食品流变学与质构

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1、第十二章 食品流变学与质构(2) 回转粘度计A. 原理： 主要部件为两个园筒，其中一个静止，另一个转动，当液体进入双园筒隙间时，在旋转园筒的作用下，液体将发 生转动， 液体在运动过程中也对园筒表面施以摩擦力矩，通过 摩察阻力矩的测定，算出液体的粘度及流变参数。B. 转鼓式粘度计外园筒旋转而内园筒静止，通过内园筒达到平衡时所偏转的角度来测定粘度，即通过测定旋转的力矩求出其粘度。第十二章 食品流变学与质构第十二章 食品流变学与质构C. 转子回转式粘度计第十二章 食品流变学与质构原理: 外园筒不转，中间的转子通过弹簧等弹性元件与刻度盘相连接，如果转子没有其他外力的作用，在电机作用下，就会 与刻度盘一

2、起作匀速运动，但当转子浸入液体时，由于液体粘 性的作用而受到一个与转子旋转方向相反的力矩M1作用，阻碍了转子的旋转，使转子不能与刻度盘同步运动。因转子与弹 簧相连，这个力矩阵就能过转子作用在弹簧 上，使弹簧扭转 了一个角度，弹簧产生了一个与M1大小相等、方向相反的力 矩Mr1,使Mr1与M1平衡，最终使转子以同样的转速继续旋转。 由此可见，补测液体的粘度越大，产生的阻力矩M1就越大，弹簧扭转的角度也越大。因此，可根据弹簧扭转角度的大小来 确定粘度的大小。弹簧扭转的角度可能过固定在转子上的指针 和刻度盘上的刻度相对位置看出来。第十二章 食品流变学与质构根据牛顿液体定律 =/ ，只要知道剪切力与剪

3、切速率就可求出粘度。在双园筒间隙中，假设在液体内部无能量贮存和 热量耗散，则在任一半径r处液体中剪切应力可根据下式计算：剪切速率可根据下式计算：所以液体粘度为： =/ 第十二章 食品流变学与质构注意：a. 由于双园筒回转式粘度计产生反力矩的弹性元件具有确定的弹性系数。因此，在测一时受到液体摩擦力矩 M1的作用而产生的扭角是有一定范围的，摩擦力矩的大小除了取决于液体的粘度外，还与转子的大小有关。摩 擦力矩太大或太小均不能使粘度计正常工作，所以，各 种型号的双园筒粘度计都配有不同规格（直径与长度） 和转筒或转子，以满足不同液体测量的需要。b. 在选定了转子后，还要注意转速，要使转子在适当的转速范围

4、内工作。C. 上述讲的公式仅适合于牛顿液体，对于非牛顿液体的粘度测量也可采用回转粘度计，但比上述所讲的均要复 杂得多。第十二章 食品流变学与质构12.1.2.4 粘弹性形变1) 粘弹性物质的概念同时具有液体的粘性和固体弹性的物质称为粘弹性物质。如面团、米粉团、冻凝胶、奶糖等都是一些典型的粘弹体。2）粘弹性的特点粘弹性除了兼有弹性性质与粘性流动性质以外，还具有如下一些特殊的性质。A. 曳丝性。有些食品体系，将筷子插入其中，再提起时，会观察到一部分液体被拉起形成丝状，这种现象称为曳丝性。曳 丝性是粘弹性物质的典型性质之一。但值得注意的是，有些粘 度高的液体如食用油、糖液等，虽然用筷子也能提起“液线

5、”， 但它不是曳出的丝，而是粘性降下的液流。 第十二章 食品流变学与质构曳丝性判断与测定的方法：将直径为1mm的玻璃棒浸入液体1 cm，然后再以5cm/s的速度提起，用液体丝在断掉前可拉出的长度表示曳丝性，用液体丝在断掉之前可拉出的长度表示曳丝 性的大小。拉丝的长度与玻璃棒提起的速度有关（见下图）， 在适当的提起速度条件下会出现一个曳丝峰值，这一峰值的曳 丝速度与粘弹性的松弛时间有关。第十二章 食品流变学与质构B. 威森伯格效果(Weissenberg effect)将粘弹性液体放入圆桶形容器中，垂直于液面插入一玻璃棒，当急速转动玻璃棒或容器时，可察到液体会缠绕玻璃棒而 上，在棒周围形成隆起于

6、液面的冢状的液柱，这种现象称之为 。3）粘弹性的测量前面我们讲了液体在粘度计中的流动或受外力作用达到平衡条件时的情况。但是，对于粘弹性物质，在平衡条件下却观 察不到物质的弹性特征。因为在外力的作用下，粘弹性物质达 到平衡状态的位置和时间都要受到物质粘性和弹性以及仪器本 身特性的影响，因此，一般是通过研究仪器和粘弹性物质相互 作用时达到平衡之前的情况，以此来推断物质的粘弹性特性，第十二章 食品流变学与质构测定粘弹性物质粘弹性的方法主要有过渡测定法和动态测定法，过渡测定法主要用于粘弹物质的蠕变实验 和应力松驰实验，动态测定法通常采用振动测定法。（1）蠕变实验和应力松驰实验蠕变和应力松驰是粘弹性物质

7、的主要特征。蠕变实验就是对被测物质试样施加一定的外力，然后研究 由此产生的变形直到平衡状态时的实验。应力松驰实 验则是使试样保持一恒定的变形，然后观察应力随时 间松驰的实验。A. 蠕变实验、蠕变柔量的测定 第十二章 食品流变学与质构第十二章 食品流变学与质构在上图中，将试样固定在两块轻便的铝板上，把适当的砝码放入称量盘，试样在砝码的作用下，产生剪切变形。这 时通过观测称量盘相对刻度尺上的位置来测量试样的变形。 试样随时间变化的剪切应变S(t)可以通过称量盘在刻度尺的变 化和试样原始尺寸计算出来，故有：S （t）= S(t)/XeS （t）： 剪切应变S(t)： 在某一时刻t时，称量盘相对刻度尺

8、离开原始位置的距离。Xe： 试样高恒定的剪切应力Fo 可由砝码重量m和试样尺寸计算，有：Fo = mg /A (N/m2)A为试样受剪切作用的面积 （m2）注意：蠕变柔量为剪切形变与剪切应力的比值，所以有：第十二章 食品流变学与质构J(t) = S(t)/Fo目前，广泛使用扭转的方法，利用转动流变仪对试样施 加一个恒定扭矩T，测定其转角随时间变化的 (t)，此时有：J(t) = b (t)/T在上式中b为几何形状因子，不同的几何形状，b值大小不同，常见的几何形状有如下几种：第十二章 食品流变学与质构a. 锥-板: b=2R3/3b. 平行板: b= R4/dc. 同心双圆筒：R： 平板的半径：

9、锥角d: 两平行板间距R1：内圆筒半径R2：外圆筒半径h: 圆筒高度在蠕变柔量测量时，应正确选择施加外力的大小。第十二章 食品流变学与质构B. 应力松驰实验第十二章 食品流变学与质构上图装置是一种测量应力松驰实验的简单装置，实验时把试样用上面的夹板固定，然后通过调整平衡锤B来平衡支点的每一侧的力，接着将上下面的夹板固定好试样。实验开始时，经由千分尺迅速引起应变，使平衡臂向着上定位器挤紧，加砝码于平面盘中，最后将使横梁从上定位 器向下定位器移动，当支点两侧的力被平衡时就是平衡点。 这样就可以通过简单的计算得出在恒定应变的应力。随着应 力的变化，不断改变砝码重量以保持平衡，可得到应力松弛 情况，此

10、时应力松驰模量G(t)为：G(t) = F(t) / So上式的F(t)为在恒定应变So下，任一时刻t时的应力 (N/m2)F(t) = mgL1/L2 r2mg: 砝码的重力(N)；r: 具有So应变时的试件半径（m）第十二章 食品流变学与质构这种测下方法适合于高粘性的固体试样，装置较为简单，但精度不高。在转动流变仪进行应力松驰实验时，对固体有：G(t) = T(t)/bo b 为几何形状因子； o为扭转偏角； T(t)为在恒定偏 角o下，任一时刻t时扭矩。对于液体，通常较为困难。一般采用在转动突然停止时，测定扭矩的变化的方法来测量应力松驰情况。总结：通过测量加力或卸力时形变与时间的变化关系

11、，采用一些相应的模型来描述该体系的粘弹性。 第十二章 食品流变学与质构(2) 振动测量法A. 原理： 周期性地对被测物质反复进行挤压或拉伸作用，同时观察和测量试样伸长或受力等流变响应，从而确定物质的粘 弹性特征。由于在测量过程中，外界作用力是周期性变化的交 变力，因此，振动测量通常是非平衡状态的重复，故又称为“ 动态测量”。B. 平行板振动测量第十二章 食品流变学与质构在平行板振动测定中，在流变仪的一端造成一个正弦振动，在另一端用弹簧缚住并测定力的大小和相位，这样测得 的粘弹性流变响应为：G为贮藏模量；G”为损耗模量；K为弹簧系数；b为形 状因子(A/H); A为试样受振动作用面积；H为两平行

12、板间距； Xo为扭力振幅；Xi为位移振幅；为相位差。 C. 锥板振动测量这种形式的振动测量与平行板振动测量相比，改善了边 界条件，加强了系统的刚性。一般可在10-3102Hz范围内取得准确的数据，其粘弹性响应公式与平行板振动测量基本相 同，只是几何形状因子b不同，对于锥-板形式b为：第十二章 食品流变学与质构b= 2R2/3 式中R为平板半径； 为锥与板之间夹角第十二章 食品流变学与质构D. 正交流变仪这种流变仪将两种平行板转动轴错开一段距离，造成在同步转动或稳态剪切之外附加一个小振幅的振动，这种方 法避免了其他振动法中受本机共振频率干扰的问题。这种流第十二章 食品流变学与质构平衡流变仪粘弹性

13、流变响应为：Tx： 作用在两轴平面的力；Ty：与两轴平面正交的力: 两轴间的偏角； R1：内球半径K= 1- （R1/R2）3 R2：外球半径第十二章 食品流变学与质构变仪的粘弹性响应公式为：Fx ： 为与两轴平面正交的力 H：板间距Fy ： 为作用在两板轴平面的力 R：平板半径d: 两轴相互错开的距离E. 平衡流变仪平衡流变仪是在两轴之间有一个偏角，从面在转动时造成试样振动，如果两个表以等角速度转动，则试样就会受到 一个简谐剪切振动。第十二章 食品流变学与质构正交流变仪和前三种振动流变仪相比，它的运动稳定性好， 仪器结构简单，操作方便，精密度高。目前，除了正交流变仪外，还有几种稳定性好的流变

14、仪 。其主要结构部件如下：第十二章 食品流变学与质构12.2 食品质构 国际标准化组织(1979)对质构定义：食品所有流变学和结构（同何和表面）的属性，它们由力、触觉，有时是 视觉和听觉的接受器所感知的。12.2.1 人体的感觉与质构 第十二章 食品流变学与质构从上可以看出，食品的质构是能够通过人们的手指、口腔、舌头和牙齿，有时是通过眼或耳感觉 的食品性状。这种不通过仪器感受食品性状的方法 称之为食品的感官评价。用感官法来评价食品的质地应注意评价术语规 范化。1963年Brandit 提出了质地多面剖析法的概念，即把人们的感官知觉与其力学性质、几何特性结 合起来进行了定义，使得对质地的感官评价

15、信息可 以用客观的方法相互沟通或传递。在这方面 Szczeniak和Sherman的提案得到了广泛的认可。第十二章 食品流变学与质构第十二章 食品流变学与质构第十二章 食品流变学与质构12.2.2 食品的感官评定12.2.2.1 评审组的确定有分析型与嗜好型两种。分析型评审组（10人）一般由具有一定专业水平的专家组成。对专家的要求如下：1） 对鉴定对象食品的各种感官特性有区别、分析和判断的能力。2） 对以上各种特性具有敏锐的感受知能力（即刺激阈值小）。3） 对各种特性的量化具有强的感知能力（即辨别阈小）。4） 对各种特性具有准确的语言表达能力。嗜好型评审组一般由消费者组成，当然也可有分析型专家参加。在实际开发新食品时，一般嗜好型评审组由本单位的职 工组成，选人时要注意年龄、性别及嗜好的差异。第十二章 食品流变学与质构12.2.2.2 感官鉴定的方法1) 2点识别试验法（paired difference test） 2点识别法主要用来测试评审人员个人的识别能力。其基本要点是：提供两 个某项性质在客观上有差别的试样X、Y。然后，测试评审人 员能否正确判断出试样的刺激强度顺序.。这种方法使用很普遍，不仅可作为食品物