食品物性学---食品热物性
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精品课件
第一节 食品热物性基础
3.热导率(therma-conductivity)
测量食品材料热导率要比测量比热容困难得多，因为 热导率不仅和食品材料的组分、颗粒大小等因素有关，还 与材料的均匀性有关。一般用于测量工程材料的标准方法， 如平板法、同心球法等稳态方法已不能很好用于食品材料。 因为这些方法需要很长的平衡时间，而在此期间，食品材料 会产生水分的迁移而影响热导率。
因此，扩散系数的量纲为m2/s。 扩散系数是此系统的物理性质，对于食品材料来说，
多组份的系统，可以研究若干种扩散组份在食品系统 中的扩散系数。
精品课件
第二节 食品材料的热物理数据
食品材料的热物理性质的测量是从18世纪开始的。 目前的数据中有2/3左右是在20世纪50一60年代发表的。 其中，只有一部分数据说明了材料的情况和实验的条件; 而大部分数据没有给出这些条件;有的甚至没给出含水量 。许多数据的离散度很大，因此实际上并没有多大的用 处。
食品物性学
食品热物性
姓 名：邢亚阁 西华大学生物工程学院
精品课件
自从人类从“茹毛饮血”进化为以熟食为主 以来，加热成了食品加工的重要手段。尤其 是现代化食品工业，为了提高食品的商品化 和保藏流通功能，加热、冷却、冷冻成了最 基本的加工方法。因此，食品的热物理性质 也成为食品生产管理、品质控制、加工和流 通等工程的重要基础。
过去，物质的焓值一般均按冻结潜热、冻结率和比热容 的数据计算而得；直接测量的数据很少、但对于食品材料， 实际上很难确定在某一温度时食品中被冻结的比例，而不同 的冻结率对应不同的焓值。
精品课件
第一节 食品热物性基础
2、焓(enthalpy)
用DSC直接测量食品焓值是一种新方法，其温度 扫描从-60℃开始到1℃以上，这是认为到-60℃时， 食品中的水分己全部冻结；而到1℃以上水分己全部 融化成液体。
T /℃ /103(kg/m3)
0 0.917
表 3-1b 冰的密度
－25
－50
0.921
0.924
－75 0.927
－100 0.930
精品课件
β ＝（△V/V）/T
表 3-2a 水的(体积)热膨胀系数
T /℃
0
2
4
6
/10－6(1/K) －68.1 －32.7 0.27 31.24
精品课件
5 食品材料中的水分迁移
在食品处理中，水分的迁移是个复 杂的过程，它可能包括分子扩散、毛细管流 动、Knudsen流动、流体流动等多种因素。 用实验方法测得的用于表征此过程的是有效 湿扩散系数(apparent diffusivity of moisture)De。
食品的物理结构对水分的扩散性 能起了重要的作用，多空结构(如用冷冻干 燥处理过的)，其有效湿扩散系数De明显增 大；而脂肪会使De明显降低。
精品课件
主要内容
第一节 食品热物性基础
本
章
主 要
第二节 食品材料的热物理数据
内
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
容
第三节 差示扫描热量测定与定量差
示热分析
精品课件
第一节 食品热物性基础
一、食品热物性的一般概念
1.食品的基本热参数 温度、比热容、焓、导热系数 2.食品的传热性质 表面热流量、质量平均温度、传热规律、 热传导、热对流、热辐射 3.热参数的检测 比热的检测、导热系数的检测
精品课件
第一节 食品热物性基础
1. 比热容（specific heat）：
1）定义：传统的方法是在恒温槽中直接测量使食品材料温
度升高1K所需的热量。
2）测定方法：比较常用的事是用热量计进行定压的热混合法
和护热板法。混合法：原理是把已知质量和温度的样品，投入盛有已知 比热容、温度、和质量的液体量热计重。在绝热状态下， 测定混合物料的平衡温度，而后根据公式推算试样的比热 容。
一般说来，热扩散系数a是根据比热容Cp,热导率λ和密 度ρ数据计算而得的，即a＝λ/(ρCp)但也可以用实验 测量，它主要是用一个瞬问加热的类似于测热导率的探 头和热电祸；再与它有一定距离处加上另一个热电祸以 测量样品温度的变化曲线。
这个距离和所测得的热扩散系数数据有着很大的关系， 但在食品材料中精确控制这个距离也不是容易的事。
精品课件
第二节 食品材料的热物理数据
关于食品材料热物理性质的数据，收集最全的是美国供 热制冷空调工程师会 (ASHRAE)1993年出版的手册。
Sweat等(1995)收集和比较了400多篇关于食品材料热物理性 质数据的文章，发现食品材料的热物性不仅和其成分有关 〔如水、蛋白质、脂肪、碳水化合物等)，而且与其处理 方 法有关。因此，热物理性质数据应指明实验材料的尺寸大小、 表面情况、空隙度、纤维方向等;给出食品的处理过程。
近年来发展用差式扫描量热术(DSC)来测量材料的比热容。 此法所用的样品少(5一15mg);而且因其能测很大的温度范 围，故特别适合于测量食品精材品课料件 的比热容和温度的关系。
第一节 食品热物性基础
2、焓(enthalpy)
焓值是相对值，过去的教材中多取-20℃冻结态的焓值为 其零点；近年来多取-40℃的冻结态为其零点。
目前认为测量食品材料热导率较好的方法是探针法。被 测食品材料原处于某一均匀温度，当探针插进后，加热丝提 供一定得热量，使测量温度变化。经一段过渡期后，温度和 时间的对数出现线性。关系。根据此直线的斜率可以求出视频 材料的热导率
精品课件
第一节 食品热物性基础
4.热扩散系数(thermal diffusivity)
严格地讲，实验数据应讲清实验方法、实验条件〔如温度、 压力、相对湿度等)。而实 验结果应给出数据的偏差范围及 测量精度，目前的数据大都达不到这些要求。
精品课件
T /℃
0
/103(kg/m3) 0.99987
表 3-1a 水的密度
3.98
5
1.00000 0.99999
10 0.99973
20 0.99823
精品课件
分子扩散是由于分子的无规则运动引起的质量迁移。 对于一个两元系统（A，B）在单位时间内，组份A通 过单位面积的质量迁移流为，按Fick’s定律
JA DABddZA
其中p是组份A的浓度，单位为kg/m3； Z是扩散途径，单位为m
DAB是组份A对组份B的扩散系数，单位为m2/s； JA是扩散质量流，单位为kg/(m2·s)。
第一节 食品热物性基础
3.热导率(therma-conductivity)
测量食品材料热导率要比测量比热容困难得多，因为 热导率不仅和食品材料的组分、颗粒大小等因素有关，还 与材料的均匀性有关。一般用于测量工程材料的标准方法， 如平板法、同心球法等稳态方法已不能很好用于食品材料。 因为这些方法需要很长的平衡时间，而在此期间，食品材料 会产生水分的迁移而影响热导率。
因此，扩散系数的量纲为m2/s。 扩散系数是此系统的物理性质，对于食品材料来说，
多组份的系统，可以研究若干种扩散组份在食品系统 中的扩散系数。
精品课件
第二节 食品材料的热物理数据
食品材料的热物理性质的测量是从18世纪开始的。 目前的数据中有2/3左右是在20世纪50一60年代发表的。 其中，只有一部分数据说明了材料的情况和实验的条件; 而大部分数据没有给出这些条件;有的甚至没给出含水量 。许多数据的离散度很大，因此实际上并没有多大的用 处。
食品物性学
食品热物性
姓 名：邢亚阁 西华大学生物工程学院
精品课件
自从人类从“茹毛饮血”进化为以熟食为主 以来，加热成了食品加工的重要手段。尤其 是现代化食品工业，为了提高食品的商品化 和保藏流通功能，加热、冷却、冷冻成了最 基本的加工方法。因此，食品的热物理性质 也成为食品生产管理、品质控制、加工和流 通等工程的重要基础。
过去，物质的焓值一般均按冻结潜热、冻结率和比热容 的数据计算而得；直接测量的数据很少、但对于食品材料， 实际上很难确定在某一温度时食品中被冻结的比例，而不同 的冻结率对应不同的焓值。
精品课件
第一节 食品热物性基础
2、焓(enthalpy)
用DSC直接测量食品焓值是一种新方法，其温度 扫描从-60℃开始到1℃以上，这是认为到-60℃时， 食品中的水分己全部冻结；而到1℃以上水分己全部 融化成液体。
T /℃ /103(kg/m3)
0 0.917
表 3-1b 冰的密度
－25
－50
0.921
0.924
－75 0.927
－100 0.930
精品课件
β ＝（△V/V）/T
表 3-2a 水的(体积)热膨胀系数
T /℃
0
2
4
6
/10－6(1/K) －68.1 －32.7 0.27 31.24
精品课件
5 食品材料中的水分迁移
在食品处理中，水分的迁移是个复 杂的过程，它可能包括分子扩散、毛细管流 动、Knudsen流动、流体流动等多种因素。 用实验方法测得的用于表征此过程的是有效 湿扩散系数(apparent diffusivity of moisture)De。
食品的物理结构对水分的扩散性 能起了重要的作用，多空结构(如用冷冻干 燥处理过的)，其有效湿扩散系数De明显增 大；而脂肪会使De明显降低。
精品课件
主要内容
第一节 食品热物性基础
本
章
主 要
第二节 食品材料的热物理数据
内
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
容
第三节 差示扫描热量测定与定量差
示热分析
精品课件
第一节 食品热物性基础
一、食品热物性的一般概念
1.食品的基本热参数 温度、比热容、焓、导热系数 2.食品的传热性质 表面热流量、质量平均温度、传热规律、 热传导、热对流、热辐射 3.热参数的检测 比热的检测、导热系数的检测
精品课件
第一节 食品热物性基础
1. 比热容（specific heat）：
1）定义：传统的方法是在恒温槽中直接测量使食品材料温
度升高1K所需的热量。
2）测定方法：比较常用的事是用热量计进行定压的热混合法
和护热板法。混合法：原理是把已知质量和温度的样品，投入盛有已知 比热容、温度、和质量的液体量热计重。在绝热状态下， 测定混合物料的平衡温度，而后根据公式推算试样的比热 容。
一般说来，热扩散系数a是根据比热容Cp,热导率λ和密 度ρ数据计算而得的，即a＝λ/(ρCp)但也可以用实验 测量，它主要是用一个瞬问加热的类似于测热导率的探 头和热电祸；再与它有一定距离处加上另一个热电祸以 测量样品温度的变化曲线。
这个距离和所测得的热扩散系数数据有着很大的关系， 但在食品材料中精确控制这个距离也不是容易的事。
精品课件
第二节 食品材料的热物理数据
关于食品材料热物理性质的数据，收集最全的是美国供 热制冷空调工程师会 (ASHRAE)1993年出版的手册。
Sweat等(1995)收集和比较了400多篇关于食品材料热物理性 质数据的文章，发现食品材料的热物性不仅和其成分有关 〔如水、蛋白质、脂肪、碳水化合物等)，而且与其处理 方 法有关。因此，热物理性质数据应指明实验材料的尺寸大小、 表面情况、空隙度、纤维方向等;给出食品的处理过程。
近年来发展用差式扫描量热术(DSC)来测量材料的比热容。 此法所用的样品少(5一15mg);而且因其能测很大的温度范 围，故特别适合于测量食品精材品课料件 的比热容和温度的关系。
第一节 食品热物性基础
2、焓(enthalpy)
焓值是相对值，过去的教材中多取-20℃冻结态的焓值为 其零点；近年来多取-40℃的冻结态为其零点。
目前认为测量食品材料热导率较好的方法是探针法。被 测食品材料原处于某一均匀温度，当探针插进后，加热丝提 供一定得热量，使测量温度变化。经一段过渡期后，温度和 时间的对数出现线性。关系。根据此直线的斜率可以求出视频 材料的热导率
精品课件
第一节 食品热物性基础
4.热扩散系数(thermal diffusivity)
严格地讲，实验数据应讲清实验方法、实验条件〔如温度、 压力、相对湿度等)。而实 验结果应给出数据的偏差范围及 测量精度，目前的数据大都达不到这些要求。
精品课件
T /℃
0
/103(kg/m3) 0.99987
表 3-1a 水的密度
3.98
5
1.00000 0.99999
10 0.99973
20 0.99823
精品课件
分子扩散是由于分子的无规则运动引起的质量迁移。 对于一个两元系统（A，B）在单位时间内，组份A通 过单位面积的质量迁移流为，按Fick’s定律
JA DABddZA
其中p是组份A的浓度，单位为kg/m3； Z是扩散途径，单位为m
DAB是组份A对组份B的扩散系数，单位为m2/s； JA是扩散质量流，单位为kg/(m2·s)。