固体饮料的基本特性

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第574页（3426字）

(一)流动性

固体饮料在输送时经常发生附着，凝聚等现象，因此在输送固体饮料时往往产生流动性的问题。为了改善流动性需要减少粉末饮料的水分含量，或进行造粒和添加防固化剂。

(1)静止角 静止角(Angle of repose)又称堆积角，是表示粉体食品流动性的最一般特性，堆积角30°以下时流动性最好，30°～45°时中等，45°以上时凝聚性加强，流动性变差。粉粒体的大小是影响固体饮料静止角的重要因素，随粒子变大静止角成正比例减小，流动性变好。

(2)压缩度 压缩度C可用下式表示：

式中 ρ_c——压实密度

ρ_b——松散密度

一般速溶咖啡的压缩度为30%～35%，脱脂乳粉压缩度25%～30%，全脂乳粉压缩度40%～50%。压缩度20%以下时，流动性变好，容易从料斗、旋风分离器中流出，而压缩度超过40%的粉粒体，则不易排出。粒子直径大时，压缩度变小，流动性良好。如果将固体饮料粉末造粒，可降低压缩度，提高流动性。

(二)固体饮料的热特性

固体饮料的形状因干燥方法而有所不同，冻结干燥、喷雾干燥的粉末固体饮料为多孔性结构，热特性值随孔隙率而变化。固体饮料的生产离不开加热和冷却的传热操作，因此必须了解固体饮料的热特性。

(1)比热容 固体饮料的热特性主要有热导率和比热容，比热容为粉粒和媒体各自性质的平均值。设粉粒比热容c_s，媒体比热容c_g质量分别为m_s、m_g，则比热容c为：

式中m可用粉粒体积比Φ或空隙率ε表示：

式中 ρ_s——粉体粒子密度

ρ_g——气体密度

(2)热导率 粉粒体的热导率可以通过粉粒体填充层传热特性进行研究，包括：①固体接触传热；②固体内传导率；③空隙间辐射、导热；④固体面向辐射传热；⑤接触面传热，其中①、②、⑤为串联，③、④为并联导热。一般粉体的热传导根据粒子的集合和充填状态而变化，粉体系热导率λ可以简单地用固体部分的热导率λ_s和媒体部分的热导率λ_g合成表示，单位体积的热导率可用下式表示：

或λ=(1－ε)λ_s+ελ_g (λ_s＞10λ_g，ε＜30%)

(三)固体饮料的粒度

固体饮料的最基本特性，包括溶解性、流动性和填充密度都受粉粒体的粒度分布影响，另外，粉体饮料的变质是由空气的氧化所致，其氧化速度与粒径成正比，因此固体饮料的粒度是重要的物性。固体饮料含糖多，容易吸湿和凝聚。固体饮料中的脂肪成分在常温下也会黏附。

根据横坐标为粒子直径(μm)、纵坐标为质量频度(%／100μm)作出的速溶咖啡粒度频度分布曲线可知，固体饮料通过造粒或添加乳化剂等，使其速溶化后，粒度分布范围变广，同时由于造粒，小粒粉体消失，频率分布曲线有向大粒子移动的倾向。

(四)固体饮料水分活性与安全保藏水分含量

(1)水分活性(A_w) 水分活性是水分热力学的活动度，一般可通过蒸汽压法或一定温度下平衡质量测定法，按下式求出：

A_w=p／p₀=RH／100

式中 p₀——一定温度下纯水平衡蒸汽压

p——同温度下系统中水的平衡蒸汽压

RH——相对湿度(%)

纯水(水分100%)p=p₀，A_w=1．0。

无包装的干燥食品容易吸湿，从而引起变色(褐变)、蛋白质分解等物性变化，以及发霉等的质量劣化。过去常将固体饮料的水分含量(W)作为控制指标，近年来A_w作为管理指标，愈加显得重要，而且较为合理。根据变质速度与水分活性A_w的曲线，以单分子层吸收水分量W_m为界限，当A_w低于W_m时，固体饮料以脂肪、色素类、蛋白质的氧化而引起的变质为主。相反，当A_w大于W_m时，多发生脂肪的水解、非酶褐变以及酶活化产生的变色、退色和蛋白质分解作用。A_w高的制品，霉菌、酵母和细菌易作用。单分子层吸收水分量W_m根据食品的种类而不同，一般在2%～10%范围内，应根据不同干燥方法获得的制品水分含量，进行质量控制。例如冻结真空干燥制品水分50%左右，首先应注意防止脂肪氧化和变色。

图2－6－1为W-A_w曲线，图2－6－2为吸收等温线。按A_w范围，分为三部分，即A区单分子层吸收水，B区多分子层吸收水和C区毛细管凝缩水。根据系统中水的存在形态，WA_w曲线各不相同，一般可分为以下4种类型：

图2－6－1 水分含量(W)－水分活性(A_w)曲线

图2－6－2 吸收等温线

①淀粉类单分子层吸收水分量W_m约6%，此时的A_w约为0．15。

②蛋白质类W_m约3．5%，A_w0．15。

③蔬菜、乳粉类W_m约2．0%，A_w0．06。

④果汁类 果汁粉富含糖类，A_w接近0，看不到W_m值。

(2)安全保藏水分含量 安全保藏水分是保证质量安全与A_w相对应的水分含量(W_s)。为了确定W_s，可以制造基本作为目标制品水分含量前后的各种水分含量的制品，将其在低于与之相当的A_w，或在高于相应的A_w的相对湿度下贮藏，从感官、理化和微生物等指标判定其质量的劣化程度。最初以B、E、T法求出的单分子吸收水分含量W_m作为安全保藏水分量，但从图2－6－1可知，除单分子层吸收区外，更多存在多分子层吸收区(B)，为此Caurie提出以按下式规定的固形物浓度的自然对数为纵轴，以A_w或相对湿度RH为横轴，求得吸收等温线，并将其称为自然水分吸收等温线(图2－6－3)。

图2－6－3 自然吸收等温线

由图2－6－2 RH和Inc曲线可知，RH85%以前为一直线，因此

式中 c——任一A_w下的固形物浓度

c₀——A_w为零时的浓度

γ——斜度反对数

食品安全保藏水分W_s与lnc₀的关系：

根据Caurie理论，从热力学方面分析，一般食品在A_w=0时的吸收热Q_s为47．28kJ，A_w=0．784时为零，将上式中W_s用Q_s代入，就可求出W_s。