第十二章-食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu)

1、第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),(2) 回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，當(dāng)液體進(jìn)入雙園筒隙間時，在旋轉(zhuǎn)園筒的作用下，液體將發(fā)生轉(zhuǎn)動， 液體在運(yùn)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(shù)。 B. 轉(zhuǎn)鼓式粘度計 外園筒旋轉(zhuǎn)而內(nèi)園筒靜止，通過內(nèi)園筒達(dá)到平衡時所偏轉(zhuǎn)的角度來測定粘度，即通過測定旋轉(zhuǎn)的力矩求出其粘度。,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),C. 轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式粘度計,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),原理: 外園筒不轉(zhuǎn)，中間的轉(zhuǎn)子通過彈簧等彈性元件與刻度盤相連接，如果轉(zhuǎn)子沒有其他外力的作用，在電機(jī)作用下，就

2、會與刻度盤一起作勻速運(yùn)動，但當(dāng)轉(zhuǎn)子浸入液體時，由于液體粘性的作用而受到一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩M1作用，阻礙了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子不能與刻度盤同步運(yùn)動。因轉(zhuǎn)子與彈簧相連，這個力矩陣就能過轉(zhuǎn)子作用在彈簧 上，使彈簧扭轉(zhuǎn)了一個角度，彈簧產(chǎn)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(zhuǎn)子以同樣的轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見，補(bǔ)測液體的粘度越大，產(chǎn)生的阻力矩M1就越大，彈簧扭轉(zhuǎn)的角度也越大。因此，可根據(jù)彈簧扭轉(zhuǎn)角度的大小來確定粘度的大小。彈簧扭轉(zhuǎn)的角度可能過固定在轉(zhuǎn)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(xué)與質(zhì)構(gòu),根據(jù)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(shè)在液體內(nèi)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(yīng)力可根據(jù)下式計算： 剪切速率可根據(jù)下式計算： 所以液體粘度為： =/,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),注意： a. 由于雙園筒回轉(zhuǎn)式粘度計產(chǎn)生反力矩的彈性元件具有確定的彈性系數(shù)。因此，在測一時受到液體摩擦力矩M1的作用而產(chǎn)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(zhuǎn)子的大小有關(guān)。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(zhuǎn)筒或轉(zhuǎn)子，以滿足不同液體測量的需要。 b. 在選定了轉(zhuǎn)子后，還要注意轉(zhuǎn)速，要使轉(zhuǎn)子在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速范

4、圍內(nèi)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(zhuǎn)粘度計，但比上述所講的均要復(fù)雜得多。,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),12.1.2.4 粘彈性形變 1) 粘彈性物質(zhì)的概念 同時具有液體的粘性和固體彈性的物質(zhì)稱為粘彈性物質(zhì)。如面團(tuán)、米粉團(tuán)、凍凝膠、奶糖等都是一些典型的粘彈體。 2）粘彈性的特點(diǎn) 粘彈性除了兼有彈性性質(zhì)與粘性流動性質(zhì)以外，還具有如下一些特殊的性質(zhì)。 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(zhì)的典型性質(zhì)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(xué)與質(zhì)構(gòu),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(guān)（見下圖），在適當(dāng)?shù)奶崞鹚俣葪l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(guān)。,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),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(dāng)急速轉(zhuǎn)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(dá)到平衡條件時的情況。但是，對于粘彈性物質(zhì)，在平衡條件下卻觀察不到物質(zhì)的彈性特征。因為在外力的作用下，粘彈性物質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)的位置和時間都要受到物質(zhì)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(zhì)相互作用時達(dá)到平衡之前的情況，以此來推斷物質(zhì)的粘彈性特性，,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),測定粘彈性物質(zhì)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(zhì)的蠕變實驗和應(yīng)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(yīng)力松馳實驗 蠕變和應(yīng)力松馳是

7、粘彈性物質(zhì)的主要特征。蠕變實驗就是對被測物質(zhì)試樣施加一定的外力，然后研究由此產(chǎn)生的變形直到平衡狀態(tài)時的實驗。應(yīng)力松馳實驗則是使試樣保持一恒定的變形，然后觀察應(yīng)力隨時間松馳的實驗。 A. 蠕變實驗、蠕變?nèi)崃康臏y定,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),在上圖中，將試樣固定在兩塊輕便的鋁板上，把適當(dāng)?shù)捻来a放入稱量盤，試樣在砝碼的作用下，產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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?nèi)崃繛榧羟行巫兣c剪切應(yīng)力的比值，所以有：,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),J(t) = S(t)/Fo 目前，廣泛使用扭轉(zhuǎn)的方法，利用轉(zhuǎn)動流變儀對試樣施加一個恒定扭矩T，測定其轉(zhuǎn)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(xué)與質(zhì)構(gòu),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(nèi)圓筒半徑 R2：外圓筒半徑 h: 圓筒高度 在蠕變?nèi)崃繙y量時，應(yīng)正確選擇施加外力的大小。,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),B. 應(yīng)力松馳實驗,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),上圖裝置是一種測量應(yīng)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(diào)整平衡錘B來平衡支點(diǎn)的每一側(cè)的力，接著將上下面的夾板固定好試樣。 實驗開始時，經(jīng)由千分尺迅速引起應(yīng)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(dāng)支點(diǎn)兩側(cè)的力被平衡時就是平衡點(diǎn)。這樣就可以通過簡單的計算得出在恒定應(yīng)變的應(yīng)力。隨著應(yīng)力的變

10、化，不斷改變砝碼重量以保持平衡，可得到應(yīng)力松弛情況，此時應(yīng)力松馳模量G(t)為： G(t) = F(t) / So 上式的F(t)為在恒定應(yīng)變So下，任一時刻t時的應(yīng)力(N/m2) F(t) = mgL1/L2 r2 mg: 砝碼的重力(N)；r: 具有So應(yīng)變時的試件半徑（m）,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),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(zhuǎn)動流變儀進(jìn)行應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動突然停止時，測定扭矩的變化的方

11、法來測量應(yīng)力松馳情況。 總結(jié)： 通過測量加力或卸力時形變與時間的變化關(guān)系，采用一些相應(yīng)的模型來描述該體系的粘彈性。,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),(2) 振動測量法 A. 原理： 周期性地對被測物質(zhì)反復(fù)進(jìn)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(yīng)，從而確定物質(zhì)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(fù)，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(xué)與質(zhì)構(gòu),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(yīng)為： G為貯藏模量；G”為損耗模量；

12、K為彈簧系數(shù)；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(qiáng)了系統(tǒng)的剛性。一般可在10-3102Hz范圍內(nèi)取得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，其粘彈性響應(yīng)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(xué)與質(zhì)構(gòu),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(xué)與質(zhì)構(gòu),D. 正交流變儀 這種流變儀將兩種平行板轉(zhuǎn)動軸錯開一段距離，造成在同步轉(zhuǎn)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(jī)共振頻率干擾的問題。這種流,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),平衡流變儀粘彈性流變響應(yīng)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(nèi)球半徑 K= 1- （R1/R2）3 R2：外球半徑,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),變儀的粘彈性響應(yīng)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(zhuǎn)動時造成試樣振動，如果兩個表以等角速度轉(zhuǎn)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(xué)與質(zhì)構(gòu),正交流變儀和前三種振動流變儀相

14、比，它的運(yùn)動穩(wěn)定性好，儀器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部件如下：,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),12.2 食品質(zhì)構(gòu) 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(1979)對質(zhì)構(gòu)定義：食品所有流變學(xué)和結(jié)構(gòu)（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(zhì)構(gòu),第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),從上可以看出，食品的質(zhì)構(gòu)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(zhì)地應(yīng)注意評價術(shù)語規(guī)范化。1963年Brandit 提出了

15、質(zhì)地多面剖析法的概念，即把人們的感官知覺與其力學(xué)性質(zhì)、幾何特性結(jié)合起來進(jìn)行了定義，使得對質(zhì)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(rèn)可。,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),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(qiáng)

16、的感知能力（即辨別閾?。?4） 對各種特性具有準(zhǔn)確的語言表達(dá)能力。 嗜好型評審組一般由消費(fèi)者組成，當(dāng)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(xué)與質(zhì)構(gòu),12.2.2.2 感官鑒定的方法 1) 2點(diǎn)識別試驗法（paired difference test） 2點(diǎn)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(diǎn)是：提供兩個某項性質(zhì)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(qiáng)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(fēng)味識別能力的鑒定方法。 2

17、） 2點(diǎn)嗜好試驗法(paired preference test) 這種試驗法主要用于嗜好性調(diào)查和品質(zhì)評價。所謂2點(diǎn)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(zhì)更好一些。 3）1:2 點(diǎn)識別試驗法（duo-trio difference test） 將X、Y兩種試樣之一作為標(biāo)準(zhǔn)試樣。然后，再拿出X、Y,第十二章 食品流變學(xué)與質(zhì)構(gòu),試樣，讓評審員判斷哪一個與標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)法判斷精度更高。 4) 3點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)嗜是試驗法。 5） 順序法(ranking method) 這是一種常用的嗜好性調(diào)查或品質(zhì)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(xué)與質(zhì)構(gòu),順序，或某項刺激的強(qiáng)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(zhì)構(gòu)的儀器測定 食品的感官評定費(fèi)時、費(fèi)力、結(jié)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(diǎn)，結(jié)果客觀。 測定食品質(zhì)地的儀器可分基礎(chǔ)力學(xué)測定、半經(jīng)驗測定和模擬測定三種。 基礎(chǔ)力學(xué)測定儀是能測定具有明確力學(xué)參數(shù)的儀器，如粘度儀、基礎(chǔ)流變儀等。這種測定方法雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但很難表現(xiàn)