食品玻璃化保藏课件ppt.ppt

在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第十章第十章 食品玻璃化保藏新技术食品玻璃化保藏新技术在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、食品玻璃化保藏概念一、食品玻璃化保藏概念 玻璃化技术是近几十年来受到较高关注的一种新的食品保藏方法。20世纪80年代初美国食品科学家Levince和Slade提出了以食品玻璃态和玻璃化转变温度(Tg)为核心的“食品聚合物科学”理论。该理论认为，食品在玻璃态下，造成食品品质变化的一切受扩散控制的反应速率均十分缓慢，甚至不发生反应。因此，食品采用玻璃化保藏，可以最大限度地保存其原有的色、香、味、形以及营养成分在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、玻璃化的基本概念二、玻璃化的基本概念固态有两种表现形式，即晶态和非晶态（无定形态）固态有两种表现形式，即晶态和非晶态（无定形态）晶态：原子、分子或离子的排列是规则的晶态：原子、分子或离子的排列是规则的非晶态：原子、分子或离子的排列是不规则的非晶态：原子、分子或离子的排列是不规则的在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么非晶态（无定形态）的三种力学状态非晶态（无定形态）的三种力学状态玻璃态：玻璃态：无定形聚合物在较低的温度下，分子热运动能量很低无定形聚合物在较低的温度下，分子热运动能量很低,只只有较小的运动单元有较小的运动单元,如侧基、支链和链节能够运动，而分子如侧基、支链和链节能够运动，而分子链和链段均处于被冻结状态，这时的聚合物所表现出来的链和链段均处于被冻结状态，这时的聚合物所表现出来的力学性质和玻璃相似，因而将这种状态称为玻璃态力学性质和玻璃相似，因而将这种状态称为玻璃态在在玻玻璃璃态态下下，物物体体的的自自由由体体积积非非常常小小，分分子子流流动动阻阻力力很很大大，使使体体系系具具有有极极高高的的粘粘度度，通通常常高高于于1012Pa*s。基基于于此此原原因因，食食品品体体系系中中的的分分子子扩扩散散速速率率就就很很小小了了，这这样样分分子子间间相相互互接接触触和和发发生生反反应应的的速速率率就就很很小小。因因此此，食食品品处处于于玻玻璃璃态时不易发生化学反应，更不易变质腐败。态时不易发生化学反应，更不易变质腐败。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么非晶态（无定形态）的三种力学状态非晶态（无定形态）的三种力学状态橡胶态橡胶态 处于玻璃态的无定形聚合物随着温度升高至某一温度时，链段运动受处于玻璃态的无定形聚合物随着温度升高至某一温度时，链段运动受到激发，但整个分子链仍处于束缚状态。此时的无定形聚合物在受外到激发，但整个分子链仍处于束缚状态。此时的无定形聚合物在受外力作用时，能够表现出很大形变，当外力解除后，形变可以恢复。这力作用时，能够表现出很大形变，当外力解除后，形变可以恢复。这种状态称为高弹态，又称橡胶态种状态称为高弹态，又称橡胶态 黏流态黏流态 温温度度继继续续升升高高，不不仅仅链链段段可可以以运运动动，整整个个分分子子链链都都可可以以运动，无定形聚合物表现出粘性流动状态，即粘流态运动，无定形聚合物表现出粘性流动状态，即粘流态 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么三、食品的玻璃化和玻璃化转变温度三、食品的玻璃化和玻璃化转变温度食品的玻璃化转变温度食品的玻璃化转变温度在在“食品聚合物科学食品聚合物科学”理论中，根据食品含水量理论中，根据食品含水量的多少，玻璃化转变温度有两种定义的多少，玻璃化转变温度有两种定义:对于低水分食品对于低水分食品(水的质量分数小于水的质量分数小于20%)，其玻璃化转变温度一般高于，其玻璃化转变温度一般高于0，定义为，定义为Tg；对于高水分食品；对于高水分食品(水的质量分数大于水的质量分数大于20%)，由于降温速率不可能达到很高，一般不能实现，由于降温速率不可能达到很高，一般不能实现完全玻璃化，此时，玻璃化转变温度指的是最大冻结浓完全玻璃化，此时，玻璃化转变温度指的是最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时的温度，定义为缩溶液发生玻璃化转变时的温度，定义为Tg 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么食品的玻璃化和玻璃化转变温度食品的玻璃化和玻璃化转变温度食品的玻璃化食品的玻璃化使食品形成玻璃态的过程就是食品玻璃化，使食品形成玻璃态的过程就是食品玻璃化，它是在一定温度范围内将非晶体固体物质转变它是在一定温度范围内将非晶体固体物质转变成高粘性液体状态或者将非晶体水溶液转变成成高粘性液体状态或者将非晶体水溶液转变成高粘性液体状态的一个二级相变过程。但是，高粘性液体状态的一个二级相变过程。但是，该相变过程仅涉及显热变化，而不涉及潜热变该相变过程仅涉及显热变化，而不涉及潜热变化化 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么完全玻璃化完全玻璃化是指食品全部变成了玻璃状态，这是食品低温保存是指食品全部变成了玻璃状态，这是食品低温保存时的最理想状态。此时可以完全避免结晶及由此而引起时的最理想状态。此时可以完全避免结晶及由此而引起的损伤；的损伤；实现玻璃化的前提条件有两个：一是温度足够低，即实现玻璃化的前提条件有两个：一是温度足够低，即TTg；二是冷却速度足够快，即在冷却过程中，迅速通；二是冷却速度足够快，即在冷却过程中，迅速通过过TgTTm温度区间，且不发生结晶；通常，冷却速度温度区间，且不发生结晶；通常，冷却速度是实现玻璃化的首要制约因素。实现完全玻璃化所需的冷是实现玻璃化的首要制约因素。实现完全玻璃化所需的冷却速度称为临界冷却速度却速度称为临界冷却速度Vc。对于直径为。对于直径为1m的纯水，要的纯水，要实现完全玻璃化，其临界冷却速度须达到实现完全玻璃化，其临界冷却速度须达到107k/s。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么部分玻璃化部分玻璃化是指食品中的一部分变成了玻璃态，而另一部分则是指食品中的一部分变成了玻璃态，而另一部分则变成了结晶态变成了结晶态 由于食品的体积较大，要实现完全玻璃化，需要极由于食品的体积较大，要实现完全玻璃化，需要极高的临界冷却速度，该速度将远远高于高的临界冷却速度，该速度将远远高于107k/s，这在实，这在实际上是不可能达到的。因此，实现食品的玻璃化只能借际上是不可能达到的。因此，实现食品的玻璃化只能借助部分结晶的玻璃化方法助部分结晶的玻璃化方法 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么食品的玻璃化和玻璃化转变温度食品的玻璃化和玻璃化转变温度在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么几种食品成分溶液的几种食品成分溶液的Tg和和Cg值值 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四、玻璃化转变温度的确定四、玻璃化转变温度的确定无论是进行食品聚合物科学的理论研究，还是将玻璃无论是进行食品聚合物科学的理论研究，还是将玻璃化理论应用于实际的食品保藏中，玻璃化转变温度化理论应用于实际的食品保藏中，玻璃化转变温度Tg都是一个关键的物理量。温度高于都是一个关键的物理量。温度高于Tg和低于和低于Tg时，食时，食品的理化特性将发生根本性的变化，而这些变化将对食品的理化特性将发生根本性的变化，而这些变化将对食品质量的贮藏稳定性产生极大的影响。为此，精确计算品质量的贮藏稳定性产生极大的影响。为此，精确计算Tg在理论上和在实践上均十分重要。在理论上和在实践上均十分重要。Tg的确定有两种的确定有两种方法，即理论计算法和实验法。方法，即理论计算法和实验法。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四、玻璃化转变温度的确定四、玻璃化转变温度的确定Tg的理论计算的理论计算（1）加权平均法）加权平均法该法适合于多元均匀的混合液系统。它是根据体系中每一组该法适合于多元均匀的混合液系统。它是根据体系中每一组分的质量分数及其分的质量分数及其Tg进行加权平均，得出体系的进行加权平均，得出体系的Tg。例如，桔子汁（其它各种果汁也可如此计算）的主要成分是例如，桔子汁（其它各种果汁也可如此计算）的主要成分是蔗糖、果糖和葡萄糖，其质量分数分别为蔗糖、果糖和葡萄糖，其质量分数分别为2：1：1，经测，经测定它们的定它们的Tg分别是分别是-32，-42和和-43，按加权平均，按加权平均法计算如下法计算如下 Tg=-32x2+(-42)x1+(-43)x1=-37.25 2+1+1在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四、玻璃化转变温度的确定四、玻璃化转变温度的确定Tg的理论计算的理论计算（2）利用）利用Gordon-Taylor方程进行计算方程进行计算Gordon-Taylor方程如下：方程如下：式中，式中，W1、W2各组分的质量各组分的质量 Tg1、Tg2各组分的玻璃化转变温度各组分的玻璃化转变温度 k实验常数，可由下式计算：实验常数，可由下式计算：k=0.02931/Tg+3.61在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四、玻璃化转变温度的确定四、玻璃化转变温度的确定Tg的实验测定的实验测定 目前，应用最广泛的目前，应用最广泛的Tg实验测定方法是量热法，包实验测定方法是量热法，包括差示扫描量热法（括差示扫描量热法（DSC法）、差热分析法（法）、差热分析法（DTA法）、法）、热机械法（热机械法（TMA法）、动态热机械法（法）、动态热机械法（DTMA法）等，法）等，此外，还有核磁共振法（此外，还有核磁共振法（NMR法）等。法）等。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么四、玻璃化转变温度的确定四、玻璃化转变温度的确定 在量热法中，在量热法中，DSC法是最常用的测定法是最常用的测定Tg的方法。它的方法。它是通过测定食品在加热或冷却过程中所产生的细微热量变是通过测定食品在加热或冷却过程中所产生的细微热量变化来测定食品的化来测定食品的Tg。在测定过程中，设定一个温度范围，。在测定过程中，设定一个温度范围，然后以任意的升温或降温速度扫描待测样品，记录升温或然后以任意的升温或降温速度扫描待测样品，记录升温或降温过程中吸热或放热的情况，打出温谱图，就可得到一降温过程中吸热或放热的情况，打出温谱图，就可得到一条温谱曲线，即条温谱曲线，即DSC曲线。从该曲线就可以得到待测样曲线。从该曲线就可以得到待测样品的品的Tg 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么五、玻璃化转变过程中的物理现象五、玻璃化转变过程中的物理现象 在食品的玻璃化转变过程中，将发生许多特定的物在食品的玻璃化转变过程中，将发生许多特定的物理现象，如粘结、塌陷、脆性变化、结晶等。理现象，如粘结、塌陷、脆性变化、结晶等。粘结粘结 在温度升高或含水量增加到临界值时，食品粉末将在温度升高或含水量增加到临界值时，食品粉末将发生粘结现象。因吸收水分而导致粘度下降是造成粘结发生粘结现象。因吸收水分而导致粘度下降是造成粘结现象的主要原因。当粘度下降到低于某一临界值时，非现象的主要原因。当粘度下降到低于某一临界值时，非晶态粉末就会发生粘结。晶态粉末就会发生粘结。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么五、玻璃化转变过程中的物理现象五、玻璃化转变过程中的物理现象 塌陷塌陷 生鲜食品含水量高，在脱水时体积变小，往往导致食生鲜食品含水量高，在脱水时体积变小，往往导致食品收缩塌陷。而在冷冻干燥时，食品的质构、体积及外品收缩塌陷。而在冷冻干燥时，食品的质构、体积及外观基本保持不变，容易形成玻璃态。但是，由于冷冻浓观基本保持不变，容易形成玻璃态。但是，由于冷冻浓缩物的增塑作用和形成粘性流体，也可能造成塌陷。冷缩物的增塑作用和形成粘性流体，也可能造成塌陷。冷冻干燥食品塌陷造成质构破坏、体积减小，从而造成外冻干燥食品塌陷造成质构破坏、体积减小，从而造成外形、质构的劣化及挥发成分的损失。形、质构的劣化及挥发成分的损失。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么五、玻璃化转变过程中的物理现象五、玻璃化转变过程中的物理现象脆性脆性 脆性是谷物和点心类食品的重要质量要求。各种低水脆性是谷物和点心类食品的重要质量要求。各种低水分食品均具有脆性质地结构。但是，当温度升高或水分分食品均具有脆性质地结构。但是，当温度升高或水分含量高于临界值时脆性将会丧失。含量高于临界值时脆性将会丧失。Nelson等人指出，干等人指出，干谷物在玻璃态时具有脆性质地，但是在其含水量增加或谷物在玻璃态时具有脆性质地，但是在其含水量增加或温度升高时，由于水分的增塑作用可使其变成橡胶态，温度升高时，由于水分的增塑作用可使其变成橡胶态，从而失去脆性从而失去脆性 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么五、玻璃化转变过程中的物理现象五、玻璃化转变过程中的物理现象结晶结晶 玻璃态物质在玻璃态物质在Tg以下的温度范围内是不发生结晶的，以下的温度范围内是不发生结晶的，而在而在Tg以上、平衡熔点以下的温度范围，则可以发生结以上、平衡熔点以下的温度范围，则可以发生结晶。研究发现，非晶态的葡萄糖和蔗糖的结晶速度依赖晶。研究发现，非晶态的葡萄糖和蔗糖的结晶速度依赖其水分含量。脱水的奶制品在贮藏过程中，观察到乳糖其水分含量。脱水的奶制品在贮藏过程中，观察到乳糖的结晶可加速非酶褐变的速度的结晶可加速非酶褐变的速度 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么六、玻璃化转变过程中的化学变化六、玻璃化转变过程中的化学变化1非酶褐变非酶褐变 脱水食品的非酶褐变速度具有显著的时间依赖性，且脱水食品的非酶褐变速度具有显著的时间依赖性，且该时间依赖性是与该时间依赖性是与Tg相关的。在温度相关的。在温度TTg时，非酶褐变时，非酶褐变速度很慢，但是，随着温差速度很慢，但是，随着温差T-Tg的增加，非酶褐变速度的增加，非酶褐变速度加快。同时，非酶褐变速度也依赖于水分含量、结晶和加快。同时，非酶褐变速度也依赖于水分含量、结晶和其它结构上的改变。其它结构上的改变。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么六、玻璃化转变过程中的化学变化六、玻璃化转变过程中的化学变化2氧化反应氧化反应玻璃化转变对小分子（气体和水）渗透的直接影响很小，玻璃化转变对小分子（气体和水）渗透的直接影响很小，但是，玻璃化转变造成的结构改变将间接地影响渗透。但是，玻璃化转变造成的结构改变将间接地影响渗透。Shimada等研究了非晶态乳糖基质包埋的亚油酸甲酯的氧等研究了非晶态乳糖基质包埋的亚油酸甲酯的氧化。结果发现，被包埋的亚油酸甲酯的氧化程度很低，化。结果发现，被包埋的亚油酸甲酯的氧化程度很低，但是，在但是，在Tg以上由于乳糖的结晶而暴露于大气中的亚油以上由于乳糖的结晶而暴露于大气中的亚油酸甲酯被快速氧化。酸甲酯被快速氧化。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么六、玻璃化转变过程中的化学变化六、玻璃化转变过程中的化学变化酶的稳定性酶的稳定性 酶在玻璃态时的稳定性远远好于在橡胶态时。但是，酶在玻璃态时的稳定性远远好于在橡胶态时。但是，在不同基质形成的玻璃态中，酶的稳定性也存在差异。在不同基质形成的玻璃态中，酶的稳定性也存在差异。乳糖酶在不同的玻璃态基质（海藻糖、麦芽糊精和聚吡乳糖酶在不同的玻璃态基质（海藻糖、麦芽糊精和聚吡咯烷酮）中加热到咯烷酮）中加热到(70)时的稳定性的研究表明，麦芽时的稳定性的研究表明，麦芽糊精和聚吡咯烷酮对酶的保护作用归因于它们的玻璃化糊精和聚吡咯烷酮对酶的保护作用归因于它们的玻璃化转变转变 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么六、玻璃化转变过程中的化学变化六、玻璃化转变过程中的化学变化酶促反应酶促反应 通常，脱水食品的酶促反应是受扩散控制的，这是因为通常，脱水食品的酶促反应是受扩散控制的，这是因为组分、酶及酶片段的移动性受到限制。组分、酶及酶片段的移动性受到限制。总之，食品处于玻璃态时各种变质反应速率一般都总之，食品处于玻璃态时各种变质反应速率一般都很低，而在橡胶态时反应速率升高，但是，不能认为玻很低，而在橡胶态时反应速率升高，但是，不能认为玻璃态体系是绝对稳定的，扩散分子的大小、体系的空隙璃态体系是绝对稳定的，扩散分子的大小、体系的空隙率和在介稳状态时的塌陷、结晶都可能造成其它更复杂率和在介稳状态时的塌陷、结晶都可能造成其它更复杂的结果，因此，可以通过调节的结果，因此，可以通过调节Tg，控制物理性质的变化，控制物理性质的变化，进而建立起进而建立起Tg和化学反应速率的关系。和化学反应速率的关系。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么七、玻璃化技术在食品保藏中的应用七、玻璃化技术在食品保藏中的应用玻璃化香精玻璃化香精冰淇淋冰淇淋草莓草莓西兰花西兰花水产品水产品其它其它在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么玻璃花香精的制作在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么结结 论论在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么