食品的力學(xué)性質(zhì)教學(xué)文案

1、食品的力學(xué)性質(zhì) 由外部應(yīng)力而產(chǎn)生的變形，如除去其應(yīng)力，則物質(zhì)恢復(fù)由外部應(yīng)力而產(chǎn)生的變形，如除去其應(yīng)力，則物質(zhì)恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為原狀，這種性質(zhì)稱為彈性（彈性（ElasticityElasticity）。 把這種可逆性變形稱為把這種可逆性變形稱為彈性變形（彈性變形（elastic deformati-elastic deformati-onon），），而非可逆性變形稱為而非可逆性變形稱為塑性變形（塑性變形（plastic deformat- plastic deformat- ionion）。）。 流動主要表示液體和氣體的性質(zhì)。流動的難易與物質(zhì)本流動主要表示液體和氣體的性質(zhì)。流動的難易與物質(zhì)本

2、身具有的性質(zhì)有關(guān)，把這種現(xiàn)象稱為身具有的性質(zhì)有關(guān)，把這種現(xiàn)象稱為粘性（粘性（ViscosityViscosity）。）。流動也視為一種非可逆性變形過程。流動也視為一種非可逆性變形過程。 實際上，某一種物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性實際上，某一種物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性（粘彈性）。這種性質(zhì)稱為（粘彈性）。這種性質(zhì)稱為流變學(xué)性質(zhì)流變學(xué)性質(zhì)，對這種現(xiàn)象進行，對這種現(xiàn)象進行定量解析的學(xué)問稱為定量解析的學(xué)問稱為流變學(xué)流變學(xué)。牛頓將粘度定義為所加應(yīng)力與流動梯度的比例。牛頓將粘度定義為所加應(yīng)力與流動梯度的比例。Stationary PlateMoveable PlateA=Area cm2A=

3、Area cm2X = DistanceF = Force (dynes)剪切力（剪切力（Shear Stress）剪切率剪切率 (Shear Rate)粘度粘度*假定假定: 板的長度遠大于板的間距。板的長度遠大于板的間距。流變學(xué)介紹流變學(xué)介紹 定義定義I Rheology introduction I 切變應(yīng)力與切變速率切變應(yīng)力與切變速率 在流速不太快時，可將流動著的液體視為互相平行移動在流速不太快時，可將流動著的液體視為互相平行移動的液層叫的液層叫層流（層流（如下圖），由于各層的速度不同，便形成如下圖），由于各層的速度不同，便形成速度梯度速度梯度du/dydu/dy，這是流動的基本特征。這

4、是流動的基本特征。 u uy y表征體系流變性質(zhì)的兩個基本參數(shù)：表征體系流變性質(zhì)的兩個基本參數(shù)：1. 1. 在單位液層面積上施加的使各在單位液層面積上施加的使各液層間產(chǎn)生相對運動的外力稱為液層間產(chǎn)生相對運動的外力稱為剪剪切應(yīng)力切應(yīng)力，簡稱，簡稱剪切力剪切力（sheari g sheari g forceforce）, ,單位為單位為N/mN/m2 2，以以 表示。表示。2.2.剪切速度剪切速度（rate of shearrate of shear），），單位為單位為S S-1-1，以以 表示。表示。漆刷的速度漆刷的速度Estimate the velocity of the paint bru

5、sh = 50 cm/sec油漆的厚度油漆的厚度Estimate the thickness of the layer of paint being applied = y = 0.01 cm剪切率計算剪切率計算Calculate shear rate = 50 cm/sec0.01cm= 5,000 sec-1Example: 刷油漆刷油漆 Shear rate of applying paint with a brush:vy剪切率剪切率SHEAR RATE RANGE & PRACTICAL APPLICATIONS第二節(jié)第二節(jié) 流變性質(zhì)流變性質(zhì) 一牛頓流動一牛頓流動牛頓粘度定律：純液體

6、和多數(shù)低分子溶液在層流條件下牛頓粘度定律：純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的剪切應(yīng)力（的剪切應(yīng)力（）與剪切速度（）與剪切速度（）成正比。遵循該法則）成正比。遵循該法則的液體為牛頓流體。的液體為牛頓流體。 式中，式中，粘度或粘度系數(shù)粘度或粘度系數(shù)，是表示流體粘性的物理是表示流體粘性的物理常數(shù)。單位為泊，常數(shù)。單位為泊，1 1P= 0.1NS mP= 0.1NS m-2-2，SISI單位中粘度用單位中粘度用PaSPaS或或 Kg/(ms)Kg/(ms)表示。表示。粘度系數(shù)除以密度粘度系數(shù)除以密度得的值得的值（ = =/）為為動力粘度動力粘度（SISI單位為單位為/ /S S）。）。 1或AF 下

7、表中表示制劑研究中常用的各種液體在下表中表示制劑研究中常用的各種液體在2020條件條件下的粘度。下的粘度。 根據(jù)公式得知牛頓液體的切變速度根據(jù)公式得知牛頓液體的切變速度與切變應(yīng)與切變應(yīng)力力之間如下圖所示，呈直線關(guān)系且直線經(jīng)過原點。之間如下圖所示，呈直線關(guān)系且直線經(jīng)過原點。 ( (a)a)牛頓流動牛頓流動 9v牛頓液體的特點：牛頓液體的特點： 一般為低分子的純液體或稀溶液；一般為低分子的純液體或稀溶液； 在一定溫度下，牛頓液體的粘度為常數(shù)，它只是溫度在一定溫度下，牛頓液體的粘度為常數(shù)，它只是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而減小。的函數(shù)，隨溫度升高而減小。 二非牛頓流動二非牛頓流動u 實際上大多數(shù)液體不符

8、合牛頓粘度定律，如高分子溶液實際上大多數(shù)液體不符合牛頓粘度定律，如高分子溶液、膠體溶液、乳劑、混懸劑、軟膏以及固、膠體溶液、乳劑、混懸劑、軟膏以及固- -液的不均勻體液的不均勻體系的流動。把這種系的流動。把這種不遵循牛頓粘度定律的不遵循牛頓粘度定律的物質(zhì)稱為物質(zhì)稱為非牛頓非牛頓流體流體，這種物質(zhì)的流動現(xiàn)象稱為這種物質(zhì)的流動現(xiàn)象稱為非牛頓流動非牛頓流動。u 非牛頓流體的剪切速度和剪切應(yīng)力的變化規(guī)律，經(jīng)作圖非牛頓流體的剪切速度和剪切應(yīng)力的變化規(guī)律，經(jīng)作圖后可得四種曲線的類型：后可得四種曲線的類型：塑性流動、假塑性流動、脹形流塑性流動、假塑性流動、脹形流動、觸變流動動、觸變流動。u 對于非牛頓流體可

9、以用旋轉(zhuǎn)粘度計進行測定。對于非牛頓流體可以用旋轉(zhuǎn)粘度計進行測定。11流變曲線流變曲線: :以切變速率為縱坐標(biāo)，切應(yīng)力為橫坐標(biāo)作以切變速率為縱坐標(biāo)，切應(yīng)力為橫坐標(biāo)作圖，所得曲線為流變曲線或流動曲線。圖，所得曲線為流變曲線或流動曲線。A-A-牛頓流體；牛頓流體； B-B-塑性流體；塑性流體； C-C-假塑性流體；假塑性流體；D-D-脹性流體；脹性流體； E-E-觸變性流體觸變性流體.（一）塑性流動（一）塑性流動( (plastic flow) plastic flow) 塑性流動的流動曲線：曲線不經(jīng)過原點，在橫軸塑性流動的流動曲線：曲線不經(jīng)過原點，在橫軸S S軸上軸上的某處有交點，得屈伏值（的某處

10、有交點，得屈伏值（yield valueyield value）或降伏值）或降伏值。當(dāng)切變應(yīng)力增加至屈伏值時，液體開始流動，切變速度當(dāng)切變應(yīng)力增加至屈伏值時，液體開始流動，切變速度和切變應(yīng)力呈直線關(guān)系。液體的這種性質(zhì)稱為和切變應(yīng)力呈直線關(guān)系。液體的這種性質(zhì)稱為塑性流動塑性流動。引起液體流動的最低剪切應(yīng)力為引起液體流動的最低剪切應(yīng)力為屈伏值屈伏值0 0： p p塑性粘度（塑性粘度（plastic viscosityplastic viscosity）；）；0 0屈伏值、致流值或屈伏值、致流值或降伏值，單位為降伏值，單位為dynedyne-2-2。 ( (b)b)塑性流動塑性流動p013塑性流體的

11、結(jié)構(gòu)變化示意圖塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖v塑性流動的特點：不過原點；有屈伏值塑性流動的特點：不過原點；有屈伏值0 0；當(dāng)切應(yīng)力當(dāng)切應(yīng)力 0 0 時，切變速度時，切變速度和和切應(yīng)力呈直線關(guān)系。切應(yīng)力呈直線關(guān)系。塑性流動的特點塑性流動的特點 冪率流體冪率流體-假塑性假塑性(non-Newtonian -Pseudoplastic fluid )-粘度隨剪切率升高而減小粘度隨剪切率升高而減小Performance of the Pseudoplastic fluid material which displays a decrease in viscosity with increasing shea

12、r rate蛋黃醬、血液、番茄醬、果醬蛋黃醬、血液、番茄醬、果醬, 蒸煮過的淀粉糊，纖維類溶液，乳液，有蒸煮過的淀粉糊，纖維類溶液，乳液，有不少油墨，包括其它許多高分子溶液。不少油墨，包括其它許多高分子溶液。16假塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖假塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖 冪率流體冪率流體-脹性脹性 (non-Newtonian - fluid ) 脹性流體表現(xiàn)為粘度隨剪切率升高而增大脹性流體表現(xiàn)為粘度隨剪切率升高而增大Performance of the Dilatant fluid material which exhibits an increase in viscosity as shear

13、rate increases面團，泥漿、粘土、糖制品、蜂蜜、高濃度淀粉溶液等。面團，泥漿、粘土、糖制品、蜂蜜、高濃度淀粉溶液等。18脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖脹性流體的特點脹性流體的特點 脹性流動的特點：脹性流動的特點：沒屈伏值；過原點；切應(yīng)速度很小時，沒屈伏值；過原點；切應(yīng)速度很小時，液體流動速度較大，當(dāng)切應(yīng)速度逐漸增加時，液體流動速度液體流動速度較大，當(dāng)切應(yīng)速度逐漸增加時，液體流動速度逐漸減小，液體對流動的阻力增加，表觀粘度增加，流動曲逐漸減小，液體對流動的阻力增加，表觀粘度增加，流動曲線向上彎曲。線向上彎曲。 （四）觸變流動（四）觸變流動( (thixotropic

14、 flow)thixotropic flow) 當(dāng)對某溶液進行攪拌時，由于其粘度下降，故流體易于當(dāng)對某溶液進行攪拌時，由于其粘度下降，故流體易于流動。但是，放置一段時間以后，又恢復(fù)原來的粘性。象流動。但是，放置一段時間以后，又恢復(fù)原來的粘性。象這種隨著切變應(yīng)力的下降，其粘度下降的物質(zhì)，即在等溫這種隨著切變應(yīng)力的下降，其粘度下降的物質(zhì)，即在等溫條件下緩慢地恢復(fù)到原來狀態(tài)的現(xiàn)象稱為條件下緩慢地恢復(fù)到原來狀態(tài)的現(xiàn)象稱為觸變性（觸變性（thixlotropythixlotropy）。）。（e e）觸變流動觸變流動 產(chǎn)生觸變的原因：產(chǎn)生觸變的原因：對流體施加切應(yīng)力后，破壞了液體內(nèi)對流體施加切應(yīng)力后，破壞

15、了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)切應(yīng)力減小時，液體又重新恢復(fù)原有部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)切應(yīng)力減小時，液體又重新恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，恢復(fù)過程所需時間較長，因而上行線和下行線就結(jié)構(gòu)，恢復(fù)過程所需時間較長，因而上行線和下行線就不重合。不重合。 觸變流動的特點：觸變流動的特點：等溫的溶膠和凝膠的可逆轉(zhuǎn)換。等溫的溶膠和凝膠的可逆轉(zhuǎn)換。 塑性流體、假塑性流體、脹性流體中多數(shù)具有觸變性，塑性流體、假塑性流體、脹性流體中多數(shù)具有觸變性，它們分別稱為觸變性塑性液體、觸變性假塑性液體、觸它們分別稱為觸變性塑性液體、觸變性假塑性液體、觸變性脹性液體變性脹性液體。 其流動曲線的特性表現(xiàn)為剪切應(yīng)力的下降曲線，并其流動曲線的特性表現(xiàn)為剪切應(yīng)

16、力的下降曲線，并與上升曲線相比向左遷移。在圖上表現(xiàn)為環(huán)狀滯后曲與上升曲線相比向左遷移。在圖上表現(xiàn)為環(huán)狀滯后曲線。也就是說，用同一個線。也就是說，用同一個值進行比較，曲線下降時值進行比較，曲線下降時粘度低，上升時被破壞的結(jié)構(gòu)并不因為應(yīng)力的減少而粘度低，上升時被破壞的結(jié)構(gòu)并不因為應(yīng)力的減少而立即恢復(fù)原狀，而是存在一種時間差。即所謂的觸變立即恢復(fù)原狀，而是存在一種時間差。即所謂的觸變性是施加應(yīng)力使其流體產(chǎn)生流動時，流體的流動性暫性是施加應(yīng)力使其流體產(chǎn)生流動時，流體的流動性暫時性增加。時性增加。 觸變性的測定可以通過計算滯后環(huán)狀曲線所包圍的觸變性的測定可以通過計算滯后環(huán)狀曲線所包圍的面積，推測由觸變流

17、動而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的破壞和恢復(fù)原面積，推測由觸變流動而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的破壞和恢復(fù)原來狀態(tài)的程度。通過這種方法可以控制食品的特性和來狀態(tài)的程度。通過這種方法可以控制食品的特性和產(chǎn)品的質(zhì)量。產(chǎn)品的質(zhì)量。三三. .粘彈性粘彈性( (Viscoelasticity)Viscoelasticity) 高分子物質(zhì)或分散體系具有高分子物質(zhì)或分散體系具有粘性粘性( (viscosity)viscosity)和和彈性彈性( (elasticity)elasticity)雙重特性，稱之為雙重特性，稱之為粘彈性粘彈性。 應(yīng)力緩和應(yīng)力緩和( (stress relaxation)stress relaxation)：物質(zhì)被施加一定的壓物質(zhì)被施加一定的壓力而變形，并使其保持一定應(yīng)力時，應(yīng)力隨時間而減少，力而變形，并使其保持一定應(yīng)力時，應(yīng)力隨時間而減少，此現(xiàn)象稱為應(yīng)力緩和。此現(xiàn)象稱為應(yīng)力緩和。 蠕變性蠕變性( (creep)creep)：對物質(zhì)附加一定的重量時，表現(xiàn)為一對物質(zhì)附加一定的重量時，表現(xiàn)為一定的伸展性或形變，而且隨時間變化，此現(xiàn)象稱為蠕變性。定的伸展性或形變，而