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1、第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构首先应弄清的两个根本概念食品流变rheology：指食品胶体的粘性、弹性、粘弹性和塑性等根本内容。食质量构texture:一词本指织物的编织组织。后来在食品中用来表示人们对某种食品的口感情况。Matz1962年，他以为：质品是除温度觉得和痛觉以外的食品物理性质，它主要由口腔中皮肤及肌肉的觉得来感知。Bounce1982对质构作了更为全面的定义，详细包括如下四个方面：它是食品的一组物理性质，主要由食品组织构造决议的力学性质和流变学性质。它主要由人的触觉，普通是口腔，也包括人体其他部位，如手指所感知。
2、它与味觉、嗅觉等化学知觉无关。它可以用仪器测定。并可用长度、质量和时间来表示。国际规范化组织1979对质构定义：食品一切流变学和构造同何和外表的属性，它们由力、触觉，有时是视觉和听觉的接受器所感知的。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构12.1食品流变学Rheology12.1.1食品流变学的定义以及与食品工业的关系12.1.1.1食品流变学的定义流变学是力学的一个分支，是研讨物质在力作用下变形或流动的科学。除了力的作用外，力的作用时间对变形的影响也是研讨内容之一。因此流变学中，物体的力学参数不只需力、变形，还有时间。这门学科是由宾
3、汉倡导的。食品流变学是研讨食品和食品资料力学性质的一门科学，它涉及到力学、胶体化学、高分子物理、化学流变学和生物流变学等根本内容。12.1.1.2食品流变学与食品工业之间的关系1食品流变学的实验，可以用于鉴别食品原资料、中间产品，可以用于控制消费过程。例如面包制造过程中面团的流变学控第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构制就是一个实例。2流变学可以根据顾客的喜好，鉴定或预测顾客对某种食品能否称心。例如，人造奶油的扩展才干、牛乳的粘度、硬糖果的硬度、肉的韧度都是可以用来鉴定食品优劣的流变特性。3可借助中间产品的规范流变学特性来调理食品物
4、质的组织构造。4流变学可以运用于有关工艺设计和设备设计。例如泵送管路系统，放料安装及搅拌安装的设计，乳化、雾化及浓缩工艺过程的设计，都要用到物质流变学特性数据。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构 12.1.2 形形变与粘性流与粘性流动 12.1.2.1 形形变的的类型型 1弹性形性形变：加力：加力发生形生形变，去掉力又恢复原来，去掉力又恢复原来的外形。的外形。 2流流动形形变：加力后霎：加力后霎时发生生较大形大形变，随着，随着时间的推移徐的推移徐 徐形徐形变，外力除去后不能恢复原状。，外力除去后不能恢复原状。 3粘粘弹性形性形变：
5、弹性形性形变与流与流动形形变的交的交错。 12.1.2.2 弹性形性形变 1 理想理想弹性体与性体与弹性模量：又称虎克固体，指物性模量：又称虎克固体，指物体在一定外力作用下体在一定外力作用下,发生生弹性形性形变的大小与外力之的大小与外力之间的关系呈的关系呈线性关系，此物体叫理想性关系，此物体叫理想弹性体。性体。 即即 =E 外力，外力， 形形变量量 E弹性系数性系数dyn/cm*cm。达因厘米。达因厘米杨氏模量氏模量 第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构这种理想固体实践上是不存在的，但是当物质在力作用下形变小于1%时，我们可以将其看
6、成的虎克固体。如干面团、硬糖果、核桃、蛋壳、土豆和苹果等在一定力范围内都可看成是虎克固体。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构3剪切形变与剪切模量设外力作用面积为A,切变为d。那么=P/A=tg=d/h令E=G,d由=E得：pG=/Ph/AdhG为剪切模量4纵向、横向形变与泊松比当固体物质拉伸或紧缩时，在它的长度发生变化的同时，它的宽度也发生变化。例如园杆受紧缩时它的直径将增大，而在受拉时它的直径将减少。在弹性范围内，受正应力作用的固体，其横向收缩和纵向伸长的比值称为泊松比。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变
7、学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构=e/e对任何固体物质，当遭到拉伸或紧缩变形时，如不发生体积的变化，为0.5。一些常见固体物质的泊松比如下。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构5体积形变与体积模量由液体静压力作用在浮体外表所产生的外表压力，引起浮体体积变形，这种形变称为体积形变。=Kv在这里，K称为体积模量。6四种模量之间的关系第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构6形变丈量与食品质量可拉伸的食品物料或食品，如面条、煮熟的面条等其质量可以经过其弹性与粘度丈量的结果进
8、展评价。流速计：测定鱼糕的E和L/L志水等测得：级鱼糕E2.131.3410gcm2级鱼糕E1.920.9710gcm2级鱼糕E1.950.9710gcm2凝乳计：可用于测定凝乳、奶油、豆腐、胶状食品的紧缩度、紧缩力从而计算出其剪切模量，根据其模量的大小来评定这些食品质量的质量。贝克紧缩计：可用来测定面包老化过程中的紧缩度、紧缩力，借此来评价面包老化过程的老化特性。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构 12.1.2.3 粘性流动粘性流动 粘性是表现流体流动性质的目的，从微观上讲，粘性是表现流体流动性质的目的，从微观上讲，粘性是流体受
9、力作用，其质点间作相对运动时产生阻粘性是流体受力作用，其质点间作相对运动时产生阻力的性质。这种阻力来自内部分子运动和分子引力。力的性质。这种阻力来自内部分子运动和分子引力。一种物质粘性的大小通常用粘度来表示。粘度有剪切一种物质粘性的大小通常用粘度来表示。粘度有剪切粘度、延伸粘度和体积粘度三种，但通常我们所说的粘度、延伸粘度和体积粘度三种，但通常我们所说的是剪切粘度。是剪切粘度。 流体在力的作用下，会发生粘性流动，其流动过流体在力的作用下，会发生粘性流动，其流动过程中的粘度与作用力之间的关系表现出多种情况，主程中的粘度与作用力之间的关系表现出多种情况，主要有下面几种。要有下面几种。 第十二章第十
10、二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构 1牛牛顿液体液体类物物质 液体属于一种流体，描画流体的一个重要参数液体属于一种流体，描画流体的一个重要参数就是粘度。粘度剪切粘度、延伸粘度和体就是粘度。粘度剪切粘度、延伸粘度和体积粘度等粘度等几种不同的方式，通常我几种不同的方式，通常我们所所说的粘度就是剪切粘的粘度就是剪切粘度，即用普通粘度度，即用普通粘度计测定的液体粘度。假定的液体粘度。假设一种液一种液体的粘度与剪切速率无关，那么我体的粘度与剪切速率无关，那么我们称称这种液体种液体为顿液体。液体。 =/ 从从这个式中可以看出，牛个式中可以看出，牛顿液体的
11、剪切液体的剪切应力与力与剪切速率的关系曲剪切速率的关系曲线是一条直是一条直线，这种液体没有种液体没有弹性，且不可收性，且不可收缩。 第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构值得留意：真正的牛顿液体是没有的，但在实践情况中，当在剪切力很宽的作用范围条件下，其粘度不变的液体通常近视将其看成为牛顿液体。例如糖水溶液、低浓度的牛乳、油、酒、水及其透明稀质液体均可归于牛顿液体。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构当采用小于某一个值的剪切力作用于食品液体时，其并不表现出流动，具有类似于弹
12、性体的性质，当施予的剪切力超越此值时，其表现出流动，流动特性符合牛顿液体特征的称为宾汉液体。在液态食品体系中，属于宾汉液体的事例很多，如浓缩的肉汁就是一种典型的宾汉液体第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构 2非牛非牛顿类液体物液体物质 凡是不符合牛凡是不符合牛顿流体定律的液体流体定律的液体统称称为非牛非牛顿类液体物液体物质， 非牛非牛顿类液
13、体物液体物质的流的流动方程可用下式表示。方程可用下式表示。 = n n为不等于不等于1的任何正数的任何正数 在上式中，当在上式中，当n=1时，它就是牛，它就是牛顿液体公式，液体公式，这时= 就成了粘度。假就成了粘度。假设设a= n-1，那么非牛，那么非牛顿液体液体类物物质的的流流动形状方程可写形状方程可写为与牛与牛顿液体液体类物物质流流动方程方程类似的方式：似的方式： = a 由上式可以看出，由上式可以看出， a 与与有同有同样的量的量纲，表示同，表示同样的的物理特性，所以称物理特性，所以称 a 为表表观粘度粘度apparent viscosity 。值得留意的是得留意的是 是一个常数，是一个
14、常数， 而而 a那么是一个那么是一个变数，它与数，它与粘度系数粘度系数和流和流态指数指数n有关，是剪切速率有关，是剪切速率 的函数。非牛的函数。非牛顿类物物质的剪切力与剪切速率不是一条直的剪切力与剪切速率不是一条直线。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构在实践过程中，非牛顿类液体物质只需当施加的剪切力大于某一个值o时,才开场流动。据此，Herschel和Bulkey提出了表示非牛顿液体类物质流动形状的方程式为：=o+n非牛顿液体类物质根据o的有无和n的取值范围可以分为假塑性液体PseudoplasticLiquid、胀塑性流体Dil
15、atantLiquid、触变性液体TixotropicLiquid和胶变性液体RheopecticLiquid四种类型。前两种非牛顿液体其流变特性与时间无关，后两种非牛顿液体的流变特性却随时间而变化。1假塑性液体PseudoplasticLiquid在非牛顿液体形状方程中，当时0n1时，即表观粘度随剪切力的加大或剪切速率的添加而减小的液体称为，也称准塑性液体或拟塑性液体。其特征曲线如下。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构在上图中，表观粘度a=tanii=1,2,3,第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构
16、食品流变学与质构食品流变学与质构第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构续表由上表可以看出，大部分液态食品0n1，都是假塑性液体。n值越小,随着剪切速率的添加，粘滞阻力添加相对越慢，这是由于n值越小，液体内部构造越弱，随着剪切速率的增大，其内部分子结合而构成的阻力就越小。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构2胀塑性液体DilatantLiquid在非牛顿液体形状方程中，当时1n时，即表观粘度随剪切力的加大或剪切速率的添加而添加的的液体称为，其特征曲线如下。在我们通常遇到的液体
17、食品中属于胀塑性液体的不多，比较典型的例子是生淀粉糊。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构为什么有的食品液体表现出假塑性液体特性，而有的表现出胀性液体的特性，有许多不同的解释。对于假塑性液体通常从两个方面进展解释，一方面以为随着剪切力的添加，胶体粒子之间的结合会减弱；另一方面以为随着剪切力的添加，胶体粒子本身会发生变形，由静止时的链状粒子变为团形状粒子，从而减小了相互间的链接，呈现了剪切变稀景象。对于胀塑性液体可用胀容景象来解释，胀塑性液体普通是糊状体，水充溢在致密陈列的粒子间隙中，当施加压力较小、缓慢流动时，由于水的滑动和流动作用
18、，胶体糊表现出的粘性阻力较小。可是假设用力搅动，处于致密陈列的粒子就会一下子被搅乱，成为多孔隙的疏松陈列构造。这时由于原来的水分第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构再也不能填满粒子之间的间隙、粒子与粒子没有了水层的滑动作用，因此粘性阻力就会骤然添加，甚至失去流动的性质。因此粒子在剧烈的剪切力作用下会成为疏松陈列构造，引起外观体积的添加。值得留意的是：有些假塑性液体和胀塑性液体当采用小于某一个值的剪切力作用于食品液体时，其并不表现出流动，具有类似于牛顿类液体物质的性质，当施予的剪切力超越此值时，其表现出流动，流动特性也不符合牛顿液体特
19、征。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构3触变性液体TixotropicLiquid当液体在振动、搅拌、摇动时，其粘性减少，流动性添加，但静置一段时间后，流动又变得困难，这种景象称为摇溶景象，具有摇溶景象的液体称之为触变性液体。其流动的特性曲线如下：第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构触变液体具有摇溶景象的机理目前以为：随着剪切应力的添加，粒子之间构成的结合构造遭到破坏，因此
20、粘性减少。但这些粒子间结合构造在停顿应力作用时，恢复需求一段时间，逐渐构成。因此，剪切速率减慢时的曲线在前次添加时的曲线下方，构成了与流动时间有关的履历曲线滞变曲线。4胶变性液体rheopexy当液体随着流动时间的添加，变得越来越稀薄，其特性曲线为：第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构由上可以看出，当剪切速率加大，到达最大值后，再减低剪切速率，减低剪切速率的流动曲线反而在增大剪切速率曲线的上方。这阐明流动促进了液体粒子间构造的构成。所以，这种景象也被称为逆触变景象。3粘性流动的特性1内粘性A.绝大多数液体食品体系内粘性形状粘性随着速
21、度梯度的增大，粘度减小，流动性能加强。少数液体食品体系如巧克力、黄油、蕃茄酱等产品常表现出触变性特性，即静置时逐渐变稠，屡次搅拌时逐渐变稀。触变性和内粘性的主要区别在于：前者是流体未发生流动表现出的特性，后者那么是在流动过程中表现出的特性。即前者是在搅拌时粘度下降，而后者是在流动时粘性下降。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构2膨胀特性：有一些液体食品体系随着剪切速率的添加，表观粘度逐渐添加。如生淀粉糊。4粘度的丈量1毛细血管粘度法A.粘度计算公式哈根-泊稷发现液体流经毛细管的流量Q与粘度之间存在如下关系：=pr4t/8QLQ:在t
22、时间里，自毛细管流出的液体体积总量，m3:流体的粘度，N.s/m2P:压力差，N/m2L：毛细管长度r:毛细管直径从实际上讲，可以经过上述公式可以测定液体的粘度，但第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构在实践中，由于涉及的参数较多，在丈量过程中很难满足一切的条件，操作困难，测定结果误差大。因此，实践丈量中，通常测定所测液体的相对粘度，即测定试样的粘度与规范液体粘度的比值，在测定时，试样与规范液体必需在同一毛细管粘度计中测定，其半径、长度都是一样的。设水为规范溶液，那么其粘度为：o=por4to/8QL而试样的粘度为：=pr4t/8QL
23、/o=pt/poto假设在测定时，都是靠液位来产生压力差，那么两种液体之间的压力差之比可用它们的密度比替代，即：p/po=/o因此，被测液的粘度为：=ot/oto物理上，粘度通常采用cp,所以，=1000ot/oto第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构留意：上述公式仅适用牛顿液体，对于非牛顿液体的粘度来按如下公式进展计算：=n，a=n-1哈根-泊稷推导出非牛顿液体经过毛细血管流过的液体流量与其流体特性指数n之间存在如下关系：令，两边取对数变形得：第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流
24、变学与质构在上述公式中，只需测定不同压力差p下的流量Q，即可得到lnQlnp的关系图，经过此关系图的斜率与截距即可算出n与K，再根据a=n-1即可求出非牛顿液体的粘度。B.常用毛细管粘度计引见毛细管粘度计可分为三大类型。一类为定速流动式，在测定时使液体以恒定的速度经过毛细管，适宜于高粘度的液体；另一类是定压流动式，通常以恒气压控制。例如枪式流变仪，适于测定具有触变性和屈服应力的流体；第三类为靠液体重的位差式，丈量时靠液体的位差使液体在毛细管内流动，此种最常用。a.奥氏粘度计的根本构造及粘度丈量第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构缺陷
25、：在测理t与to时，随着液体的流动，两管的液面发生改动，压力差点p也发生变化，所以当计算遇到p值时，需求用等效平均液柱来计算。第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构b.乌氏粘度计第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构第十二章第十二章第十二章第十二章 食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构食品流变学与质构奥氏粘度计与乌氏粘度计比较奥氏粘度计测定粘度计算时要采用等效平均位差，所以每次加样的体积都必需相等。乌氏粘度计由于采用了管3，丈量时构成了一个气承悬液柱，使得液体流动时的位差只与毛细管出口处到液面的位高有关，液位的最高点M1在每次丈量中都是固定的，所以，每次丈量的位差都是相等的，而与管1中内液面高度无关，流出的时间与参与的液体体积多少也无关。留意：毛细管粘度计只适宜牛顿液体的粘度测定；运用毛细管粘度计测定粘度时，几根管必需坚持竖直；测定粘度，温度必需固定。
