食品感官評價(jià)(附件2)課件

三、黏彈性（一）黏彈性基本概念許多食品屬于固體或半固體。當(dāng)給它們施以作用力時(shí)，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形，去掉作用力后，又會(huì)發(fā)生彈性恢復(fù)。如果彈性恢復(fù)可以完全回到原來的狀態(tài)，稱之為完全彈性；如果不產(chǎn)生彈性恢復(fù)，則是流動(dòng)。第二章食品的力學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)食品流變學(xué)

食品類物質(zhì)，往往即表現(xiàn)彈性的性質(zhì)，又變現(xiàn)黏性的性質(zhì)。它們的力學(xué)性質(zhì)不像完全彈性體那樣僅用力與變形的關(guān)系來表示，還與力的作用時(shí)間有關(guān)。面包、面團(tuán)、面條、奶糖等，我們都可觀察到它們的彈性性質(zhì)和黏性性質(zhì)。只是在不同的條件下，有的彈性表現(xiàn)得比較明顯，有的黏性表現(xiàn)得比較明顯。

總之，把既有彈性，又可以流動(dòng)的現(xiàn)象稱為黏彈性。具有黏彈性的物質(zhì)稱為黏彈性物質(zhì)或黏彈性體。通過測定食品的黏彈性即可把握食品的狀態(tài)。

1．變形（deformation）一般固體施以作用力，則產(chǎn)生變形；去掉作用力，又會(huì)產(chǎn)生彈性恢復(fù)。使物體彈性恢復(fù)的力稱之為內(nèi)應(yīng)力（internalstress）。如果去掉外力，內(nèi)應(yīng)力也隨之消失，這種性質(zhì)也稱為彈性（elasticity）。研究物體的變形以及黏彈性時(shí)，要進(jìn)行應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的分析，因此需掌握以下概念。（1）宏觀應(yīng)變（macro-strain）：平均應(yīng)變范圍為大于原子間距離的有限尺寸場合下的應(yīng)變。（2）微觀應(yīng)變（micro-strain）：應(yīng)變尺寸范圍為原子距離數(shù)量級的應(yīng)變。

當(dāng)給食品物質(zhì)持續(xù)加載時(shí)，不僅要變形，而且還會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象。實(shí)際上人們對食品進(jìn)行壓、拉、扭、咬、切時(shí)，食品的變形逐漸增大，但一般并非線性變形，而是發(fā)生大的破壞性變形。對于具有這樣性質(zhì)的物體，人們往往用一定載荷進(jìn)行斷裂強(qiáng)度和蠕變試驗(yàn)。由于斷裂現(xiàn)象同試樣的組織結(jié)構(gòu)有敏感的關(guān)系，因此，在測定斷裂強(qiáng)度時(shí)，對試樣要進(jìn)行嚴(yán)格處理，并且要取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，然后從概率角度去討論。在進(jìn)行斷裂試驗(yàn)時(shí)需要掌握以下概念。

（1）屈服點(diǎn)（yieldpoint）：當(dāng)載荷增加，應(yīng)力達(dá)到最大值后，應(yīng)力不再增加，而應(yīng)變依然增加時(shí)的應(yīng)力點(diǎn)。并非所有物質(zhì)都有屈服點(diǎn)。（2）屈服強(qiáng)度（亦稱彈性極限）：應(yīng)變和應(yīng)力之間的線性關(guān)系，在有限范圍內(nèi)不再保持時(shí)的應(yīng)力點(diǎn)。當(dāng)用偏離法求解時(shí)，一般認(rèn)為偏離直線的變形為變形量的0.2%時(shí)，稱為屈服強(qiáng)度點(diǎn)。（3）生物屈服點(diǎn)：應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，應(yīng)力開始減少或應(yīng)變不再引起應(yīng)力增加的點(diǎn)。一般生鮮食品都具有生物屈服點(diǎn)。在此點(diǎn)，物質(zhì)的細(xì)胞構(gòu)造，開始受到破壞。生物屈服點(diǎn)一般都出現(xiàn)在曲線的直線部分以后。

（4）破斷點(diǎn)：在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，作用力引起物質(zhì)破碎或斷裂的點(diǎn)。作為生物物質(zhì)破斷，它包括殼和表皮的破裂、整體碎裂、表面產(chǎn)生斷裂裂縫等。生物屈服點(diǎn)通常屬于物質(zhì)的微觀應(yīng)變，而破斷點(diǎn)屬于物質(zhì)的宏觀應(yīng)變。對于脆性物質(zhì)，破斷點(diǎn)往往出現(xiàn)在曲線的初期部分，而強(qiáng)韌（堅(jiān)韌）性食品物質(zhì)，破斷點(diǎn)的出現(xiàn)往往很晚，也就是在物質(zhì)出現(xiàn)塑性流動(dòng)之后很久才出現(xiàn)。據(jù)此，食品物質(zhì)的斷裂通?？煞譃椤按嘈詳嗔选焙汀把有詳嗔选?。

（5）脆性斷裂：屈服點(diǎn)與斷裂點(diǎn)幾乎一致的斷裂情況，稱為脆性斷裂。餅干、瓊脂、牛油、巧克力、花生米等屬于脆性斷裂。（6）延性斷裂：指塑性變形之后的斷裂。食品中這種斷裂也很多，如面包、面條、米飯、水果、蔬菜等。

（7）斷裂能：脆性斷裂時(shí)，應(yīng)力在斷裂前所作的功。

（13）生物屈服強(qiáng)度：達(dá)到生物屈服點(diǎn)的應(yīng)力。（14）堅(jiān)韌性（強(qiáng)韌性）：使物質(zhì)達(dá)到破斷時(shí)所需要作的功，它是應(yīng)力和應(yīng)變曲線之間包圍的面積。用力-變形曲線時(shí)一定要對試樣的大小、形狀和作用力面積進(jìn)行考慮。相當(dāng)于脆性斷裂時(shí)的斷裂能。（15）彈性能：物質(zhì)以彈性變形的形式保存的能量。它等于曲線的直線部分與橫軸所包圍的面積，或回彈曲線與橫軸所包圍的面積。

2．彈性變形彈性本來是反映固體力學(xué)性質(zhì)的物理量?；⒖硕桑涸趶椥詷O限范圍內(nèi)，物體的應(yīng)變與應(yīng)力的大小成正比。其中的比例系數(shù)，對不同的物質(zhì)有不同的值，稱為彈性模量（或稱彈性率）。彈性變形可歸納為3種類型：①

受正應(yīng)力作用產(chǎn)生的軸向應(yīng)變；②

受表面壓力作用的體積應(yīng)變；③

受剪切應(yīng)力作用發(fā)生的剪切應(yīng)變。

（2）剪切模量或剛性率：剪切變形時(shí)，剪切應(yīng)力σs（Pa）與剪切應(yīng)變?chǔ)舠（弧度）的關(guān)系式也符合虎克定律，如下式表示：σs=Gεs

（2-2-5）式（2-2-5）中的比例系數(shù)G稱為剪切模量，亦稱剛性率。其量綱與楊氏模量相同，為Pa。剪切模量的倒數(shù)稱為柔量。牛頓流體的剪切模量為0，果凍、橡膠、水泥、銅、鋼的剪切模量分別為2×105、2.9×105、0.7×1010、4×1010、8×1010Pa。一般說來固體的剪切模量是楊氏模量的1/2～1/3。

（3）體積模量（bulkmodulus）：體積模量表示物體受表面正應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生體積變化的難易程度。表面正應(yīng)力一般認(rèn)為是正壓力。在正壓力σv（Pa）作用時(shí)，體積應(yīng)變?nèi)绻麨棣舦，根據(jù)虎克定律，下式成立：σv=K·εv（2-2-6）式中比例系數(shù)K稱為體積模量，其量綱為Pa。

各彈性模量和泊松比相互之間存在著一定關(guān)系（略）。（如：E與G的關(guān)系式中，代入泊松比0.5，可得E=3G，稱為三陪率。）

3．能彈性和熵彈性

對于由內(nèi)能決定的彈性，可以認(rèn)為在外力作用下彈性變形所作的功全部作為內(nèi)能貯存時(shí)，稱這種彈性為能彈性。把與熵有關(guān)的彈性稱為熵彈性，這一現(xiàn)象在橡膠上表現(xiàn)比較明顯，因此也稱之為橡膠彈性。

4．黏彈性體的特點(diǎn)

黏彈性體除了兼有彈性性質(zhì)和流動(dòng)的黏性性質(zhì)外，還有如下一些特殊的性質(zhì)。

對曳絲性的判斷方法：將直徑為1mm的玻璃棒浸入液體1cm，然后再以5cm/s的速度提起，用液體絲在斷掉前可拉出的長度表示曳絲性的大小。例如：日本納豆等發(fā)酵豆類食品都具有一定的曳絲性。

曳絲性是黏性與彈性雙重性質(zhì)的表現(xiàn)。因此，在進(jìn)行曳絲性測定時(shí)，絲的長度與棒提起的速度有很大的關(guān)系。提起速度過慢，拔出的絲因自身流下而斷落不會(huì)太長，速度過快絲則會(huì)像固體那樣被拉斷，也不長。在兩種曳絲方式之間，存在著一個(gè)曳絲長度的最大值，該值的曳絲速度與黏彈性的松弛時(shí)間有關(guān)。

（2）威森伯格效果（Weissenbergeffect）

將黏彈性液體放入圓桶形容器中，垂直于液面插入一玻璃棒，當(dāng)急速轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃棒或容器時(shí)，可觀察到液體會(huì)纏繞玻璃棒而上，在棒周圍形成隆起于液面的冢狀液柱，這種現(xiàn)象被稱為威森伯格效果。

威森伯格效果只有在具有彈性的液體中才會(huì)出現(xiàn)。即使用黏度很大的牛頓流體試驗(yàn)，在旋轉(zhuǎn)時(shí)不僅沒有威森伯格效果，而且棒周圍的液體還會(huì)在離心力作用下凹下。

（二）黏彈性的基本力學(xué)模型

研究復(fù)雜黏彈性體的流變性質(zhì)，通常需要建立一些相應(yīng)的力學(xué)模型，使復(fù)雜的問題得到簡化，并使之歸納為可以用數(shù)學(xué)公式表示的規(guī)律，從中弄清楚控制或測定其流變性質(zhì)的方法。

力學(xué)模型既可以是單一的簡單模型，也可以是由多個(gè)簡單模型（或稱模型元件）組合而成。

1．虎克模型

在研究黏彈性體時(shí)，其彈性部分通常用一個(gè)代表彈性體的模型表示?；⒖四Ｐ褪峭耆珡椥泽w的力學(xué)表現(xiàn)，即加載荷的瞬間同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的變形，變形大小與受力的大小成正比。

2．阻尼模型

流變學(xué)中把物體黏性性質(zhì)用阻尼模型表示。阻尼模型瞬時(shí)加載時(shí)，阻尼體即開始運(yùn)動(dòng)；當(dāng)去載時(shí)，阻尼體立刻停止運(yùn)動(dòng)，并保持其變形，沒有彈性恢復(fù)。阻尼模型即可表示牛頓流體性質(zhì)，也可表示非牛頓流體性質(zhì)，在無特別說明時(shí)，一般表示牛頓流體的性質(zhì)。

5．開爾芬—沃格特模型

黏彈性體的流變特征之一，是在一定力的作用下發(fā)生蠕變現(xiàn)象。研究蠕變特性最簡單的模型，是由虎克體和阻尼體并聯(lián)組成的開爾芬—沃格特模型，也稱開爾芬模型或蠕變模型。

6．多要素模型

虎克模型、阻尼模型和滑塊模型，都是組成更復(fù)雜流變模型的最基本元件，在流變學(xué)中也稱它們?yōu)橐?。麥克斯韋模型、開爾芬模型都是由虎克模型與阻尼模型以不同的連接方式組成，分別含有兩個(gè)模型元件，稱為兩要素模型。這兩個(gè)模型雖然可以代表黏彈性體的某些流變規(guī)律，但與實(shí)際的黏彈性體還有一定差距。為了更準(zhǔn)確地用模型表述實(shí)際黏彈性體的力學(xué)性質(zhì)，需要用更多的元件組成所謂的多要素模型。

（三）靜黏彈性

用靜態(tài)測定法所揭示的物體的黏彈性質(zhì)稱為靜黏彈性。研究靜黏彈性主要有以下一些試驗(yàn)。

1．基本流變特性參數(shù)測定法

在黏彈性體的流變測定中，常利用流變儀進(jìn)行靜態(tài)測定。（1）雙重剪切測定：常用來進(jìn)行蛋糕、人造奶油、冰淇淋、干酪、魚糜糕等許多食品的黏彈性測定。

（2）拉力試驗(yàn)：常用來測定小麥粉面團(tuán)的黏彈性質(zhì)。

（3）套筒流動(dòng)——波開蒂諾黏度計(jì)的設(shè)計(jì)原理。

（4）平行板塑性計(jì)——可間接測定黏彈性體的黏度。

2．應(yīng)力松弛試驗(yàn)

黏彈性體在受力變形時(shí)，存在著恢復(fù)變形的彈性應(yīng)力。由于內(nèi)部粒子具有流動(dòng)的性質(zhì)，當(dāng)在內(nèi)部應(yīng)力作用下，各部分粒子流動(dòng)到平衡位置，產(chǎn)生永久變形時(shí)，內(nèi)部的應(yīng)力也隨之消失。這一現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛（stressrelaxation）。

3．蠕變試驗(yàn)

給試樣施以恒定應(yīng)力，測定應(yīng)變隨時(shí)間變化的情況。

大米飯團(tuán)的蠕變曲線——分析飯團(tuán)的彈性、總變形、永久變形（殘余變形）與感官品質(zhì)的相關(guān)性。曲線形狀——判定大米類型（軟質(zhì)米、硬質(zhì)米）。

（四）動(dòng)黏彈性

靜黏彈性的測定有簡便、直觀等特點(diǎn)，但對于實(shí)際黏彈性體流變性質(zhì)的研究具有以下不足點(diǎn)：①靜黏彈性測定時(shí)，通常由于力的大小和方向不變，對于易流動(dòng)物質(zhì)，流動(dòng)會(huì)持續(xù)進(jìn)行，很難準(zhǔn)確測定；②對于彈性突出、流動(dòng)性不明顯的物質(zhì)，應(yīng)力