食品物性学-食品热物性.ppt

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1、姓名：邢亚阁西华大学生物工程学院食品热物性食品物性学自从人类从“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。主要内容本章主要内容第二节食品材料的热物理数据第三节差示扫描热量测定与定量差示热分析第一节食品热物性基础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

2、.热参数的检测比热的检测、导热系数的检测1.比热容（specificheat）：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。第一节食品热物性基础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材料的比热容和温度的关系。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。2、焓(ent

3、halpy)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。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。第一节食品热物性基础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。3.热导率(therma-conductivity)第一节食品热物性

4、基础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。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4.热扩散系数(thermaldiffusivity)第一节食品热物

5、性基础一般说来，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。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(apparentdiffusivityofmoisture)D

6、e。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。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定律其中p是组份A的浓度，单位为kg/m3；Z是扩散途径，单位为mDAB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)。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

7、中的扩散系数。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。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