第三章3食品分散体系(1)

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1.多孔喷洒器 低蛋白质的水溶液(0.01-2%)
2. 搅拌和振荡:大量气相存在 3. 将预先加压的溶液减压。如啤酒、可乐等 乳浊液和泡沫之间的一个主要差别是在泡沫中分
散相(气体)所占的体积分数比起在乳浊液中在 更大范围内变动。
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第三章 食品化学
搅打过程中充气机理
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第三章 食品化学
② 香料组分分散在不同相内或结构单元,香料组分 的不均匀分布导致不均匀释放,达到增香效果。
③ 结构单元间存在相互吸引作用力,使体系具有稠 度。
④ 体系具有大稠度影响溶剂的流动性,使传质只能 采取扩散而非对流,影响反应速率。
⑤ 分散状态可能会极大地改变体系的外观。
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第三章 食品化学
搅打稀奶油形成泡沫的三个阶段:
① 迅速充气阶段:液相中未吸附的酪蛋白起泡性能 好,导致大量气体以大气泡的形式充入乳浊液, 少量大气泡破裂形成小气泡,从而形成很少量的 脂肪球部分聚结体,聚结过程不可逆。
② 脂肪球快速聚结阶段:液相中蛋白质浓度迅速上 升,搅打过程中乳化剂快速竞争解吸界面吸附的 酪蛋白,降低了界面吸附层的静电和空间稳定作 用,致界面稳定性下降,大气泡开始快速破裂形 成小气泡。是可逆的动态过程。至气泡界面被脂 肪球及聚结物紧密包裹形成稳定的气泡。
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3.3.4 液态分散体系
不稳定现象
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第三章 食品化学
奥氏熟化:一个分散体系中大粒子的长大是以消耗 小粒子为代价,最终导致小的粒子的消失。
沉降:如果分散相和连续相之间存在密度差,粒子 就会受到一个浮力的作用。
对食品体系比较重要的影响因素:
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第三章 食品化学
HLB值:指一个两亲物质的亲水-疏水平衡值。 表面活性剂的HLB值为1~40。
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第三章 食品化学
在临界胶束浓度(CMC)以上,许多小分子两亲 性物质倾向于形成胶束。
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第三章 食品化学
接触角
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液 界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ, 是润湿程度的量度。
聚集可逆性:通过添加某些试剂可以使聚集体达到 解聚。
水稀释体系是聚集粒子团解聚的原因:
①渗透压降低;
②离子强度降低;
③改善溶剂质量。
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第三章 食品化学
3.3.5 凝胶
屈服应力、黏弹性
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第三章 食品化学
食品中常见凝胶的三种类型:聚合物凝胶、微晶、 颗粒凝胶。
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第三章 食品化学
泡沫体系的稳定机制
1. 气体扩散 2. 毛细流动 3. 重力排液 4. Ostwald熟化
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第三章 食品化学
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第三章 食品化学
泡沫中气泡测量
扫描电子显微镜(SEM) 透射电子显微镜(TEM) 光学金相显微镜
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第三章 食品化学
搅打稀奶油:TEM和SEM 冰激淩:SEM 获得的结构是二维的。 X射线断层摄像技术可拍摄气泡的三维结构,可获
得气泡非常详尽的信息。
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第三章 食品化学
食品泡沫是非常复杂的胶体体系。
泡沫结构中气-液界面能达到1m2/ml液体。
泡沫大小分布广泛。
表面活性剂的作用:降低表面张力,阻止气泡聚集。 能和截留的气泡之间形成一个弹性的保护壁垒。如 蛋白质。
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第三章食品化学
泡沫的形成方法
⑥ 小分子表面活性剂与大分子发生一些特定的相互
反应。它们与蛋白质经常发生缔合,大大改变了
蛋白质的性质。
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第三章 食品化学
3.3.3 胶体相互作用
流体物质性质 胶体相互作用力垂直作用于粒子的表面 表面力与表面相切的方向对粒子表面施加作用 影响: ①决定粒子聚集,决定体系的物理不稳定性; ②聚集的粒子可能会形成某种网状结构,而含有网状
Rayleigh-Taylor失稳是由不同密度流体的接触面 积增加所引起(在食品乳浊液中的气泡被拉长)
Kelvin-Helmholtz失稳是由于两个叠加的流体不同 的湍流速度而引起的剪切压力引起的。
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第三章 食品化学
泡沫的稳定性
(一)泡沫的去稳定化机理
乳浊液是一种热力学不稳定体系,而用于搅打充气 的乳浊液又不同于一般乳浊液。
为一个二维的界面张力,符号:;单位:牛顿/米 (N/m);数值上表面张力和界面自由能相等。 具有降低界面张力的物质会自动吸附到相界面上, 这样能降低体系总的自由能,这一类物质通称为 表面活性剂。
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第三章 食品化学
类肥皂物质是小相对分子质量的两亲分子,它们 的疏水部分是一条典型的脂肪族链,亲水部分则 多种多样。
食品分散体系粒子尺寸:10nm~1mm。
粒子尺寸大小导致的影响:
① 体系的外观
② 表面积
③ 物理稳定性
④ 外力的作用
⑤ 分离的难易度
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第三章 食品化学
3.3.2 界面活性
相界面存在过量自由能,单位焦耳/米²(J/m²) 液态相界面可以发生变形,界面自由能就可以视
3.3 食品分散体系
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3.3.1 分散体系的特征 3.3.2 界面活性 3.3.3 胶体相互作用 3.3.4 液态分散体系 3.3.5 凝胶 3.3.6 乳状液 3.3.7 泡沫体系
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第三章 食品化学
分散体系是一种或几种物质分散在另一种物质中 形成的体系。
分散相是分散体系中不连续的部分,即被分散的 物质。
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第三章 食品化学
表面活性剂的作用
① 表面张力降低,Laplace压力降低,界面变形变 得容易。
② 接触角受到影响,对润湿和分散过程非常重要。
③ 界面自由能降低会相应减慢奥氏熟化。
④ 表面活性剂的存在产生表面张力梯度。
⑤ 表面活性剂吸附到离子表面可能会极大改变胶体 粒子间相互作用力,绝大多数加强排斥力。
产生机制: ①毛状物构象限制; ②毛状物层发生重叠。
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第三章 食品化学
排除作用
两个分子在相互接近的过程中,它们之间的距离( 一个分子的中心到另一个分子的表面的距离)不可 能小于分子的有效半径(无规线团),所以分布在 这两个分子之间的非吸附性大分子受到排除该区域 的作用。
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第三章 食品化学
搅打过程中气泡的粒径变化
搅拌越久是否超好? 过长时间(9分钟以后)搅打,使脂肪球过度聚结,
破坏气-液界面,小气泡破裂合并成大气泡。
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第三章 食品化学
气泡失稳机制:Rayleigh-Taylor失稳和KelvinHelmholtz失稳。
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第三章 食品化学
曲形界面
在一个曲形的相边界上,凹面的压力总是大于凸面 的压力,两者之差成为Laplace压力。 Laplace压 力PL可表达为: PL= Laplace产生的后果:
①毛细上升现象; ②影响粉粒在水中的分散; ③增强气泡中气体在气泡周围液体中的溶解性。
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大气泡破裂形成小气泡和小气泡合并形成大气泡的 过程中伴随着脂肪球部分聚结,从而导致脂肪球部 分聚结速度快速增加。
继续搅打起泡率保持快速增加,泡沫结构稳定性明 显变好,泡沫结构的硬度、稠度、内聚性和黏性也 快速增加。
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第三章 食品化学
搅打充气乳浊液:要求制备的乳浊液在静置条件下 相对稳定,而在搅打充气条件下易发生去稳定作用, 促使脂肪球发生部分聚结,形成一个由蛋白质稳定 的乳浊液和由脂肪球稳定的气泡共存的泡沫结构。 能在冻结的状态下长时间保持稳定。
泡沫内在的不稳定更甚于乳浊液,让气泡长时间保 持稳定不易。
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3.3.7 泡沫体系
一、食品中泡沫的形成 乳浊液和泡沫的区别:泡沫中分散相(气体)所占
的体积分数更大。 食品泡沫:气泡分散在含有可溶性表面活性剂的连
续体或半固体相中的分散体系。 气:CO2或空气 可溶性表面活性剂:蛋白质、脂肪 连续相:水溶液、乳浊液或悬浊液。
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聚结现象的出现是由于紧靠在一起的液滴之间那层 薄薄的液膜(薄片液膜)发生破裂而引起的。液膜 如果出现小洞,液滴会立即流动到一起。
部分聚结
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第三章 食品化学
思考题
冰激凌是泡沫结构性食品,如果要提高 其结构的稳定性,该进行哪些方面研究 呢?
⑥ 因为体系是物理意义上的非均相,至少在微观水 平上是非均匀状态,所以体系在物理上可能是不 稳定的。在储存过程中会发生许多形式的变化。
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第三章 食品化学
分散体系是一个粒子分散在连续的流体相中的体 系。体系中连续相可能不止一种。
食品乳状液的类型包括水包油型(O/W)和油包 水型(W/O)。
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③ 脂肪球急剧聚结阶段:此时脂肪部分聚结体已相 当大,易刺破气泡的界面膜,导致搅打起泡率降 低。此时开始形成较大相互联结的聚结体,这会 显著增大脂肪球的粒径和提高搅打稀奶油的硬度、 稠度、内聚性和黏性。
继续搅打起泡率急速下降,气泡增大,聚结 体形成大的脂肪聚结体.
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第三章 食品化学
3.3.6 乳状液
乳状液是一种液体分散在另一种液体中的体系,包 括O/W和W/O型。
油、水、乳化剂(表面活性剂)、能量 乳化过程是在液滴破裂时,乳化剂采用对流的方式
及时迁移到新形成的液/液界面上,液滴间碰撞频 繁,若是液滴尚未完全有效的被表面活性剂所覆盖 ,它们在碰撞中就有可能再次聚结在一起。 Gibbs-Marangoni效应
I≡1/2∑mizi2 该式适用条件:h<10nm,| φ0 |<40mV,kr>>1, 而且在室温下的水相中。
范德华力吸引的相互作用自由能VA和排斥静电作用 自由能VE可以加和,这样引出了表述胶体稳定的 第一个有用的理论DLVO理论。
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第三章 食品化学
空间排斥效应
一些吸附分子(如聚合物、吐温系列表面活性剂等 )具有柔顺的分子链(毛状物),这些分子链伸进 连续相中,有可能造成粒子之间的空间排斥作用。
连续相是分散体系中连续的部分,称分散介质。
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第三章 食品化学
3.3.1 分散体系的特征
绝大部分食品属于分散体系 简单结构:啤酒泡沫是一种气泡分散在溶液中的
体系;牛奶是一种分散有脂肪球和蛋白质聚集体 的溶液。 复杂结构:夹心凝胶、胶状泡沫、粉状食品、人 造黄油、面团及面包等。 分散状态的影响 ① 不同组分存在不同相内或结构单元内,不存在热 力学平衡。(分散体系非常重要的特征)
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第三章 食品化学
双电层
双电层为粒子表面到溶液中某一个平面所包围的区 域,在这个平面上电荷被完全中和。
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第三章 食品化学
DLVO理论
排斥静电作用自由能VE 同样尺寸的球状粒子:
VE≈(4.3×10-9)rφ0ln(1+e-kh) k=3.2I0.5
①粒子是不均匀的球体;
②分散体系中的对流会扰乱小粒子的沉降;
③粒子聚集,沉降速度加快;
④粒子体积分数;
⑤液体显示一个小的屈服应力:低于这个应力值时液 体不会发生流动。
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第三章 食品化学
聚集动力学:粒子在液体中表现布朗运动性质,它 们不断发生相互碰撞,这种碰撞有可能引发粒子间 的聚集。
结构的体系,其流变性质和稳定性取决于胶体相互 作用力; ③影响了乳状粒子对(局部)聚结的敏感性。
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第三章 食品化学
范德华力吸引作用
普遍性
加和性
两个相同球状粒子,范德华力相互作用自由能:
VA≈-Ar/12h r是粒子的半径;
h<~10nm
h是粒子间距离;
A是Hamaker常数,取决于粒子的物质及存在于粒 子之间的流体,在数量上随着两种物质性质差别增 大而增加。
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