Skrymdensitetens Fysik: Massa, Volym och Relativ Densitet
Inom klassisk termodynamik och strömningsmekanik definieras densitet enkelt som massa delat med volym. Inom livsmedelsvetenskapen uppvisar dock torra pulver och korniga råvaror skrymdensitet (bulk density), där den makroskopiska volymen inbegriper både fast materia och interstitiell luft.
Den kompakta partikeldensiteten mäter ämnets massa delat med dess fasta volym, helt utan inre porer eller hålrum. Skrymdensiteten (uttryckt i g/ml eller kg/m³) mäter den totala rymd som en partikelbädd upptar. Medan rena natriumkloridkristaller har en kompakt densitet på 2,16 g/ml, uppvisar vanligt bordssalt en skrymdensitet på cirka 1,22 g/ml på grund av luften mellan saltkornen.
Den relativa skrymdensiteten är det dimensionslösa förhållandet mellan en ingrediens skrymdensitet och densiteten hos rent vatten vid 4 °C (1,000 g/ml). Tunga ingredienser som fint salt (1,22) och honung (1,42) sjunker omedelbart i vatten, medan luftat vetemjöl (0,53) och kakaopulver (0,42) flyter tills ytspänning och vätning bryter partikelmatrisen.
Hålrumsfraktionen (porositeten, ε) beskriver hur stor del av den totala volymen som utgörs av luftfickor mellan de fasta partiklarna. För sfäriska partiklar i lös packning ligger porositeten normalt mellan 36 % och 40 %. För oregelbundet malet vetemjöl kan hålrummen överstiga 55 %, vilket innebär att mer än hälften av volymen i ett luftigt mått består av ren luft.
Formen på livsmedelspartiklarna styr deras förmåga att packa sig tätt. Kristallint strösocker består av släta månghörningar som lätt glider in i stabila mönster. Oregelbundna vetekli och stärkelsefragment skapar däremot hög ytfriktion och mekaniska låsningar, vilket motstår tät packning om inte mekanisk vibrationsenergi tillförs.