食品物性學(xué)-第二章食品的力學(xué)性質(zhì)和流變學(xué)基礎(chǔ)

1、第二章 食品的力學(xué)性質(zhì)和流變學(xué)基礎(chǔ)v 食品物質(zhì)的膠黏性食品物質(zhì)的膠黏性n 食品物性構(gòu)成體系與力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性食品物性構(gòu)成體系與力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性n 膠體的概念膠體的概念n 分散系統(tǒng)的膠體分散系統(tǒng)的膠體n 食品的膠黏性與食品加工食品的膠黏性與食品加工v 食品流變學(xué)食品流變學(xué)n 食品流變學(xué)概述食品流變學(xué)概述n 食品的黏性食品的黏性n 食品的黏彈性食品的黏彈性第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性2、膠體的概念： 除了純液體食品外，幾乎所有的食品在食用時的狀態(tài)都除了純液體食品外，幾乎所有的食品在食用時的狀態(tài)都可以看做膠體。可以看做膠體。膠體系統(tǒng)主要由膠體粒子膠體系統(tǒng)主要由膠體粒子(colloidal particl

2、e)組成，是一種組成，是一種多相分散系統(tǒng)，也稱為非均質(zhì)分散系統(tǒng)。多相分散系統(tǒng)，也稱為非均質(zhì)分散系統(tǒng)。類 型 高分子溶液膠體溶液懸濁液粒子大小1nm1100nm約200 nm觀察手段電子顯微鏡電子顯微鏡，超顯微鏡光學(xué)顯微鏡滲透性可通過半透膜可透過濾紙，但不能透過半透膜不能透過濾紙透光性透明顯示廷德爾現(xiàn)象很混濁膠體粒子的大小膠體粒子的大小和膠體的特征和膠體的特征 第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性3、分散系統(tǒng)的膠體： 按照膠體粒子在分散系統(tǒng)中的存在狀態(tài)，可以把膠體系按照膠體粒子在分散系統(tǒng)中的存在狀態(tài)，可以把膠體系統(tǒng)分成統(tǒng)分成9種。種。連續(xù)相連續(xù)相 分散相分散相 類別名稱類別名稱 食食 品品 舉舉 例例 氣體

3、氣體液體液體氣溶膠氣溶膠彌漫香氣的霧彌漫香氣的霧固體固體粉粉 末末淀粉、小麥粉、砂糖、脫脂奶粉等淀粉、小麥粉、砂糖、脫脂奶粉等液體液體氣體氣體泡泡 沫沫摜奶油、軟冰淇淋、啤酒沫等摜奶油、軟冰淇淋、啤酒沫等液體液體乳膠體乳膠體牛奶、生奶油、黃油、卵黃、蛋黃醬等牛奶、生奶油、黃油、卵黃、蛋黃醬等固體固體懸膠體懸膠體果汁、湯汁果汁、湯汁溶溶 膠膠調(diào)味汁、肉湯、淀粉糊調(diào)味汁、肉湯、淀粉糊凝凝 膠膠果凍、涼粉、雞蛋羹、豆腐果凍、涼粉、雞蛋羹、豆腐固體固體 氣體氣體固體泡固體泡面包、饅頭、蛋糕、餅干面包、饅頭、蛋糕、餅干液體液體固體凝膠固體凝膠果凍、熟米飯粒果凍、熟米飯粒食品膠體系統(tǒng)的分類食品膠體系統(tǒng)的分

4、類 第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性 氣溶膠：穩(wěn)定性氣溶膠：穩(wěn)定性 粉末粉末 表觀比體積：單位質(zhì)量粉末所充填的體積。表觀比體積：單位質(zhì)量粉末所充填的體積。 表觀密度：包括粉末間隙在內(nèi)的單位體積粉體的質(zhì)量。表觀密度：包括粉末間隙在內(nèi)的單位體積粉體的質(zhì)量。 孔隙率：一定體積的粉末中，空隙所占體積的比率?？紫堵剩阂欢w積的粉末中，空隙所占體積的比率。 孔隙率孔隙率V0/V=(V-V1)/V 氣泡氣泡(bubble)：在液體中分散有許多氣體的分散系統(tǒng)：在液體中分散有許多氣體的分散系統(tǒng)第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性 乳膠體：乳膠體： 兩種互不相溶的液體，其中一方為微小的液滴分散在另兩種互不相溶的液體，其中一方為微小的

5、液滴分散在另一方液體中的膠體。一方液體中的膠體。 水包油型水包油型(O/W)，油包水型，油包水型(W/O)W/O)。在外力的強(qiáng)烈作用。在外力的強(qiáng)烈作用下，兩者可相互轉(zhuǎn)化。下，兩者可相互轉(zhuǎn)化。第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性 乳膠體：乳膠體：多相乳膠多相乳膠體體 (multilayer emulsion)，把，把(O/W)或或(W/O)型型乳膠體整個看成一個連續(xù)相，再向其中加入水或油后，乳膠體整個看成一個連續(xù)相，再向其中加入水或油后，得到的一種均一體系。包括得到的一種均一體系。包括W/O/W或或O/W/O型乳膠體。型乳膠體。第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性 乳膠體：乳膠體： 乳膠體類型的判斷：乳膠體類型的判斷：

6、 稀釋法：將稀釋法：將1滴乳膠液滴滴入水中，如果它能擴(kuò)散到滴乳膠液滴滴入水中，如果它能擴(kuò)散到整個水中，就是整個水中，就是O/W型，反之就是型，反之就是W/O型。型。 導(dǎo)電法：水和油的導(dǎo)電性質(zhì)有很大差異，用電流計(jì)的導(dǎo)電法：水和油的導(dǎo)電性質(zhì)有很大差異，用電流計(jì)的兩極插入乳膠液中，入會路線是通電，則為兩極插入乳膠液中，入會路線是通電，則為O/W型，反型，反之為之為W/O型。型。 色素染色法：利用色素是否溶解于連續(xù)相來判斷。用色素染色法：利用色素是否溶解于連續(xù)相來判斷。用不溶于油的水溶性色素（如甲基橙）加入乳膠體中，如不溶于油的水溶性色素（如甲基橙）加入乳膠體中，如果溶解，則為果溶解，則為O/W型，反

7、之為型，反之為W/O型。型。第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性 溶膠和凝膠：大部分食品的主要形態(tài)。溶膠和凝膠：大部分食品的主要形態(tài)。 溶膠溶膠(sol)：可以流動的膠體溶液。把分散介質(zhì)（連續(xù)相）：可以流動的膠體溶液。把分散介質(zhì)（連續(xù)相）是水的膠體稱為親水性膠體是水的膠體稱為親水性膠體(hydrocolloid)，對這樣的溶，對這樣的溶膠稱為水溶膠膠稱為水溶膠(hydrosol)。 凝膠凝膠(gel)：在分散介質(zhì)中的膠體粒子或高分子溶質(zhì)，形：在分散介質(zhì)中的膠體粒子或高分子溶質(zhì)，形成整體構(gòu)造而失去了流動性，或膠體全體雖含有大量液成整體構(gòu)造而失去了流動性，或膠體全體雖含有大量液體介質(zhì)而固化的狀態(tài)稱為凝膠。體介

8、質(zhì)而固化的狀態(tài)稱為凝膠。 干凝膠干凝膠(xerogel)：凝膠放置后，逐漸離漿脫水成為干燥：凝膠放置后，逐漸離漿脫水成為干燥狀態(tài)，稱為干凝膠。狀態(tài)，稱為干凝膠。干凝膠浸泡在水中，一般會吸水變干凝膠浸泡在水中，一般會吸水變軟，軟，稱為膨潤。稱為膨潤。第一節(jié) 食品物質(zhì)的膠黏性 溶膠和凝膠：溶膠和凝膠： 凝膠的形成機(jī)理凝膠的形成機(jī)理：有纖維狀高分子相互纏結(jié)，或分子間鍵：有纖維狀高分子相互纏結(jié)，或分子間鍵結(jié)合，得到三維的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而形成。水保持在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)結(jié)合，得到三維的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而形成。水保持在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格中，全體失去流動性質(zhì)。格中，全體失去流動性質(zhì)。 凝膠可分為熱不可逆凝膠（蛋白凝膠）和熱可逆凝膠

9、（多凝膠可分為熱不可逆凝膠（蛋白凝膠）和熱可逆凝膠（多糖凝膠）或易離水凝膠（豆腐）和難離水凝膠（果凍）。糖凝膠）或易離水凝膠（豆腐）和難離水凝膠（果凍）。 離漿：凝膠經(jīng)過一段時間放置后，網(wǎng)格會逐漸收縮，并把離漿：凝膠經(jīng)過一段時間放置后，網(wǎng)格會逐漸收縮，并把網(wǎng)格中的水?dāng)D出來。網(wǎng)格中的水?dāng)D出來。 凝膠的重要性：很多食品是在凝膠狀態(tài)下食用的；凝膠狀凝膠的重要性：很多食品是在凝膠狀態(tài)下食用的；凝膠狀態(tài)食品的力學(xué)性質(zhì)對其口感、風(fēng)味起著決定的作用；研究和態(tài)食品的力學(xué)性質(zhì)對其口感、風(fēng)味起著決定的作用；研究和改善食品的質(zhì)地改善食品的質(zhì)地(texture)，主要是研究凝膠狀態(tài)物質(zhì)的模型。，主要是研究凝膠狀態(tài)物質(zhì)

10、的模型。第二節(jié) 食品流變學(xué)1 1、食品流變學(xué)概述、食品流變學(xué)概述 流變學(xué)流變學(xué)(rheology)：研究物質(zhì)在力作用下變性或流動，以：研究物質(zhì)在力作用下變性或流動，以及力的作用時間對變形的影響的科學(xué)。及力的作用時間對變形的影響的科學(xué)。 流變學(xué)的研究對象一般指：油脂、橡皮、淀粉、蛋白、流變學(xué)的研究對象一般指：油脂、橡皮、淀粉、蛋白、等力學(xué)性質(zhì)介于固體和液體之間的物質(zhì)。對這些物質(zhì)的等力學(xué)性質(zhì)介于固體和液體之間的物質(zhì)。對這些物質(zhì)的黏性、塑性、觸變性、黏彈性等現(xiàn)象進(jìn)行研究，從這些黏性、塑性、觸變性、黏彈性等現(xiàn)象進(jìn)行研究，從這些物質(zhì)的構(gòu)造、組成上解釋以上現(xiàn)象，找出其表現(xiàn)規(guī)律。物質(zhì)的構(gòu)造、組成上解釋以上現(xiàn)

11、象，找出其表現(xiàn)規(guī)律。第二節(jié) 食品流變學(xué)1 1、食品流變學(xué)概述、食品流變學(xué)概述 由于力學(xué)性質(zhì)與食品的化學(xué)成分、分子構(gòu)造、分子內(nèi)結(jié)由于力學(xué)性質(zhì)與食品的化學(xué)成分、分子構(gòu)造、分子內(nèi)結(jié)合狀態(tài)、分子間結(jié)合狀態(tài)、分散狀態(tài)、以及組織構(gòu)造有合狀態(tài)、分子間結(jié)合狀態(tài)、分散狀態(tài)、以及組織構(gòu)造有極大關(guān)系，因此流變學(xué)可以說是食品力學(xué)性質(zhì)方面的物極大關(guān)系，因此流變學(xué)可以說是食品力學(xué)性質(zhì)方面的物性理論。性理論。 食品流變學(xué)研究的對象是所有的食品和食品原材。食品流變學(xué)研究的對象是所有的食品和食品原材。 食品流變學(xué)研究的目的是要解決實(shí)際食品加工中出現(xiàn)的食品流變學(xué)研究的目的是要解決實(shí)際食品加工中出現(xiàn)的各種問題各種問題 ，提高食品的

12、品質(zhì)和質(zhì)量。，提高食品的品質(zhì)和質(zhì)量。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（1 1）應(yīng)力與應(yīng)變的概念）應(yīng)力與應(yīng)變的概念 應(yīng)力應(yīng)力(stress)：單位面積所承受的作：單位面積所承受的作用力用力 正應(yīng)力：受力面積與施力方向垂直正應(yīng)力：受力面積與施力方向垂直 剪應(yīng)力剪應(yīng)力(shear stress)：受力面積與施力方向互相正交：受力面積與施力方向互相正交 應(yīng)變應(yīng)變(strain)：外力作用下不產(chǎn)生位移時，幾何形狀和尺寸的：外力作用下不產(chǎn)生位移時，幾何形狀和尺寸的變化（形變）。變化（形變）。 剪切應(yīng)變剪切應(yīng)變(shear strain)：在剪切應(yīng)力作用下的形變。：在剪切應(yīng)力作用下的形變。第

13、二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（1 1）應(yīng)力與應(yīng)變的概念）應(yīng)力與應(yīng)變的概念 剪切速率：液體流動過程中，剪切應(yīng)變與所需時間之比為剪切速率：液體流動過程中，剪切應(yīng)變與所需時間之比為剪切速率，也稱為應(yīng)變速率或速率梯度，單位為剪切速率，也稱為應(yīng)變速率或速率梯度，單位為s-1。 對于流體而言，內(nèi)部某一點(diǎn)的剪切速率又可以表述為該點(diǎn)對于流體而言，內(nèi)部某一點(diǎn)的剪切速率又可以表述為該點(diǎn)的即時速度與該點(diǎn)形變的截面尺寸的比值，即的即時速度與該點(diǎn)形變的截面尺寸的比值，即s-1 。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（2 2）黏度的概念）黏度的概念(viscosity) 流體在流動時，阻礙流

14、體流動的性質(zhì)稱為黏性。流體在流動時，阻礙流體流動的性質(zhì)稱為黏性。黏性黏性是是表征流體流動性質(zhì)的指標(biāo)。表征流體流動性質(zhì)的指標(biāo)。 黏性產(chǎn)生的原因黏性產(chǎn)生的原因：從微觀上講就是流體受力作用，其質(zhì)：從微觀上講就是流體受力作用，其質(zhì)點(diǎn)間作相對運(yùn)動時產(chǎn)生阻力的性質(zhì)。這種阻力來自內(nèi)部點(diǎn)間作相對運(yùn)動時產(chǎn)生阻力的性質(zhì)。這種阻力來自內(nèi)部分子運(yùn)動和分子引力。分子運(yùn)動和分子引力。 黏性的大小用黏度（或稱黏性率、黏性系數(shù)）來表示。黏性的大小用黏度（或稱黏性率、黏性系數(shù)）來表示。 根據(jù)變形的方式，黏度可以分為剪切黏度、延伸黏度和根據(jù)變形的方式，黏度可以分為剪切黏度、延伸黏度和體積黏度。體積黏度。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、

15、食品的黏性、食品的黏性（2 2）黏度的概念）黏度的概念 牛頓流動狀態(tài)方程：描述流體的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，由牛頓流動狀態(tài)方程：描述流體的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，由于液體受剪切應(yīng)力作用，變形表現(xiàn)為流動，即剪切速率于液體受剪切應(yīng)力作用，變形表現(xiàn)為流動，即剪切速率的大小，因此流動狀態(tài)方程表述為：的大小，因此流動狀態(tài)方程表述為： 式中式中為剪切應(yīng)力；為剪切應(yīng)力；為剪切應(yīng)力與剪切速率之間的比例為剪切應(yīng)力與剪切速率之間的比例系 數(shù) ， 表 示 液 體 流動的 阻 力 大 小 ， 被 定 義 為 黏 度系 數(shù) ， 表 示 液 體 流動的 阻 力 大 小 ， 被 定 義 為 黏 度(viscosity)。黏度的倒數(shù)。黏

16、度的倒數(shù)稱為稱為流度流度(fluidity)。 黏度的值等于流體在剪切速率為黏度的值等于流體在剪切速率為1 s-1時所產(chǎn)生的剪切力，時所產(chǎn)生的剪切力，單位是單位是Pas（泊），常用單位有厘泊（泊），常用單位有厘泊(cP)。 第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（2 2）黏度的概念）黏度的概念 非牛頓流動狀態(tài)方程：自然界中的液體，多不符合牛頓非牛頓流動狀態(tài)方程：自然界中的液體，多不符合牛頓流體定律，其流動狀態(tài)方程可由經(jīng)驗(yàn)公式表示。流體定律，其流動狀態(tài)方程可由經(jīng)驗(yàn)公式表示。 式中式中k為黏性常數(shù)，與液體濃度有關(guān)，也稱濃度系數(shù)；為黏性常數(shù)，與液體濃度有關(guān)，也稱濃度系數(shù)；n為流態(tài)特性指數(shù)。

17、為流態(tài)特性指數(shù)。 令令 ，則，則 。 為表觀黏度為表觀黏度(apparent viscosity)。不但與。不但與 k 和和 n 有關(guān)，有關(guān)，還是剪切速率的函數(shù)，即為液體在某一定流速下的黏度。還是剪切速率的函數(shù)，即為液體在某一定流速下的黏度。 第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（2 2）黏度的概念）黏度的概念 對實(shí)際的許多流體，當(dāng)施加應(yīng)力時不會產(chǎn)生流動，需要對實(shí)際的許多流體，當(dāng)施加應(yīng)力時不會產(chǎn)生流動，需要將應(yīng)力將應(yīng)力增大到某一個定值增大到某一個定值0后，液體才開始流動。因此后，液體才開始流動。因此流動狀態(tài)方程又進(jìn)一步被表述為：流動狀態(tài)方程又進(jìn)一步被表述為： 式中式中0為屈服應(yīng)力為

18、屈服應(yīng)力(yield value)。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（3 3）流體的分類）流體的分類牛頓流體牛頓流體(n=1)假塑性流體假塑性流體(0n1)塑性流體塑性流體(0 0)觸變性流體觸變性流體膠變性流體膠變性流體液體液體賓漢流體賓漢流體非賓漢流體非賓漢流體第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（4 4）牛頓流體）牛頓流體 凡是符合牛頓流動狀態(tài)方程的液體凡是符合牛頓流動狀態(tài)方程的液體( (n=1)=1)，即應(yīng)力與剪切，即應(yīng)力與剪切速率成正比的流體（黏度不隨剪切速率的變化而變化），速率成正比的流體（黏度不隨剪切速率的變化而變化），稱為牛頓流體。稱為牛頓流體。 特

19、點(diǎn)：剪切應(yīng)力與剪切速率成正比，黏度不隨剪切速率特點(diǎn)：剪切應(yīng)力與剪切速率成正比，黏度不隨剪切速率的變化而變化。的變化而變化。 理想的牛頓流體沒有彈性，不可壓縮，各向同性，所以理想的牛頓流體沒有彈性，不可壓縮，各向同性，所以自然界中是不存在牛頓流體的。自然界中是不存在牛頓流體的。水、液糖、酒、油等可水、液糖、酒、油等可近似為牛頓流體。近似為牛頓流體。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（5 5）假塑性流體假塑性流體(pseudoplastic flow) 流動狀態(tài)方程中，當(dāng)流動狀態(tài)方程中，當(dāng)0n1時，即表觀黏度隨剪切應(yīng)力或剪時，即表觀黏度隨剪切應(yīng)力或剪切速率的增大而增大時，稱為切速率的

20、增大而增大時，稱為脹塑性流體脹塑性流體，也稱為，也稱為剪切剪切增稠流體增稠流體。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：無屈服應(yīng)力，即應(yīng)力應(yīng)變曲線通過坐標(biāo)原點(diǎn)；隨無屈服應(yīng)力，即應(yīng)力應(yīng)變曲線通過坐標(biāo)原點(diǎn)；隨著剪切流速的增加，表觀黏度增加。著剪切流速的增加，表觀黏度增加。液體食品中脹塑液體食品中脹塑性流體不很多，性流體不很多，比較比較典型的是生典型的是生淀粉糊。淀粉糊。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性關(guān)于剪切稀化的解釋：關(guān)于剪切稀化的解釋： 膠體粒子間結(jié)合力的變化：對于比較稠密的分散系統(tǒng)粒膠體粒子間結(jié)合力的變化：對于比較稠密的分散系統(tǒng)粒子，分子間的弱結(jié)合力使它們之間形成網(wǎng)架構(gòu)造，當(dāng)液子，分子間的弱結(jié)合力使它

21、們之間形成網(wǎng)架構(gòu)造，當(dāng)液體受剪切應(yīng)力作用時，會破壞或增強(qiáng)網(wǎng)架構(gòu)造，從而表體受剪切應(yīng)力作用時，會破壞或增強(qiáng)網(wǎng)架構(gòu)造，從而表現(xiàn)黏度降低或增加?，F(xiàn)黏度降低或增加。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性關(guān)于關(guān)于剪切稀化的解釋剪切稀化的解釋： 膠體粒子的變形：液體中的鏈狀巨大的高分子膠體粒子，膠體粒子的變形：液體中的鏈狀巨大的高分子膠體粒子，在靜止或低流速時，互相勾掛纏結(jié)，黏度較大。但當(dāng)流在靜止或低流速時，互相勾掛纏結(jié)，黏度較大。但當(dāng)流速增大時（剪切應(yīng)力作用），使得比較散亂的鏈狀粒子速增大時（剪切應(yīng)力作用），使得比較散亂的鏈狀粒子滾動旋轉(zhuǎn)而收縮成團(tuán)，減少了互相的勾掛，黏度降低。滾動旋轉(zhuǎn)而收縮成

22、團(tuán)，減少了互相的勾掛，黏度降低。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性關(guān)于剪切增稠流體的解釋：關(guān)于剪切增稠流體的解釋： 脹容現(xiàn)象：當(dāng)施加應(yīng)力較小時，由于水的滑動和流動作脹容現(xiàn)象：當(dāng)施加應(yīng)力較小時，由于水的滑動和流動作用，膠體糊表現(xiàn)出的黏性阻力較小?？墒侨绻昧噭?，用，膠體糊表現(xiàn)出的黏性阻力較小?？墒侨绻昧噭?，那么處于致密排列的粒子就會成為多孔隙的疏松排列構(gòu)那么處于致密排列的粒子就會成為多孔隙的疏松排列構(gòu)造造, ,原來的水分再也不能填滿粒子之間的間隙、粒子與粒原來的水分再也不能填滿粒子之間的間隙、粒子與粒子間的黏性阻力就會驟然增加，甚至失去流動的性質(zhì)。子間的黏性阻力就會驟然增加，

23、甚至失去流動的性質(zhì)。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（7 7）塑性流體塑性流體(plastic flow) 塑性流動是指流動特性曲線不通過原點(diǎn)的流動。食品液體塑性流動是指流動特性曲線不通過原點(diǎn)的流動。食品液體中，有許多在小的應(yīng)力作用時并不發(fā)生流動，表現(xiàn)出固體中，有許多在小的應(yīng)力作用時并不發(fā)生流動，表現(xiàn)出固體那樣彈性性質(zhì)，當(dāng)應(yīng)力超過某一界限值那樣彈性性質(zhì)，當(dāng)應(yīng)力超過某一界限值0時才開始流動。時才開始流動。 特點(diǎn)：有屈服應(yīng)力，即應(yīng)力應(yīng)變曲線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)。特點(diǎn)：有屈服應(yīng)力，即應(yīng)力應(yīng)變曲線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)。 賓漢流體賓漢流體非賓漢流體非賓漢流體第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品

24、的黏性（8 8）觸變性流體觸變性流體(thixotropy) 又稱搖溶性流體，當(dāng)液體在振動、又稱搖溶性流體，當(dāng)液體在振動、攪拌、搖動時，其黏性減少，流攪拌、搖動時，其黏性減少，流動性增加，但靜置一段時間后，動性增加，但靜置一段時間后，流動又變得困難。流動又變得困難。 特點(diǎn)：振動、搖動流動性增加；特點(diǎn)：振動、搖動流動性增加；加載曲線在卸載曲線之上，并形加載曲線在卸載曲線之上，并形成了與流動時間有關(guān)的履歷曲線成了與流動時間有關(guān)的履歷曲線( (滯變回環(huán)）。滯變回環(huán)）。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（8 8）觸變性流體觸變性流體(thixotropy) 代表性的食品代表性的食品有西紅

25、柿調(diào)味醬、蛋黃醬、加糖煉乳等。有西紅柿調(diào)味醬、蛋黃醬、加糖煉乳等。呈現(xiàn)觸變現(xiàn)象的食品口感比較柔和爽口。呈現(xiàn)觸變現(xiàn)象的食品口感比較柔和爽口。 機(jī)理：隨著剪切應(yīng)力的增加，粒子之間形成的結(jié)合構(gòu)造機(jī)理：隨著剪切應(yīng)力的增加，粒子之間形成的結(jié)合構(gòu)造受到破壞，因此黏性減少。但這些粒子間結(jié)合構(gòu)造在停受到破壞，因此黏性減少。但這些粒子間結(jié)合構(gòu)造在停止應(yīng)力作用時，恢復(fù)需要一段時間，逐漸形成。因此，止應(yīng)力作用時，恢復(fù)需要一段時間，逐漸形成。因此，剪切速率減慢時的曲線在前次增加曲線的下方，形成了剪切速率減慢時的曲線在前次增加曲線的下方，形成了與流動時間有關(guān)的履歷曲線與流動時間有關(guān)的履歷曲線 。 第二節(jié) 食品流變學(xué)2

26、2、食品的黏性、食品的黏性（9 9）膠）膠變性流體變性流體(rheopexy) 膠變性流動與觸變性流動相反，液體隨著流動時間的增膠變性流動與觸變性流動相反，液體隨著流動時間的增加，變得越來越黏稠。加，變得越來越黏稠。 特點(diǎn)：振動、搖動流動性減弱；加載曲線在卸載曲線之特點(diǎn)：振動、搖動流動性減弱；加載曲線在卸載曲線之下，也能形成與流動時間有關(guān)的履歷曲線下，也能形成與流動時間有關(guān)的履歷曲線( (滯變回環(huán)）。滯變回環(huán)）。第二節(jié) 食品流變學(xué)2 2、食品的黏性、食品的黏性（9 9）膠）膠變性流體變性流體(rheopexy) 當(dāng)流速逐漸加大，達(dá)到最大值后，再逐漸減低流速，減當(dāng)流速逐漸加大，達(dá)到最大值后，再逐

27、漸減低流速，減低流速時的流動曲線反而在加大流速曲線的上方。這說低流速時的流動曲線反而在加大流速曲線的上方。這說明流動促進(jìn)了液體粒子間構(gòu)造的形成。明流動促進(jìn)了液體粒子間構(gòu)造的形成。 有這種現(xiàn)象的食品往往給人以黏稠的口感，如面團(tuán)。有這種現(xiàn)象的食品往往給人以黏稠的口感，如面團(tuán)。 第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（1 1）黏彈性基本概念）黏彈性基本概念 施加作用力，產(chǎn)生形變，去掉作用力，形變恢復(fù)施加作用力，產(chǎn)生形變，去掉作用力，形變恢復(fù)彈彈性性 施加作用力產(chǎn)生形變后，去掉作用力不會恢復(fù)施加作用力產(chǎn)生形變后，去掉作用力不會恢復(fù)黏性黏性。 當(dāng)施以作用力時，把既有彈性又有黏性的物體，稱為

28、黏當(dāng)施以作用力時，把既有彈性又有黏性的物體，稱為黏彈性物質(zhì)或黏彈性體。彈性物質(zhì)或黏彈性體。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（1 1）黏彈性基本概念）黏彈性基本概念 食品的力學(xué)性質(zhì)由化學(xué)組成、分子構(gòu)造、分子內(nèi)結(jié)合、食品的力學(xué)性質(zhì)由化學(xué)組成、分子構(gòu)造、分子內(nèi)結(jié)合、分子間結(jié)合、膠體組織、分散狀態(tài)等因素決定。因此，分子間結(jié)合、膠體組織、分散狀態(tài)等因素決定。因此，換句話說，通過測定食品的黏彈性就可以把握以上食品換句話說，通過測定食品的黏彈性就可以把握以上食品的狀態(tài)。的狀態(tài)。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（2 2）應(yīng)力）應(yīng)力應(yīng)變曲線分析：應(yīng)變曲線分析： A：脆性材

29、料；：脆性材料；B：具有屈服點(diǎn)的韌性材料；：具有屈服點(diǎn)的韌性材料；C：不具有屈服點(diǎn)的韌性材料。：不具有屈服點(diǎn)的韌性材料。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（2 2）應(yīng)力）應(yīng)力應(yīng)變曲線分析：應(yīng)變曲線分析： A. 宏觀應(yīng)變：是指平均應(yīng)變范圍為大于原子間距離的有限宏觀應(yīng)變：是指平均應(yīng)變范圍為大于原子間距離的有限尺寸場合下的應(yīng)變。尺寸場合下的應(yīng)變。B. 微觀應(yīng)變：是指應(yīng)變尺寸范圍為原子距離數(shù)量級的應(yīng)變。微觀應(yīng)變：是指應(yīng)變尺寸范圍為原子距離數(shù)量級的應(yīng)變。C. 壓縮強(qiáng)度：物質(zhì)所能承受的最大壓縮應(yīng)力，即試驗(yàn)時試壓縮強(qiáng)度：物質(zhì)所能承受的最大壓縮應(yīng)力，即試驗(yàn)時試樣能承受的最大荷重和與試料的最初

30、斷面積之比。樣能承受的最大荷重和與試料的最初斷面積之比。D. 彈性率：在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之比。彈性率：在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之比。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（2 2）應(yīng)力）應(yīng)力應(yīng)變曲線分析：應(yīng)變曲線分析： E. 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)(yield point)：當(dāng)載荷增加，應(yīng)力達(dá)到最大值后，：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)變依然增加時的應(yīng)力。應(yīng)力不再增加，而應(yīng)變依然增加時的應(yīng)力。F. 屈服強(qiáng)度（彈性極限）：應(yīng)變和應(yīng)力之間的線性關(guān)系，屈服強(qiáng)度（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)不再保持時的應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力。在有限范圍內(nèi)不再保持時的應(yīng)力

31、點(diǎn)的應(yīng)力。H. 生物屈服點(diǎn)：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)變不應(yīng)力應(yīng)變曲線中，應(yīng)力開始減少或應(yīng)變不再隨應(yīng)力變化的點(diǎn)。一般生鮮食品都具有生物屈服點(diǎn)，在再隨應(yīng)力變化的點(diǎn)。一般生鮮食品都具有生物屈服點(diǎn)，在此點(diǎn)處，物質(zhì)的細(xì)胞構(gòu)造開始受到破壞。此點(diǎn)處，物質(zhì)的細(xì)胞構(gòu)造開始受到破壞。G. 破斷點(diǎn)破斷點(diǎn)：在應(yīng)力：在應(yīng)力應(yīng)變曲線上，當(dāng)作用力引起物質(zhì)破碎應(yīng)變曲線上，當(dāng)作用力引起物質(zhì)破碎或斷裂的點(diǎn)。或斷裂的點(diǎn)。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（2 2）應(yīng)力）應(yīng)力應(yīng)變曲線分析：應(yīng)變曲線分析： H. 脆性斷裂：屈服點(diǎn)與斷裂點(diǎn)幾乎一致的斷裂情況。脆性斷裂：屈服點(diǎn)與斷裂點(diǎn)幾乎一致的斷裂情況

32、。I. 延性斷裂：指塑性變形之后的斷裂。延性斷裂：指塑性變形之后的斷裂。J. 斷裂能：應(yīng)力在斷裂前所作的功。表示應(yīng)力斷裂能：應(yīng)力在斷裂前所作的功。表示應(yīng)力應(yīng)變曲線與應(yīng)變曲線與橫坐標(biāo)包圍的面積。橫坐標(biāo)包圍的面積。K. 剛度剛度：當(dāng)變形未超過彈性極限時，應(yīng)力：當(dāng)變形未超過彈性極限時，應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率。應(yīng)變曲線的斜率。L. 彈性：物質(zhì)受力后恢復(fù)原形的性質(zhì)。彈性：物質(zhì)受力后恢復(fù)原形的性質(zhì)。M. 塑性：物質(zhì)受力后產(chǎn)生永久變形的性質(zhì)。塑性：物質(zhì)受力后產(chǎn)生永久變形的性質(zhì)。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（2 2）應(yīng)力）應(yīng)力應(yīng)變曲線分析：應(yīng)變曲線分析： N. 彈性度：物質(zhì)在去掉外力作用后

33、，彈性變形和總變形量彈性度：物質(zhì)在去掉外力作用后，彈性變形和總變形量之比。彈性度之比。彈性度=Se/(Sp+Se)。O. 強(qiáng)度：物質(zhì)承受施加外力的能力。強(qiáng)度：物質(zhì)承受施加外力的能力。 P. 堅(jiān)韌性堅(jiān)韌性(強(qiáng)韌性強(qiáng)韌性)：使物質(zhì)達(dá)到破斷時所需要做的功。：使物質(zhì)達(dá)到破斷時所需要做的功。Q. 彈性能：物質(zhì)以彈性變形形式保存的能量，為應(yīng)力彈性能：物質(zhì)以彈性變形形式保存的能量，為應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變曲線上直線部分與橫軸所包圍的面積，或回彈曲線與橫變曲線上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。軸所包圍的面積。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（2 2）應(yīng)力）應(yīng)力應(yīng)變曲線分析：應(yīng)

34、變曲線分析： R. 力學(xué)滯后：在載荷的加除過程中物質(zhì)吸收的能量，它等力學(xué)滯后：在載荷的加除過程中物質(zhì)吸收的能量，它等于應(yīng)力于應(yīng)力應(yīng)變曲線與回路曲線中包圍部分的面積。力學(xué)滯應(yīng)變曲線與回路曲線中包圍部分的面積。力學(xué)滯后表示能量的損耗，也就是物質(zhì)在變形過程中轉(zhuǎn)化為熱能后表示能量的損耗，也就是物質(zhì)在變形過程中轉(zhuǎn)化為熱能損失的性質(zhì)。損失的性質(zhì)。S. 應(yīng)力松弛：應(yīng)力松弛：試料在瞬時變形后，并保持變形時，應(yīng)力隨試料在瞬時變形后，并保持變形時，應(yīng)力隨時間經(jīng)過而消失的過程。時間經(jīng)過而消失的過程。 第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（3 3）彈性變形：）彈性變形： A. 楊氏模量：物體受正應(yīng)力作

35、用產(chǎn)生軸向的變形稱為拉伸楊氏模量：物體受正應(yīng)力作用產(chǎn)生軸向的變形稱為拉伸變形，表示拉伸變形的彈性模量稱為楊氏模量。根據(jù)胡克變形，表示拉伸變形的彈性模量稱為楊氏模量。根據(jù)胡克定律定律 = E ，比例系數(shù)，比例系數(shù)E即為楊氏模量，由于即為楊氏模量，由于無量綱，所無量綱，所以楊氏模量的單位與以楊氏模量的單位與的單位相同，為的單位相同，為N/m2或或Pa。 樣品樣品楊氏模量楊氏模量(Pa)小麥面團(tuán)小麥面團(tuán)105瓊膠、明膠瓊膠、明膠105106意大利干掛面意大利干掛面1011第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（3 3）彈性變形：）彈性變形： B.泊松比：表現(xiàn)彈性拉伸變形的物性參數(shù)，即物

36、體受力發(fā)泊松比：表現(xiàn)彈性拉伸變形的物性參數(shù)，即物體受力發(fā)生形變時，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值。根據(jù)物體不同，生形變時，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值。根據(jù)物體不同，泊松比的取值在泊松比的取值在0 0.5之間。之間。 樣品樣品泊松比泊松比小麥粉面團(tuán)小麥粉面團(tuán)0.50切達(dá)干酪切達(dá)干酪0.50明膠（水分明膠（水分80%）0.50馬鈴薯馬鈴薯0.49蘋果蘋果0.37面包中心部面包中心部0第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（4 4）黏彈性體的特點(diǎn)：）黏彈性體的特點(diǎn)： A. 曳絲性曳絲性(thread forming property)：是物體黏性和彈性雙：是物體黏性和彈性雙重性質(zhì)的表現(xiàn)。將直徑

37、為重性質(zhì)的表現(xiàn)。將直徑為1 mm的玻璃棒浸入液體的玻璃棒浸入液體1 cm，然，然后再以后再以5 cm/s的速度提起，用液體絲在斷掉前可拉出的程度的速度提起，用液體絲在斷掉前可拉出的程度表示曳絲性的大小。表示曳絲性的大小。 發(fā)酵豆種類發(fā)酵豆種類曳絲距離曳絲距離(cm)大豆大豆100 150小豆小豆5 10 菜豆菜豆20 30豌豆豌豆20 第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（4 4）黏彈性體的特點(diǎn)：）黏彈性體的特點(diǎn)： B. 維森伯格效果維森伯格效果(Weissenberg effect)：將某些液體放入圓桶：將某些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)動玻璃棒形容

38、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，可觀察到液體會纏繞玻璃棒而上，在棒周圍形或容器時，可觀察到液體會纏繞玻璃棒而上，在棒周圍形成隆起于液面的冢狀液柱。成隆起于液面的冢狀液柱。 原因：由于液體具有的彈性，使得棒在旋轉(zhuǎn)時，纏繞在原因：由于液體具有的彈性，使得棒在旋轉(zhuǎn)時，纏繞在棒上的液體將周圍的液體不斷拉向中心，而內(nèi)部的液體則棒上的液體將周圍的液體不斷拉向中心，而內(nèi)部的液體則把拉向中心的液體向上頂，而形成了沿棒而上的現(xiàn)象。把拉向中心的液體向上頂，而形成了沿棒而上的現(xiàn)象。 應(yīng)用：只有具有彈性的液體才會出現(xiàn)，可用于判斷食品應(yīng)用：只有具有彈性的液體才會出現(xiàn)，可用于判斷食品液體的結(jié)構(gòu)組織

39、情況。黏度大的液體旋轉(zhuǎn)時，棒周圍的液液體的結(jié)構(gòu)組織情況。黏度大的液體旋轉(zhuǎn)時，棒周圍的液體會在離心力作用下凹下。體會在離心力作用下凹下。 第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（5 5）黏彈性的基本力學(xué)方程：）黏彈性的基本力學(xué)方程：l 建立力學(xué)模型的目的，可使復(fù)雜的黏彈性體流變問題得建立力學(xué)模型的目的，可使復(fù)雜的黏彈性體流變問題得到簡化，并使之歸納為可以用數(shù)學(xué)公式表示的規(guī)律，從中搞到簡化，并使之歸納為可以用數(shù)學(xué)公式表示的規(guī)律，從中搞清楚控制或測定其流變性質(zhì)的方法。清楚控制或測定其流變性質(zhì)的方法。 虎克模型虎克模型阻尼模型阻尼模型滑塊模型滑塊模型麥克斯韋模型麥克斯韋模型開爾芬開爾芬-

40、沃格特模型沃格特模型四要素模型四要素模型多要素模型多要素模型 組合組合第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（6 6）靜黏彈性）靜黏彈性(static viscoelasticity)： l 用靜態(tài)測定法用靜態(tài)測定法(static method)所揭示的物體的黏彈性質(zhì)，所揭示的物體的黏彈性質(zhì)，如拉伸（壓縮）測試所得到的彈性率，蠕變性質(zhì)的滯后時如拉伸（壓縮）測試所得到的彈性率，蠕變性質(zhì)的滯后時間、蠕變?nèi)崃?，松弛彈性的?yīng)力松弛時間等。間、蠕變?nèi)崃?，松弛彈性的?yīng)力松弛時間等。 基本流變特性參數(shù)測定法基本流變特性參數(shù)測定法應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)蠕變實(shí)驗(yàn)蠕變實(shí)驗(yàn)滯變曲線滯變曲線雙重剪切測

41、定雙重剪切測定測試測試方法方法拉力試驗(yàn)拉力試驗(yàn)套筒流動套筒流動平行板塑性計(jì)平行板塑性計(jì)第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（6 6）靜黏彈性）靜黏彈性(static viscoelasticity)： A. 基本流變特性參數(shù)特定法基本流變特性參數(shù)特定法 第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（6 6）靜黏彈性）靜黏彈性(static viscoelasticity)： B. 應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn) 大米的米飯團(tuán)進(jìn)行應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大米的米飯團(tuán)進(jìn)行應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)口感柔軟的米飯，應(yīng)力松弛時間為口感柔軟的米飯，應(yīng)力松弛時間為68 s；當(dāng)松弛時間達(dá)到當(dāng)松弛時間達(dá)到

42、1014 s時，口感較硬。時，口感較硬。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（6 6）靜黏彈性）靜黏彈性(static viscoelasticity)： C. 蠕變實(shí)驗(yàn)：蠕變實(shí)驗(yàn)：l 給試驗(yàn)施以恒定應(yīng)力，測定應(yīng)變隨時間變化的情況。給試驗(yàn)施以恒定應(yīng)力，測定應(yīng)變隨時間變化的情況。l 蠕變試驗(yàn)除了用于建立適當(dāng)?shù)牧髯兡Ｐ屯猓玫降娜渥冊囼?yàn)除了用于建立適當(dāng)?shù)牧髯兡Ｐ屯猓玫降膹椥詼髸r間也是代表試樣力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。彈性滯后時間也是代表試樣力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。 第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（6 6）靜黏彈性）靜黏彈性(static viscoelasticity)： D. 滯變曲線：測定試樣在定速壓縮和定速拉伸過程中，應(yīng)滯變曲線：測定試樣在定速壓縮和定速拉伸過程中，應(yīng)力隨時間的變化曲線。力隨時間的變化曲線。第二節(jié) 食品流變學(xué)3 3、食品的黏彈性、食品的黏彈性（6 6）靜黏彈性）靜黏彈性(static viscoelasticity)： l 優(yōu)點(diǎn)：簡便、直觀、操作方便等特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：簡便、直觀、操作方便等特點(diǎn)。l 不足之處：不足之處： 測定時，由于力的大小方向不變，所以對易流動的物測定時，由于力的大小方向不變，所以對易流動的物質(zhì)，流動會持續(xù)下去，很難測得它的彈性。質(zhì)，流動會持續(xù)下去，很