳化状态和悬浮状态的作用。食品水溶胶在食品工业上的应用主要取决于它的粘度。水溶胶溶液的粘度受分子量的影响很大。随着分子量的增加，粘度对剪切速率的依赖增加，对剪切速率愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，从第一牛顿区进入假塑性区也愈早。除了分子量的影响外，分子的流体力学体积明显地受分子结构的影响。相同分子量，线型、刚性分子比多分支、柔性的分子具有较大的流体力学体积，粘度更高。纤维素聚合物相对来说属刚性分子，所以，在低剪切速率时粘度很高。阿拉伯树胶分支很多，因此相对线型纤维素聚合物来说均方旋转半径较小。分子链刚性对聚合物溶液剪切变稀特性的影响也很大。随着大分子持续长度的增加，剪切变稀程度增加。

2、粘弹性和胶凝化作用：水溶胶溶液具有粘弹性，可用储存模量G¢和损耗模量G²的大小和对频率的依赖性来表征。黄原胶，分子链间倾向于发生弱缔合。它们形成的三维网络凝胶结构，在剪切速率很低时，交链区就会被破坏。对于这些体系，G¢略大于G²，二者仅轻微地依赖频率。另一些多糖如直链淀粉、琼脂糖、卡拉胶和gellan胶能形成稳定的分子链缔合区（交链区），形成较强的凝胶结构。对于这些体系，G¢远大于G²，这时二者均不依赖于频率。
Winter和Chambon提出了判断溶胶－凝胶转变的标准。可以概括为：分散体系的储存模量G¢和损失模量G²，在胶凝点具有相同的频率依赖性。这是首次提出测定共价交联体系胶凝点的方法。这个判断标准被证明尤其适合于化学胶凝胶。然而，对一些具有非零屈服应力胶体悬浮液，如卵清蛋白溶液、curdlan悬浮液和微粒纤维悬浮液，这一判据不适用。
有些水溶胶形成热可逆凝胶，有些形成热不可逆凝胶。根据凝胶弹性模量的温度依赖性可将凝胶分为四种：1）冷致凝胶，如明胶，琼脂糖，卡拉胶和Jellan胶等，这些聚合物在溶液状态时，分子以线团形式存在，当冷却时呈凝胶状态。2）热致凝胶，如甲基纤维素，羟甲基纤维素，Curdlan，球蛋白如卵清蛋白等。加热时，这些聚合物分子间包括取代基间由于疏水作用参与而形成凝胶，冷却后，则又变回到溶液状态。3）溶液在较低和较高温度形成凝胶，在中间温度范围时保持溶胶状态，如明胶-甲基纤维素混合物；4）溶液仅在中间温度范围内形成凝胶，如除去部分半乳胶糖残基的木葡聚糖。
除了明胶，许多蛋白凝胶均由球蛋白形成，被称为颗粒胶。通常球蛋白形成的颗粒凝胶不同于线性大分子链形成的凝胶。

3、协同作用：不同水溶胶混合在一起常常表现出不同的协同作用。在食品工业中常被用来开发新的食品、改善某些食品的流变学特性和降低成本等。有些多糖本身即可形成凝胶如琼脂、卡拉胶、结冷胶、可德胶、高甲氧基果胶等，我们称这类多糖为凝胶多糖。另一类是非凝胶多糖，如黄原胶、槐豆胶、魔芋胶等。这类多糖本身不具凝胶性。对于一个凝胶多糖和非凝胶多糖的共混体系，可能得到比单一多糖更大的凝胶强度。而对于两种非凝胶多糖的共混体系，可能形成新的凝胶产物。典型的例子如将魔芋胶加到卡拉胶中，能明显增加凝胶的强度；将槐豆胶加到黄原胶中，能诱导凝胶的形成。仅少数多糖和蛋白质彼此混合后发现有协同作用。选用不同类型和浓度的水溶胶能形成不同组织结构的凝胶，目前对这一领域的研究和应用已引起广泛的关注。

4、几种重要的食品水溶胶：淀粉被广泛应用于控制食品的流变学特性。已知糖能延缓淀粉老化, 这一特性已被广泛应用到糖果糕点行业。尽管黄原胶的相对价格较高，但自从70年代以来，黄原胶已成为许多应用领域首选的增稠剂。在低剪切应力下保持较高的粘度使得黄原胶能有效阻止颗粒沉淀。Gellan胶不仅是一种新型的胶凝剂，在二价阳离子存在下能形成抗酸和抗热的透明凝胶，而且gellan胶相比于广泛研究的琼脂和卡拉胶是一个更好的研究模型样品。Curdlan已成功地用在香肠和汉堡等食品中。Curdlan在香肠生产中是一种非常好的脂肪替代品。在猪肉香肠中，在保持其风味和质地的同时，使用卡拉胶是减少脂肪的一条有效途径。魔芋胶由于形成的是不可逆凝胶，在较高温度时仍然保持其凝胶性。明胶是迄今为止用的最为广泛的胶凝剂。然而疯牛病的爆发，使人们对它在食品中使用的安全性产生了怀疑，目前人们正不断尝试寻找它的替代品。
工业化国家已经普遍认识到增加膳食纤维，降低总脂肪和饱和脂肪摄入对人体健康的重要性。目前人们正在大力发展高纤维、低脂肪的食品。食品水溶胶是天然纤维食品，许多水溶胶已被成功地应用到食品中替代脂肪。除此之外，许多水溶胶多糖都具有生物活性。总之，水溶胶的开发、研究和应用正日益引起人们极大的兴趣。

[ Last edited by lovibond on 2011-7-1 at 08:18 ]

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