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1、第四章第四章 食品的物理检测法食品的物理检测法 1 概概 述述 2 物理物理检测的几种方法的几种方法 3 食品的物性食品的物性测定定1 概概 述述根据食品的物理常数与食品的组成及含根据食品的物理常数与食品的组成及含量之间的关系进展检测的方法称为物理量之间的关系进展检测的方法称为物理检验法。检验法。物理检验法是食品分析及食品工业消费物理检验法是食品分析及食品工业消费中常用的检测方法。中常用的检测方法。2 物理物理检测的几种方法的几种方法一、相一、相对密度法密度法二、折光法二、折光法三、旋光法三、旋光法 一、一、 相相对密度法密度法 * 密度密度 物物质在一定温度下，在一定温度下，单位位 体体积的
2、的质量。量。g/cm3 * 相对密度 d某一温度下物质的质 量与同体积某一温度下水的质量之比。 * 密度与相对密度的关系。 记作记作 ，无因次量，无因次量 常用常用 、 表示。表示。 测定相对密度的意义： 1.正常的液态食品，其相对密度都在一定 的范围内。 例如： 全脂牛奶为 1.0281.032 植物油压榨法为 0.90900.9295 2.测定出液态食品的相对密度以后，经过查表可求出其固形物的含量。 液态食品相对密度的测定方法：液态食品相对密度的测定方法： 1.密度瓶法 普通密度瓶、带温度计密度瓶 2.密度计法 普通密度计、糖锤度密度计、波美密度计、乳稠计、酒精细 度计、普通型附温度计附温
3、度计密度瓶密度瓶普通密度瓶普通密度瓶 (1) (2) (3) (4)1普通密度普通密度计2附有温度附有温度计的糖的糖锤度密度度密度计3、4波美密度波美密度计根据阿基米德原理根据阿基米德原理设计而成。而成。一个封口的玻璃管，内有一个封口的玻璃管，内有空气，中间略粗，下部有空气，中间略粗，下部有重锤，能浮在一定密度的重锤，能浮在一定密度的液体中。液体中。1普通密度普通密度计： 直接以直接以20时的密度的密度值为刻度的。刻度的。 0.7001.000 为轻表，用来丈量比表，用来丈量比水水轻的液体；的液体； 1.0002.000 为重表，用来丈量比重表，用来丈量比水重的液体。水重的液体。2附有温度附有
4、温度计的糖的糖锤度密度密度度计：又称勃力克斯又称勃力克斯计 Brixscale，简写写为。Bx是公用于是公用于测定糖液定糖液浓度的，以度的，以20分量百分分量百分浓度度为刻度的。刻度的。 假假设不不带温度温度计要要进展校展校正，正，见331页附表附表5。 3.4波美密度计：是以波美度来表示液体浓度大小。单位：Be 以20为基准，蒸馏水为0 15%的食盐液为15 Be， 纯硫酸d=1.8427时为 66 Be。波美度与相对密度的换算见32页。5. 乳稠乳稠计专门测定牛乳的相定牛乳的相对密度的，刻度密度的，刻度20/4、15 /15，关于温度校正，关于温度校正，见333页，附表，附表6。相相对密度
5、密度d=乳稠乳稠计读数数/1000+1.0006. 酒精比重酒精比重计 示溶液中含酒精的体示溶液中含酒精的体积百分含量。百分含量。留意：当留意：当样品中酒精含量低品中酒精含量低时，丈量，丈量误差差较大；大；T20时要校正。要校正。GB/T 5009.22003 1. 密度瓶法密度瓶法 2. 相相对密度天平密度天平韦氏天平氏天平 3. 密度密度计比重比重计二、折光法二、折光法经过丈量物丈量物质的折光率来的折光率来鉴别物物质的的组成，确定物成，确定物质的的纯度、度、浓度及判度及判别物物质的的质量的分析方法称量的分析方法称为折光法。折光法。光的反射景象与反射定律光的反射景象与反射定律 一束光一束光线
6、照射在两种介照射在两种介质的分界面上的分界面上时，要改，要改动它的它的传播方向，但仍在原介播方向，但仍在原介质里里传播，播，这种景象叫光的反射。种景象叫光的反射。 光的反射表示图 A入射线 B反射线 L法线 M-M两介质分界限 入射角 反射角光的反射定律光的反射定律入射线、反射线和法线总是在同一平面入射线、反射线和法线总是在同一平面内，入射线和反射线分居于法线的两侧。内，入射线和反射线分居于法线的两侧。入射角等于反射角。入射角等于反射角。光的折射景象与折射定律光的折射景象与折射定律光光线从一种介从一种介质射到另一种介射到另一种介质时，除了一部，除了一部分光分光线反射回第一种介反射回第一种介质外
7、，另一部分外，另一部分进入第入第二种介二种介质中并改中并改动它的它的传播方向，播方向，这种景象叫种景象叫光的折射。光的折射。光的折射定律：光的折射定律： 1 入射入射线、法、法线和折射和折射线在同一平面内，在同一平面内，入射入射线和折射和折射线分居于法分居于法线的两的两侧。 2无无论入射角怎入射角怎样改改动，入射角的正弦与折，入射角的正弦与折射角的正弦之比，恒等于光在两种介射角的正弦之比，恒等于光在两种介质中的中的传播播速度之比。速度之比。光的折射表示光的折射表示图 L-L法法线 A入射入射光光 B折射折射光光 1入射入射角角 2折射折射角角光的全反射光的全反射1. 2 随着随着1增大而增大。
8、增大而增大。2.当当1为90、 2为临界角。界角。3.当光当光线从从临界角射入，界角射入，折射折射线沿沿OM面平行面平行射出，射出，为全全反射。反射。 棱镜棱镜样品样品绝对折射率：折射率：光在真空中的速度光在真空中的速度C与在介与在介质中的速度中的速度V之比。之比。以以n表示。表示。 n = c / vn样液液 Sin90 = n棱棱镜Sin 临n样液液 = n棱棱镜Sin 临 阿贝式折光计 1底座；2棱晶调理旋或；3圆盘组内有刻度板；4 小反光镜；5支架；6读数镜简；7目镜；8 察看镜简；9分界限调理螺丝；10消颜色节旋钮；11色散刻度尺；12棱镜锁紧扳手；13 棱镜组；14温度计插座；15
9、恒温器接头；16 维护罩；17主轴；18反光镜4-5手提折光手提折光计OK观测筒筒P棱棱镜D盖板盖板校校正正螺螺丝丝三、旋光法三、旋光法运用旋光运用旋光仪丈量旋光物丈量旋光物质光学活性物光学活性物质的旋光度以确定其含量的分析方法的旋光度以确定其含量的分析方法叫旋光法。叫旋光法。自然光与偏振光：自然光与偏振光： 自然光自然光有无数个与光的前有无数个与光的前进方向相方向相互垂直的光波振互垂直的光波振动面。面。 偏振光偏振光只需一个与光的前只需一个与光的前进方向相方向相互垂直的光波振互垂直的光波振动面。面。偏振光的偏振光的产生方法：生方法：1.用尼克用尼克尔棱棱镜 苏格格兰人人发明的用两个切成了特殊
10、明的用两个切成了特殊角度并用加拿大香脂粘起来的冰晶石角度并用加拿大香脂粘起来的冰晶石组成。成。2.用用Polaroid滤光器光器 美美 E.H.Land发明明 由嵌在透明塑由嵌在透明塑料中的几种晶体料中的几种晶体组成。成。3.聚乙聚乙烯醇人造偏振片醇人造偏振片 例例 WXG4型旋光型旋光仪1. 旋光度当偏振光经过光学活性物质溶液时，偏振面旋转的角度 叫作该物质的旋光度。旋光度的大小与光源的波旋光度的大小与光源的波长、液、液层厚度、厚度、光学活性物光学活性物质的种的种类、浓度、溶度、溶剂及其温及其温度有关。度有关。旋光度旋光度旋光系数旋光系数溶液浓度溶液浓度液层厚度液层厚度2.比旋光度比旋光度在
11、一定温度和一定光源情况在一定温度和一定光源情况下，当溶液下，当溶液浓度度为 1 g/ml ，液，液层厚度厚度为 1分分米米 时偏振光所旋偏振光所旋转的角度。的角度。记为： = / L C 查手册得到不同物手册得到不同物质的比旋光度。的比旋光度。 测定定样液的旋光度。液的旋光度。 L 旋光管旋光管长度液度液层厚度分米。厚度分米。 C 样液液浓度所求度所求值。 t测定温度定温度为20。 光源波光源波长通常通常为D钠线589.3nm。糖糖类的比旋光度的比旋光度 53.3 .5 194.8 196.4乳 糖麦芽糖糊 精淀 粉 52.5 92.5 20.0 66.5葡萄糖果 糖转化糖蔗 糖【】糖类【】糖
12、类3.变旋光作用旋光作用 具有光学活性的复原糖类(如葡萄糖，果糖，乳糖，麦芽糖等)，在溶解之后，其旋光度起初迅速变化，然后惭渐变得较缓慢，最后到达恒定值，这种景象称为变旋光作用。 这是由于有的糖存在两种异构体，即是由于有的糖存在两种异构体，即 型型和和型，它型，它们的比旋光度不同。的比旋光度不同。这两种两种环型构型构造及中造及中间的开的开链构造在构成一个平衡体系构造在构成一个平衡体系过程中，即程中，即显示出示出变旋光作用。旋光作用。 在用族光法在用族光法测定蜂蜜，商品葡萄糖等定蜂蜜，商品葡萄糖等含有复原糖的含有复原糖的样品品时，样品配成溶液后，品配成溶液后，宜放置宜放置过夜再夜再测定。定。假假
13、设需立刻需立刻测定，可将中性溶液定，可将中性溶液(pH7)加加热至沸，或加几滴氨水后再稀至沸，或加几滴氨水后再稀释定容；定容；假假设溶液曾溶液曾经稀稀释定容，那么可参与碳酸定容，那么可参与碳酸钠干粉至石蕊干粉至石蕊试纸刚显碱性。碱性。在碱性溶液中，在碱性溶液中，变旋光作用迅速，很快到旋光作用迅速，很快到达平衡。但微碱性溶液不宜放置达平衡。但微碱性溶液不宜放置过久，温久，温度也不可太高，以免破坏果糖。度也不可太高，以免破坏果糖。三、旋光仪三、旋光仪任务原理：任务原理： 光源起偏器小棱镜旋光管补偿器检偏器目镜检糖计最根本的光学元件表示图检糖计最根本的光学元件表示图4-114-12 第三节第三节 食
14、品的物性测定食品的物性测定 食品除了营养价值外，它的物理性能也食品除了营养价值外，它的物理性能也很重要。在食品消费过程中，存在着大量很重要。在食品消费过程中，存在着大量与物性量化相关的问题。与物性量化相关的问题。 物理性能是食品重要的质量要素，物理性能是食品重要的质量要素，主要包括：硬度、脆性、胶粘性、回复性、主要包括：硬度、脆性、胶粘性、回复性、弹性、凝胶强度、耐压性、可延伸性及剪弹性、凝胶强度、耐压性、可延伸性及剪切性等，切性等，它们在某种程度上可以反映出食品的感官它们在某种程度上可以反映出食品的感官质量。质量。一、色度测定一、色度测定( (一一) )饮料用水色度的测定饮料用水色度的测定
15、纯真的水是无色透明的。但普通的天然水中纯真的水是无色透明的。但普通的天然水中存在有各种溶解物质或不溶于水的黏土类细小悬存在有各种溶解物质或不溶于水的黏土类细小悬浮物，使水呈现各种颜色。如含腐殖质或高铁较浮物，使水呈现各种颜色。如含腐殖质或高铁较多的水，常呈黄色；含低铁化合物较高的水呈淡多的水，常呈黄色；含低铁化合物较高的水呈淡绿蓝色；硫化氢被氧化所析出的硫，能使水呈浅绿蓝色；硫化氢被氧化所析出的硫，能使水呈浅蓝色。蓝色。 色度色度被被测水水样与特与特别制制备的一的一组有色有色规范溶范溶 液的液的颜色比色比较值。干干净的天然水的色度普通在的天然水的色度普通在15152525度之度之间，自来水的色
16、度多在自来水的色度多在5 51010度。度。水的色度有水的色度有“真色与真色与“表色之分。表色之分。“真色真色指用廓清或离心等法除去指用廓清或离心等法除去悬浮物后浮物后的色度。的色度。“表色表色指溶于水指溶于水样中物中物质的的颜色和色和悬浮物浮物颜色的色的总称。称。在分析在分析报告中必需注明告中必需注明测定的是水定的是水样的真色的真色还是是表色。表色。测定水的色度有定水的色度有: :铂钴比色法比色法测定水的色度的定水的色度的规范方法，范方法， 此法操作此法操作简便，色度便，色度稳定，定，规范比色系列保范比色系列保管适宜，可管适宜，可长时间运用，但其中所用的运用，但其中所用的氯铂酸酸钾太太贵，大
17、量运用，大量运用时不不经济。2. 2. 铬钴比色法比色法以重以重铬酸酸钾替代替代氯铂酸酸钾，廉价而且易保管，只是廉价而且易保管，只是规范比色系列保管范比色系列保管时问较短。短。两种方法的精两种方法的精细度和准确度一度和准确度一样。( (二二) )啤酒色度的测定啤酒色度的测定1 1原理原理 将除气后的啤酒注入将除气后的啤酒注入 EBC EBC 比色计的比色皿中，比色计的比色皿中，与规范与规范 EBC EBC 色盘比较，目视读数或自动色盘比较，目视读数或自动数字显示出啤酒的色度，以数字显示出啤酒的色度，以 EBC EBC 色度单位表示。色度单位表示。EBCEBC欧洲啤酒欧洲啤酒协会，会，简称称“欧
18、啤欧啤协。Europe Beer consortium Europe Beer consortium 2仪器 EBC 比色计(或运用同等分析效果的仪器)：具有 2.O27.0 EBC 单位的目视色度盘或自动数据处置与显示安装。普通淡色啤酒的色度在普通淡色啤酒的色度在 5.0 5.014.0 EBC 14.0 EBC 范围内；范围内；浓色啤酒的色度在浓色啤酒的色度在 15.0 15.040.0 EBC 40.0 EBC 范围内。范围内。测定浓色或黑色啤酒时，需求将啤酒稀释至适宜测定浓色或黑色啤酒时，需求将啤酒稀释至适宜的色度范围的色度范围( (即即2.02.027.0 EBC 27.0 EBC
19、范围内范围内) )，然后将，然后将实验结果乘以稀释倍数。实验结果乘以稀释倍数。 二、粘度测定 粘度液体的粘稠程度，它是液体在外力作用下发生流动时，分子间所产生的内摩擦力。粘度的大小是判别液态食品质量的一项重要物理常数。粘度有绝对粘度、运动粘度、条件粘度和相对粘度之分。绝对粘度粘度也叫也叫动力粘度。力粘度。它是液体以它是液体以 1cm 1cms s 的流速流的流速流动时，在每，在每 l cm2 l cm2 液面上所需切向力的大小，液面上所需切向力的大小，单位位为 “Pas “Pas 。运运动粘度粘度也叫也叫动态粘度。粘度。它是在一它是在一样温度下液体的温度下液体的绝对粘度与其密度的比粘度与其密度
20、的比值，单位位为 “m2 “m2s s 。条件粘度条件粘度是在是在规定温度下，在指定的粘度定温度下，在指定的粘度计中，一定量液体流出的中，一定量液体流出的时间(s)(s)或将此或将此时间与与规定定温度下同体温度下同体积水流出水流出时间之比。之比。 相相对粘度粘度是在一定温度是在一定温度时液体的液体的绝对粘度与粘度与另一液体的另一液体的绝对粘度之比，用以比粘度之比，用以比较的液体通常的液体通常是水或适当的液体。是水或适当的液体。粘度的大小随温度的粘度的大小随温度的变化而化而变化。化。 温度愈温度愈，粘度愈，粘度愈。纯水在水在2020时的的绝对粘度粘度为 103 pas 103 pas。测定液体粘
21、度可以了解定液体粘度可以了解样品的品的稳定性，亦可提示定性，亦可提示干物干物质的量与其相的量与其相应的的浓度。粘度的数度。粘度的数值有助于有助于解解释消消费、科研的、科研的结果。果。粘度的测定方法按测试手段分为：粘度的测定方法按测试手段分为：毛细管粘度计法、毛细管粘度计法、旋转粘度计法、旋转粘度计法、滑球粘度计法等。滑球粘度计法等。毛细管粘度计法设备简单、操作方便、精度毛细管粘度计法设备简单、操作方便、精度高。后两种需求贵重的特殊仪器，适用于研讨部高。后两种需求贵重的特殊仪器，适用于研讨部门。门。( (一一) ) 毛细管粘度计法毛细管粘度计法 1 1原理原理 毛细管粘度计测定的是运动粘度。由样
22、液经过毛细管粘度计测定的是运动粘度。由样液经过一定规格的毛细管所需的时间求得样液的粘度。一定规格的毛细管所需的时间求得样液的粘度。2 2仪器仪器 取一定体积的液体在严厉的温度与固定的液取一定体积的液体在严厉的温度与固定的液面高度的控制下，使其流经毛细管粘度计而计面高度的控制下，使其流经毛细管粘度计而计算其流经时间。根据流经时间与粘度计的校正算其流经时间。根据流经时间与粘度计的校正常数的乘积即可得动力粘度。常数的乘积即可得动力粘度。毛细管粘度计：毛细管粘度计：( (二二) )旋旋转粘度粘度计法法 1 1原理原理 旋旋转粘度粘度计( (图414)414)上的同步上的同步电机机l l以一定以一定的速
23、度的速度带动刻度刻度圆盘2 2旋旋转，又，又经过游游丝3 3和和转轴带动转子子4 4旋旋转。假。假设转子未遭到阻力，那么游子未遭到阻力，那么游丝与刻度与刻度圆盘同速旋同速旋转；当；当样液存在液存在时，转子遭到子遭到粘滞阻力的作用使游粘滞阻力的作用使游丝产生力矩。当两力到达平生力矩。当两力到达平衡衡时，与游，与游丝相相连的指的指针5 5在刻度在刻度圆盘上指示出一上指示出一数数值，根据，根据这一数一数值，结合合转子号数及子号数及转速即可速即可算出被算出被测样液的液的绝对粘度。粘度。( (三三) )滑球粘度计法滑球粘度计法1 1原理原理 滑球粘度滑球粘度计( (即赫普勒即赫普勒尔粘度粘度计) )如如
24、图415415所所示，适于示，适于测定粘度定粘度较高的高的样液。它是基于落体原液。它是基于落体原理而理而设计的。的。测定方法是在一充溢定方法是在一充溢样液的玻璃管液的玻璃管( (有玻璃有玻璃夹套套) )中，将一适宜相中，将一适宜相对密度的球体从玻璃密度的球体从玻璃管上管上线落至下落至下线，根据落球，根据落球时间，再，再结合被合被测样液的相液的相对密度、球体的相密度、球体的相对密度和球体系数，可密度和球体系数，可以以计算出算出样液的粘度。液的粘度。三、质构测定三、质构测定 质构构仪(Texture Analyzer)(Texture Analyzer)是使一些食品的是使一些食品的感官目的定量化的
25、新型感官目的定量化的新型仪器。器。 ( (一一) )质构构仪的构造及任的构造及任务原理原理 质构构仪包括主机、公用包括主机、公用软件、件、备用探用探头及附件。及附件。丈量部分由操作台、丈量部分由操作台、转速控制器、横梁、底座、速控制器、横梁、底座、直流直流电机和探机和探头组成，构造如成，构造如图416416所示。所示。 横梁横梁1 1固定在立柱固定在立柱3 3上，可以上下挪动，用以上，可以上下挪动，用以调理操作台调理操作台4 4与横梁的初始间距。固定在横梁上与横梁的初始间距。固定在横梁上的压力传感器可准确丈量受力的大小。转速控制的压力传感器可准确丈量受力的大小。转速控制器器5 5控制操作台的挪
26、动速度，正反开关控制操作台的挪动速度，正反开关6 6担任改动担任改动操作台的上下挪动方向。操作台的上下挪动方向。 食品的物理性能都与力的作用有关，故质构食品的物理性能都与力的作用有关，故质构仪提供压力、拉力和剪切力作用于样品，配上不仪提供压力、拉力和剪切力作用于样品，配上不同的样品探头同的样品探头2 2，来测试样品的物理性能。，来测试样品的物理性能。根据不同的食品形状和测试要求，选择不同根据不同的食品形状和测试要求，选择不同的测样探头。如柱形探头的测样探头。如柱形探头( (直径直径2 250ram)50ram)常用于常用于测试果蔬的硬度、脆性、弹性等；测试果蔬的硬度、脆性、弹性等；锥形探头可对
27、黄油及其他粘性食品的粘度和锥形探头可对黄油及其他粘性食品的粘度和稠度进展丈量；稠度进展丈量；模拟牙齿咀嚼食物动作的检测夹钳可以丈量模拟牙齿咀嚼食物动作的检测夹钳可以丈量肉制品的韧性和嫩度；肉制品的韧性和嫩度；利用球形探头那么可以丈量休闲食品利用球形探头那么可以丈量休闲食品( (如薯如薯片片) )的酥脆性；的酥脆性；挂钩形的探头可测面条的拉伸性等。挂钩形的探头可测面条的拉伸性等。质构仪测试原理：质构仪测试原理：待测物随操作台一同等速地作上升或下降运动，待测物随操作台一同等速地作上升或下降运动，在与支架上的探头接触在与支架上的探头接触 把力传给压力传感器把力传给压力传感器 转换成电信号输出转换成电
28、信号输出 放大器把电信号放大放大器把电信号放大成电压信号成电压信号 输出输出 转换成数字信号，输入转换成数字信号，输入计算机计算机 数据的分析处置。数据的分析处置。第四章第四章 重点：重点：1. 相对密度？相对密度？ 测定方法有哪些？测定意义测定方法有哪些？测定意义？2. 折光法测定原理，仪器，方法。折光法测定原理，仪器，方法。3. 旋光法测定原理，仪器，方法。旋光法测定原理，仪器，方法。 4. 偏振面、偏振光、旋光度、比旋光度、偏振面、偏振光、旋光度、比旋光度、变旋光变旋光 作用。作用。水的密度与温度的关系水的密度与温度的关系0123456780.9965390.9962590.995971
29、0.9956730.9953670.9950522728293031320.9986220.9984320.9982300.9980190.9977970.9979650.9973230.9970710.9968101819202122232425260.9998080.9997270.9996230.9995250.9994040.9992710.9991260.9989700.998801910111213141516170.9998680.9999270.9999680.9999921.0000000.9999920.9999680.9999290.999876密度密度密度密度当当1= 90 sin临n1 = n2 sin 临 1为样液，液，2为棱棱镜。Sin1/ Sin 2 = V1/V2C/ V1 Sin1 = C/ V2 Sin 2 Sin1 n1 = Sin 2 n2作业：作业：有一样品平行测定有一样品平行测定6次的结果为：次的结果为： 34.21；34.23；34.22；34.23；34.62；34.24分别用分别用t 检验和检验和Q检验计算可疑值的取舍。检验计算可疑值的取舍。
