食品和食品材料的玻璃化轉(zhuǎn)變(編輯修改稿)
2024-08-31 07:37 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 最大凍結(jié)濃縮溶液實(shí)現(xiàn)玻璃化，最終形成鑲嵌著冰晶的玻璃態(tài)，這是一種具有部分冰晶的玻璃態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為部分玻璃化過(guò)程。Tg’稱(chēng)為最大凍結(jié)濃縮溶液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，也可稱(chēng)為部分玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，相應(yīng)的溶液濃度為Cg’， Tg’和Cg’這兩個(gè)參數(shù)在食品研究中被廣泛地應(yīng)用，成為當(dāng)今人們研究的熱點(diǎn)。因此玻璃化轉(zhuǎn)變主要取決于冷卻速率和溶液濃度，最終可得到兩種不同的玻璃化結(jié)果，一種是形成部分結(jié)晶的玻璃態(tài)，另一種是形成完全的玻璃態(tài)。實(shí)現(xiàn)完全玻璃化轉(zhuǎn)變有兩條途徑，一是采用快速冷卻方法，另一是在低濃度下實(shí)現(xiàn)玻璃化。在高聚物科學(xué)中，一般小于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)所處的狀態(tài)稱(chēng)為玻璃態(tài)，大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)所處的狀態(tài)稱(chēng)為橡膠態(tài)，如圖9所示：2．玻璃態(tài)與橡膠態(tài)的區(qū)別從客觀上講，玻璃態(tài)與橡膠態(tài)存在顯著的差別：a．玻璃態(tài)的粘度≥1012 Pas橡膠態(tài)的粘度：103 Pas粘度的差別在于聚合物鏈運(yùn)動(dòng)的差別引起。b．玻璃態(tài)的自由體積很小，而橡膠態(tài)的自由體積較大。所謂自由體積是指分子已占體積外的體積。由于橡膠態(tài)的自由體積大大增加，使較大的分子也能發(fā)生移動(dòng)，分子擴(kuò)散速率隨之增大，反應(yīng)速率非?？臁６诓ＡB(tài)中，受擴(kuò)散控制的反應(yīng)速率十分緩慢，幾乎為0。3．WLF方程和Arrhenuis方程玻璃態(tài)和橡膠態(tài)的反應(yīng)速率可用定量的形式描述，即采用WLF方程和Arrhenuis方程進(jìn)行定量描述。Arrhenuis方程：h=h0exp(Ea/RT)h：粘度h0：溫度為T(mén)0時(shí)的h值Ea：活化能R：理想氣體常數(shù)T：絕對(duì)溫度適用于玻璃態(tài)及Tg+100℃溫度范圍內(nèi)。WLF方程：lg｛（h/rT）/(hg/rgTg)｝= C1(TTg)/｛C2+(TTg)｝r：密度rg，hg：分別為T(mén)g時(shí)的密度和粘度C1，C2：物質(zhì)常數(shù)C1= C2=適用于橡膠態(tài)。在玻璃態(tài)下冰晶的生長(zhǎng)速率為1mm/103年，在橡膠態(tài)，冰晶的生長(zhǎng)速率為1mm/。因此當(dāng)溶液處于比玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高21℃的橡膠態(tài)時(shí)，反應(yīng)速率為玻璃態(tài)的105倍，因此在橡膠態(tài)冰晶生長(zhǎng)的速率是很大的，極易造成食品質(zhì)量的下降。圖10說(shuō)明了WLF方程和Arrhenuis方程所描述反應(yīng)速度差異。如果將食品保存在玻璃態(tài)下，避免了結(jié)晶產(chǎn)生，使得食品在較長(zhǎng)的貯藏時(shí)間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。例如細(xì)胞的低溫保存，可使細(xì)胞存活率提高。隨溫度下降，細(xì)胞外不斷析出冰晶，細(xì)胞外溶液濃度增大，細(xì)胞內(nèi)的水分不斷滲透到細(xì)胞外并繼續(xù)析出冰晶，這樣致使細(xì)胞外剩余溶液及細(xì)胞內(nèi)溶液濃度不
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