食品粉末顆粒間的相互作用及結(jié)塊行為的研究進展

李延華 王偉軍 郭 亮 邵志鵬 張婷婷

(浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院1，杭州 310018) (浙江一鳴食品股份有限公司2，溫州 325000)

粉末結(jié)塊現(xiàn)象是食品行業(yè)普遍存在的瓶頸問題。粉末結(jié)塊可以被看作是粉末顆粒的聚集，將易自由流動的粉末轉(zhuǎn)化為塊狀物質(zhì)，當(dāng)壓力很大時塊狀物質(zhì)會很容易地破裂，變成不可逆的顆粒[1]。儲藏環(huán)境和機械條件對食品粉末的轉(zhuǎn)化有很大影響。在某些情況下，一種物質(zhì)可能會吸濕性很強，甚至?xí)l(fā)生潮解。目前，食品粉末的結(jié)塊和潮解是導(dǎo)致其功能性和低質(zhì)量的重要原因[2]。食品粉末結(jié)塊是一個極具挑戰(zhàn)性的問題。

在理解食品粉末的結(jié)塊傾向時，主要涉及機械類、化學(xué)類、塑料流型、電類等四大方面內(nèi)容，內(nèi)聚力、彈性、屈服應(yīng)力、無定形含量、吸濕性、粒徑等許多因素都不可避免地影響結(jié)塊行為，溫度、濕度、應(yīng)力、應(yīng)變率、振動等外部因素也可能對結(jié)塊產(chǎn)生很大的影響，這使得很難可靠地預(yù)測粉末結(jié)塊的行為[1]。因此，探究食品粉末顆粒間的相互作用，跟蹤評定顆粒中晶體固體的轉(zhuǎn)化過程對有效控制粉體的結(jié)塊現(xiàn)象具有重要意義。

1 食品粉體顆粒之間的相互作用

食品粉體可能會經(jīng)歷各種不同的顆粒間力，根據(jù)力的相對大小，從最強到最弱順序為：實心橋、液橋、范德華力、靜電力和磁性[3]。然而，這些力不可能自發(fā)地導(dǎo)致結(jié)塊，通常情況下，在外在因素的干預(yù)下，范德華力、靜電力和液體橋等力可以使食品粉體粒子發(fā)生接觸，導(dǎo)致彈性變形、塑性變形、表面粗糙度、固體橋形成等現(xiàn)象發(fā)生。

1.1 范德華力

范德華力有不同的類別，特定的范德華力是由于分子與永久偶極子的相互作用，色散力是由電子隨機漲落產(chǎn)生分子內(nèi)部局部極化引起的，這些瞬態(tài)的和誘導(dǎo)的力被認為是非特定的相互作用[4]。

1.2 靜電力

食品顆粒沉積加上容器壁上的空氣，可能產(chǎn)生靜電力促進粉末的粉化。然而，幾乎沒有證據(jù)表明靜電力對粉末結(jié)塊起著重要的長期作用。一個可能的解釋是：部分顆粒之間的潛在差異與結(jié)塊所需的時間相比，粒子之間的勢差消散得比較快。然而，在電場的存在下，由于電夾持現(xiàn)象，粒子間的黏附性很強[5]。另一方面，雖然塊狀物的強度通常相對較弱，但電結(jié)塊被認為是可能導(dǎo)致結(jié)塊的一種可能機制。例如，機械應(yīng)力的作用會導(dǎo)致晶體中的電荷極化，即所謂的壓電效應(yīng)，由于加熱或冷卻結(jié)晶物料而產(chǎn)生電荷極化，從而促進結(jié)塊，熱釋電結(jié)塊也會發(fā)生。最后，當(dāng)晶體置于電場中時，可能會發(fā)生鐵電結(jié)塊。

1.3 液體橋力

液體在散裝食品粉末結(jié)塊中起著關(guān)鍵作用，可能是由于蒸汽凝結(jié)而在顆粒間存在。毛細血管現(xiàn)象是導(dǎo)致顆粒結(jié)塊形成的一種初始機制，目前已有許多研究探討了團聚體強度與顆粒間力的關(guān)系[6]。液體橋間的靜態(tài)力會隨著粒子的分離而變化。當(dāng)兩粒子分開時，力會受到液體黏度和分離率的影響。此外，當(dāng)粒子分離時，液體可能會從薄膜注入橋中，從而增加了橋的體積[7]。

1.4 接觸力學(xué)

顆粒間的接觸力學(xué)是考慮塊狀粉末轉(zhuǎn)變時不容忽視的一個重要領(lǐng)域。不管最初結(jié)合粒子的機制是什么，關(guān)鍵是影響粒子間力的參數(shù)是接觸面積的大小。顆粒在彈性或塑性上都可能變形，這意味著粒子將各自地完全恢復(fù)或永久變形。此外，還應(yīng)考慮顆粒粗糙度的作用。

當(dāng)施加的應(yīng)力消除后，彈性變形的粒子就會完全恢復(fù)。然而，這一說法的例外是：當(dāng)彈性變形的表面在相當(dāng)長的時間內(nèi)接觸時，由于分子重排而形成的接觸永久鍵，這種結(jié)合方式很可能產(chǎn)生弱的結(jié)塊，因為彈性變形接觸有足夠的殘余彈性應(yīng)變能。如果接觸發(fā)生塑性變形，材料將無法完全恢復(fù)，這將導(dǎo)致更高的接觸面積和更高的附著力，可能導(dǎo)致結(jié)塊的形成。當(dāng)接觸應(yīng)力大于食品粉體的屈服應(yīng)力時，接觸會發(fā)生塑性變形。塑性變形的程度不一定是顯著的，它會導(dǎo)致塊體粉末強度的急劇增加[8]。應(yīng)該注意的是：較小的粒子更容易發(fā)生塑性變形。這是由于顆粒之間的黏著力與顆粒直徑(d)成正比；然而，接觸面積與d4/3成正比，因此，接觸面積以比黏著力更快的速度減小。

食品粉末顆粒的一個有趣的特點是：其表面不是非常光滑的，而是凹凸不平的，這將影響顆粒與顆粒之間的相互作用。表面粗糙度的另一個特征是表面凹凸不平會影響接觸和毛細凝結(jié)處的應(yīng)力。Landi等[9]認為即使是相對光滑的玻璃微珠，水也主要凝結(jié)在顆粒粗糙的表面，影響顆粒間的毛細管力。如果冷凝液在相對濕度較高的情況下吞沒表面，則可以通過減小范德華引力的影響來改變接觸的方式，這將導(dǎo)致黏著由液體橋主導(dǎo)為主[10]。因此，散粒體轉(zhuǎn)變時表面粗糙度的影響不容忽視。

1.5 固體橋形成

固體橋形成非常強的粒子間相互作用，這些相互作用對于形成食品塊狀粉末至關(guān)重要。固體橋形成一個連續(xù)的固體連接，可以產(chǎn)生許多機制，包括燒結(jié)、熔化-凝固、溶解-結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)和黏合劑的固化。

顆粒的聚結(jié)是由系統(tǒng)驅(qū)動的，它通過減小表面積來最小化表面自由能。顆粒間接觸時間和外加應(yīng)力是導(dǎo)致固體橋燒結(jié)的重要參數(shù)[11]。在彈性接觸中燒結(jié)是可能的，當(dāng)變形抗力為彈性時，平衡接觸尺寸是粘著力和彈性回復(fù)力之間的平衡。然而，彈性燒結(jié)結(jié)塊并不是推動結(jié)塊形成的主要機制之一。原因是塑性變形引起的接觸面積比彈性系統(tǒng)大。因此，塑性變形引起的燒結(jié)在結(jié)塊中更為重要。塑性接觸區(qū)的發(fā)展被假定是瞬時的，但是在某些情況下，由于顆粒的黏性流動，接觸可能會隨著時間的推移而發(fā)展。當(dāng)顆粒結(jié)合時，會導(dǎo)致塊狀粉末的不可逆致密化。黏性接觸是常見的非晶態(tài)粉末，高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度；由于接觸黏度降低(即分子遷移率增加)。穩(wěn)定附聚物的存在可以抵抗黏性流動，粉體系統(tǒng)中的殘余應(yīng)力會促進結(jié)塊形成。此外，在結(jié)塊形成過程中也存在固相擴散、晶界擴散、表面擴散、氣相輸運和液相輸運五種擴散機制(圖1)。

圖1 晶體顆粒燒結(jié)擴散機制示意圖

通常固體橋是由于原粉末中的可溶成分所致，液體橋之間存在的顆粒和液體含有溶質(zhì)的物質(zhì)可能是溶質(zhì)凝固時產(chǎn)生液體蒸發(fā)的固體橋。例如：研究發(fā)現(xiàn)由于乳糖溶于水而導(dǎo)致溶解和再結(jié)晶，從而促進固體橋的形成，同時也發(fā)現(xiàn)碾磨促使吸濕性非晶體乳糖形成，更易結(jié)塊[12-13]。

在很多情況下，粉末會包含許多會影響系統(tǒng)結(jié)塊行為的復(fù)雜成分。Bika等[14]通過顆粒單軸壓縮實驗確定了黏結(jié)強度，發(fā)現(xiàn)各組分的相容性影響結(jié)塊物的強度。到目前為止，討論的焦點是形成仍處于平衡狀態(tài)的橋梁。然而，橋梁很可能會隨著時間的推移而發(fā)展。如Bagster[15]發(fā)現(xiàn)固定16周的糖類樣品在儲藏過程中，剪切強度隨儲藏時間的增加而增加，在儲藏30 d和儲藏80 d剪切強度分別達到最大值，分析原因為：由于微結(jié)晶度的存在，橋梁的強度下降。隨后，這些裂紋將“愈合”，剪切強度提高。

2 食品粉末結(jié)塊的測試方法

通過自由流動粉末的量對結(jié)塊程度進行量化，該方法傾向于說明粉末是否已經(jīng)結(jié)塊，但沒有提供預(yù)測能力，從測試中獲得的信息已被減少到最低限度。這對大樣本的測試是不切實際的，特別是對于高價值的食品粉末物料。理想結(jié)塊實驗的屬性如下：1)提供黏結(jié)程度和強度的預(yù)測指示。2)通過適當(dāng)?shù)膬x器最大限度地提供有用的信息。3)通過仔細的參數(shù)控制，使隨機誤差最小化。4)使用最少數(shù)量的樣本。結(jié)塊測試是預(yù)測將來食品粉末是否會結(jié)塊的一種方法。加速結(jié)塊的挑戰(zhàn)是可能需要增加水分含量和/或溫度，或使用過大的壓縮力。因此，加速結(jié)塊可能導(dǎo)致錯誤的信息?？焖贉y試應(yīng)允許預(yù)測結(jié)塊的傾向，同時保持在參數(shù)包絡(luò)內(nèi)的正常操作，采用加速結(jié)塊實驗來預(yù)測結(jié)塊需要相關(guān)物料的特性及其對水分含量和溫度變化的響應(yīng)。

2.1 機械測試方法

各種機械測試方法可用于研究塊體粉末的流動行為，并可用于評價結(jié)塊性能。

2.1.1 剪切單元實驗

剪切單元實驗通常被用來研究粉末的結(jié)塊和流動行為，一般有三種主要的剪切測試：Jenike剪切、環(huán)狀剪切和Peschl剪切，后兩種是具有無限剪切應(yīng)變的旋轉(zhuǎn)裝置[16-17]。當(dāng)樣品處于壓縮應(yīng)力下時，控制環(huán)境室的溫度和相對濕度的使剪切單元成為預(yù)測結(jié)塊實驗的良好候選材料。

2.1.2 單軸壓縮實驗

單軸壓縮是用來形成一個柱狀的物料，并已被軸向壓縮。固結(jié)后，拆除圍墻，柱在其周長周圍處于無約束狀態(tài)。隨后，將載荷再施加到試樣上，以破壞時的實測應(yīng)力作為無約束屈服強度。Calvert等[18]基于單軸壓縮的環(huán)境結(jié)塊鉆機析了加速結(jié)塊過程，圖2為環(huán)境結(jié)塊鉆機的示意圖。該實驗通過粉末樣品滲濾，使樣品與理想的環(huán)境狀態(tài)快速平衡。粉末用自重壓實，結(jié)塊測試儀放置在環(huán)境控制室中，計算了粉末床入口溫度、出口溫度、相對濕度和壓實率。研究了高吸濕和潮解粉末的結(jié)塊傾向，指出結(jié)塊物強度與塊體變形程度呈線性關(guān)系。

圖2 環(huán)境結(jié)塊鉆機設(shè)置示意圖

2.1.3 拉伸實驗

Nikolakakis等[19]和Pierrat等[20]分別采用拉伸實驗研究了顆粒形狀及含水量對粉體結(jié)塊的影響。然而，由于在試件上施加拉伸載荷方面存在困難，該方法尚未得到廣泛應(yīng)用。

2.1.4 ICI結(jié)塊實驗

ICI黏結(jié)實驗可以消除高縱橫比單軸實驗機的缺點，該方法利用氣壓法生產(chǎn)結(jié)塊物，在等溫條件下放置實驗機，用位移傳感器監(jiān)測結(jié)塊過程中試樣的收縮情況[20]。經(jīng)過壓縮后，測試器的頂蓋和試樣下面的圓形插頭被移除，樣品頂部的負載被重新施加，直到插頭被移開，發(fā)生這種情況的壓力與粉末結(jié)塊的程度有關(guān)[21]。通過ICI結(jié)塊實驗測量的蛋糕強度與環(huán)形剪切實驗機得到的流動函數(shù)值有很好的相關(guān)性[22]。

2.1.5 蠕變實驗

蠕變實驗可以分析貯存時間和環(huán)境條件對監(jiān)測樣品隨時間變化的結(jié)塊行為。結(jié)塊物厚度的在線測定可以通過壓力-位移測量來確定[23]。Walker等[21]發(fā)現(xiàn)粉末的強度與塑性蠕變引起的空隙率的降低成正比，并提出蠕變評價相對較快，可通過外推預(yù)測粉體的結(jié)塊行為，并認為該方法適用于評價粉體物料的黏結(jié)傾向。

2.1.6 滲透實驗

Knight等[24]提出一種滲透實驗方法，該方法考慮了粉末的無約束屈服強度fc與實測力F和穿透深度d之間的關(guān)系。

(1)

式中：afc是一個常數(shù)，與壓頭和粉末之間的動態(tài)摩擦系數(shù)和粉末的內(nèi)摩擦動態(tài)角有關(guān)。

對于一定范圍的粉末，在afc=1.4的條件下，與剪切單元實驗的無約束屈服強度測量值相比較，該方法對研究粉末的結(jié)塊性能有一定的應(yīng)用前景。Hassanpour等[25]提出了一種測定粉末滲透行為的改進方法，如圖3所示。在該方法中，由壓頭直徑和侵徹深度計算，從材料的最大應(yīng)力比到投影面積之比，得到了代表材料流動應(yīng)力的體積塑性變形(硬度)。即使物料內(nèi)部散裝粉末尚未結(jié)塊，通過表面硬度的變化也可以很容易發(fā)現(xiàn)結(jié)塊的開始，具有快速檢測表面結(jié)塊開始的能力。

圖3 粉末物料壓痕硬度的幾何測量

2.1.7 粉末流變儀

粉末流變儀可以確定粉體在動態(tài)條件下的行為，并已被許多研究人員用于測量粉末的流動性[26-27]。Chavez等[28]使用粉末流變儀研究可可粉的結(jié)塊行為，并分析旋轉(zhuǎn)葉片向下時進入黏結(jié)粉末所需的能量。

2.2 篩分替代實驗

在食品工業(yè)采用常采用篩分替代實驗區(qū)分結(jié)塊的程度[29]。通常，自由流動的粉體物料會通過一個比本身結(jié)構(gòu)大的篩子孔，如果物料結(jié)塊，一定比例的物料則不會通過篩子，可以采用結(jié)塊指數(shù)來分析食品粉末的結(jié)塊行為。結(jié)塊指數(shù)實驗是以保留在篩子上的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來進行的。例如：采用篩分法對抗結(jié)塊添加劑性能進行量化。Aguilera等[2]在研究結(jié)塊動力學(xué)時，對儲藏時間的影響進行量化。然而，結(jié)塊指數(shù)實驗應(yīng)慎重對待，它快速、簡單，但不可能對不同材料的結(jié)塊指標(biāo)進行比較。

吹氣儀可以測量乳粉的黏聚性和結(jié)塊，使用時粉末首先由空氣在一定濕度和溫度下進行調(diào)節(jié)，將空氣的沖擊射流引入到粉末表面，氣流速度逐漸增加，直到形成一個切斷通道。該方法與具有一定流速的粉末物料的黏結(jié)性或結(jié)塊物強度有關(guān)[30]。食品粉末在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上結(jié)塊往往與顆粒在接觸過程中的黏性流動有關(guān)。Downton等[31]對顆粒所需的黏度進行探討，研究中在密封容器中攪拌果糖和蔗糖粉末，同時緩慢提高溫度，由于攪拌所需扭矩突然增加而產(chǎn)生黏性點，隨著含水量的增加，黏著力溫度急劇下降。此外，也可以用核磁共振方法和感官分析法研究食品粉末的結(jié)塊行為[32-33]。

3 食品粉末結(jié)塊動力學(xué)及結(jié)塊控制方法

食品粉末的結(jié)塊行為會隨時間發(fā)生變化，是一個動態(tài)過程，由于環(huán)境和機械條件的變化而變得復(fù)雜。目前，大多數(shù)研究都是基于不變的環(huán)境條件，通常忽略傳熱和傳質(zhì)的影響。然而，結(jié)塊的形成和結(jié)塊強度嚴(yán)重地受食品粉末內(nèi)或周圍環(huán)境中溫度和水分分布的影響。

3.1 食品粉末的結(jié)塊行為

在食品工業(yè)中非晶態(tài)粉末比較常見，以亞穩(wěn)態(tài)存在，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，非晶態(tài)粉末以類液體膠狀的形式存在；在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，以一種剛性玻璃態(tài)存在。非晶態(tài)粉末中的分子具有移動性，顆粒存在黏性流動，粉末中水分的存在起到增塑劑的作用，降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[2]。在玻璃化溫度以下，食品粉末固體的黏度升高，分子的運動受到限制。在玻璃化溫度以上，黏度急劇下降，同時，其他性質(zhì)也會發(fā)生變化，主要包括：自由分子體積增加，彈性模量和塑性模量降低，熱容量增加，熱膨脹系數(shù)增大，介電系數(shù)增大[34]。

復(fù)雜食品粉末中成分的微小變化可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品發(fā)生較大的變化。Foster等[35]研究了脂肪對含有無定形乳糖乳粉的作用，發(fā)現(xiàn)如果顆粒表面存在足夠的脂肪，則會通過脂肪的再結(jié)晶導(dǎo)致結(jié)塊。Perez等[36]研究發(fā)現(xiàn)噴霧干燥豆奶中的高脂肪含量降低了流動性。相反，F(xiàn)itzpatrick等[37]證明脂肪的存在減少了非晶態(tài)材料結(jié)塊的傾向，因為疏水脂肪抑制了水毛細管的形成。這兩方面作用表明：結(jié)晶脂肪增加結(jié)塊現(xiàn)象發(fā)生的同時，其疏水性質(zhì)也會減少食品粉末的結(jié)塊行為，同時也給出了非晶態(tài)食品粉末結(jié)塊行為預(yù)測示意圖(見圖4)。

圖4 非晶態(tài)食品粉末結(jié)塊行為預(yù)測示意圖

3.2 傳熱傳質(zhì)模型

目前，食品粉末結(jié)塊的研究重點主要集中在溶解和再結(jié)晶形成固體橋方面，關(guān)于結(jié)塊與傳熱和傳質(zhì)相關(guān)性的研究相對較少。然而，食品粉末結(jié)塊不僅受黏性流動或燒結(jié)的影響，溫度和水分也會發(fā)揮作用。因此，傳熱和傳質(zhì)在食品體系中尤為重要。Johanson等[38]研究了溫度循環(huán)對一系列可溶性物質(zhì)(包括食鹽和蔗糖)的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)樣品在密封容器中恒溫保存1.5 d時，鹽形成很強的塊狀物。這種轉(zhuǎn)變是由于水分的重新分配造成，直到達到平衡為止。鹽的結(jié)塊強度隨循環(huán)次數(shù)呈線性增加。相反，蔗糖在一個周期后達到最大結(jié)塊強度。Cleaver等[39]發(fā)現(xiàn)結(jié)塊指數(shù)隨溫度循環(huán)次數(shù)在20～40 ℃之間呈穩(wěn)定上升趨勢，表明顆粒<250 μm時結(jié)塊范圍更廣，在密封容器中恒溫儲存時，結(jié)塊強度穩(wěn)定提高，分析原因為亞微米表面特征的優(yōu)先溶解，被稱為Ostwald結(jié)塊。

Tanaker[40]研究了氯化鈉結(jié)塊行為中結(jié)晶橋的形成，通過溶解固體和隨后從毛細管橋蒸發(fā)水而導(dǎo)出以下關(guān)系：

(2)

式中：b為再結(jié)晶固體橋最窄部分的半徑；R為粒子半徑；εc為再結(jié)晶橋的孔隙度；Cs為再結(jié)晶橋的飽和濃度。

式(2)建立了B/R與團聚體抗拉強度之間的關(guān)系，使結(jié)塊強度得到充分發(fā)展，但該方法沒有考慮時間依賴性。Tardos等[41]研究蒸汽在粉末中的恒溫擴散。一維擴散方程用于計算水分分布和時間的函數(shù)。結(jié)果表明，吸水率對等溫線非常敏感，在相對濕度變化的窄范圍內(nèi)，水吸附等溫線可視為是線性的，這也說明亨利定律是適用的。因此，可以得到擴散方程的解析解，從而給出無量綱蒸汽相濃度φ的表達式。

(3)

式中：C為蒸汽相中的水濃度，下標(biāo)i對應(yīng)于時間t=0的初始濃度，以及濃度的最大值或參考值的下標(biāo)；ζ為粉末表面以下的深度；Deq為定義系統(tǒng)物理特性的等效擴散系數(shù)。

式(3)用于確定水分對粉末的滲透深度?？諝庠跇悠分械臐B透是一種更有效的快速樣品平衡方法，這樣平衡達到的速度比空氣停滯時快一個數(shù)量級。在擴散過程中，由于毛細管橋的作用，系統(tǒng)孔隙率可能發(fā)生變化，顆粒可能會因結(jié)晶水而發(fā)生膨脹、非晶塌陷或相變。

Rastikian等[42]發(fā)現(xiàn)：在儲糖筒倉內(nèi)的傳熱傳質(zhì)的傳質(zhì)系數(shù)隨蔗糖含水量的增加呈指數(shù)增長，當(dāng)相對濕度超過80%時結(jié)塊，筒倉內(nèi)的區(qū)域被確定為具有結(jié)塊風(fēng)險，提出了防止蔗糖結(jié)塊的方法：墻的良好隔熱性能，足夠的空氣流量和不超過75%的空氣相對濕度。這項工作是基于通過系統(tǒng)的強制對流，不適用于擴散轉(zhuǎn)移或自然對流存在的情況。Leaper等[43]研究認為傳熱只在徑向進行，是由周圍環(huán)境與壁面的溫差驅(qū)動的，提出利用溫度剖面作為預(yù)測固體水分含量和間隙空氣相對濕度的工具。Christakis等[6]遵循Leaper等提出的結(jié)論，在粉末內(nèi)施加潤濕和干燥循環(huán)，證明了濕度和空隙率對預(yù)測的抗拉強度有顯著影響。Billings等使用質(zhì)量和傳熱模型預(yù)測結(jié)塊的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)由于溫差引起的水分在樣品中的遷移，并指出水分遷移會對結(jié)塊產(chǎn)生顯著影響[44]。此外，Specht[45]還提出了粉末內(nèi)部接觸力的分布會嚴(yán)重影響結(jié)塊物的強度，顆粒度與固結(jié)應(yīng)力呈反比關(guān)系。

3.3 食品粉末結(jié)塊行為的控制

通過分析食品粉末中成分的相互作用，可以預(yù)防或減少結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生，一些方法可以減少食品粉末的結(jié)塊傾向：降低粉末的細粒含量；盡量減少水分含量；確定主要的結(jié)塊成分，并確定是否有替代辦法；酌情減少溫度、濕度循環(huán)；在適當(dāng)情況下減少固結(jié)荷載；使用抗結(jié)塊添加劑減少結(jié)塊。

通過使用合適的添加劑可以減少結(jié)塊傾向。Aguilera等[2]闡述了結(jié)塊添加劑的作用機制，主要包括：1)與食品粉末競爭以獲取有效水分。這些添加劑通常是多孔的，具有很高的吸濕能力。2)作為粉末粒子之間的表面屏障，防止液體橋的形成，減少粒子間的摩擦，消散靜電力，或抑制晶體的生長。3)增加非晶相的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。4)在吸濕性粉末的表面形成防潮屏障，例如：使用脂質(zhì)。目前，食品粉末中常用的防止結(jié)塊的無機抑制劑包括：磷酸三鈣、碳酸鎂、硅酸鈣、硫酸鈣、淀粉和高嶺土。此外，硬脂酸鈣和二氧化硅被證明對單一潮解的食品配料(氯化鈉、蔗糖和果糖)和二元體系(氯化鈉與蔗糖混合物料、果糖或檸檬酸混合物料)的結(jié)塊行為有效[46]。

4 結(jié)論與展望

食品粉末顆粒之間存在影響體系結(jié)塊行為的相互作用，隨著儲存環(huán)境、機械條件及儲存時間的變化，結(jié)塊行為的動態(tài)過程變得更為復(fù)雜。食品工業(yè)中常見的非晶態(tài)粉末的結(jié)塊被認為是由于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變引起的。然而，研究的重點不單單要關(guān)注食品中成分通過溶解和再結(jié)晶形成固體橋梁的作用，還應(yīng)深入研究粉末結(jié)塊與傳熱和傳質(zhì)的相關(guān)性。在采用機械實驗方法或替代實驗方法測試過程中，在研究物料特性及其對含水量和溫度變化響應(yīng)的同時，也需要跟蹤粉末顆粒間橋聯(lián)的演變過程，并提供可重復(fù)的結(jié)果，進而有效預(yù)測不同食品粉末的結(jié)塊行為。