第一章 食品的特性第二节 食品的物理特性 n食品中含有无机物、有机物，甚至还包括具有细胞结构的生物体，是一个复杂的物质系统。因此，食品的物理性质是复杂多样的。n食品的物理性质主要包括力学性质、热学性质、光学性质和电化学性质等。 食品的力学性质：是指食品在力的作用下产生变形、振动、流动等的规律； 食品的热学性质：是指食品的相变规律、比热容、潜热、传热规律及与温度有关的热膨胀规律等； 食品的光学性质：是指食品物质对光的吸收、反射及其对感官反应的性质等； 食品的电化学性质：是指食品及其原料的导电特性、介电特性及其他电磁和物理特性等。n n食品的形状、色泽、硬度、弹性、黏性、比热容、食品的形状、色泽、硬度、弹性、黏性、比热容、潜热等都属于食品的物理性质。在食品的保藏过潜热等都属于食品的物理性质。在食品的保藏过程中，食品物理性质的变化相对比较明显（有些程中，食品物理性质的变化相对比较明显（有些可凭感官直接判断）。因此，了解食品的物理性可凭感官直接判断）。因此，了解食品的物理性质及其在贮藏过程中的变化，对食品的安全保藏质及其在贮藏过程中的变化，对食品的安全保藏具有重要的意义。具有重要的意义。n n其意义主要体现在两个方面：一是通过食品的各其意义主要体现在两个方面：一是通过食品的各个物理性状在贮藏过程中的变化（如硬度、弹性个物理性状在贮藏过程中的变化（如硬度、弹性和色泽的变化），可以推断食品的质量状况，并和色泽的变化），可以推断食品的质量状况，并及时采取相应措施抑制质变；二是通过物理技术及时采取相应措施抑制质变；二是通过物理技术处理对食品进行安全保藏（如利用微冻、热激处处理对食品进行安全保藏（如利用微冻、热激处理、高压静电处理等）。理、高压静电处理等）。n食品的物理性质涉及多学科领域的知识，其研究具有重要的意义，前景十分广阔。n例如，多功能近红外分析仪多功能近红外分析仪利用食品的光学性质可实现对食品成分的无损检测，操作方便、快速、准确、可靠。可用于食品水分、蛋白质、脂肪、纤维素、pH等的检测，测样速度快（38秒）；无需样品制备；可减少操作者失误和提高效率。多功能近红外分析仪（瑞典福斯公司） 一、食品的形态一、食品的形态 依据形态，可将食品分为液态食品、固态食品依据形态，可将食品分为液态食品、固态食品和半固态食品。和半固态食品。 （一）液态食品（一）液态食品（一）液态食品（一）液态食品n n除过食用油之外，液态食品大多为具有流动性、以除过食用油之外，液态食品大多为具有流动性、以水为分散介质的分散系。水为分散介质的分散系。n n按分散质的状态分类，液态食品可分为三种：按分散质的状态分类，液态食品可分为三种：真真溶液溶液：分散质为离子、离子团或小分子物质的液态：分散质为离子、离子团或小分子物质的液态食品，如碳酸饮料、清果汁饮料等；食品，如碳酸饮料、清果汁饮料等；胶体溶液胶体溶液：以高分子物质为分散质的液态食品，如脱脂牛乳、以高分子物质为分散质的液态食品，如脱脂牛乳、豆乳等；豆乳等；乳浊液或悬浊液乳浊液或悬浊液：以液滴或小颗粒为分：以液滴或小颗粒为分散质而形成的不稳定的液态食品，如牛乳、稀奶油散质而形成的不稳定的液态食品，如牛乳、稀奶油以及浊汁饮料等。以及浊汁饮料等。 （二）固态与半固态食品（二）固态与半固态食品n依据组织形态，固态和半固态食品又可分为凝胶状食品、组织状食品、多孔状食品及粉体食品等。 1 1、凝胶状食品、凝胶状食品n胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体），这种特殊的没有流动性的分散系称为凝胶凝胶（如血凝胶、琼脂、明胶等）。凝胶放置过程中，逐渐脱水成为干燥状态，称为干凝胶干凝胶（如干粉丝等）。n胶体粒子分散在液体中形成的可流动的分散系，称为溶胶溶胶。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作胶凝作用用。溶胶和凝胶是大部分食品的主要存在形态。n依据物理性质，凝胶可分为以下几类： （1）按力学性质：凝胶可分为柔韧性凝胶和脆性凝胶。如面团、糯米团等属于柔韧性凝胶；凉粉、果冻等为脆性凝胶。 （2）按透光性质：凝胶可分为透明凝胶（如果冻）和不透明凝胶（如鸡蛋羹）。 （3）按保水性：凝胶可分为易离水凝胶（如豆腐）和难离水凝胶（如琼胶、明胶、果冻等）。 （4）按热学性质：凝胶可分为热可逆凝胶和热不可逆凝胶。一些胶体在常温下为半固体或固体状态，加热时会变成液态，冷却时又会变成固体或半固体，称这类胶体为热可逆凝胶热可逆凝胶（如肉冻等）；而另有一些溶胶加热时会形成凝胶，再经冷却处理时，却不能形成为溶胶状，称这类凝胶为热不可逆凝胶热不可逆凝胶（如蛋清等）。 2 2、组织状食品、组织状食品n组织状食品包括细胞状食品和纤维状食品。许多食品由动植物体加工而成，这些动植物体都是由细胞组成的。所谓组织是指有一定功能的大量同种细胞的组合体，或细胞产生物形成具有一定构造的状态。n细胞状食品是指水果、蔬菜、食用菌等这些具有细胞组织特点，并且细胞组织的性状与食品品质有密切关系的食品。纤维状食品是指由纤维状组织成分构成的食品，主要有畜肉、鱼肉及纤维细胞比较发达的蔬菜（如芹菜、芦笋等）。 3 3、多孔状食品、多孔状食品n所谓多孔状是指像面包、海绵蛋糕、饼干、馒头那样，有大量空气分散在其中的状态。从分散体系的角度理解，可认为多孔状食品是以固体或流动性较小的半固体为连续相，气体为分散相的食品。n多孔状食品可分为两类：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，冰淇淋等泡沫状食品，也可算作多孔状食品。 4 4、粉体食品、粉体食品n粉体食品为微小固体颗粒，可以因粒子间摩擦力而堆积，也可以像液体那样充填在各种形状的容器中。n食品中的粉体物质有面粉、豆粉、甘薯粉、淀粉等食品原料，也有乳粉、咖啡等许多速溶粉状成品食品。二、食品的质地n食品的质地食品的质地指摄入食品时口腔对食品硬度、黏性、脆性、滑性、粗糙性、咀嚼性、弹性等的感觉、手指对食品的触摸感，以及眼睛对食品的外观感等综合感觉。n确定食品质地的方法有两种：感官评价和仪器定量评价。n一般食品质地的感官评价为主观评价；用仪器对食品质地的定量评价为客观评价。（一）食品质地的感官评价（一）食品质地的感官评价n食品质地的感官评价是以人的感觉为基础，通过感官评价食品质地的各种属性后，再统计分析而获得客观结果的试验方法。感官评价不仅仅是人的感觉器官对接触食品时各种刺激的感知，而且还包括对这些刺激的记忆、对比、综合分析等过程。n在进行感官评价时，为了更准确地表述食品的质地，常常要用到感官评价术语。n与食品质地有关的感官评价术语：硬、软、酥松、胶黏、弹性、细腻、油腻、粗糙、薄片状、粉状、纤维状、蜂窝状、结晶状、泡沫状、海绵状、脆生、玻璃状、凝胶状、黏、干、潮湿、水灵、多汁、奶油状、烫的、冰冷的、清凉的、可塑性、砂质感、收敛感等。n由于有视觉、手指、口腔、舌头等许多感觉敏锐器官的参与，感官评价食品质地往往比使用仪器判断更为综合和直接。但是，感官评价毕竟是主观的测定方法，不可避免地掺杂着主观随意性。n为了提高感官评价质地的准确性、再现性，必须对质地的评价术语进行规范化整理，对每个表现质地的用语制定出量化的尺度。表1感官质地术语量化标准力学参数对应的标准质地术语标准食品质地量化值硬度软质干酪=1冰糖=9脆度玉米松饼=1松脆花生糖=7耐嚼性黑麦面包=1软式面包=7胶弹性（40%面粉）面团=1（60%面粉）面团=7黏着性含水植物油=1花生酱=5黏性水=1炼乳=8（二）食品质地的仪器测定（二）食品质地的仪器测定n食品的感官评价受多种因素的影响，往往费时、费力，结果也常常很不稳定。n仪器检测法是能够正确表现食品质地的客观评价方法。 目前，食品质地的测定仪器很多，可以分为几类：表1-8食品质地测定仪器分类仪器名称器名称测定定项目目适用适用对象范象范围测定定举例例食品流变仪拉断力、拉断功、切断力、切断功、硬度、黏稠度纤维状食品、高脂肪食品、凝胶状食品鱼糜制品、干酪、人造奶油面粉粉质仪面团形成时间、面团稳定度、面团衰落度、综合评价值、黏度、糊化温度揉混类食品米饭、年糕、面团嫩度仪剪断力、最大剪切力、硬度纤维状食品肉片、绿笋、汉堡包强度仪硬度、屈服值高脂肪食品、凝胶状食品果冻、干酪、鱼糕质地测试仪（压缩仪）压力、弹性力、黏度、破坏力、脆度、硬度、凝聚性、胶弹性、咀嚼性固体、半固体、多孔性食品奶油、干酪、汉堡包、黄瓜、胡萝卜、果冻剪压测定仪剪断力、压缩力纤维状食品蔬菜、水果、肉电子粉质仪 粉质图 粘度计（美国博利飞公司）嫩度仪嫩度仪（三）食品质地与食品保藏性的关系（三）食品质地与食品保藏性的关系n食品质地包括的内容非常广泛，它在食品贮藏过程中的变化及其与食品保藏性的关系，也因食品本身的组成、结构、物理和化学性质不同而异。 1 1、液态食品的质地、液态食品的质地 （1）液态食品中水的稳定性n液态食品以水为分散介质，由于水占绝大部分，因此其稳定性在很大程度上取决于水的状态。n维持水溶液稳定的力有：分子间力、静电引力、氢键结合力。n大量实践证明，许多食品溶液包括酒、调味料、饮料等，其物理性质和滋味都与水的状态有关。n n陈酿的酒口感温和，没有勾兑而成的速成酒辣，酒精挥发也陈酿的酒口感温和，没有勾兑而成的速成酒辣，酒精挥发也慢一些，就是由于在长期存放中水的分子团结构与乙醇分子慢一些，就是由于在长期存放中水的分子团结构与乙醇分子形成了紧密络合。形成了紧密络合。n n烃类化合物无论碳原子有多少，只要含有大量烃类化合物无论碳原子有多少，只要含有大量-OH-OH，就会形，就会形成氢键而与水分子团融为一体，糖类易溶于水的原因就在于成氢键而与水分子团融为一体，糖类易溶于水的原因就在于此。砂糖由于可与水形成一定结构，也就意味着减少了水分此。砂糖由于可与水形成一定结构，也就意味着减少了水分子与其他物质结合的机会。因此当在淀粉糊中加入糖时，淀子与其他物质结合的机会。因此当在淀粉糊中加入糖时，淀粉的糊化就会变得困难，而且糊化了的淀粉老化也比较慢。粉的糊化就会变得困难，而且糊化了的淀粉老化也比较慢。n n蛋白质的变性也需要水，因此当砂糖存在时，蛋白的变性也蛋白质的变性也需要水，因此当砂糖存在时，蛋白的变性也会减慢。会减慢。n在电磁场、远红外、压力场等的处理下，水的分子团结构和物理性质发生了改变，具备了某些特殊的性质或新的功能，成为功能水功能水。n功能水的特征： pH改变； 表面张力降低； 黏度下降； 氧化还原电位、氧的溶解度改变； 蒸发潜热和水分活度降低。 n关于水的这些现象的研究，对食品的物理性质和保藏具有重要意义。 （2 2）液态食品中粒子的稳定性）液态食品中粒子的稳定性n液态食品大多属于胶体溶液或乳胶体液，对于这些液体，从稳定性角度分析，可分为可逆分散系可逆分散系和不不可逆分散系可逆分散系。两者稳定性的区别是由分散相和分散介质的亲和力大小决定的。亲和力越大，粒子与水形成的水合结构就越稳定，形成稳定的分散系，称为亲水性分散系统亲水性分散系统；相反，当粒子与水的亲和力较小，两相分离为界面面积较小的状态时，自由能减小，分散系变得不稳定，称为疏水性分散系统疏水性分散系统。n胶体粒子一般都带有电荷，相同电荷粒子间的静电作用（静电斥力）就成了维持系统稳定的原因。另外，粒子表面因吸附了不同程度的水分子而形成的水膜，对粒子间的接近和凝聚可起到立体阻碍作用。 （3 3）液态食品的黏度）液态食品的黏度n食品中的液体，除了纯水外多由数种成分组成，有的是均质的系统，有的是非均质系统。在研究食品的分散系统时，食品的黏度食品的黏度是一个非常重要的概念。n液体的黏度受多种因素影响，其中主要有分散相的浓度和黏度、分散相的形状和大小、分散介质的黏度、乳化剂和稳定剂等。n分散相和分散介质的黏度直接影响到液体的黏度。当分散相的粒子为球形时，而对液体的黏度影响较小。分散相粒子大小在0.730um之间，而且乳浊液非常稀时，粒子大小对黏度基本上没有影响。乳化剂对乳浊液黏度的影响主要取决于乳化剂的化学成分对粒子间位能的影响、乳化剂浓度对分散粒子分散程度的影响，以及改变粒子的荷电性质引起的黏度效果等。 2 2、细胞状食品的质地及与其保藏的关系、细胞状食品的质地及与其保藏的关系n细胞状食品属于组织状食品，其细胞组织的性状与食品品质密切相关。n常见的细胞状食品有水果和蔬菜及其制品等，在贮藏中最易变化的质地是硬度硬度。硬度计硬度计 n一般而言，新鲜果蔬的硬度较大，随贮藏时间延长，果蔬的硬度逐渐下降，品质发生劣变，最终导致软化、腐烂。n果蔬的硬度主要由果实的细胞壁结构物质（纤维素、半纤维素、木质素和果胶等）决定的，因此果蔬的硬度在保藏过程中的变化主要与细胞壁结构物质的降解引起的软化有关。 多聚半乳糖醛酸酶（多聚半乳糖醛酸酶（PGPG）是水解细胞壁物质的主要酶类之一，它主要参与细胞壁物质果胶酸的水解，从而促使果蔬硬度下降，组织软化； 纤维素酶也参与果蔬细胞壁中纤维素的降解，该酶活性在未成熟果实中很难测到，但在成熟软化过程中活性急剧增加。纤维素是细胞壁的骨架物质，它的降解意味着细胞壁的解体和果实的软化； 果胶甲酯酶（果胶甲酯酶（PEPE）也参与果蔬组织的降解和软化，但其作用机理是催化去除甲氧基。 3 3、纤维状食品的质地及其与食品保藏性的、纤维状食品的质地及其与食品保藏性的关系关系n n纤维状食品是指由纤维状组织成分构成的食品。纤维状食品是指由纤维状组织成分构成的食品。这些食品主要包括畜肉、鱼肉、纤维细胞比较发这些食品主要包括畜肉、鱼肉、纤维细胞比较发达的蔬菜（如芹菜和芦笋等）以及经特殊加工、达的蔬菜（如芹菜和芦笋等）以及经特殊加工、组织为纤维状的加工品等。组织为纤维状的加工品等。n n纤维状食品的质地在贮藏过程中的变化主要表现纤维状食品的质地在贮藏过程中的变化主要表现为以下四方面为以下四方面：嫩度嫩度、持水力持水力、弹性弹性和和热学性质热学性质。 （1）嫩度）嫩度n肉的嫩度是肉质地的重要指标，是指肉在咀嚼或切割时所需的剪切力。n肉的嫩度取决于畜禽的种类、年龄以及肌肉组织中结缔组织的数量和结构形态等。（如猪肉比牛肉嫩度高；幼畜肉质脆嫩）。n肉的嫩度还受pH的影响，pH在5.05.5之间的韧度较大，而偏离这个范围，则嫩度增加，这与肌肉蛋白质等电点（pH=5.4左右）有关。宰后鲜肉经过成熟，其肉质可变得柔软多汁，易于咀嚼消化。 （2 2）持水力）持水力n持水力即保水性，是指肉在压榨、加热、切碎搅拌时，保持水分的能力，或在向其中添加水分时的水合能力。n保水性的变化是肌肉在保藏过程中最显著的变化之一。刚屠宰后的肉保水性很高，但几小时或者几十小时后，就显著降低，然后随时间的推移而缓慢地增加。肌肉在僵直期时，其保水性也大为降低；僵直期后，肉的保水性增加。（3 3）弹性）弹性n食品的弹性在贮藏过程中会发生变化，一般贮藏前期弹性较大，抵抗外来应力的能力强；随着贮藏时间的延长，弹性降低，畜禽肉及其制品的质地开始松弛。n因此，通过弹性的测定可判断畜禽肉及其制品的新鲜度，控制食品的保藏期。（4 4）热学性质）热学性质n食品的热学性质主要包括比热比热、冻结潜热冻结潜热、冰点冰点和导热系数导热系数等，不同食品的热学性质各不相同。n一般含水率越高，则比热和冻结潜热越大；含脂肪率越高，则比热和冻结潜热越小。n在冷却贮藏过程中，肉中水分开始结冰的温度称作冰点，也称作冻结点，它随畜禽种类的不同而异。n由于冰的导热系数比水大两倍多，故肉的导热系数随温度下降而增大。 三、食品的失重n n食品在运输和贮藏过程中，其水分会不断向环境食品在运输和贮藏过程中，其水分会不断向环境空气蒸发而逐渐减少，导致重量减轻，这种现象空气蒸发而逐渐减少，导致重量减轻，这种现象就是水分蒸发失重，俗称就是水分蒸发失重，俗称干耗干耗干耗干耗。n n食品的失重主要是由于水分蒸发造成的，也有一食品的失重主要是由于水分蒸发造成的，也有一部分是因呼吸消耗而造成，但所占比例较小。失部分是因呼吸消耗而造成，但所占比例较小。失水不仅引起重量损失，而且会导致食品品质下降。水不仅引起重量损失，而且会导致食品品质下降。（一）水分蒸发（干耗）的机理（一）水分蒸发（干耗）的机理n干耗是由食品表面与其周围空气之间的水蒸气压差压差来决定的，压差压差越大，则单位时间内的干耗也越大。n另外，水分蒸发是一个吸热吸热的过程，还需要有热量的来源。（二）干耗的方式（二）干耗的方式n n食品干耗的两种方式：自由干耗和包装中干耗。食品干耗的两种方式：自由干耗和包装中干耗。n n自由干耗自由干耗自由干耗自由干耗是指无包装的食品在直接与空气接触时产是指无包装的食品在直接与空气接触时产生的干耗。生的干耗。n n包装中干耗包装中干耗包装中干耗包装中干耗是指包装内存在的空气而引起的干耗。是指包装内存在的空气而引起的干耗。n n包装中的干耗要比自由干耗小得多，包装中的空隙包装中的干耗要比自由干耗小得多，包装中的空隙越小，则干耗越少。使用气密性包装，则干耗可大越小，则干耗越少。使用气密性包装，则干耗可大大减少。大减少。 （三）影响干耗的因素（三）影响干耗的因素 1 1、内在因素、内在因素n影响食品干耗的内在因素包括食品的种类、品种、成熟度和化学成分等。一般来说，食品表面积与重量比值越小、成熟度越高、表皮组织结构越紧密、原生质中亲水胶体和可溶性固形物含量越高的食品，细胞保水力越强，干耗也少。 2 2、外在因素、外在因素n 外在因素是贮藏中可以调节的环境因素，主要有空气湿度空气湿度、环境温度环境温度、风速风速、堆码情况堆码情况等。 2 2、外在因素、外在因素n n外在因素是贮藏中可以调节的环境因素，主要有空气湿度、外在因素是贮藏中可以调节的环境因素，主要有空气湿度、环境温度、风速、堆码情况等。环境温度、风速、堆码情况等。 （1 1 1 1）空气湿度）空气湿度）空气湿度）空气湿度n n空气湿度是影响食品水分蒸发的直接因素，一般用相对湿空气湿度是影响食品水分蒸发的直接因素，一般用相对湿度（度（RHRH）表示。）表示。n n不同性质的食品在贮藏过程中所要求的相对湿度不同。不同性质的食品在贮藏过程中所要求的相对湿度不同。 幼嫩蔬菜要求相对湿度达到90%95%或更高；多数果品或蔬菜要求相对湿度为85%90%；鳞茎、块茎等休眠器官要求相对湿度一般小于70%，高湿会打破休眠，导致其腐烂。 （2 2 2 2）温度）温度）温度）温度n贮藏温度升高时时，水分蒸发加快，干耗增大；同一相对湿度而贮藏温度不同，温度越高，水分蒸发越快，水分蒸发越快，干耗也越大。n n通常冷藏或冻藏温度越低，空气的相对湿度越高，干耗也通常冷藏或冻藏温度越低，空气的相对湿度越高，干耗也越小。越小。 （3 3）风速）风速n空气流速的增大会加快食品水分的蒸发，使干耗增大。n尽管空气流动会带走食品的水分，加快水分蒸发，但贮藏环境仍必须适当通风，以维持环境温度均匀稳定和排除不良气体。 （4 4）堆码方式）堆码方式n食品在冷藏或冻藏时总是堆积起来的，而堆积形状、堆垛密度及装载量等都会对食品的干耗产生较大的影响。食品的干耗主要发生在货堆的外围部分，其内部由于相对湿度接近饱和，与外界发生对流换热少，因而干耗极少。图图4 4 堆垛密度对干耗的影响堆垛密度对干耗的影响（1-牛肉，2-猪肉） （5 5）冷库的结构和冷却设备）冷库的结构和冷却设备n冷库的隔热性能越好，干耗越小。n冷却设备不同，干耗不同。例如，与使用冷却排管相比，使用冷风机时，冻肉的干耗将增大60%左右。n另外，食品入库温度、食品与冷却设备之间的温差、食品的形状及特性、食品表面水分蒸发系数，以及预冷时间等都会影响食品的干耗。图图5 5 冷却设备对食品干耗的影响冷却设备对食品干耗的影响（1-风机冷却，2-排管冷却）（四）干耗对食品的影响（四）干耗对食品的影响n1、食品干耗不仅造成重量损失，而且还会引起明显的外观变化。当干耗达到5%时，会出现明显的凋萎现象，影响其柔嫩性和抗病性。肉类食品在冷却冷藏中发生干耗，肉的表面会出现收缩、硬化，形成干燥皮膜，肉色也有变化。鸡蛋在冷却贮藏中，因水分蒸发会造成气室增大、质量减轻、品质下降。n2、食品发生干耗时，在食品中留下大量空隙，增加与空气的接触面积，引起严重的氧化作用，导致食品褐变和味道、质地的严重劣化（称为冻结烧冻结烧）。食品出现冻结烧后，就失去了食用价值和商品价值。