食品物性学

1 简述食品物性学主要内容和基本方法。

主要内容：

食品物性学主要以食品的物理学性质为基本内容：食品的力学性质、光学性质、热学性质和电学性质等。

⑴食品的力学性质包括食品在力的作用下产生变形、振动、流动、破断等的规律，以及其与感官评价的关系等。

⑵食品的热学性质包括比热容、潜热、相变规律、传热规律及与温度有关的热膨胀规律等。 ⑶食品的电学性质主要指食品及其原料的导电特性、介电特性、以及其他电磁核物理特性。 ⑷食品的光学性质指食品物质对光的吸收、反射及其对感官反应的性质。

基本方法：

（1）食品物性学是一门牵涉多学科领域的科学。研究时应掌握一定物理学、物理化学、食品生化、高分子化学及食品工程原理等知识。同时也涉及生物学、生理学、心理学等学科内容，所以应注意综合运用这些知识。

（2）食品物性学是一门实践性比较强的科学。研究学习时，要求对食品加工有较多的实践经验。食品物性学研究往往没有现成的模型或仪器，需要自己设计测试装置或有实验结果建立模型。只有这样才能真正掌握这门科学，并做到善于应用它去解决食品开发中的各种问题。

（3）食品物性学是一门新的体系尚未形成的科学，有许多领域的研究还仅仅是一些初步的试验，系统的结论还需今后长期的研究。所以，研究学习时要善于综合联想、大胆创新，对本学科内容举一反三、开拓新的研究思路，不仅真正掌握它的研究方法，而且能对食品物性学体系的形成做出贡献。

2 简述虎克模型、阻尼模型、滑块模型、麦克斯韦模型、开尔芬—沃格特模型、四要素模型和多要素模型的基本力学特征。

⑴虎克模型 是用一根理想的弹簧表示弹性的模型，也称“弹簧体模型”或“虎克体”。虎克模型完全代表弹性体的表现，即加载荷的瞬间同时发生相应的变形，变形的大小与受累的大小成正比。

⑵阻尼模型 流变学中把物体黏性用一个阻尼体模型表示，称为“阻尼体模型”或“阻尼体”。阻尼模型瞬时加载荷时，阻尼体及开始运动；当去载荷时，阻尼模型立刻停止运动，并保持其变形，没有弹性反复。阻尼模型既可表示牛顿流体性质，又可表示非牛顿流体性质，再没有特别说明时，代表牛对流体性质，称为牛顿体。

⑶滑块模型 不能独立的用来表示某种流变性质，但常与其他流变元件组合，表示有屈服应力存在的塑性流体的性质。

⑷麦克斯韦模型 由虎克模型和阻尼模型串联而成的模型为麦克斯韦模型，它是研究黏弹性体的基本模型之一，麦克斯韦模型在瞬时加载后，保持载荷不变，尔后，瞬时卸载似的应变与时间有曲线关系。

⑸开尔芬—沃格特模型 由虎克模型和阻尼模型串联而成的模型为开尔芬—沃格特模型，是研究蠕变特性最简单的模型元件，也称开而芬模型或蠕变模型。其特点是当模型全体受应力时，阻尼体和虎克体所发生的应变相同，且都等于模型整体产生的应变。而应力的大小等于阻尼体和虎克体受应力之和。

⑹四要素模型 为了更确切的用模型表述实际黏弹性体的力学性质，就需要用更多的元件组成所谓的多要素模型，四要素模型是最基本的多要素模型。四要素模型也称为伯格斯模型，它有许多等效表现形式。

①四要素模型的应力松弛过程：这一模型是由两个麦克斯韦模型并联尔称，总应力等于两个麦克斯为模型应力之和。

②四要素模型蠕变过程：该模型相当于一个麦克斯韦模型和一个开尔芬模型串联。

⑺多要素模型 模拟实际黏弹性体的流变特性，往往要建立复杂的模型，这些模型的力学元件不仅多，组合形式也要依照流变试验数值，进行各种搭配。这样的复杂模型称为多要素模型。

常见的黏弹性体流变学分析试验，多为应力松弛和蠕变试验。研究这2种试验的复杂流变现象利用光以模型比较方便。

① 广义麦克斯韦模型。有许多麦克斯韦模型并联而成。

② 广义开而芬模型。有许多开而芬模型并联尔称，用于对实际黏弹性体蠕变的模拟。

广义麦克斯韦模型

广义开尔芬韦模型

3 简述应力松弛试验和蠕变试验的基本方法。

松弛试验

在进行应力松弛试验时，首先要找出式样应力与应变的线性关系范围。然后，在这一范围内使式样达到并保持某一变形，测定其应力与时间的关系曲线，跟据测定结果绘制松弛曲线并建立其流变学模型。

蠕变试验

蠕变试验是一种静态测定试验。它是给试样式以恒定应力，测定应变随时间变化的情况。 4 简述食品质地感官评价的基本方法和原理。

基本原理

食品的感官评价主要是以消费者的嗜好为设定标准，通过由人组成的评审组，对食品观察品尝，并给以嗜好性能的评价。感官评价不仅使人的感觉器官对接触食品时各种刺激的感知，而且还有对这些刺激的记忆、对比、综合分析等理解过程。

基本方法

⑴ 2点识别试验法

主要用来测试评审员个人的识别能力。其基本要点：提供两个某

相性质在客观上有差别的试样X 、Y 。然后，测试评审员能否正确判断出试样的刺激强度顺序。

⑵ 2点嗜好试验法 主要用于嗜好性调查和品质评价。2点试验嗜好法是对X 、Y 两种试样，支出对哪一种更喜欢，或哪一种品质更好一些。

⑶ 1︰2点识别试验法 将X 、Y 两种试样之一作为标准试样。然后再拿出X 、Y 试样，让评审员判断哪一个与标准试样相同。

⑷ 3点识别-嗜好试验法 将X 、Y 两种试样，按XXY 或XYY 组合供试。让评审者从3个试样中挑出与其它2个不同的试样。称这种方法为3点识别试验法。然后，再将那一个不同的试样与剩下的2个试样相比较，选择自己更喜欢的一种试样，称这种方法为3点嗜好试验法。

⑸ 顺序法 这是一种常用的嗜好性调查或品质鉴定的方法。它将m 个试样A 1、A 2、„、A m 让评审者品尝，然后按自己嗜好的顺序，或某项刺激的强度顺序把这些试样排序。 5 常用的食品质地测定仪器有哪些？

（1）压缩破坏型仪器：万能试验仪、质地测试仪、压缩仪

用于测定固体、半固体、多孔性食品的压力、弹力、黏度、破坏功、脆度、硬度、凝聚性、咀嚼性

（2）剪断型仪器： 柔嫩度仪、冲孔测试仪

测定纤维状食品的剪断力、硬度、最大剪切应力

（3）切入型仪器：凝孔质地仪、流变仪（刀片或钢丝）

测定高脂肪食品、凝胶状食品的切断力、切断功、硬度、粘稠度

（4）插入型仪器：针入度仪、冈田式果冻强度仪

测定高脂肪食品、凝胶状食品的插入度、屈服度

（5）搅拌型仪器：面团阻力仪、淀粉粉粒仪

测定面团形成时间、面团稳定度、面团衰落度、综合评价值黏度、糊化温度

（6）食品流变仪

测定凝胶状食品的拉断力、拉断功、硬度

（7）剪压测试仪

测定纤维状食品的剪断力、压缩力

6 简述液态食品的物性。

液态食品一般具有一定的黏度，有一定的稳定性、流变性，易形成气泡，进而产生泡沫。它之所以具备这些物性，主要是由于：①液态食品最主要的组成部分是水，水分子属于偶极子，具有偶极子结构的水分子之间，氢原子与氧原子可以以氢键的形式结合，进而在一程度上保持了水的稳定性；②液体食品大多属于胶体溶液或乳胶体液。具有胶体或乳胶体液的性质，因此具有一定的稳定性、流动性和粘稠性。

7 简述固态与半固态食品的物性。

8 食品颜色的感官评价方法和仪器测定方法有哪些，举例说明。

⑴颜色的目测方法：

① 标准色卡对照法：国际上出版的标准色卡，一般都是根据色彩图制订的。常见的有孟赛尔色土、522匀色空间色卡、麦里与鲍尔色典和日本的标准色卡（CC55000）等，美国对番茄颜色的测定。

① 标准液测定法：主要用来比较液体食品的颜色。标准液多用化学药品溶液制成。桔子汁

颜色的测定

⑵ 颜色的仪器测定法：

① 光电管比色计利用光电管代替目测，以减少测量误差。由彩色滤光片、透过光接受光电

管和与光电管连接的电流计组成。测定液体试样色的浓度，以无色标准液为基准 。 ② 分光光度计 主要用来测定各种波长光线的透过率。

原理：通过棱镜或光栅把白光滤成一定波长的单色光，然后测定单色光透过液体试样时被吸收的情况。从测得的光谱吸收曲线可以了解液体中吸收特定波长的化合物成分；测定液体浓度；作为颜色的一种尺度，测定某种呈色物质的含量。

草莓颜色的测定。

③光电反射光度计（色彩色差计）

原理：利用人眼对颜色判别的三变数原理。

优点：能够准确、迅速、方便地测出各种试样被测位置的颜色。

能够通过计算机直接换算成L*a*b*值或XYZ 值，对颜色进行数值化表示。

能自动记忆和处理测定数值，得到2点间颜色的差别。

9 简述食品的电物性及其应用。

食品的电物性 食品的组成、成分、结构、状态等和食品的电物性都有着密切的关系。电物性主要表现在它的电流密度、磁导率、绝对介电常数（电容率）、电导率等电场下的电物理特性。

食品加工中对于电物性应用，除了可用在食品品质的无损伤检测或品质分析等方面，在利用电磁场对食品进行加工处理的研究和开发也取得了很大发展，这些利用按电场性质可以分为静电场处理、动电处理、通电处理、高频电场处理、微波处理、红外线处理等。

（1）静电场处理

主要应用：静电净化、静电熏制、电处理防腐、静电扑粉

（2）电渗脱水

主要应用：鱼肉的脱水：挤压法使水含量降至75%，电渗透使水含量降至38%

大豆蛋白和玉米蛋白脱水：压榨法使水含量降至60%，电渗透使水含量降至30%

（3）通电加热：也称欧姆加热或阻抗加热

主要应用：适用于黏弹性体食品材料，如鱼糕、鱼丸、肉丸、汉堡包等食品的通电加工。

（4）微波加热

食品中的水分、蛋白质、糖类、脂肪等都属于电解质，在电磁场中都会发生极化反应，尤其是水分，水分子是极性分子，在自由状态下，分子呈杂乱排列，不显电性，而在交变电场中，这些极性分子会随着电磁场方向的变化而转动，当这种变化频率增加，水分子极化运动加快，因此产生摩擦热。

（5）远红外线加热

主要应用：除用于各种食品的干燥外，好友肉制品的烧烤，面条、酒类等的成熟，各种食品的二次杀菌等。

10 研究食品物性学和食品加工有什么关系。

随着农业生产和食品工业的发展，无论是从加工、流通领域，还是从人们的消费倾向来看，对食品及其原料品质的评价，不再仅仅是营养成分和卫生的要求，而且对其物理性质的

研究和控制日显重要。比如，对许多食品，它的“酥”、“脆”、“柔嫩”、“形美”、“色艳”成了满足人们嗜好的最重要因素。食品机械的开发也越来越离不开对加工对象物理性质的把握。在食品化学、食品物性学和营养生理学北称为是食品加工利用研究领域非常重要的三大基础知识。

而在我国食品加工领域缺少这部分知识。

食品加工中，有许多操作都需要了解作用的对象，即食品或食品材料的物理性质。设计加工设备或决定加工工艺，也都需要对食品的物性有所了解。

在我国食品加工领域的专业知识主要分为两部分内容，一是以食品化学、食品生化为中心的食品科学类知识；二是以食品机械为中心的食品工程类知识。也就是说对于食品的研究，一方面注重它的化学性质，一方面着重设备与机械的的开发，而中间缺少一个连接这二者的重要部分，即食品物理性质的研究。

1. 简述食品物性学研究的主要内容和基本方法。

答：食品物性学主要研究食品的力学性质、光学性质、热学性质和电学性质等食品的物理学性质。力学性质主要研究食品在力的作用下产生变形、振动、流动、破断等现象的规律及其与感官评价的关系等方面的内容。关于热学性质研究的内容主要有：比热容、潜热、相变规律、传热规律及与温度有关的热膨胀规律等。光学性质主要是研究食品的颜色、色泽以及人对它们的视觉反映。

食品的物理性质可通过多种方法进行研究，常见的有感官评价和仪器测试等。比如对于生鲜食品的无损伤组织，可利用振动、光反射、电磁感应等方法进行测定研究。

2. 简述虎克模型、阻尼模型、滑块模型、麦克斯韦模型、开尔芬——沃格特模型、四要素

模型和多要素模型的基本力学特征。

答：虎克模型的特点是，在弹性极限范围内，物体的应变与应力的大小成正比。归纳为3种类型；①受正应力作用产生的轴向应变；②受表面压力作用的体积应变；②受剪切应力作用发生的剪切应变。

麦克斯韦模型的特点是，黏弹性体虽然在受力变形时，存在着恢复变形的弹性应力。但由于内部粒子也具有流动的性质，当在内部应力作用下，各部分粒子流动到平衡位置。产生永久变形时，内部的应力也就消失。这一现象称为应力松弛。应力完全消失所需要的时间非常长。 开尔芬模型的特点是，当模型全体受应力作用时，阻尼体和虎克体所发生的应变相同，且都等于模型整体产生的应变。而应力的大小等于阻尼体与虎克休受应力之和。

虎克模型、阻尼体模型和滑块模型，都是组成更复杂流变模型的最基本元件；在流变学中也称它们为要素．例如，麦克斯韦模型、开尔芬模型都是由虎克模型和阻尼体模型以不同的连接方式组成，分别含有两个模型元件，称为两要素模型。

麦克斯韦模型和开尔芬模型虽然可以代表射弹性体的某些流变规律。但这两个模型与实际的黏弹性体还有—定的差距。例如，麦克斯韦模型不能表现弹性滞后和残余应力，而开尔芬模型缺乏实际黏弹性体存在的应力松弛部分。为了更确切地用模型表述实际黏弹性体的力学性质，就需要用更多的元件组成所谓的多要素模

型。四要素模型就是最基本的多要素模型。

3. 简述应力松弛实验和蠕变实验的基本方法。

答：55页

4. 简述食品质地感官评价的基本原理和方法。

答：食品的感官评价，主要是以消费者的嗜好为没定标准，通过由人组成的评审组，对食品观察品尝，并给以嗜好性能的评价。由于食品的嗜好性日益成为食品品质管理和开发的重点，而且影响嗜好性的因素中，食品质地占有很大比重。因此，感官评价将成为研究食品物性的一个重要内容。

感官评价的方法主要有：

①质地多面剖析法 所谓质地多面剖析法，就是用科学的方法对质地评价术语进行分类、定义，使之可以成为进行交流的客观信息。

②语义量化法 语义量化法是用语言心理学的研究手法，对各种质地评价用语进行分析对比，使得这些术语有比较客观的定义。这种方法在质地多面剖析法的基础上，对质地学中常用的综合感官评价术语，进行了特定的、具体的量化定义。

③质地图法 质地图法的基本做法是，采用压缩——拉伸试验求出食品的凝聚性、硬度、咀嚼性、粘着性、胶黏性等物性值。然后，把这些物性值再分析归类．以三维空间坐标表示。例如，以Y 方向表示硬度大小，x 方向表示凝聚性大小，z 方向表示弹性指标。y 的正方向数字越大，表示硬度越大，相反方向表示越软；x 正方向数字越大，表示越坚韧，相反方向表示越酥脆；z 正方向数字越大，表示越富有弹性，相反方向表示缺乏弹性。这样，就可以把各种食品群的质地性质表示在一个三维坐标图上。质地图法具有直观、准确的特点，便于对食品质地的预测和控制。

5. 常用的食品质地测定仪器有哪些？

答：①测定固体、半固体、多孔性食品的压力、弹力、黏度、破坏功、脆度、硬度、凝聚性、咀嚼性时用压缩破坏仪器，主要有万能实验仪、质地测试仪、压缩仪；②测定纤维状食品的剪断力、硬度、最大剪切应力时用剪切型仪器，主要有柔嫩度计、冲孔测试计；③测定高脂肪食品、凝胶状食品的切断力、切断功、硬度、粘稠度时用切入型仪器，主要有凝乳质地仪、流变仪（刀片或钢丝）；④测定高脂肪食品、凝胶状食品的插入度、屈服度时用插入型仪器，主要有针入度计、冈田式果冻强度仪；⑤测定面团形成时间、面团稳定度、面团衰落度、综合评价值黏度、糊化温度时用搅拌型仪器，主要有面团阻力仪、淀粉粉力仪；⑥测定凝胶状食品的拉断力、拉断功、硬度时可用食品流变仪；⑦测定纤维状食品的剪断力、压缩力时用剪压测试仪。

6. 简述液态食品的物性。

答：液态食品一般具有一定的黏度，有一定的稳定性、流变性，易形成气泡，进而产生泡沫。它之所以具备这些物性，主要是由于：①液态食品最主要的组成部分是水，水分子属于偶极子，具有偶极子结构的水分子之间，氢原子与氧原子可以以氢键的形式结合，进而在一程度上保持了水的稳定性；②液体食品大多属于胶体溶液或乳胶体液。具有胶体或乳胶体液的性质，因此具有一定的稳定性、流动性和粘稠性。

7. 简述固态与半固态食品的物性。

答：固态与半固态食品按其状态通常可分为凝胶状食品、组织状食品、多孔状食品、粉体食品等多种类型。各种类型食品的物性随状态不同而异，下面分别从几个方面加以阐述： ⑴凝胶状食品

①从力学性质的角度来看，有些凝胶具有—定的柔韧性，如面团、糯米团；有些凝胶具有—定的脆性，即使受较小的力也可能被破坏。

②从透光性质的角度来看，可将其分为透明凝胶(果踪) 和不透明凝胶(鸡蛋羹) 。

③从保水性的角度来看，有些保水性差，放置时水分会游离出来，称为易离水凝胶；相反为难离水凝胶。豆腐放置时水就会不断流出，而琼胶、明胶、果冻就几乎不发生离水现象。 ④从热学性质的角度来看，可把凝胶分为热可逆性凝胶和热不可逆性凝胶。在常温下为半固体或固体状态，加热时变成液态的凝胶称为热可逆凝胶。如凉粉、肉冻、放凉了的粥部属于此类凝胶。而像蛋清这样的胶体，加热时会变性，称为热不可逆性凝胶。

⑵组织状食品

①细胞状食品的物性：其细胞组织的性状（伸长率、凝聚性、剪断强度、松弛时间）与食品品质密切相关。

②纤维状食品的物性：这类食品的纤维状物质是按一定方向排列的，所以其物理性质也存在方向性，沿与纤维垂直方面的咬断口感是最重要的力学性质之一。

主要有：畜肉、鱼肉、纤维细胞比较发达的蔬菜(如芹菜、芦笋等) ，以及经特殊加工，组织为纤维状的加工食品(如组织化大豆蛋白、纤维状干酪等) 。

⑶多孔状食品的物性：多孔状食品是以固体或流动性较小的半固体为连续相，气体为分散相，也被称为固体泡食品。多孔状食品主要可分为两大类：一类为馒头、面包、海绵蛋糕那样比较柔软的食品；另一类为饼干、膨化小吃这样比较硬的食品。另外，一些较硬的冰棋淋、惯奶油等泡沫状食品，也可算作多孔状食品。

⑷粉体食品：粉体食品是微小固体颗粒的集合体。它可以因粒子间摩接力而堆积，也可以像液体那样充填在各种形状的容器中。但它与液体不同的是，对容器底的压力并不像液体那样与充填的高度成正比。这说明粉体颗粒之间存在着摩接力。其粒子的物性可从的尺寸、分布、吸湿性、粒子间隙，以及因互相摩擦而引起的力学特性等方面研究。

8. 食品颜色的感官评价方法和仪器测定方法有哪些，举例说明。

答：

常用的仪器测定方法有：

⑴光电管比色计 光电管比色计实际上是以光电管代替目测，以减少误差的一种仪器测定方法。这种仪器由彩色滤光片、透过光接受光电管和与光电管连接的电流计组成。该仪器主要用来测定液体试样色的浓度，所以常以无色标准液为基准。

⑵分光光度计 这种仪器主要用来测定各种波长光线的透过率。其原理是由棱镜或衍射光栅把白光滤成一定波长的单色光。然后测定这种单色光透过液体试样时被吸收的情况。测得的光谱吸收曲线可以取得以下信息：①了解液体中吸收特定波长的化合物成分；②测定液体浓度；②作为颜色的一种尺度，测定某种呈

色物质的含量，如叶绿素含量。分光光度计的光源如果使用紫外线或红外线、也可作为了解物质化学构造的手段。

⑶光电反射光度计 光电反射光度计亦称色彩色差计。这种色彩色差计可以用光电测定的方法，迅速、准确、方便地测出各种试样被测位置的颜色，并对颜色进行数值化表示。它还能自动记忆和处理测定数值，得到两点间颜色的差别。

9. 简述食品的电物性及其应用。

答：

10 研究食品物性学和食品加工有什么关系？

答：食品物性学是食品加工的理论性指导，食品加工是食品物性学在实践中的实现形式。随着世界范围内食品工业化、科学化、现代化的发展，食品物性学已经成为指导食品工程发展不可缺少的一门学科。在我国，普及这方面的知识，加强这一领域的研究，是加速我国食品工业发展的有效途径之一。