玻璃化技术在食品工业中的应用

玻璃化技术在食品工业中的应用(总

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玻璃化技术在食品工业中的应用

摘要

本文主要对玻璃化技术原理、测定方法以及在当今食品加工及储藏中的应用进行了综述，说明了玻璃化转变对提高食品加工及储藏技术，改善食品品质，增加食品货架期有着重要的作用。

关键词：食品玻璃化转变测定方法应用

The application of Glass technology in food industry

Abstract

This paper focuses on reviewe the glass technology principle, measuring method and the current food processing and storage application , and illustrates the glass transition plays an important role to improve food processing and storage technology, improve food quality and increase the shelf-life.

Keywords: food glass-transition determination method application

1引言

随着科学技术的迅猛发展，以及社会经济的发展和人民生活水平的快速发展，我国食品工业以年均递增10%以上的高增长率飞速发展，其食品品种之多，发展之快，可以说在众多商品中是名列前茅。然而，据统计，中国每年有总值750亿元的食品在运送过程中腐坏，是食品企业不可回避的严峻问题[1]。因此，提高食品的加工及储藏技术对改善食品品质和减少食品企业损失有着至关重要的影响。

在众多食品加工及保藏技术中，本文就针对玻璃化技术原理及其在食品工业中的应用进行了综述。早在20世纪30年代，Troy和Sharp甲就发现了食品中存在玻璃化转变现象。80年代Harry levine和Louise slad指出，玻璃化转变这一性质在食品储存和加工中有着广泛的应用前景。1990年，和指出食品体系的玻璃化转变温度与水分活度及其它物理性质有关。近年来，又有大量的研究结果表明，玻璃化转变对半流态加工成固态食品的工艺及干燥食品的储存具有重要意义[2]。

2玻璃态、玻璃化转变及玻璃化温度

对于非晶聚合物,根据其力学性质随温度变化的特征,可以把非晶聚合物按温度区域不同分为3种力学状态———玻璃态、高弹态和粘流态,这3种力学状态是内部分子处于不同运动状态的宏观表现。

在玻璃态下,由于温度较低,高分子物质内部的分子运动能量不足以克服主链内旋转的位垒,因此不足以激发起链段的运动,即链段处于被冻结的状态, 只有那些较小的运动单元如侧基、支链和小链节能运动。所以,高分子链不能实现从一种构象到另一种构象的转变,宏观力学性质和小分子的玻璃差不多,是一种非结晶结构的固体,介于液体与结晶的中间状态,具有一定的体积和形状,类似于固体,但分子排列上为近程有序远程无序,可以看作“过冷液体”,粘度为1010 ～1014 ,可以支持自身的重量,因此称为玻璃态[3]。

玻璃态情况下,物体的自由体积非常小,造成分子流动阻力较大,从而体系具有较大的粘度,同样由于这个原因,食品体系中的分子扩散速率就很小,这样分子间相互接触和发生反应的速率就很小。这就是食品处于玻璃态时不易发生化学反应,不易发生褐变、劣败,能够有较长保质期的原因。当物料温度上升,分子热运动能量增加到一定阶段时,分子能量足以克服内旋转的位垒,这时链段运动被激发,链段构象可改变,物质进入高弹态。玻璃态和高弹态之间的转变,称为玻璃化转变,对应的转变温度即玻璃化转变温度(用Tg表示)[4]。

3玻璃化转变对食品稳定性的影响[5]以及食品成分对玻璃化转变温度的影响玻璃化转变对物理稳定的影响

（1）结晶：结晶是影响食品稳定性的一个重要现象，是否出现结晶，以及晶体的大小和形状都对食品的稳定性产生影响。不论是玻璃态还是橡胶态，无定性物质都是处于非平衡态，具有过渡到平衡态(结晶体)的趋势。处于玻璃态时，分子的移动和重排受到限制，结晶十分缓慢；而处于橡胶态时由于黏度降低，自由体积增大，分子扩散加快，结晶易于发生。温度越接近熔融温度(Tm)，成核速率越低，但由于黏度降低使晶核生长速率增大；温度越接近T

g ，成核速率越快，但是由于黏度大使晶核生长较慢，所以结晶速率在温度为Tm 和T g 之间的某个值时达到最大值。例如：巧克力中脂肪的结晶影响巧克力的外观；冰激凌中蔗糖的结晶影响其口感；淀粉回生是面包老化的主要原因，而淀粉回生也就是淀粉的重结晶。

（2）粘结和结块：食品粉体是由颗粒组成的。在储存过程中，由于吸湿或温度升高，当接触的颗粒之间形成由无定形物质( 如糖、脂肪等) 构成的“液桥”时粘结现象发生；粘结是结块的初始阶段，“液桥”进一步结晶导致结块。出现粘结和结块对粉体的流动性产生不良影响。不论是由于吸湿还是由于受热，黏度降低到一定程度时就发生粘结和结块，粘结和结块为等黏度现象。根据玻璃化转变理论，粘结和结块都是由于颗粒表面吸水塑化造成的。塑化程度和接触时间都受黏度的影响，而黏度在玻璃化转变时发生急剧变化；如果储藏温度低于Tg，颗粒处于玻璃态，由于粘度高，塑化和接触所需时间很长，在短时间内难以形成粘结和结块；如果温度高于T g ，黏度急剧降低，使接触时间减少，粘结和结块容易发生。水分含量升高导致Tg 降低，粘结和结块温度也随之降低。

（3）结构塌陷：低水分食品或冷冻食品在水分含量增加或温度升高时导致原有结构丧失，称为结构塌陷。在食品干燥( 如冷冻干燥、热风干燥)和储藏(如冻藏)过程中都有结构塌陷现象发生。结构塌陷导致空隙度和体积减小，对产品的外观、质构、复水性都产生影响。结构塌陷也是玻璃化转变的结果。由于温度或水分过高而进入于橡胶态，黏度减小，不能支持自身重量而发生结构塌陷。