食品物性食品的流变特性课件.pptx

1、2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院1第四章第四章 食品的流变特性食品的流变特性潘磊庆南京农业大学食品科技学院2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院2内容提要内容提要 p食品流变学的食品流变学的定义定义及及研究目的研究目的；p液态、固态、半固态液态、固态、半固态食品的流变特性；食品的流变特性；p食品流变性质的食品流变性质的测定测定方法和食品流变学的方法和食品流变学的应用应用。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院3重点难点重点难点 粘性流体的流变学粘性流体的流变学基础理论基础理论，包括牛顿粘性定律，牛顿，包括牛顿粘性定律，牛顿流体、假塑性流体、胀塑性

2、液体、宾汉流体各自的特征；流体、假塑性流体、胀塑性液体、宾汉流体各自的特征；1 液态食品分散体系的液态食品分散体系的粘度表示方法粘度表示方法以及影响液态食品粘以及影响液态食品粘度的因素；度的因素；粘弹性的粘弹性的力学模型力学模型，掌握单要素和多要素模型；，掌握单要素和多要素模型；应力松弛、蠕变和滞后曲线实验。应力松弛、蠕变和滞后曲线实验。3422022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院44.1 食品流变学的定义及研究目的定义定义流变学流变学(Rheology)(Rheology)是研究物质的是研究物质的流动和变形流动和变形的科学，它与的科学，它与 物质的组织结构有密切关系。物质的组织

3、结构有密切关系。作用于物体上的作用于物体上的应力应力和由此产生的和由此产生的应变规律应变规律，是力、，是力、变形和时间的函数。变形和时间的函数。食品物质食品物质 固态固态主要具有主要具有固固体性质体性质的食的食品物质品物质半固态半固态同时表现同时表现出出固体性质和固体性质和流体性质的流体性质的食品物质食品物质液态液态主要具有主要具有流体性质流体性质的食品物质。的食品物质。分为分为牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体。具有具有弹性的粘性流体弹性的粘性流体归属于归属于塑塑性性流体。流体。内容内容对象对象牙膏牙膏包含的流变学问题包含的流变学问题要求要求：使用时挤出要容易，使用时挤出要容易，挤出后

4、要维持形状，在牙刷挤出后要维持形状，在牙刷上不能下陷，刷牙时又要轻上不能下陷，刷牙时又要轻松，那就要求牙膏遇到剪切松，那就要求牙膏遇到剪切时黏度迅速下降，静止时又时黏度迅速下降，静止时又要一定的屈服应力，以保持要一定的屈服应力，以保持坚挺。坚挺。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院52022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院6食品流变学在食品物食品流变学在食品物性学中占有重要地位性学中占有重要地位食品的运食品的运输、传送、输、传送、加工工艺加工工艺 咀嚼食咀嚼食品时的品时的满足感满足感 食品的食品的烹饪、烹饪、加工加工 工艺及工艺及设备的设备的设计设计 食品流变学作用

5、食品流变学作用2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院74214.1.2 食品流变学的研究目的1 1鉴别鉴别食品的食品的 原材料、中原材料、中间产品，也间产品，也可用于控制可用于控制生产过程；生产过程；2 2 提高提高食品质食品质量、调节生量、调节生产工艺过程产工艺过程1 用食品流变用食品流变 仪测定法来仪测定法来 代替感官评代替感官评 定法，定法，定量定量 地评定地评定食品食品 的品质；的品质；2 鉴定和预测鉴定和预测 顾客对某种顾客对某种 食品是否满意食品是否满意1 流变学理流变学理 论应用于论应用于 有关的有关的工工 艺设计和艺设计和 设备设计设备设计。31 用流变学理用流变

6、学理 论可以论可以解释解释 食品在加工食品在加工 过程中所发过程中所发 生的生的组织结组织结构变化构变化。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院8p食品成分和结构复杂，只研究在食品成分和结构复杂，只研究在一定应变范围一定应变范围内的内的应力应变应力应变关系。关系。p食品流变学是以食品流变学是以虎克弹性定律和牛顿黏性定律虎克弹性定律和牛顿黏性定律为基为基础，在础，在线性变形范围线性变形范围内研究物质内研究物质流动和变形流动和变形的科学。的科学。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院94.2 液态食品的流变特性4.2.1 4.2.1 黏性流体的流变学基础理论黏性流体的流

7、变学基础理论 1)1)黏性及牛顿黏性定律黏性及牛顿黏性定律 2)2)黏性流体的分类及特点黏性流体的分类及特点 3)3)塑性流体塑性流体 4)4)触变性流体触变性流体2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院10流体的分类流体的分类粘性流体粘性流体牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体假塑性流体假塑性流体胀塑性流体胀塑性流体塑性流体塑性流体触变性流体触变性流体流流体体2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院111）黏性及牛顿黏性定律p 黏性是表现黏性是表现流体流动流体流动性质的指标（性质的指标（如水和油如水和油）。阻碍流。阻碍流体流动的性质称为体流动的性质称为黏性黏性。p由流

8、动力学可知，当流体在由流动力学可知，当流体在一定速度范围内流动一定速度范围内流动时，就会时，就会产生与流动方向平行的产生与流动方向平行的层流层流流动。流动。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院12p以以流体平行流过固定平板流体平行流过固定平板为例：紧贴板壁的流体质点，因为例：紧贴板壁的流体质点，因与板壁的与板壁的附着力附着力大于分子的大于分子的内聚力内聚力，所以，所以速度为零速度为零，在贴，在贴着板壁处形成一着板壁处形成一静止液层静止液层，而，而越远越远离板壁的液层离板壁的液层流速越大流速越大。液体内部在垂直于流动方向就会形成液体内部在垂直于流动方向就会形成速度梯度速度梯度，层

9、与层层与层之之间存在着间存在着黏性阻力黏性阻力。从流体的层流流动沿平行于流动方向取一从流体的层流流动沿平行于流动方向取一流体微元流体微元，微元，微元 上下两层流体上下两层流体接触面积接触面积为为A(m2),两层距离两层距离为为dy(m),两层间两层间 黏性阻力黏性阻力为为F(N),两层的两层的流速流速为别为为别为u和和u+du(m/s）。）。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院13p流体微元：流体微元：在某一短促时间在某一短促时间dt(s)内发生了剪切变形的过程。内发生了剪切变形的过程。p剪切应变剪切应变：一般用它在剪切应力作用下转过的一般用它在剪切应力作用下转过的角度角度(弧

10、度弧度)来来表示，即表示，即=dx/dy。p p剪切应变的剪切应变的速率速率为：为：dydudydtdxdtdydxdt/为剪切速率，单位为剪切速率，单位s s-1-1。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院14p牛顿黏性定律牛顿黏性定律指出：指出：流体流动时剪切速率与剪切应力成流体流动时剪切速率与剪切应力成正比关系正比关系，即：，即：p式中：比例系数式中：比例系数称为称为黏度黏度，是液体流动时由分子之间的，是液体流动时由分子之间的摩擦产生的。摩擦产生的。p黏性是物质的黏性是物质的固有性质固有性质。上式也是黏性的基本法则。上式也是黏性的基本法则。剪切应力剪切应力可定义为：可定义为

11、：（单位（单位Pa）AF2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院15牛顿流体牛顿流体p牛顿流体牛顿流体：剪切应力与剪切速率之间：剪切应力与剪切速率之间满足牛顿黏性定律满足牛顿黏性定律 （剪切力与剪切速率之间满足线性关系）的流体。（剪切力与剪切速率之间满足线性关系）的流体。p例如例如：水水（最典型）（最典型）/糖水溶液糖水溶液/低浓度牛乳低浓度牛乳/油油/其他透明溶液其他透明溶液p牛顿流体的特征牛顿流体的特征：剪切应力与剪切速率成正比，：剪切应力与剪切速率成正比，黏度不随黏度不随 剪切速率的变化而变化剪切速率的变化而变化。即：在层流状。即：在层流状 态下，黏度是一个不随流速变化而变化

12、态下，黏度是一个不随流速变化而变化 的的常量常量。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院16牛顿流体的流动特性曲线2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院17需要注意：需要注意：p严格地讲，理想的牛顿流体严格地讲，理想的牛顿流体没有弹性没有弹性，且，且不可压缩不可压缩，各，各向同向同性。性。p自然界中自然界中理想理想的牛顿流体是的牛顿流体是不存在不存在的。的。p在流变学中只能把在在流变学中只能把在一定范围内基本符合牛顿流动定律一定范围内基本符合牛顿流动定律的流体按牛顿流体处理。的流体按牛顿流体处理。p其中其中最典型的是水最典型的是水。2022年12月19日星期一南京农

13、业大学食品科技学院18 非牛顿流体p非牛顿流体非牛顿流体：剪切应力与剪切速率之间剪切应力与剪切速率之间不满足不满足牛顿粘性牛顿粘性 定律（剪切力与剪切应变率之间满足线性定律（剪切力与剪切应变率之间满足线性 关系），且关系），且流体的粘度不是常数流体的粘度不是常数，它随剪，它随剪 切速率的变化而变化。切速率的变化而变化。p非牛顿流体非牛顿流体的流动状态方程（经验公式）：的流动状态方程（经验公式）：p k为黏性常数，又称浓度系数，为黏性常数，又称浓度系数，n n为流动特征指数。当为流动特征指数。当n=1n=1时，上式就是牛顿流体公式。时，上式就是牛顿流体公式。nk2022年12月19日星期一南京农

14、业大学食品科技学院19上式中设：上式中设：非牛顿流体的流动状态方程可写成与牛顿流体非牛顿流体的流动状态方程可写成与牛顿流体相似的形式相似的形式：a a称为称为表观粘度表观粘度。与与不同的是：不同的是：a与与浓度系数浓度系数k和和流动指数流动指数n有关，且有关，且 是剪切速率的函数。也就是是剪切速率的函数。也就是a是非牛是非牛 顿流体在某一特定剪切速率下的粘度。顿流体在某一特定剪切速率下的粘度。1naka2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院20a 假塑性流体 p假塑性流体假塑性流体：在非牛顿流体流动状态方程中，当：在非牛顿流体流动状态方程中，当0 0n n1 1 时，即时，即表观

15、粘度表观粘度随着剪切应力或剪切速率随着剪切应力或剪切速率 的的增大而减少增大而减少的流动，符合假塑性流动规的流动，符合假塑性流动规 律的流体。因为随着剪切速率的增加，表律的流体。因为随着剪切速率的增加，表 观粘度减少，故也称为观粘度减少，故也称为剪切稀化剪切稀化流动。流动。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院21a=tani（i=1,2,3,)2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院22现象解释p 有假塑性流动性质的液体食品，大多含有高分子的有假塑性流动性质的液体食品，大多含有高分子的胶胶体粒子体粒子，这些粒子多由巨大的，这些粒子多由巨大的链状分子链状分子构成。构成

16、。p 在在静止或低流速静止或低流速时，它们互相时，它们互相勾挂缠结勾挂缠结，粘度较大，粘度较大，显得粘稠。显得粘稠。p 但但当流速增大当流速增大时，也就是由于流层之间的剪应力的作时，也就是由于流层之间的剪应力的作用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转而用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩成团收缩成团，减少减少了了相互勾挂相互勾挂，这就出现了剪切稀化现象。，这就出现了剪切稀化现象。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院23示例示例p食品工业中的一些食品工业中的一些高分子溶液高分子溶液、悬浮液悬浮液和和乳状液乳状液。p酱油、菜汤、番茄汁、浓糖水、淀粉糊、苹果酱酱油、菜汤、番茄汁、浓糖水、

17、淀粉糊、苹果酱等都是等都是假塑性流体。假塑性流体。p大多数大多数非牛顿流体都属于假塑性流体。非牛顿流体都属于假塑性流体。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院24b 胀塑性流体 p胀塑性流体胀塑性流体：在非牛顿流体的流动状态方程中，如果：在非牛顿流体的流动状态方程中，如果1 1n n ，表观粘度表观粘度随剪切速率的随剪切速率的增大而增大增大而增大，表现为胀塑性流动的流体为胀塑性流体。胀表现为胀塑性流动的流体为胀塑性流体。胀 塑性流动也被称为塑性流动也被称为剪切增稠流动剪切增稠流动。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院252022年12月19日星期一南京农业大学食品

18、科技学院26典型食品及现象p比较典型的比较典型的胀塑性流体胀塑性流体：生淀粉糊。：生淀粉糊。p现象现象：当往淀粉中加水，：当往淀粉中加水，混合成糊状混合成糊状后缓慢倾斜容器时淀后缓慢倾斜容器时淀 粉糊会像粉糊会像液体样流动液体样流动。但如果施加更大的剪应力，。但如果施加更大的剪应力，用力快速搅动用力快速搅动淀粉，那么淀粉糊反而淀粉，那么淀粉糊反而变变“硬硬”，失，失 去流动性质，若用筷子迅速搅动，其阻力甚至能使去流动性质，若用筷子迅速搅动，其阻力甚至能使 筷子折断。筷子折断。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院27剪切增粘现象可用剪切增粘现象可用胀容现象胀容现象说明说明:202

19、2年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院28现象解释现象解释 具有剪切增粘现象的液体的胶体粒子一般处于具有剪切增粘现象的液体的胶体粒子一般处于致密充填状态致密充填状态，是，是糊状糊状液体。液体。作为分散介质的作为分散介质的水水，充满充满在致密排列的粒子间隙中。在致密排列的粒子间隙中。当施加应力较小、缓慢流动时，由于当施加应力较小、缓慢流动时，由于水的滑动与流动水的滑动与流动作用，胶体糊表作用，胶体糊表现出较小的粘性阻力。现出较小的粘性阻力。如果如果用力搅动用力搅动，处于致密排列的粒子就会一下子被搅乱，成为，处于致密排列的粒子就会一下子被搅乱，成为多孔隙多孔隙的疏松排列的疏松排列构造。构造

20、。这时由于原来的水分再也不能填满粒子之间的间隙、粒子与粒子间这时由于原来的水分再也不能填满粒子之间的间隙、粒子与粒子间无无水层的滑润水层的滑润作用，作用，粘性阻力粘性阻力会骤然增加，甚至失去流动性质。会骤然增加，甚至失去流动性质。粒子在强烈的剪切作用下结构排列疏松，外观体积增大，这种现象粒子在强烈的剪切作用下结构排列疏松，外观体积增大，这种现象称之为称之为胀容现象胀容现象。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院29 塑性流体p塑性流体塑性流体：当作用在物质上的剪切应力：当作用在物质上的剪切应力大于极限值大于极限值时，时，物质开始流动，否则，物质就保持即时形状物质开始流动，否则，物

21、质就保持即时形状 并停止流动。并停止流动。p剪应力的极限值定义为剪应力的极限值定义为屈服应力屈服应力，指使物体发生流动的，指使物体发生流动的最小应力，用最小应力，用0表示。表示。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院30塑性流体的流动状态方程为塑性流体的流动状态方程为:塑性流体的稳定性系数；塑性流体的稳定性系数；n n流动特性指数；流动特性指数；0 0屈服应力。屈服应力。n0流动特性曲线不通过坐标原点流动特性曲线不通过坐标原点!2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院31塑性流体的流动特性曲线：塑性流体的流动特性曲线：2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学

22、院32塑性流体分类塑性流体分类p对于塑性流动来说，当对于塑性流动来说，当应力超过应力超过0 0时：时：p流动特性流动特性符合符合牛顿流动规律的牛顿流动规律的宾汉流动宾汉流动；p不符合不符合牛顿流动规律的流动牛顿流动规律的流动非宾汉塑性流动非宾汉塑性流动。p分别称为分别称为宾汉流体或非宾汉流体宾汉流体或非宾汉流体。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院33部分食品的屈服应力值及流态特性参数部分食品的屈服应力值及流态特性参数宾汉流体宾汉流体食品的屈服应力值食品的屈服应力值名称名称屈服应力值屈服应力值/Pa融化的巧克力融化的巧克力1.2橘子汁（橘子汁（60%浓度）浓度）0.7非宾汉流体

23、食品的流态特性参数非宾汉流体食品的流态特性参数名称名称测定温度测定温度nK0/pa番茄酱番茄酱250.22718732番茄酱番茄酱450.26716024番茄酱番茄酱650.299113142022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院34 触变性流体触变性流体p触变性触变性是指当液体在是指当液体在振动、搅拌、摇动振动、搅拌、摇动时时粘性减少粘性减少，流，流 动性增加，但动性增加，但静置一段时间静置一段时间后，又变得不易流后，又变得不易流 动的现象。动的现象。p如如：番茄酱、蛋黄酱番茄酱、蛋黄酱p “在容器中放置一段时间后倾倒时则不易流动，但将容在容器中放置一段时间后倾倒时则不易流动，但

24、将容器猛烈摇动或用力搅拌即可变得容易流动，再长时间放置器猛烈摇动或用力搅拌即可变得容易流动，再长时间放置时又变得不易流动。时又变得不易流动。”2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院35触变性流体的机理触变性流体的机理p随着剪切应力的增加，粒子间结合的随着剪切应力的增加，粒子间结合的结构受到破坏结构受到破坏，粘性，粘性减少。减少。p当当作用力停止时作用力停止时粒子间结合的构造逐渐恢复原样，但需要粒子间结合的构造逐渐恢复原样，但需要一段时间。一段时间。p剪切速率剪切速率减少时的曲线与增加时的曲线减少时的曲线与增加时的曲线不重叠，形成了与不重叠，形成了与流动时间有关的履历曲线流动时间有

25、关的履历曲线(滞后曲线滞后曲线)。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院364.2.2 4.2.2 液态食品分散体系的流变特性液态食品分散体系的流变特性 1 1 食品分散体系的分类食品分散体系的分类分散体系分散体系：指数微米以下，数纳米以上的：指数微米以下，数纳米以上的微粒子微粒子在气体、在气体、液液 体或固体中体或固体中浮游悬浊浮游悬浊(即分散即分散)的系统。的系统。在这一系统中在这一系统中:微粒子称为微粒子称为分散相；分散相；分散的气体、液体或固体称为分散的气体、液体或固体称为分散介质分散介质。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院37分散体系的一般特点是：1）

26、分散体系中的分散介质和分散相都以各自分散体系中的分散介质和分散相都以各自独立独立的状态的状态 存在，所以分散体系是一个存在，所以分散体系是一个非平衡状态非平衡状态。2）每个分散介质和分散相之间都存在着每个分散介质和分散相之间都存在着接触面接触面，整个分，整个分 散体系的两相散体系的两相接触面面积很大接触面面积很大，体系处于，体系处于不稳定状态不稳定状态。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院38 按照按照分散程度分散程度的高低（即的高低（即分散粒子的大小分散粒子的大小），分散体），分散体系可大致分为如下三种：系可大致分为如下三种：分散的粒子分散的粒子半径小于半径小于1010-7-

27、7cmcm，相当于单个，相当于单个分分子或离子子或离子的大小。二者的大小。二者为为均匀均匀的一相。的一相。单相体单相体系系。分子分散体系分子分散体系 如蔗糖溶于水后形成如蔗糖溶于水后形成的的“真溶液真溶液”。分散的粒子分散的粒子半径半径1010-7-7-10-10-5-5cmcm，比单个分子大，比单个分子大得多。并非为一个相，存得多。并非为一个相，存在着在着相界面相界面。胶体分散体。胶体分散体系是一种系是一种高分散高分散的多相体的多相体系系。胶体分散体系胶体分散体系 与水亲和力差的难溶性与水亲和力差的难溶性固体物质高度分散于水固体物质高度分散于水中所形成的胶体分散体中所形成的胶体分散体系为系为

28、“溶胶溶胶”。分散的粒子分散的粒子半径半径1010-5-51010-3-3cmcm ，比单个分，比单个分子大得多。子大得多。可用普通显微可用普通显微镜甚至镜甚至 肉眼都能分辨出肉眼都能分辨出是是多相体系多相体系 。粗分散体系粗分散体系 悬浮液悬浮液(泥浆泥浆)和乳状和乳状液液(牛乳牛乳)。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院39多相的分散体系按照二者的多相的分散体系按照二者的聚集态聚集态来进行分类：来进行分类：2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院40 流体食品：流体食品：液体中分散有气体、液体或固体的分散体系；液体中分散有气体、液体或固体的分散体系；分别称为分别

29、称为泡沫、乳状液、溶胶或悬浮液泡沫、乳状液、溶胶或悬浮液。（a a）泡沫）泡沫 是指在是指在液体液体中分散有许中分散有许多多气体气体的分散系统。的分散系统。气体由气体由液体中的膜液体中的膜包裹包裹成泡，把这种泡称为成泡，把这种泡称为气泡气泡。当无数气泡分散在水中时当无数气泡分散在水中时溶液呈白色，这便是气泡溶溶液呈白色，这便是气泡溶胶胶(也称也称泡沫泡沫)。啤酒泡沫啤酒泡沫 冰淇淋（分散泡沫）冰淇淋（分散泡沫）2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院41（b b）乳胶体）乳胶体 一般是指两种一般是指两种互不相溶的液体互不相溶的液体，一方为，一方为微小的液滴微小的液滴，分散在另一方分

30、散在另一方液体的胶体液体的胶体中。中。根据分散相和连续相的不同可以分为根据分散相和连续相的不同可以分为水包油型水包油型（O/WO/W）和和油包水型油包水型(W/O)(W/O)。添加水溶性的乳化剂，形成的乳胶体为水包油型（添加水溶性的乳化剂，形成的乳胶体为水包油型（O/WO/W）。）。添加脂溶性的乳化剂，形成的乳胶体为油包水型（添加脂溶性的乳化剂，形成的乳胶体为油包水型（W/OW/O）。）。乳化剂附着在分散粒子界面上，降低界面自由能，阻碍界面积减乳化剂附着在分散粒子界面上，降低界面自由能，阻碍界面积减少速度，延长乳胶体状态维持时间。少速度，延长乳胶体状态维持时间。具有这种作用的物质称为具有这种作

31、用的物质称为表面活性剂表面活性剂（表面活性物质或乳化剂）（表面活性物质或乳化剂）2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院42相转换：相转换：乳胶体在不使油与水分离的情况下，乳胶体在不使油与水分离的情况下，O/WO/W型经型经一定处理一定处理，可转，可转 变为变为W/OW/O型。而型。而W/OW/O型也能变成型也能变成O/WO/W型。把这种连续相与分型。把这种连续相与分 散相间的转换现象。散相间的转换现象。多相乳胶体：多相乳胶体：当把当把O/WO/W型和型和W/OW/O型乳胶体看成一个连续相，给这样的乳型乳胶体看成一个连续相，给这样的乳 胶体添加亲水性或亲油性乳化剂后搅拌，此时胶体添

32、加亲水性或亲油性乳化剂后搅拌，此时各自的水或各自的水或 油又会成为分散相油又会成为分散相，得到，得到W/O/WW/O/W 或或O/WO/W /O/O型乳胶体。型乳胶体。生奶油生奶油黄油黄油2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院43（c c）悬浮液）悬浮液 固体微粒子固体微粒子分散于液体的分散体系，称为悬浮液。分散于液体的分散体系，称为悬浮液。当静止放置稀薄悬浮液时，固体微粒子可以当静止放置稀薄悬浮液时，固体微粒子可以悬浮、下沉和悬浮、下沉和静止静止。（。（密度差异密度差异）如果增加固体粒子的浓度，那么由于粒子之间的相互作用，如果增加固体粒子的浓度，那么由于粒子之间的相互作用，粘度

33、就增加。粘度就增加。当水恰好填满了大量固体粒子的间隙时水起当水恰好填满了大量固体粒子的间隙时水起可塑剂可塑剂的作的作用，变成粘土一样的固体状态，出现用，变成粘土一样的固体状态，出现塑性塑性。食品中的一般胶体粒子的分散介质是食品中的一般胶体粒子的分散介质是水水，所以把分散介，所以把分散介质质(连续相连续相)是水的胶体称为是水的胶体称为亲水性胶体，这样的溶胶称为水溶亲水性胶体，这样的溶胶称为水溶胶胶。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院444.2.2.2 4.2.2.2 液态食品分散体系的粘度表示方法液态食品分散体系的粘度表示方法 p在一般情况下，在一般情况下，分散体系分散体系溶液

34、的粘度比溶液的粘度比分散介质分散介质的的粘度粘度大大。p设设 0 0表示分散体系表示分散体系介质介质的粘度，的粘度，表示表示溶液的粘度溶液的粘度(表观粘表观粘度度)，则：，则：r 称为相对粘度。称为相对粘度。0r2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院45 s s称为比粘度称为比粘度 d d 称为换算粘度称为换算粘度(或还原粘度或还原粘度)。C C 为溶液浓度为溶液浓度 100srcsd物理意义：物理意义：换算粘度换算粘度表示表示单位浓度单位浓度的溶液中粘度的的溶液中粘度的增加比例增加比例。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院464.2.2.3 4.2.2.3 影响

35、液态食品粘度的因素影响液态食品粘度的因素温度温度分散相分散相分散介质分散介质乳化剂乳化剂2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院47温度温度 在一般情况下，温度每在一般情况下，温度每上升上升11，粘度，粘度减小减小5%-10%5%-10%。粘度和温度的关系可以用粘度和温度的关系可以用Andrade方程方程表示：表示：p式中，式中，T T：热力学温度；：热力学温度；A A：常数；：常数；B B：H H与与R R的比值；的比值；H H：表面激发能；：表面激发能；R R：气体常数。：气体常数。8.3 J/(mol.K)8.3 J/(mol.K)TeBA2022年12月19日星期一南京农业

36、大学食品科技学院48p将上个方程取对数可得（线性方程）：将上个方程取对数可得（线性方程）：TBATeBAlglglgA=lgAB=0.4347B高粘度牛顿流体高粘度牛顿流体2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院49分散相（分散相（浓度、粘度及形状）p 分散相为分散相为球形固体粒子球形固体粒子的液体，影响其粘度的是分散的液体，影响其粘度的是分散相的相的体积分数体积分数。爱因斯坦根据流体动力学方法，推导出如。爱因斯坦根据流体动力学方法，推导出如下公式：下公式：p式中，式中，分散相的体积分数；分散相的体积分数；常数；常数；p 0 0 表示分散体系介质的粘度；表示分散体系介质的粘度；p

37、表示溶液的粘度表示溶液的粘度10r2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院50p当分散相为当分散相为理想的刚体球理想的刚体球，且粒子间，且粒子间没有相互作用没有相互作用时，时，取值为取值为2.52.5。p即当即当a=2.5a=2.5时，时，称为爱因斯坦公式。爱因斯坦公式是称为爱因斯坦公式。爱因斯坦公式是理想理想状态状态的理论公式。的理论公式。p 适用于适用于很稀的悬浮液很稀的悬浮液。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院51 对于有一定浓度的液体对于有一定浓度的液体，即：当分散相，即：当分散相粒子浓度较高粒子浓度较高，粒子之，粒子之间的间的碰撞、凝聚、聚合碰撞、凝聚、

38、聚合有可能使有效体积分数发生变化时。有可能使有效体积分数发生变化时。布莱克曼公式（布莱克曼公式（一般化黏度一般化黏度）：）：2r5.2r5.21)1(b带有带有附加浓度修正项附加浓度修正项的爱因斯坦方程式。的爱因斯坦方程式。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院52p对于高浓度的悬浊液对于高浓度的悬浊液,不同不同溶液用溶液用不同不同公式推测黏度公式推测黏度.p半定量计算公式：半定量计算公式：p蛋黄酱蛋黄酱:p巧克力：巧克力：erlnKr)11(KK常数。常数。理论解释：理论解释：p 高黏度悬浊液，由于高黏度悬浊液，由于布朗运动布朗运动，使微粒相互靠近、碰，使微粒相互靠近、碰撞，这

39、种碰撞使高浓度悬浊液在任何剪切速率下所表现撞，这种碰撞使高浓度悬浊液在任何剪切速率下所表现出来的黏度值要出来的黏度值要大大超过大大超过由于浓度增加而引起的黏度值由于浓度增加而引起的黏度值上升。因为在高黏度悬浊液中，上升。因为在高黏度悬浊液中，微粒的密度很大微粒的密度很大，相互，相互间的碰撞很难从理论上准确计算。间的碰撞很难从理论上准确计算。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院532022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院54p当分散相为液体时，当分散相为液体时，剪切力会使球状的分散相粒子发生旋剪切力会使球状的分散相粒子发生旋转转，因而会引起内部的流动。，因而会引起内部

40、的流动。p流动的程度与分散相的流动的程度与分散相的粘度粘度有关。有关。p 分散相为分散相为刚体刚体，（分散相黏度），（分散相黏度），则适用，则适用爱因斯爱因斯坦公式坦公式。00r525.212022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院55p 问题：问题：p 以上公式只考虑了以上公式只考虑了分散相的体积分数分散相的体积分数，爱因，爱因斯坦公式也是假设按斯坦公式也是假设按粒子为球形粒子为球形推导出。推导出。p 但粒子的但粒子的大小、分布和形状大小、分布和形状有时有时不可忽视不可忽视！含形状因子的公式：含形状因子的公式：2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院56FF形状因子形状

41、因子;1 1 浓度，单位体积微粒质量浓度，单位体积微粒质量(kg/m(kg/m3 3););2 2 微粒密度微粒密度(kg/m(kg/m3 3)。）（210rF5.212022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院57p当微粒为当微粒为球状球状时，相当于流体具有时，相当于流体具有对称的阻力对称的阻力，因此，因此F=1F=1，上式为爱因斯坦公式。上式为爱因斯坦公式。p当微粒为一根当微粒为一根细小纤维细小纤维时，在流场中将会沿流线排列，从时，在流场中将会沿流线排列，从而具有最小阻力。显然，这时微粒的存在所引起的干扰被而具有最小阻力。显然，这时微粒的存在所引起的干扰被限制在它自身的容积限制在它

42、自身的容积中，爱因斯坦公式的比例常数中，爱因斯坦公式的比例常数a=1a=1。p其他形状其他形状微粒的场合应在这两种微粒的场合应在这两种极端情况范围之间极端情况范围之间。所以。所以F=0.4F=0.41 1。p实际上形状因子的值实际上形状因子的值不易确定不易确定。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院58分散介质分散介质p对对乳浊液粘度乳浊液粘度影响最大是影响最大是分散介质本身的粘度分散介质本身的粘度。p影响因素主要是影响因素主要是：p流变性质流变性质p化学组成化学组成p极性极性ppHpHp电解质浓度电解质浓度p 2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院59乳化剂的影响

43、乳化剂的影响化学成分：化学成分：影响到粒子间的位能影响到粒子间的位能;乳化剂乳化剂浓度浓度及其对分散粒子分散程度（及其对分散粒子分散程度（溶解度溶解度)的：影响到的：影响到乳浊液的状态乳浊液的状态;粒子吸附乳化剂形成的粒子吸附乳化剂形成的膜厚膜厚及其对粒子及其对粒子流变流变性质、粒子间性质、粒子间流动流动的影响的影响;改变改变粒子电荷性质粒子电荷性质引起的黏度效果引起的黏度效果;稳定剂的影响。稳定剂的影响。（明胶、琼脂、藻酸盐类、直链淀粉、（明胶、琼脂、藻酸盐类、直链淀粉、CMCCMC羧甲基纤维素）羧甲基纤维素）2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院604.3 固态与半固态食品的

44、流变特性4.3.1 4.3.1 固态、半固态食品的流变学基础固态、半固态食品的流变学基础食品的变形食品的变形食品的弹性食品的弹性食品的粘弹性食品的粘弹性2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院614.3.1.1 4.3.1.1 食品的变形食品的变形p把试样放在万能试验仪的固定板上，活动板以一定速率压把试样放在万能试验仪的固定板上，活动板以一定速率压试样时，食品的典型压缩变形曲线。试样时，食品的典型压缩变形曲线。弹性极限点弹性极限点（L L），弹性），弹性范围内，力与变形的比例范围内，力与变形的比例系数为系数为弹性模量弹性模量。Y Y为屈服点为屈服点：达到屈服点时，食：达到屈服点时，

45、食品材料的品材料的一部分结构单元被破坏一部分结构单元被破坏，开始屈服并产生开始屈服并产生流动流动，发生屈服时，发生屈服时所对应的应力称为所对应的应力称为屈屈服应力服应力。超过屈服点后增加应变时应力并超过屈服点后增加应变时应力并不明显增加，这个阶段称为不明显增加，这个阶段称为塑性变塑性变形形。R R点称为断裂点：点称为断裂点：继续增加应变，继续增加应变，应力也随之增加，达到应力也随之增加，达到R R点时，试点时，试样发生大规模破坏。样发生大规模破坏。它所对应的应力称为它所对应的应力称为断裂极限断裂极限(或断裂强度或断裂强度)。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院62食品的断裂形式

46、：食品的断裂形式：(1)(1)脆性断裂脆性断裂：屈服点与断裂点一致。屈服点与断裂点一致。图中图中 断裂点的应力断裂点的应力 R R(R R)，断裂应变为，断裂应变为 R R。断裂能量断裂能量WnWn2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院63p材料断裂均为脆性断裂。食品中这种断裂很多。材料断裂均为脆性断裂。食品中这种断裂很多。p（饼干、花生米、巧克力饼干、花生米、巧克力）5432100.30.60.9香肠香肠琼脂凝胶琼脂凝胶香蕉香蕉2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院64(2)(2)塑性断裂塑性断裂:塑性断裂的特点塑性断裂的特点 是试样经过是试样经过塑性塑性 变形变

47、形后断裂。后断裂。p如面包、面条、米饭、水如面包、面条、米饭、水果、蔬菜等。果、蔬菜等。p特例：特例：p有些糖果，当有些糖果，当缓慢拉伸缓慢拉伸时时产生塑性断裂，产生塑性断裂，急速拉伸急速拉伸时产生脆性断裂。时产生脆性断裂。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院65p多数食品在压缩过程中试样发生多数食品在压缩过程中试样发生松弛。松弛。p压缩速度压缩速度对压缩应力应变曲张影响较大，试样的对压缩应力应变曲张影响较大，试样的黏度越黏度越小小，这种影响越大。，这种影响越大。p食品压缩实验的速度一般取食品压缩实验的速度一般取2 250cm/min50cm/min。p增大增大压缩速度时，必须

48、要压缩速度时，必须要增大增大压缩力。压缩力。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院664.3.1.2 4.3.1.2 食品的弹性食品的弹性p弹性：弹性：物体在物体在外力作用外力作用下发生形变，下发生形变，撤去外力撤去外力后恢复原来后恢复原来 状态的性质。状态的性质。p撤去外力后撤去外力后形变立即完全消失形变立即完全消失的弹性称为的弹性称为完全弹性完全弹性。p形变超过某一形变超过某一限度限度时，物体时，物体不能完全恢复原来状态不能完全恢复原来状态，这种，这种限度称为限度称为弹性极限弹性极限。2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院67p虎克定律虎克定律：在：在弹性极限范

49、围弹性极限范围内，外力内，外力F F和变形量和变形量d d之间成之间成正正 比比关系，即关系，即F Fkdkd，K K为弹性系数。为弹性系数。4 4个实用个实用弹性系数弹性系数 1 1、弹性模量、弹性模量 （杨氏模量）（杨氏模量）2 2、剪切模量、剪切模量 3 3、体积模量、体积模量 4 4、泊松比、泊松比2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院681.弹性模量(杨氏模量)p 设当沿着横截面为设当沿着横截面为A A、长度为、长度为L L的均匀弹性棒的轴线方向施的均匀弹性棒的轴线方向施加力加力F F时，棒伸长了时，棒伸长了d d，则单位面积的作用力，则单位面积的作用力 n n为：为：

50、n nF/A F/A （n n：拉伸应力拉伸应力，N/mN/m2 2)。p单位长度的伸长量单位长度的伸长量 n n为：为：n nd/L d/L （n n：称为称为拉伸应变拉伸应变）2022年12月19日星期一南京农业大学食品科技学院69p在弹性限度范围内，应力和应变之间符合虎克定律，即：在弹性限度范围内，应力和应变之间符合虎克定律，即：nEn E E：称称弹性模量弹性模量(杨氏模量杨氏模量)，单位是，单位是N/mN/m2 2。J J：弹性模量倒数为弹性模量倒数为弹性柔量弹性柔量。p弹性模量为物体固有的物理量。弹性模量为物体固有的物理量。其意义其意义：物质单位变形所：物质单位变形所需要的力。需要