食品胶体-第一章

固
气
根据分散相的情况：
1. 多分散体系： 体系中粒子的大小不是单一的，或者它们的形状 或电荷等也不是相同的。实际胶体体系大多数属 这种情况。 2. 单分散体系： 体系中粒子完全或基本上是相同的，胶体科学中 的许多理论推导是源于这种理想体系。
以其它指标分类胶体：
1.多重胶体（Multiple Colloids） 存在有两种以上的分散相 2. 网状胶体（Network Colloids） 两种以上的组成相相互交联成网状的体系。 3.凝胶（Gel） 分散介质为液态，但整个体系的性质却如同固 态的体系。
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与分散介质同相，亲液溶胶是热力学上稳定、
可逆的体系。
3.缔合胶体（有时也称为胶体电解质）
分散相是由表面活性剂缔合而成的胶束。通
常以水作为分散介质，胶束中表面活性剂的亲 油基团向里，亲水基团向外，分散相与分散介 质之间有很好的亲和性，因此也是一类均相的 热力学稳定系统。
（3）按分散相和介质聚集状态分类

另外，根据胶粒表面是否容易被分散介质所润湿 （ Wetted ）而可把胶体分散体系划分为亲液胶体 （Lyophilic）或疏液胶体（Lyophobic）。对水溶 胶，英语表达为hydrophilic or hydrophobic.
憎液溶胶的特性
（1）特有的分散程度
粒子的大小在10-9~10-7 m之间，因而扩散较慢，不能透 过半透膜，渗透压低但有较强的动力稳定性 和乳光现象。
（2）多相不均匀性
具有纳米级的粒子是由许多离子或分子聚结而成，结构复 杂，有的保持了该难溶盐的原有晶体结构，而且粒子大小不 一，与介质之间有明显的相界面，比表面很大。
（3）热力学不稳定性
因为粒子小，比表面大，表面自由能高，是热力学不稳 定体系，有自发降低表面自由能的趋势，即小粒子会自动 聚结成大粒子。
食品胶体
Colloids in Food
第一章 绪论



§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5
胶体体系的概念 胶体稳定性概念 大分子胶体的凝胶化 胶体的结构 食品胶体
§1.1胶体体系的概念



定义：连续相（ or 分散介质）中分散着胶粒的体系。 胶粒的尺寸远大于分散相的分子又不致于因为其重力 而影响它们的分子热运动。具体来说，粒子的尺寸大 约在1nm-1μm之间。 分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中形成 的体系。 分散相：分散体系中不连续的部分，即被分散的物质。 分散介质（连续相）：分散体系中连续的部分。 最简单的胶体体系是在连续相（或称分散介质）中 分散着单一尺寸的粒子（亦称分散相）。

可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具 有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研 究热点。如铂黑电极及多孔电极由于其表面积较大，电流 密度小，因而极化小；再如，由超细微粒制备的催化剂由 于具有很高的比表面因而催化活性较普通催化剂高；此外， 将药物磨成细粉以提高药效、将金属做成超细微粒以降低 熔点都说明了超细微粒具有独特的表面效应。
胶体不稳定的主要表现：
1.聚集（Aggregation） ：是两个或多个胶体粒子粘附在 一起的过程。 2.絮凝（Floculation）：松散的聚集，粒子间的距离较大， 过程是热力学可逆的； 3.凝结（ Coagulation ）：刚性的聚集，粒子间的距离在 原子尺寸的范围，过程是热力学不可逆的 4.分层（上浮或下沉，Creaming or Sedimentation）：最 常见的胶体不稳定现象，是由于重力导致的粒子的迁移 和聚集。其动力学速度取决于迁移单元的尺寸和两相的 密度差。
分散相与分散介质
把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散体系。 其中，被分散的物质 称为分散相 （dispersed phase）， 另一种物质称为分散 介质（dispersing medium)。 例如：云，牛奶，珍珠
分散体系分类
分类体系通常有三种分类方法： 按分散相粒子的大小分类： •分子分散体系 •胶体分散体系 •粗分散体系
5. 这种胶体在试验上具有的一个特点是它的透 明性，这种性质适合于详细研究它的光散射或 浊度。所以用于进行胶体粒子大小测定的技术 大都要求胶体体系是这种状态。至少应该充分 稀释和分散以接近这种状态。
类型Ⅰ：溶胶的原始模型
充分稀释和分散良好。这种理想的状态可经 常在科研报告，有时亦在试验室遇到。但实 际上并不存在。
特点：
1. 分散相的体积分数十分小，即可以认为粒子 间不存在相互作用。所以我们甚至可以把这种 体系认为是理想上的气态体系。 2. 粒子在重力下的沉降速度符合Stokes’定律；
v = 2r2 (ρ0-ρ)g / 90
•液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶 •气溶胶
•憎液溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶
（1）按分散相粒子的大小分类
1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶， 没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在1 nm以下 。 通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系 分散相粒子的半径在1 nm~100 nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。也有的将1 nm ~ 1000 nm之间的粒子归入胶体范畴。 3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体 系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
散相与分散介质不同相，是热力学上的不稳定体系。
一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成溶胶， 是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘化银溶胶 等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
2.高分子溶液 半径落在胶体粒子范围内的高分子溶解在 合适的溶剂中，一旦将溶剂蒸发，高分子化合 物凝聚，再加入溶剂，又可形成溶胶，分散相
3. 体系粘度和分散相体积分数间的关系可用 Einstein公式描述；
4.粒子的半径小于0.1μm，则它的布朗运动导致 的沉降以及粒子扩散系数可用 Stokes-Einstein 公 式描述；
D= kT/f =kT/6πη0r
D = 扩散系数，k = 波尔兹曼常数，T = 绝对温度，η0= 粘度，r=流体力学半径
在能形成聚合物凝胶的食品生物大分 子中，常见的有一些多糖（琼脂，海 藻胶，卡拉胶，果胶）和一些蛋白质 （明胶）。
凝胶化(gelation)： 生物大分子溶液在适当的条件下被 转变成生物大分子凝胶的过程。
凝胶化发生的条件： 改变温度：温度的改变会导致生物大分子构象
的改变，进而改变分子的缔合性质。如果此时 的大分子已达到一定的浓度，就能发生凝胶化。 降低温度可能导致分子的构象更为有序，这种 情况下所发生的凝胶化过程可视为是一种不成 功的大分子结晶过程。升温常导致分子的无序， 进而因为一系列复杂的新引起的分子间反应而 产生网状结构。
4.聚结不稳定性：表面能大，体系能量高，热力学不稳 定。粒子趋于聚集以降低比表面积。 5.动力学稳定：胶体稳定与否是胶体体系研究和应用的 核心。
把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比 表面也越大。
• 从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成109m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为不同状态时，则形成不同的液溶胶： A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液
C.液-气溶胶 如泡沫
2.固溶胶
将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为
不同状态时，则形成不同的固溶胶： A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金 B.固-液溶胶 如珍珠，某些宝石 C.固-气溶胶 如泡沫塑料，沸石分子筛
§1.2 胶体稳定性概念



稳定性是胶体的一个基本性质。在特定的时间 里，胶体的稳定性可因其是否存在粒子的可观 察到的聚集和上浮（或下沉）进行定性。 憎液胶体的稳定性是一种动力学意义上的稳定， 即热力学不稳定。这样的胶体不会自发的形成， 即使形成亦是热力学不稳定的。 一些亲液胶体可以是稳定的，象大分子溶液和 含有表面活性剂的体系如微乳状液和胶束。它 们的不稳定表现不是粒子的聚集而是分成两相。
凝胶（Gel）：一种特殊的胶体，它是由胶
体粒子或大分子交联而成的软且有弹性 的能变形的固态的胶体体系。
鸡蛋凝胶
磷酸二氢钠 磷酸三钠
盐离子诱导大豆蛋白凝胶
凝胶的特点：
1.分散相的量远远少于连续相。
2.从分子状态来说，分散相中可存在分子和 离子的自由扩散，所以体系如同液态 （liquid-like）；但宏观地看，这种体系又可 以视为固态（Solid-like），因为胶体粒子或 大分子交联成的三维网状结构在抵制体系变 形时有储藏机械能的能力。


Cream：稀O/W乳状液经分层后所形成的高浓 度的乳状液。它可能是聚集的亦可以是胶体稳 定的。但液珠的凝结决不能超过一定的限度， 否则乳状液被“破乳”，转变为热力学稳定的 均匀的油和水两相溶液。 Sediment：低浓度的悬浮体经沉降后所形成的 高密度的悬浮体。
Cream
Sediment
乳液的稳定性
淀粉颗粒的稳定性
稳定胶体的两种主要方式： 静电稳定：在静电稳定的胶体中，粒子与粒
子的表面间存在着所谓的库仑力（即一种源于 永久性电子电荷的作用力，可以是(也可以是吸 引的） 排斥，这种作用的结果使得一个粒子会 对另外的粒子产生排斥而使它们不能相互接近。
聚合物稳定：Polymeric Stabilization
根据分散相粒子的大小可将分散体系分为三个大类：
类别 粗分散体系 （ coarse dispersed system 胶体体系 colloid 分子分散体 系 solution
粒 子 尺寸
体系
> 1μm
1nm~ 1μm
＜1 nm
多相体系 悬浮体
多相体系 胶体,有界面 存在
单相体系 无界面，均 匀
胶体粒子的尺寸：1nm-1μm
在这样的体系中，粒子与粒子不能相互接近是 由于大分子物质在连续相中的存在。 a、可以是吸附在粒子表面而造成空间阻碍，
b、可以是溶入连续相中以形成缠绕或者是弱网 状结构的连续相的体系，进而阻止了粒子的移 动和相互接近。
1.4 大分子胶体的凝胶化 Gelation of macromolecule -hydrocolloid
微乳状液粒子尺寸：10-100nm 热力学稳定体系
(鉴别:外观透明或者近乎透明,流动性好,均相体系,100 倍重力加速度分离5分钟不发生相分离.)
乳状液粒子尺寸：0.1-50 μm 热力学不稳定体系
（2）按胶体溶液的稳定性分类
1.溶胶
半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子
分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，分
非变温所引起的凝胶化过程：
可以由加入酶、酒精、盐或改变 pH而造 成网状结构的形成。一种情形是加入的 新组分直接介入生物大分子相互缔合作 用（如钙离子参与海藻胶的凝胶化反 应），另一种情形是它们不直接介入凝 胶化，而只是推动大分子的构象转变进 而引起分子的交联。
1.5 胶体的结构 假设：
是理想的单分散体系；粒子为同样大小的刚 性球体。 胶体的结构是一种三维的结构，这里为了说明 方便，采用一维的图形。
3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为 固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没有 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均一
体系，不属于胶体范围.
A.气-固溶胶 如烟，含尘的空气
B.气-液溶胶 如雾，云
根据分散相及分散介质的状态可将胶体分为：
分散相 气 液 固 气 液 固 液 固 连续相 液 名称 泡沫 乳状液 悬浮液 固态泡沫 固态乳状液 固态溶液 气-液溶胶 气-固溶胶 举例 啤酒泡沫 牛奶 牙膏 面包 珍珠 合金 水雾 烟，尘
胶体的基本性质：
1.高度分散： 胶粒由于Brownian 运动扩散力强。 2.非均相：分散相与连续相之间存在界面。 3.分散相比表面积大：表面能亦大。
立 方 体 边 分 割 后 立 比 表 面 0 ℃时水的单位体 长/cm 方体数 积/cm2 积表面能/J 1 1 6 4.6*10-5 1*10-2 106 6*102 4.6*10-3 1*10-5 1015 6*105 4.6 1*10-7 1021 6*107 460