高级食品化学01食品的玻璃态讲课讲稿.ppt

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1、高级食品化学01食品的玻璃态二、玻璃化温度1、基本概念（1）无定形态（amorphous）水分在固态时是以稳定的结晶态存在的。但在复杂的食品与其它生物大分子一样，往往是以无定形态存在的。无定形态：是指物质所处的一种非平衡、非结晶状态，当饱和条件占优势并且溶质保持非结晶时，此时形成的固体就是无定形态。食品处于无定形态时，其稳定性不会很高，但却具有优良的食品品质。因此，食品加工的任务就是在保证食品品质的同时使食品处于亚稳态或处于相对于其它非平衡态来说比较稳定的非平衡态。（2）玻璃态（glassystate）是指既象固体一样具有一定的形状和体积，又像液体一样分子间排列只是近似有序，因此它是非

2、晶态或无定形态。处于此状态的大分子聚合物的链段运动被冻结，只允许在小尺度的空间运动（即自由体积很小），其形变很小，类似于坚硬的玻璃，因此称为玻璃态。玻璃态在食品中的意义：在脱水、冷冻等加工过程中，食品中的水溶性成分容易形成玻璃态。玻璃态转化现象对流态食品转变成固态食品的操作具有实际意义，如干燥、挤压、速冻、糖果制造、焙烤等，而且对食品的机械特性、物理和化学稳定性以及食品货架期也具有重要意义。此外，一些高水分含量的食品也能形成玻璃态，主要是在冷冻过程中由于冷冻浓缩作用而使液态水移除。（3）橡胶态（rubberystate）是指大分子聚合物转变成柔软而且有弹性的固体（此时还未融化）时的状态

3、。此时，分子具有相当的形变，也是一种无定形态。根据状态的不同，橡胶态的转变可分为三个区：①玻璃态转变区域（glassytransitionregion）;②橡胶态平台区（rubberyplateauregion）;③橡胶态流动区（rubberyflowregion）。（4）黏流态是指大分子聚合物链能自由运动，出现类似一般液体的黏性流动的状态。（5）玻璃化（转变）温度[glasss(transition)temperature,Tg]是指非晶态的食品体系从玻璃态到橡胶态的转变（称为玻璃化转变）时的温度。Tg’是特殊的Tg，是指食品体系在冰形成时具有最大冷冻浓缩效应的玻璃化（转变温度）。从

4、上图可知：玻璃态物质的X-射线衍射曲线与液态的曲线很相似，二者同属“近程有序，远程无序”的结构，只不过玻璃体比液体“近程有序”程度要高。但玻璃态固体不象液体那样会流动，却象晶体那样能够保持自己的形状。另外，在X射线衍射图谱上，晶体衍射图有许多尖峰，而非晶体则没有。两种固化途径：结晶和玻璃化在冷却速率足够低的情况下，结晶发生在凝固点（或熔点）温度Tm，可用V（T）的不连续来表示。但在足够高的冷却速率下，液体经过Tm时并不发生相变而一直保持到较低的温度Tg，即遵循另一条途径到达固相玻璃体（途径1、2），而代之以V（T）曲线斜率的减小。玻璃态的形成条件：几乎所有凝聚态物质，包括水和含水溶液都

5、普遍具有玻璃态的形成能力。但玻璃态的形成主要取决于动力学因素，即冷却速率的大小。只要冷却速率足够快，温度足够低，几乎所有物质都能从液体过冷到玻璃态固体。其中，“足够低”是指必须冷却到T

6、玻璃态在图1-20（a）中，随着温度的降低，比体积（1/ρ）逐渐降低，当温度达到熔点（Tm）时，由于物质发生结晶作用，导致比体积骤然下降；在结晶状态时，随着温度的降低，比体积继续下降，只不过下降的程度比液态时要小。但是，如果冷却进行得很快，不会产生结晶作用，比体积将会一直保持下降至温度Tg，而形成玻璃态。此时比体积曲线呈现明显转折，比体积大小接近于晶体的比体积，只是略大一些。高出的部分表征了物质分子平动和转动程度的大小，而在玻璃态时，这种自由运动几乎为零，与晶体相似。在图1-20（b）中，黏度随着温度的降低而迅速增加，当温度达到Tg时，黏度曲线发生转折。注意：黏度ηa是以对数形式表示的

7、。图1-20（c）为焓变曲线的一阶导数曲线。在Tm附近，结晶/熔化的焓变曲线存在一个吸热峰。而玻璃化转变在温度（Tg）处，热焓曲线是连续的，但呈现一个台阶。如果是二阶导数曲线，将会出现一个峰，这称为“二级相变”，是玻璃态的一个重要特征。注意：（1）玻璃态的形成和消失不是热力学相变，因为玻璃态不是一个平衡态，Tg也不是一个精确的常数。（2）对于平衡态，晶体会在冷却过程中形成。（3）玻璃态只有在快速冷却（超过105K/s冷却速度）或快速脱水过程中才