食品物性学复习

食品物性学课后习题汇总Physical properties of foods考试占总分的40%；题型：名词解释（每题3分，24分）；判断（每题1分，15分）；填空（每题0.5分，14分）；简答与分析题（9题，47分）。

1.1 食品物性学的概念及其影响作用？食品物性学是讲述食品和食品原料的物理性质和工程特性，如力学特性、流变学特性、质构、光学特性、介电特性和热特性等。

影响作用：上述特性与食品组成、微观结构、次价力、表面状态等因素相关，进而影响食品的流动性、凝聚性、附着性、质构和口感；影响食品某些组分的扩散性、松弛性和质量稳定性，与食品生物化学反应速率相关联；影响食品对光、电、热的反应，食品分析检测相关联。

1.2 食品物性学的主要研究内容？食品的形态、食品的质构及其描述、食品的流变特性、光电热特性、食品物性和微观结构等方面。

1.3 食品物性学的主要特点？食品物性学的研究材料相当复杂，有些是生命的活体，有些是特殊组织结构的物质，高分子和小分子物质的混杂。

还与力学、电学、光学、热学等许多课程有联系。

2.1 食品结构、形态和基本物理特性的相关概念？（1）食品微观结构（三种），分子结构：分子内原子之间的几何排列聚集态结构：分子之间的几何排列高分子结构：由许多小分子单元键合而成的长链状分子。

（2）食品微观形态（五种）气态：分子间的几何排列不但远程无序，近程也无序。

液态：分子间的几何排列只有近程有序，而远程无序。

结晶态：分子（或原子、离子）间的几何排列具有三维远程有序。

液晶态：分子间的几何排列相当有序，在某方向上接近于晶态分子排列，具有一定的流动性。

玻璃态（无定形）：分子间的几何排列只有近程有序，而远程无序，即与液态分子的排列相似。

是一种过渡的、热力学不稳定态。

（3）食品的基本物理特性包括：单体尺寸、综合尺寸、外观形状、面积、体积、密度、孔隙率等。

2.2 分子作用力的方向性和饱和性对食品物性有何影响？分子内原子之间有相互作用力，分子之间也有相互作用力。

这种相互作用力包括吸引力和推拒力。

键合原子之间的吸引力有键合力，非键合原子间、基团间和分子间的吸引力有范德华力、氢键力和其他作用力。

当原子间或分子间的距离很小时，由于内层电子的相互作用，呈现推拒力。

分子内原子之间、分子与分子之间的吸引力和推拒力随他们的距离而改变，当吸引力和推拒力达到平衡时，就形成平衡态结构。

2.3 从分子水平上如何解释食品的柔性？食品柔性主要从食品中的高分子链解释，在高分子链中含有成千上万个σ键，这是之所以具有柔性的根本原因，如果高分子主链上没有单键，则分子中所有原子在空间的排布是确定的，即只存在一种构象，这种分子就是刚性分子。

如果主链分子上的每个单键内旋转都是完全自由的，则这种高分子链称为自由联结链。

它可采取的构象将是无穷多，且瞬息万变，这是柔性高分子链的理想状态。

在实际高分子链中，由于分子上的非键合原子之间的相互作用，内旋转一般是受阻的，因此每个键只能处于圆锥面上若干个有限的位置上，不过即使是每个单键在空间上可取的位置数很少，一个含有许多个单键的高分子链所能实现的构象数仍然十分可观。

2.4 举例说明食品基本物性的检测方法及原理（1）体积的测量方法：密度瓶法，台秤称量法，气体排出法；（2）表面积的测量：对于果蔬和鸡蛋等大体积的产品来说，用剥皮法或者涂膜剥皮法测量；对于小体积的物质，如谷物和种子，可以采用表面涂金属法测量；利用几何相似性估算体积和表面积。

（3）密度的测量方法：质量容易测，体积同上；也可用气体密度计。

（4）孔隙率的测量方法：直接测量法，图像分析法以及孔隙率计。

2.5 食品各种密度之间的关系？（1）真实密度：是指纯物质的质量和其体积的比值。

（2）固体密度：物质的质量与除去材料内部空隙的体积后材料的体积之比。

（3）物质密度：与固体密度相似，只是测量方法不同。

物质密度是通过将物质粉碎至充分细小，达到组织结构内没有孔隙存在的程度，由此获得的质量与体积的比值。

（4）颗粒密度：是指颗粒组织结构完整的情况下，颗粒质量与体积的之比，可用密度瓶测量。

（5）表观密度：是指材料质量与包含多有孔隙的材料体积之比。

（6）堆积密度：也称容积密度，是指散粒体在自然堆放情况下的质量和体积的比。

3.1 掌握散粒体的相关概念（散粒体、摩擦角、粘附性、粘聚性、离析、结构形变、流变函数、流动因素等）（1）散粒体：是指几何尺寸基本属于同一量级的颗粒的集合体，如各种谷粒、颗粒饲料、面粉等都是散粒体。

根据颗粒粒径的大小，可分为粗粒体和粉粒体，稻谷、麦粒、玉米粒等属于粗粒体，面粉、奶粉属于粉粒体.（2）摩擦角：摩擦角反应散粒物料的摩擦性质，可用以表示散粒物料静止或运动时的力学特征。

例如物料的流动性、沿固体壁面的流动摩擦特性及滑落特性等。

散粒物料的摩擦特性一般有四种即休止角、内摩擦角、壁面摩擦角和滑动角。

休止角和内摩擦角表示物料本身内在的摩擦性质，而壁面摩擦角和滑动角表示物料与接触固体表面间的摩擦性质。

（3）粘附性：颗粒附着在固体表面上或颗粒相互附着的现象称为粘附。

后者亦称自粘。

附着强度，即克服附着现象所需要的力(垂直作用在粒子重心上)的力称为粘附力。

在气体介质中产生的粘附力主要有范德华力、静电引力和毛细管力等。

在食品中表示食品表面和其他物体附着时，剥离他们所需要的力。

（4）粘聚性：散粒物料不出现分层和离析现象、其组成成分之间保持结合的性能称之为粘聚性，与离析是反义词。

（5）离析：粒径差值大和重度不同的散粒混合物料，在给料、排料或振动时，粗料和细粒，密度大和密度小的会产生分离，这种现象称为离析，又称偏析。

根据机理又可以分为附着离析、填充离析和滚落离析三种形态。

①附着离析：在沉降时粗细颗粒分离。

此时，微细的粒子在壁面上附着一层很厚的一层，由于振动和其他外力作用，这个层可能引起剥落，从而产生粒度不均匀的粉体。

特别是沉降速度和布朗运动速度相等，粒径又在几个微米以下的微粒以及带静电的微粒，这种离析的倾向更强。

②填充离析：是在倾斜状堆积层移动时产生的。

这时充填状态下的粗粒子会有筛分作用，小粒子从间隙中漏出而被分离出来。

若粒子的填充状态比较致密，微粒直径是大粒子直径的（起筛子作用的粒子）1/10以下时，微粒才可以漏出，但填充疏松时，大粒子也会漏下而被分出。

③滚落离析：粒子的形状不同和滚落摩擦状态不同，装料时，颗粒的运动只发生在物料锥体的表面上，如为粉体，只有厚度为2到3个颗粒直径的一层物料处于运动之中。

物料的运动是滚动运动，小颗粒会落到大颗粒的孔隙中。

一般来说，大颗粒比微细颗粒的滚动摩擦因数要小，大部分滚落到料斗壁面附近，而微细粒子则留在中心位置。

（6）结构形变：（7）流变函数：设在一个筒壁无摩擦的理想刚性圆筒内装入散粒体，以预压实载荷Q1压实，散粒体的预压实应力为σ1，然后轻轻去取圆筒，不加任何侧向支承，及σ3=0，这时散粒体可能图中所示的两种情况，一为保持圆柱圆形，一为崩溃后以休止角成山型。

对于保持圆形的圆柱体，须施加一定的载荷Q c以克服散粒体在一定预压实状态下的表面强度σc，散粒体才会崩溃。

σc称为散粒体的无围限屈服强度。

在图中情况下，σc=0。

散粒体的无围限屈服强度σc与预压实应力σ1之间的关系称为流动函数FF。

以FF=dσ1/dσc表示。

要得到散粒体的流动函数，须用几种预压实载荷进行剪切试验，以得到σ1和σc值绘成曲线图。

（8）流动因素：料斗本身的流动条件或流动性质由流动因素ff表示：ff=σ1/σa式中σa为散粒体结成稳定拱的最小拱内应力，ff的值越小，料斗的流动条件越好，对于一定形状的料斗，存在一条流动因素临界线，如果散粒体的流动函数曲线在这条临界线以下，则散粒体的强度不足以支持形成拱，不会产生流动中断。

这条临界线称为料斗的临界流动因素。

3.2 各种摩擦角的内涵？离析的机理？流动函数（流动因素）的应用？（1）各种摩擦角：①休止角：散粒体的休止角又称静止摩擦角或堆积角，是指散粒物料通过小孔连续地散落到平面上时，堆积成锥体母线与水平面底部直径的夹角，它与散粒粒子的尺寸、形状、湿度、排列方向等都有关。

休止角越大的物料,内摩擦力越大，散落能力越强。

休止角与粒径大小有关。

粒径越小，休止角越大，这是因为微细粒子相互间的粘附性较大。

粒子越接近球形，休止角越小。

②内摩擦角：是散粒体内部沿着某一断面切断时，反映抗剪切强度的一个重要参数，其值可利用剪切仪进行测定。

将散粒物料装进剪切环内，盖上盖板，在盖板上施加垂直压力N，加载杆上作用剪切力T。

如果剪切环内的散粒物料被剪断时达到的最大剪切力为Ts，设散粒体的剪切面积为A，则得到散粒体的抗剪切应力τs（或称散粒体的屈服应力）等于内摩擦力与内聚力之和，即：τs=fiσ+C式中：fi为散粒体的内摩擦因数，fi=tanφi；σ是正应力；C为单位内聚力，即发生在单位剪切面积上的粒子间的引力。

③壁面摩擦角：表示物料层与固体壁的摩擦特性。

④滑动摩擦角：表示每个粒子与壁面的摩擦特性。

一般来说缺乏粘附性的散粒物料，休止角等于内摩擦角，大于壁面摩擦角，但对与含水率大的谷物种子，休止角比壁面摩擦角大得多。

（2）离析的机理：见上（3）流动函数（流动因素）应用：流动性与流动函数之间的关系3.3 预防离析、落料拱现象发生的主要措施？（1）降低离析程度的方法：尽量使颗粒均匀，采用整体流动，尽可能避免形成料堆，采用多点下料和阻尼下料的方法。

（2）防止成拱的方法：加大排料口，例如可将淀粉等物料的料斗做成直筒型结构；尽量使料斗的内壁光滑；加大壁面倾角，原则上倾角必须大于休止角；将料斗做成非对称形，由于料斗底部左右非对称，可有效地破坏物料的受力平衡；在料斗中加入纵向隔板以形成左右非对称性；在料斗中悬吊链条；在排料口上方插入锥体；将壁面做成抛物线形的曲面，以使物料顺利滑落；采用条形卸料器；安装振动器；吹入压缩空气，使物料流态化。

4.1 质构的概念；感官检验的概念、分类、方法食品的质构是指与食品的组织结构及状态有关的物理性质，通过感觉而得到的感知。

食品的质构是由食品的成分和组织结构决定的物理性质；属于机械的和流变学的物理性质；不是单一性质，是多因素决定的复合性质；主要是由食品与口腔、手等部位的接触而感觉；与气味，风味等无关；客观测定结果用力、变形和时间的函数表示。

感官检验的概念和方法：（1）所谓食品感官检验，就是以心理学、生理学、统计学为基础，依靠人的感觉(视、听、触、味、嗅觉)对食品进行评价、测定或检验的方法。

（2）感官检验的方法①差别试验（difference test）：差别试验是对样品进行选择性的比较，一般领先于其他试验，在许多方面有广泛的用途。

如2点、3点检验；5中取2法等。

②阈值试验（threshold test）：阈值试验主要用于味觉的测定，主要有极限法和定常法。