第8讲-食品质构与口感(中)

第八讲食物质构与口感（中）使用牙膏时挤出要容易，挤出后要求挺括，在牙刷上不能下陷，刷牙时又要轻松，这就要求牙膏遇到剪切时粘度迅速下降，静止时又具有一定的屈服应力，以保持坚挺。牙膏——一个最常见的流变问题三、食品流变学概念1、什么是流变学？什么是食品流变学？•流变学是研究物质的流动与变形的科学，是把固体和液体的性质结合为整体作为对象进行研究。•食品流变学–研究内容——作用于物体上的应力和由此产生的应变规律，是力、变形和时间的函数–研究对象——食品物质•液态食品、固态食品、半固态食品物理学工程学医学生物学农学药学食品学家政学……流变学流变学涉及的相关学科与对象聚合物流变学生物流变学食品流变学电流变学悬浮流变学矿山流变学磁流变学……流变学食品流变学化学流体力学食品食品组成内部结构分子形态添加剂食品流变特性产品配方加工工艺设备选择质量检测食品流变学食品流变学食品流变对改进食品加工的作用流变特性食品结构牛奶食品配方质量控制巧克力浆米粉食品流变学的研究意义•产品开发：组分的功能性•原料组分：质量保证•加工工艺：在泵、管道、挤压机、混合设备、均质机、热交换器中的流动行为•包装设计：输送能力•终产品：质量控制，稳定性•消费特性：连续性，涂抹性，口感，外观，质构等不仅是一重要的学科领域同时也是一重要的研究方法流变学●●定义：粘性是流体具有的一个重要性质。是当液体微元发生相对运动时，产生的一种抵抗变形、阻碍流动的性质。粘性的表示：粘度流体最基本的特性参数产生条件：流体流层发生相对运动流体的粘性流变学在某种意义上就研究流体的粘度及影响因素，如温度、剪切力、微结构等。怎样理解粘度的概念：应力：单位面积的作用力应变：单位长度的变形粘度＝应力／应变（物体对流动的内部抗力或阻力）剪切速率shearrate剪切应力shearstress=F/A（单位时间的变形程度）牛顿粘性定律Fxuu+du=dt=dudy=：(剪切)粘度，是促使液体产生单位速度梯度即剪切速率所需的剪切应力。dydx牛顿流体（NewtonianFluids）：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体。dydu012345弹性体宾汉型塑性流体假(伪)塑性流体牛顿流体膨胀性流体理想流体ndydu)(01、宾汉型流体：00，n=1,=Const2、假(伪)塑性流体：0=0，n13、牛顿流体：0=0，n=1,=Const4、膨胀流体：0=0，n15、理想流体：0=0，=0流体2、流体的类型流体类别定义0()dudyn实例理想流体无粘性及完全不可压缩的流体的一种假想流体0、00＝牛顿流体满足牛顿内摩擦定律00＝、0、n1水、空气、汽油、煤油、甲苯、乙醇等宾汉型塑性流体00、Const、n1牙膏、泥浆、血浆等假塑性流体00＝、0、1n橡胶、油漆、尼龙等实际流体非牛顿流体膨胀性流体有粘性、可压缩的流体000＝、0、1n生面团、浓淀粉糊流体分类食品的流动曲线类型水、酒、醋、油不含果胶的果汁澄清的胡萝卜汁普通的蜂蜜……牛顿流动食品的流动曲线类型—非牛顿流体y浓果酱巧克力浆干酪……塑性流动膨胀流动假塑性流动nK1n1n玉米淀粉浆料低浓度的牛奶……含有果胶的果汁高浓度的牛奶……食品的流动曲线类型—非牛顿流体食品的弹性Weissenberg效应（爬杆现象）挤出胀大3、液态食品的流变性质及测定•食品分散体系：–分散相、分散介质–泡沫、乳胶体、溶胶、悬浮液•液态食品分散体系的粘度•液态食品流变性的测量–流变仪操作指南（１）液态食品分散体系的粘度•一般分散体系溶液的粘度比分散介质的粘度大•0：分散介质粘度•：分散体系溶液的粘度粘度相对粘度r=/0比粘度s=(-0)/0=r–1换算/还原粘度d=s/c特性粘度{}=ln(/0)/c=(lnr)/c极限/固有粘度CCrCspCln][limlim00影响液态食品粘度的因素•A.温度•B.分散相：浓度、粘度、形状•C.分散介质•D.乳化剂食品的粘弹性粘弹性液体白脱花生酱冰淇淋软化脂粘弹性固体面团胶冻棉花糖流变特性对搅拌过程的影响在搅拌各种浆料之类的假塑性食品时，应采用大浆叶低转速的搅拌器。浆叶所在的区域的流体受力粘度迅速降低，但在浆叶以外的区域却因粘度较大而不能流动。202530354045505560657010-1100101102Paswt%巧克力浆粘度和可可脂含量的关系巧克力浆可可脂含量增加粘度下降代用脂的数量的添加5%可可脂0.3%~0.5%磷脂最大破裂应力减小而最大拉伸应变增大发酵样品与对照样品的应力应变关系自然发酵米粉口感柔韧、劲道（２）液态食品流变性质的测定A.粘度的测定–毛细管粘度计—测液体在毛细管里的流动速度–落球式粘度计—圆球在液体中落下的速度–转动式粘度计—液体在同轴圆柱间对转动的阻碍•圆筒旋转粘度计•锥板式粘度计B.非牛顿流体的浓度系数和流动特性指数测定C.塑性流体的屈服应力测量测定原理：一旋转，二拉升，三落穿。流变特性的测量仪器粘度计毛细管流变仪旋转流变仪转矩流变仪拉伸流变仪Brookfield粘度计流变特性的测量仪器Rheoflixer流变特性的测量仪器ARES流变特性的测量仪器AR-G2MagneticBearingRheometer流变特性的测量仪器旋转流变仪的夹具平行板锥板同心圆桶易加料、易清洗间距可调流场不均匀剪切速率范围较小，对加料的要求较高间距不可调流场均匀，不需要流变学模型流变特性测量和分析研究进展实验方法的改善和完善新型狭缝流变仪带桨叶的同心圆桶三平板测试蠕变模量新方法、新仪器超声波测量技术影像云纹法•奥氏粘度计：液柱与大球中液面高度有关，所以每次测定时液体的体积必须固定•乌氏粘度计：不受此限制，当液体自A管的大球吸到B管时，C管关闭，然后打开C管，D球与大气相连，毛细管下端的液面下降，在毛细管内流下的液体，形成一个悬液柱，出毛细管时沿壁流下，液柱高度h与A管内液面的高度无关，仪器常数就不受A管液面的影响。同轴圆筒旋转粘度计一种外筒转，内筒不动；一种内筒转，外筒不动。以内筒浸入被测液体中，内筒以角速度ω转动。ω=2n/60力矩M=K=K0•/n=Kn•锥板式粘度计•粘度计内各点的剪切速率是均匀的，这是它与圆筒型的主要区别，使之适于测定非牛顿液体的粘度=Kn•=K0•/nKn=K0/n：换算系数K0=3K0.2094R3：仪器常数•各种方法测定的粘度范围粘度计落球毛细管平行板转动圆筒转动锥板测定粘度范围4410~106410~109410~1012010~1012310~104、固态和半固态食品的流变特性•食品的变形•固态食品•半固态食品•食品的弹性•食品的粘弹性食品的变形：脆性断裂和塑性断裂•脆性断裂：屈服点与断裂点一致，如饼干、琼脂、巧克力、花生米、香蕉、香肠等•塑性断裂：样品经塑性变形后断裂，如面包、面条、米饭、水果、蔬菜等力R断裂点Y屈服点L弹性极限点FLFY屈服应力dRdYdL变形OFR断裂极限食品的弹性•食品的弹性–弹性：物体在外力作用下发生形变，撤去外力后恢复原来状态的性质。–完全弹性：撤去外力后形变立即完全消失的弹性。–弹性极限：形变超过某一限度时，物体不能完全恢复原来状态，该限度即为弹性限度。•固态食品的概念–虎克固体是固体物质的理想概念，其变形与作用力大小成正比，一旦受力作用就发生变形，作用力一旦消失，变形也完全恢复，故也称理想弹性体。–许多物质在力作用下其变形不超过1%时，能基本满足理想弹性体的定义，呈现虎克固体的性质，即为固体。–例子：干面团、硬糖果、核桃、蛋壳等–流变特性参数：弹性膜量、剪切膜量、容积膜量、泊松比虎克模型•用受力作用而伸长的理想弹簧来表示完全弹性体的力学表现，即加上荷载的瞬间同时发生相应的变形，变形大小与受力大小成正比。•虎克定律：在弹性极限范围内，外力F和变形量d之间成正比关系F=kdk:弹性系数t1t1t2t200。。E弹性系数拉伸应力n=F/A拉伸应变n=d/LLdFAn=E•n弹性/杨氏模量剪切模量FHdA剪切应力=F/A剪切应变=d/H=tan==G•=G•1/E=J：弹性柔量1/G=J：剪切柔量半固态食品•定义：兼具固体的弹性和流体的粘性，也称粘弹性体•例子：面粉团、米粉团、冻凝胶等•流变特性参数：蠕变、应力松弛–应力松弛：试样瞬间变形后，在变形（应变）不变情况下，试样内部的应力随时间的延长而减少的过程，是以一定大小的应变为条件的。–蠕变：把一定大小的应力施加于粘弹性体时，物体的变形（应变）随时间的变化而逐渐增加的现象，是以一定大小的应力为条件的。•特点：力及力的作用时间与变形的关系固态和半固态食品的流变性质测定•基本力学试验•应力松弛试验•蠕变试验•动态粘度的测定•滞后曲线试验国内、外食品流变学研究差距•缺乏系统的理论研究•与工程实际缺乏紧密联系，特别是有针对性地利用流变学方法解决工程问题的研究更为缺乏•对于结构与流变特性关系的研究较少•质构特性和流变特性的关系的研究基本处于空白流变学是一种非常有效的研究方法，但它同时也需要和其它的测试、分析方法共同使用。