食品的基本物理特征

1 内容提要

本章主要介绍了固体食品的基本物理特征，包括单体尺寸、综合尺寸、外观形状、面积、体积等,而这些物理特征在食品工程中应用很广泛。比如：

•在固体筛分除杂和果蔬分类过程中，形状和物理尺寸起重要作用.

•水果的形状和尺寸大小决定了在运输时，给定尺寸的包装箱或塑料袋中能装载的数量。

•果蔬、粮食和种子质量的差异往往可以通过密度的不同检测出来。

•液体食物的密度对于离心分离、沉降分离、流动特性以及用泵输送的能量需求来说是重要因素。

•气流输送粮食和其他颗粒固体或水力输送果蔬时，流体流速的设计与物料密度和形状均有关。

2 重点难点

•固体食品形状与尺寸（如圆度、球度）常用的测量方法；

•固体食品体积与表面积的测量及计算方法；

•真实密度与体积质量的测量方法;

•基本物理特征的统计回归关系及其统计学基础;

•基本物理特征在实际生产中的应用.

3.1 形状与尺寸

粮食、种子、果蔬的大小常用尺寸来描述,形状则是各种尺寸的综合体现。虽然规则形状的食品如球形食品、立方体食品等的尺寸可以用相应的几何尺寸来表示，但大部分食品和农产品的形状是不规则的，所以很难用单独的一个尺寸简单的表示出它们的形状。

有时人们用食品与农产品凸起部分的尺寸来表示其大小,所用三维尺寸分别为大直径、中径和小直径.大直径是最大凸起区域的最长尺寸，小直径是最小凸起区域的最短直径。中径是最大凸起区域的最小直径，一般人们假设它与最小凸起区域的最长直径相等。可以用测微器或测径器测量三维尺寸。当测微器或测径器接触种子表面时,种子被轻微压缩，所以应控制压力到最小。测微器上带有一个棘轮制动栓（有时也叫作螺母）,专门用于较硬物质如:粮食和种子的测量。一般用测径器测量较软的果蔬。但注意，测径器刀口接触果蔬表面是不可以造成损伤的。测径器上添加一个弹簧装置可以提高测量结构的重复性.

由于农作物生长季节、地理位置和种类等不同，所以食品和农产品尺寸大小变化范围也不尽相同.因此在检测产品尺寸时，最好选择典型地域条件下生产的特定种类的产品，测量大量试样（100个或更多），计算尺寸平均值和标准差，并与其他样品的均值和标准差比较。有时也需要得到统计分布情况，这一点我们在后面单独论述。表3—1列出一些常见谷物果蔬的典型尺寸。小型物料如谷物籽粒和种子可以放到一个摄影放大器上进行旋转，直到在屏幕上看到其最大和最小凸起区域。

商业和工业中评价食品大小时,很少使用大直径、中径和小直径,常用三个相互垂直的轴向尺寸—长度（l）、宽度(L)和厚度（d)进行代替。长是指食品平面投影图中的最大尺寸，宽是指垂直于长度方向的最大尺寸,厚则为垂直于长和宽方向的直线尺寸.许多果蔬的长度都是指平行于茎的最长尺寸,直径则指正交于茎的最长

尺寸.但也有特殊情况，比如：土豆的直径就不是参照茎定义的，而是垂直于最长轴的最大尺寸。

3。1。1 圆度

类球体的圆度是表示其棱角锐利程度的一个参数，它有多种表示方法:方法一方法二方法三

式中，Ap—类球体食品在自然放置稳定状态下的最大投影面积;

Ac－Ap面积的最小外接圆面积。式中，r i——类球体食

品最大投影面积图形

上棱角的曲率半径

R-—类球体食品最大

投影面积图形的最大

内接圆半径

n——棱角总数。

式中，r min最大投影面积图上类球体食品的最

小曲率半径

Rp-最大投影面积图上类球体食品的平均半径。

3。1.2 球度

类球体食品的球度表示其球形程度，即等体积球体投影圆的周长，与食品最小外接球体投影圆的周长之比.

球度1

式中，de——与类球体体积相同的球体的直径；

dc—-类球体的最小外接球体直径或者食品的最大直径。

球度2

式中,di—类球体食品的最大投影面积图形的最大内接圆直径；

dc-类球体食品的最大投影面积图形的最小外接圆直径。

球度还有一种计算方法是计算直径与食品的大直径、中径和小直径相等的椭圆的体积。此时的球度是此食品体积与理想球体(球体直径与产品大直径相等)体积之比：

球度3

式中，a,b，c—-大直径、中径和小直径的一半。

3。2 体积与表面积

3。2.1 体积的测量

（1)密度瓶法

小颗粒固态食品（如：谷物和种子)的体积可以用密度瓶或有刻度的量筒测定，通过测量食品排出液体的质量，利用下式进行计算。称空密度瓶质量前,一定要经过烘干处理，避免瓶内有残留液体。

式中，第一个括号内的数值是密度瓶内液体的质量，第二个括号内的数值是含有固态粒状食品时密度瓶内的液体的质量.两个数量的差值是食品排出的液体的质量。排出液体的体积就是食品的体积，等于液体的质量与其密度之比。每一个粒状食品的体积等于食品总体积除以密度瓶内食品的粒数.

另一种简易测量方法是，液体的体积和加入食品后的体积可以从密度瓶上的刻度读取出来。加入食品后体积增加量就等于食品的体积。

(2)台秤称量法

较大体积的固态食品（如:果蔬的体积)的测量可以用台秤称量法测称量体积。一个大小足以容纳食品的大烧杯部分装入水,用台秤称量水和烧杯的质量.然后将食品全部放入水中，再用台秤称量水、烧杯和食品的总质量.注意：食品不能接触烧杯底部，如果食品比水重,那么可以用尼龙线将其悬挂;如果食品比水轻，则要用一个金属棒将食品压入水中。质量差等于物体排开水的质量，固态食品体积等于物体排开水的质量与水密度之比。

(3）气体排出法

细小颗粒状和不规则形状固态食品体积的测量还可以用气体排出量的方法测定.实验室很容

易制作一个空气密度瓶。此方法可以用来测量甘草、谷物、果蔬等多种细小食品和农产品的