第十二章-食品流變學與質構

1、第十二章 食品流變學與質構,(2) 回轉粘度計 A. 原理： 主要部件為兩個園筒，其中一個靜止，另一個轉動，當液體進入雙園筒隙間時，在旋轉園筒的作用下，液體將發(fā)生轉動， 液體在運動過程中也對園筒表面施以摩擦力矩，通過摩察阻力矩的測定，算出液體的粘度及流變參數。 B. 轉鼓式粘度計 外園筒旋轉而內園筒靜止，通過內園筒達到平衡時所偏轉的角度來測定粘度，即通過測定旋轉的力矩求出其粘度。,第十二章 食品流變學與質構,第十二章 食品流變學與質構,C. 轉子回轉式粘度計,第十二章 食品流變學與質構,原理: 外園筒不轉，中間的轉子通過彈簧等彈性元件與刻度盤相連接，如果轉子沒有其他外力的作用，在電機作用下，就

2、會與刻度盤一起作勻速運動，但當轉子浸入液體時，由于液體粘性的作用而受到一個與轉子旋轉方向相反的力矩M1作用，阻礙了轉子的旋轉，使轉子不能與刻度盤同步運動。因轉子與彈簧相連，這個力矩陣就能過轉子作用在彈簧 上，使彈簧扭轉了一個角度，彈簧產生了一個與M1大小相等、方向相反的力矩Mr1,使Mr1與M1平衡，最終使轉子以同樣的轉速繼續(xù)旋轉。由此可見，補測液體的粘度越大，產生的阻力矩M1就越大，彈簧扭轉的角度也越大。因此，可根據彈簧扭轉角度的大小來確定粘度的大小。彈簧扭轉的角度可能過固定在轉子上的指針和刻度盤上的刻度相對位置看出來。,第十二章 食品流變學與質構,根據牛頓液體定律 =/ ，只要知道剪切力與

3、剪切速率就可求出粘度。在雙園筒間隙中，假設在液體內部無能量貯存和熱量耗散，則在任一半徑r處液體中剪切應力可根據下式計算： 剪切速率可根據下式計算： 所以液體粘度為： =/,第十二章 食品流變學與質構,注意： a. 由于雙園筒回轉式粘度計產生反力矩的彈性元件具有確定的彈性系數。因此，在測一時受到液體摩擦力矩M1的作用而產生的扭角是有一定范圍的，摩擦力矩的大小除了取決于液體的粘度外，還與轉子的大小有關。摩擦力矩太大或太小均不能使粘度計正常工作，所以，各種型號的雙園筒粘度計都配有不同規(guī)格（直徑與長度）和轉筒或轉子，以滿足不同液體測量的需要。 b. 在選定了轉子后，還要注意轉速，要使轉子在適當的轉速范

4、圍內工作。 C. 上述講的公式僅適合于牛頓液體，對于非牛頓液體的粘度測量也可采用回轉粘度計，但比上述所講的均要復雜得多。,第十二章 食品流變學與質構,12.1.2.4 粘彈性形變 1) 粘彈性物質的概念 同時具有液體的粘性和固體彈性的物質稱為粘彈性物質。如面團、米粉團、凍凝膠、奶糖等都是一些典型的粘彈體。 2）粘彈性的特點 粘彈性除了兼有彈性性質與粘性流動性質以外，還具有如下一些特殊的性質。 A. 曳絲性。有些食品體系，將筷子插入其中，再提起時，會觀察到一部分液體被拉起形成絲狀，這種現(xiàn)象稱為曳絲性。曳絲性是粘彈性物質的典型性質之一。但值得注意的是，有些粘度高的液體如食用油、糖液等，雖然用筷子也

5、能提起“液線”，但它不是曳出的絲，而是粘性降下的液流。,第十二章 食品流變學與質構,曳絲性判斷與測定的方法：將直徑為1mm的玻璃棒浸入液體1 cm，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，用液體絲在斷掉之前可拉出的長度表示曳絲性的大小。拉絲的長度與玻璃棒提起的速度有關（見下圖），在適當的提起速度條件下會出現(xiàn)一個曳絲峰值，這一峰值的曳絲速度與粘彈性的松弛時間有關。,第十二章 食品流變學與質構,B. 威森伯格效果(Weissenberg effect) 將粘彈性液體放入圓桶形容器中，垂直于液面插入一玻璃棒，當急速轉動玻璃棒或容器時，可察到液體會纏繞玻璃棒而上，在棒周圍

6、形成隆起于液面的冢狀的液柱，這種現(xiàn)象稱之為。 3）粘彈性的測量 前面我們講了液體在粘度計中的流動或受外力作用達到平衡條件時的情況。但是，對于粘彈性物質，在平衡條件下卻觀察不到物質的彈性特征。因為在外力的作用下，粘彈性物質達到平衡狀態(tài)的位置和時間都要受到物質粘性和彈性以及儀器本身特性的影響，因此，一般是通過研究儀器和粘彈性物質相互作用時達到平衡之前的情況，以此來推斷物質的粘彈性特性，,第十二章 食品流變學與質構,測定粘彈性物質粘彈性的方法主要有過渡測定法和動態(tài)測定法，過渡測定法主要用于粘彈物質的蠕變實驗和應力松馳實驗，動態(tài)測定法通常采用振動測定法。 （1）蠕變實驗和應力松馳實驗 蠕變和應力松馳是

7、粘彈性物質的主要特征。蠕變實驗就是對被測物質試樣施加一定的外力，然后研究由此產生的變形直到平衡狀態(tài)時的實驗。應力松馳實驗則是使試樣保持一恒定的變形，然后觀察應力隨時間松馳的實驗。 A. 蠕變實驗、蠕變柔量的測定,第十二章 食品流變學與質構,第十二章 食品流變學與質構,在上圖中，將試樣固定在兩塊輕便的鋁板上，把適當的砝碼放入稱量盤，試樣在砝碼的作用下，產生剪切變形。這時通過觀測稱量盤相對刻度尺上的位置來測量試樣的變形。試樣隨時間變化的剪切應變S(t)可以通過稱量盤在刻度尺的變化和試樣原始尺寸計算出來，故有： S （t）= S(t)/Xe S （t）： 剪切應變 S(t)： 在某一時刻t時，稱量盤

8、相對刻度尺離開原始位 置的距離。 Xe： 試樣高 恒定的剪切應力Fo 可由砝碼重量m和試樣尺寸計算，有： Fo = mg /A (N/m2) A為試樣受剪切作用的面積 （m2） 注意：蠕變柔量為剪切形變與剪切應力的比值，所以有：,第十二章 食品流變學與質構,J(t) = S(t)/Fo 目前，廣泛使用扭轉的方法，利用轉動流變儀對試樣施加一個恒定扭矩T，測定其轉角隨時間變化的 (t)，此時有： J(t) = b (t)/T 在上式中b為幾何形狀因子，不同的幾何形狀，b值大小不同，常見的幾何形狀有如下幾種：,第十二章 食品流變學與質構,a. 錐-板: b=2R3/3 b. 平行板: b= R4/d

9、 c. 同心雙圓筒： R： 平板的半徑 ：錐角 d: 兩平行板間距 R1：內圓筒半徑 R2：外圓筒半徑 h: 圓筒高度 在蠕變柔量測量時，應正確選擇施加外力的大小。,第十二章 食品流變學與質構,B. 應力松馳實驗,第十二章 食品流變學與質構,上圖裝置是一種測量應力松馳實驗的簡單裝置，實驗時把試樣用上面的夾板固定，然后通過調整平衡錘B來平衡支點的每一側的力，接著將上下面的夾板固定好試樣。 實驗開始時，經由千分尺迅速引起應變，使平衡臂向著上定位器擠緊，加砝碼于平面盤中，最后將使橫梁從上定位器向下定位器移動，當支點兩側的力被平衡時就是平衡點。這樣就可以通過簡單的計算得出在恒定應變的應力。隨著應力的變

10、化，不斷改變砝碼重量以保持平衡，可得到應力松弛情況，此時應力松馳模量G(t)為： G(t) = F(t) / So 上式的F(t)為在恒定應變So下，任一時刻t時的應力(N/m2) F(t) = mgL1/L2 r2 mg: 砝碼的重力(N)；r: 具有So應變時的試件半徑（m）,第十二章 食品流變學與質構,這種測下方法適合于高粘性的固體試樣，裝置較為簡單，但精度不高。 在轉動流變儀進行應力松馳實驗時，對固體有： G(t) = T(t)/bo b 為幾何形狀因子； o為扭轉偏角； T(t)為在恒定偏角o下，任一時刻t時扭矩。 對于液體，通常較為困難。一般采用在轉動突然停止時，測定扭矩的變化的方

11、法來測量應力松馳情況。 總結： 通過測量加力或卸力時形變與時間的變化關系，采用一些相應的模型來描述該體系的粘彈性。,第十二章 食品流變學與質構,(2) 振動測量法 A. 原理： 周期性地對被測物質反復進行擠壓或拉伸作用，同時觀察和測量試樣伸長或受力等流變響應，從而確定物質的粘彈性特征。由于在測量過程中，外界作用力是周期性變化的交變力，因此，振動測量通常是非平衡狀態(tài)的重復，故又稱為“動態(tài)測量”。 B. 平行板振動測量,第十二章 食品流變學與質構,在平行板振動測定中，在流變儀的一端造成一個正弦振動，在另一端用彈簧縛住并測定力的大小和相位，這樣測得的粘彈性流變響應為： G為貯藏模量；G”為損耗模量；

12、K為彈簧系數；b為形狀因子(A/H); A為試樣受振動作用面積；H為兩平行板間距；Xo為扭力振幅；Xi為位移振幅；為相位差。 C. 錐板振動測量 這種形式的振動測量與平行板振動測量相比，改善了邊界條件，加強了系統(tǒng)的剛性。一般可在10-3102Hz范圍內取得準確的數據，其粘彈性響應公式與平行板振動測量基本相同，只是幾何形狀因子b不同，對于錐-板形式b為：,第十二章 食品流變學與質構,b= 2R2/3 式中R為平板半徑； 為錐與板之間夾角,第十二章 食品流變學與質構,D. 正交流變儀 這種流變儀將兩種平行板轉動軸錯開一段距離，造成在同步轉動或穩(wěn)態(tài)剪切之外附加一個小振幅的振動，這種方法避免了其他振動

13、法中受本機共振頻率干擾的問題。這種流,第十二章 食品流變學與質構,平衡流變儀粘彈性流變響應為： Tx： 作用在兩軸平面的力；Ty：與兩軸平面正交的力 : 兩軸間的偏角； R1：內球半徑 K= 1- （R1/R2）3 R2：外球半徑,第十二章 食品流變學與質構,變儀的粘彈性響應公式為： Fx ： 為與兩軸平面正交的力 H：板間距 Fy ： 為作用在兩板軸平面的力 R：平板半徑 d: 兩軸相互錯開的距離 E. 平衡流變儀 平衡流變儀是在兩軸之間有一個偏角，從面在轉動時造成試樣振動，如果兩個表以等角速度轉動，則試樣就會受到一個簡諧剪切振動。,第十二章 食品流變學與質構,正交流變儀和前三種振動流變儀相

14、比，它的運動穩(wěn)定性好，儀器結構簡單，操作方便，精密度高。 目前，除了正交流變儀外，還有幾種穩(wěn)定性好的流變儀。其主要結構部件如下：,第十二章 食品流變學與質構,12.2 食品質構 國際標準化組織(1979)對質構定義：食品所有流變學和結構（同何和表面）的屬性，它們由力、觸覺，有時是視覺和聽覺的接受器所感知的。 12.2.1 人體的感覺與質構,第十二章 食品流變學與質構,從上可以看出，食品的質構是能夠通過人們的手指、口腔、舌頭和牙齒，有時是通過眼或耳感覺的食品性狀。這種不通過儀器感受食品性狀的方法稱之為食品的感官評價。 用感官法來評價食品的質地應注意評價術語規(guī)范化。1963年Brandit 提出了

15、質地多面剖析法的概念，即把人們的感官知覺與其力學性質、幾何特性結合起來進行了定義，使得對質地的感官評價信息可以用客觀的方法相互溝通或傳遞。在這方面Szczeniak和Sherman的提案得到了廣泛的認可。,第十二章 食品流變學與質構,第十二章 食品流變學與質構,第十二章 食品流變學與質構,12.2.2 食品的感官評定 12.2.2.1 評審組的確定 有分析型與嗜好型兩種。分析型評審組（10人）一般由具有一定專業(yè)水平的專家組成。對專家的要求如下： 1） 對鑒定對象食品的各種感官特性有區(qū)別、分析和判斷的能力。 2） 對以上各種特性具有敏銳的感受知能力（即刺激閾值小）。 3） 對各種特性的量化具有強

16、的感知能力（即辨別閾?。?。 4） 對各種特性具有準確的語言表達能力。 嗜好型評審組一般由消費者組成，當然也可有分析型專家參加。在實際開發(fā)新食品時，一般嗜好型評審組由本單位的職工組成，選人時要注意年齡、性別及嗜好的差異。,第十二章 食品流變學與質構,12.2.2.2 感官鑒定的方法 1) 2點識別試驗法（paired difference test） 2點識別法主要用來測試評審人員個人的識別能力。其基本要點是：提供兩個某項性質在客觀上有差別的試樣X、Y。然后，測試評審人員能否正確判斷出試樣的刺激強度順序.。這種方法使用很普遍，不僅可作為食品物性感官判定的方法，也常用作風味識別能力的鑒定方法。 2

17、） 2點嗜好試驗法(paired preference test) 這種試驗法主要用于嗜好性調查和品質評價。所謂2點嗜好試驗法，就是對X、Y兩種試樣，指出對哪一種更喜歡，或哪一種品質更好一些。 3）1:2 點識別試驗法（duo-trio difference test） 將X、Y兩種試樣之一作為標準試樣。然后，再拿出X、Y,第十二章 食品流變學與質構,試樣，讓評審員判斷哪一個與標準試樣相同。這種方法常用來測試評審組全體或評審個人是否具備識別能力。此法往往比兩點法判斷精度更高。 4) 3點識別- 嗜好試驗法（triangle difference and preference test） 將X、

18、Y兩種試樣，按XXY或XYY組合供試。讓評審者從3個試樣中挑出與其它2個不同的試樣。稱這種方法為3點識別試驗法。然后，再將那一個不同的試樣與剩下2個試樣相比較，選擇自已更喜歡的一種試樣，稱這種方法為 3點嗜是試驗法。 5） 順序法(ranking method) 這是一種常用的嗜好性調查或品質鑒定的方法。它將m個試樣A1、A2、A3Am讓評審者品嘗，然后按自已嗜好的,第十二章 食品流變學與質構,順序，或某項刺激的強度順序把這些試樣排序。 12.2.2.3 評定記分 一種按 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3方式記分；另一種按1, 2，3，4，5，6，7，8，9，10方式記分。 12.2.3 食品質構的儀器測定 食品的感官評定費時、費力、結果受多種因素影響，非常不穩(wěn)定。儀器測定法卻可以避免以上諸多缺點，結果客觀。 測定食品質地的儀器可分基礎力學測定、半經驗測定和模擬測定三種。 基礎力學測定儀是能測定具有明確力學參數的儀器，如粘度儀、基礎流變儀等。這種測定方法雖然具有很多優(yōu)點，但很難表現(xiàn)