物理化學變化

物理變化是沒有新物質生成的變化。如固態的冰受熱熔化成水，液態的水蒸發變成水蒸氣；水蒸氣冷凝成水，水凝固成冰。化學變化定義為當一個分子接觸另一個分子合成大分子；或者分子經斷裂分開形成兩個及兩個以上的小分子；又或者是分子內部的原子重組。物理化學變化就是既發生了物理變化又發生了化學變化的反應。

基本介紹

• 中文名：物理化學變化
• 外文名：physical and chemical changes
• 物理變化：沒有新物質生成
• 物理變化舉例：固態的冰受熱熔化成水
• 化學變化：分子內部的原子重組等
• 化學變化舉例：水分解成氧氣和氫氣

簡介

物理變化是沒有新物質生成的變化。如固態的冰受熱熔化成水，液態的水蒸發變成水蒸氣；水蒸氣冷凝成水，水凝固成冰。水在三態變化中只是外形和狀態變化了。並沒有新的物質產生出來，所以屬於物理變化。又如擴散、聚集、膨脹、壓縮、揮發、升華、摩擦生熱、鐵變磁鐵、通電升溫發光、活性炭吸附氯氣等都是物理變化。石墨在一定條件下變成金剛石就不是物理變化，而是化學變化，因為它變成了另外一種單質。物理變化前後，物質的種類不變、組成不變、化學性質也不變。這類變化的實質是分子的聚集狀態（間隔距離、運動速率等）發生了改變，導致物質的外形或狀態隨之改變。物理變化表現該物質的物理性質。物理變化跟化學變化有著本質的區別。

化學變化定義為當一個分子接觸另一個分子合成大分子；或者分子經斷裂分開形成兩個及兩個以上的小分子；又或者是分子內部的原子重組。為了形成變化，化學反應通常和化學鍵的形成與斷裂有關。實質是原子的重組過程，可能含有電子的交換，伴隨舊鍵的斷裂和新鍵的形成，一定有能量變化。

食品乾燥過程中的物理和化學變化

1、乾縮和變形

由細胞組成的動植物組織，當細胞中水分在乾燥過程中逐漸失去時，細胞發生萎縮現象，整個形體會變小。有時由於乾燥過快，表面毛細孔收縮，形成透氣性差的硬膜，致使乾燥速度急劇下降，而在內部水分繼續氣化時，形成內壓力而導致膨鬆氣泡或破裂。

快速的乾燥又常常使物料各部分產生不均勻的乾燥速度，致使物料產生不均勻的內應力收縮而導致奇形怪狀的翹曲變形，例如烤麩、凍豆腐等的乾燥，這種變形在物料復水時可以有一定程度的恢復。

物料乾燥時發生的變形還反映在內部組織結構上。當乾燥過程進行得慢時，內外部的水分含量梯度小，物料內部應力很小，乾燥收縮時可相對保持原有的形狀，而組織結構相對緻密。如果幹燥得快，則表面最先因乾燥而定型，內部進一步乾燥收縮時，形成較大的應力而使結構中形成裂縫和孔隙，例如馬鈴薯丁或胡蘿蔔丁在快速熱風乾燥時就有此現象。

在凍結真空乾燥過程中，完全沒有乾縮或變形的情況。濕物料在凍結時已呈完全定型狀態。在真空條件下冰升華而直接氣化，乾燥完畢後，物料仍保持原凍結時的大小和形狀而不變形，但內部組織呈疏鬆狀態。

2、溶質的遷移

在食品物料所含的水分中，一般都有溶解於真空中的溶質，如糖、鹽、有機酸、可溶性含氮物等等，當水分在於燥過程中由物料內部向表面遷移時，可溶性物質也隨之向表面遷移。當溶液到達表面後，水分氣化逸出，溶質的濃度增加。當乾燥速度較快時，脫水的溶質有可能堆積在物料表面結晶析出或成為乾膠狀而使表面形成乾硬膜，甚至堵塞毛細孔而進一步降低乾燥速度。如果幹燥速度較慢，則當靠近表層的溶質濃度逐漸升高時，溶質借濃度差的推動力又可重新向中心層擴散，使溶質在物料內部重新趨於均布。顯然，可溶性物質在乾燥物料中的均勻分布程度與乾燥工藝條件和乾燥速度有關。

3、揮發成分損失

當水分從被乾燥食品物料中逸出時，難免夾帶食品中的部分揮發物質，這部分揮發物質往往是代表食品風味的物質，在乾燥時受到損失。例如在製造速溶咖啡或速溶茶或果料粉末時，其特徵香味物質總是或多或少要揮發損失。當相對乾燥表面積(乾燥表面積與物料重量之比值)愈大、乾燥溫度愈高，則揮發損失也愈大，通常認為，這種情況在噴霧乾燥中最為嚴重，而凍結升華乾燥中損失較少，因為前者乾燥表面積大，溫度較高，而後者表面積小、溫度較低，分子量較小的水分先於分子量較大的有機香味物質分子逸出。

目前，對如何減少乾燥過程中揮發性風味物質的損失，或是將其回收進行補償，尚無經濟合理的辦法。

4、吸濕性和復原性

食品的乾燥是在物料和介質的水蒸氣分壓差的條件下進行和完成的，完成乾燥的食品物料含水量一般很低，其蒸氣壓通常都小於正常大氣的水蒸氣分壓。換句話說，就是乾燥物料的相對平衡濕度很低，在正常的大氣條件下，容易吸收大氣中的水分而還潮，此時食品物料中的水分活度又見升高而降低質量，易受微生物的侵害。因此，經過乾燥的食品必須採取妥善的包裝措施，防止在消費前重新吸收潮氣。

大部分脫水食品在消費前要求復水，儘可能恢復到脫水前的狀態。但復水往往很困難，或者是復水以後不很理想。可能復水的時間要求很長，或者回復不到原有的形態和感觀質量(色、香、味)。通常有細胞組織結構的物料要回復到原有的狀態是不可能的，除了很特殊的情況(如乾酵母等單細胞物質)外，乾燥是不可逆過程。脫水蔬菜在乾燥前要熱燙滅酶，細胞也必定失去活力，細胞壁失去彈性，產生永久變形，其膠體成分也產生不可逆變化。乾制的鮮肉在復水時也只能吸收原含水量的一部分水分，組織結構比脫水前脆一些。凍結真空乾燥的較薄較細的物料，復水後有可能比較接近原有的形態和質量。液狀物質，如牛奶、咖啡、果汁等在用噴霧乾燥或凍結乾燥後都能較好的復水恢復原狀。但是乾燥的奶粉由於含有脂肪，且乾燥後已破壞了原先的乳化條件，因此要復水還原時還必須另外添加乳化劑和進行均質。

市售的脫水麵條，因在油炸條件下脫水，所以復水後的口味與原先的麵條口味也不一樣。而熱風烘乾的脫水麵條和脫水米飯，在一般情況下，復水時間都較長，用95℃以上的熱水也要8min以上，只有採用凍結乾燥的製品，其復水性能較為理想，但是經濟代價要高得多。

5、營養成分的損害

食品成分一般屬熱敏性物質，在加濕乾燥過程中，難免不受到損害。各種維生素是加溫乾燥中損失比例最大的成分。水溶性維生素在高溫下最易破壞，維生素C(抗壞血酸)最先被破壞，維生素B，(硫胺素)也很敏感。胡蘿蔔素也會因氧化而遭到損失，未經酶鈍化處理的蔬菜，在乾制時胡蘿蔔素損失高達80%，如果脫水方法恰當，可降低到5%。

碳水化合物在高溫長時間乾燥時易分解焦化。例如大荔圓棗乾燥溫度在70℃時的糖分的損失10h為12.3%，34h為16.4%；而在65℃時，34h的糖分損失僅為6.5%。

蛋白質對高溫敏感，在高溫下蛋白質變性，組成蛋白質的胺基酸與還原糖發生作用，產生美拉德反應(羰氨反應)而褐變。產生褐變的速度因溫度和時間而異。高溫長時間的乾燥，褐變明顯嚴重。當物料的溫度達到某一個臨界值時，其變為棕褐色的速度很快。褐變的速度還與物料的水分含量有關。乾燥初期物料水分含量高，褐變反應緩慢，但當乾燥到某一中間水分含量(常常在15%～20%之間)時，褐變速度達最高值，當水分含量降到1%～2%時，大多數脫水食品，即使在相當高的貯藏溫度下，也能長期穩定。因此設計乾燥工藝時要使物料儘快越過快速褐變的水分的階段。

乾燥製品的油脂酸敗是極嚴重的問題。一般來說，高溫乾燥比低溫乾燥嚴重得多，常壓乾燥比真空乾燥也嚴重得多。因此在乾燥前常常需要添加抗氧化劑。

油脂的酸敗與氧氣接觸有關。當食品物料的水分含量較高時，水分阻礙了食品成分與空氣的直接接觸。在乾燥時，當物料水分含量降低到一定程度，也就是除去了阻礙食品成分和空氣直接接觸所必要的保護水分層，也就是乾燥食品的最小必要的水分含量，則會發生食品內油脂易受氧化、類胡蘿蔔色素等褪色、非酶促褐變，乃至復水性下降等劣變。根據Saluin理論，上述的必要保護水分層可以認為是水分以單分子層包圍並保護食品成分的狀態，不僅是一種物理被覆狀態，而且還與構成食品的蛋白質、碳水化合物等成分的所有活性基團以氫鍵相結合著。這樣可以防止活性基團對氧的吸引，同時對於活性基團之間的相互作用也起到了良好的阻礙作用，有效地維持著乾燥食品的復水性。另外，由於在該水分含量下，這種水分子是不連續的，所以它不會導致那些金屬催化物質的移動。