食品物性学食品力学性质

1）假塑性流动：
在非牛顿流动状态方程式中,当0＜n＜1时，即：
表观黏度随着剪切应力或剪切速率的增大而减少的流
动，称作假塑性流动，亦称准塑性流动或拟塑性流动。
符合假塑性流动规律的液体称为假塑性液体。
特点：无屈服应力,即应力应变曲线通过坐标原点；
随着流速的增加，表观黏度减少。
假塑性液体的流动特性曲线为：
称为水溶胶。
(2)凝胶：在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质，形
成整体构造而失去了流动性，或胶体全体虽含有大量
液体介质而固化的状态称为凝胶。
果冻、豆腐、
鸡蛋羹
凝胶食品多以多糖类、蛋白类为凝胶
形成的主体
（3）凝胶的分类
关于凝胶的分类有很多种,若按照其物理性质可以作如下
分类：
1 按力学性质可以把凝胶分为：柔韧性凝胶具有一
切时黏度迅速下降，静止
时又具有一定的屈服应力，
以保持坚挺。
流变学涉及的相关学科与对象
荷兰人斯科特·布莱尔 G.N.Scott
Blair , 1953 年, 他编辑出版了
《Foodstuffsthe Plasticity, Fluidity
and Consistency》一书。
一、食品流变学概念
桃
酱
11.9
82
0.27
58
葡萄浆
14
30
0.34
22
葡萄浆
14
82
0.34
20
西红柿酱
16.0
32
0.45
31.体粒子间结合受剪切应力作用发生改变,影响黏度的变化。
当液体流动时，受剪切应力作用，胶体粒子间网架构造不断
被破坏。
❖
(2)胶体粒子变形，引起黏度的相对减少。
乳胶体连续相是水还是油,这对它的物性
往往起决定作用。
判断乳胶体类型的方法主要如下：
▪ 稀释法 ：
▪ 导电法：
▪ 色素染色法：
3.溶胶和凝胶
大部分食品
的主要形态。
1 溶胶：对于可流动的胶体溶液,称之为溶胶。
食品中一般胶体粒子的分散介质是水，所以把分散介
质(连续相)是水的胶体称为亲水性胶体，这样的溶胶
黏性的大小用黏度（或称黏性率、黏性系数）来表
示,是流体最基本的特性参数。
产生条件：流体流层发生相对运动
根据变形的方式，黏度还可分为以下几种：剪切黏
度、延伸黏度、体积黏度
二 黏性流动的分类
1.牛顿流动
2.非牛顿流动
水,酒
桃酱
生淀粉糊
1.牛顿流动
（1）剪切速率 ：液体流动过程中,应变大小与
应变所需时间之比表示剪切速率 。也称为应
构造、组成上解释以上现象，找出其表现规律。
食品流变学的研究意义
• 产品开发：组分的功能性
• 原料组分：质量保证
• 加工工艺：在泵、管道、挤压机、混合
设备、均质机、热交换器中的流动行为
• 包装设计：输送能力
• 终产品：质量控制,稳定性
• 消费特性：连续性，涂抹性，口感，外
观，质构等
研究的方法和步骤：
冻就几乎不发生离水现象。
4 按热学性质的分类：基于胶体随着温度的变化,由液态
转变为固态，或由固态转变为液态的特点，可把凝胶分
为热可逆性凝胶和热不可逆性凝胶。
食品中的凉粉、肉冻、放凉了的粥都属于此类凝
胶。然而，象蛋清这样的胶体，加热时会形成凝胶。而
后无论是再进行热的或冷的处理，它再也不会成为溶胶
状。把这样的凝胶称为热不可逆凝胶。
绝大部分食品可看作胶体状态。
❖
食品的胶黏性：指食品既有塑性、黏性、又有
弹性的性质
❖
1929年宾汉首先对食品这种胶黏性提出了流
变学的概念。
第二节
❖
食品流变学
什么是流变学 什么是食品流变学？
牙膏——一个最常见的流变问题
使用牙膏时挤出要容易,挤
出后要求挺括，在牙刷上
不能下陷，刷牙时又要轻
松，这就要求牙膏遇到剪
变速率。
（2）流动状态方程
把表示液体所受的剪切应力与剪切速率的函数
关系式称为“流动状态方程”。
σ = η ·έ n
牛顿流体定律：
η为黏度,应力与剪切速率之间的比例系数，表示液
体流动的阻力大小。
牛顿流体的特征是：剪切应力与剪切速率成正
比,黏度不随剪切速率的变化而变化。
基本符合牛顿流动的食品有水、糖液、清
一 流变学的定义
流变学是研究物质在力作用下变形或流动规律的科学。
流变学中,物体的力学参数不仅有力、变形，还有时间。可
用下式来表示：
F(t , ε , σ)=0
.
ε-剪切应变
.
❖
食品流变学
研究对象——食品及食品原料
• 液态食品、固态食品、半固态食品
研究内容——对这些食品物质的异常黏性、塑性、
触变性、黏弹性等现象进行研究,并从这些食品的
特点：振动、搅拌、摇动流动性增加；加载曲
线在卸载曲线之上，并形成了与流动时间有关
的履历曲线 滞变回环） 。
触变性流动的特性曲线为：
代表性的食品有
西红柿调味酱、
蛋黄酱、加糖炼
乳等 。
呈现触变现象的
食品口感比较柔
和爽口。
5）胶变性流动
胶变性流动与触变性流动相反,即：液体
随着流动时间的增加，变得越来越黏稠。
第二章 食品的力学基础
食品的力学性质是食品物性中最主要的
性质。
食品物质的胶黏性
食品流变学
第一节 食品物质的胶黏性
一、食品物性构成体系
一般的食品不仅含有固体,而且还有水、空气
的存在，属于非均质分散系统。
所谓分散系统，是指数m以下，数nm以上的
微粒子，在气体、液体或固体中浮游悬浊 即分散 的
系统。
定柔韧性的凝胶，如面团、糯米团；脆性凝胶受
力在较小的变形时便破坏的凝胶。
2)按透光性质可把凝胶分为透明凝胶 果冻)和不透明凝
胶(鸡蛋羹)。
3 按保水性也可将凝胶分类。凝胶一般虽然都是亲水
性胶体,但有些保水性差，放置时水分将会游离出来，
称为易离水凝胶。相反为难离水凝胶。
豆腐放置时水就会不断流出，而琼胶、明胶、果
❖
胀容现象：
对于剪切增黏现象可以用胀容现象来
说明。具有剪切增黏现象的液体,其胶体粒子一般处于
致密充填状态，是糊状液体。作为分散介质的水，则
充满在致密排列的粒子间隙。
胀容现象概念图
3）塑性流动 ：
塑性流动是指流动特性曲线不通过原点
的流动。食品液体中,有许多在小的应力作用
时并不发生流动，表现出固体那样弹性性质，
体系统可划分为三类：
胶体粒子的大小和胶体特征
类 型
高分子溶液
胶 体 溶 液
悬 浊 液
粒子大小
1nm
1～100nm
约200 nm
观察手段
电子显微镜可知
其存在
电子显微镜可观其
形，超显微镜可知其
存在
光学显微镜
可观其形
渗透性
可通过半透膜
可透过滤纸，但不
能透过半透膜
不能透过滤纸
透光性
透明，不显示廷
德尔现象
显示廷德尔现象
数，n：称为流态特性指数。
ηa表观黏度， σ0屈服应力
。
根据以上流动状态方程中σ0的有无和n的取值范围,非
牛流动还可以如下分类：
假塑性流动
胀塑性流动
（0 ＜ n ＜1）
1 ＜ n ＜ ∞）
宾汉流动 （σ0 ≠ 0 ,n=1）
塑性流动
非宾汉塑性流动 （σ0 ≠ 0 ， n≠ 1）
❖
触变性流动
❖
胶变性流动
3.孔隙率：一定体积的粉末中,孔隙所占体积的比率。
孔隙率＝V0/V=(V-V1)/V
式中：V为粉末体积，V0为孔隙所占部分体积，为V1
为粉末本身所占体积
二 液体为连续相的胶体
1.气泡 气泡是在液体中分散有许多气体的分散系统。
名称： 气泡溶胶 ,泡沫 。
2.乳胶体 乳胶体一般是指两种互不相溶的液体，其中
部分宾汉流体食品的屈服应力值
食 品 名 称
屈服应力值[Pa]
融化的巧克力
1.2
掼奶油
40.0
瓜尔豆胶水溶液(0.5% 固形)
2.0
桔子汁(浓度60Bx)
0.7
酵母蛋白液(25% 固形)
4.2
西红柿浆(11% 固形)
2.0
大豆分离蛋白(20% 固形)
121.7
非宾汉流体食品的流态特性参数
食品名 称 测定温度
➢
首先把食品按其流变性质分成几大类,如：固体、液体、
黏弹性体等；
➢
然后再对每种类型的物质，建立起表现其流变性质的
力学模型；
➢
从这些模型的分解、组合和解析，找出测定食品力学
性质的可靠方法；
➢
从方法中得出有效控制食品品质 力学性质 的思路。
二、黏性
（一） 黏性概念
黏性是表现流体流动性质的指标。
黏性：指阻碍流体流动的性质。
很混浊
三、食品胶体系统
食品胶体系统的分类
连续相
气
体
液
分散相
食
品
举
例
液体
气溶胶
弥漫香气的雾
固体
粉
末
淀粉、小麦粉、砂糖、脱脂奶粉等
气体
泡
沫
掼奶油、软冰淇淋、啤酒沫等
液体
乳胶体
牛奶、生奶油、黄油、卵黄、蛋黄酱等
固体
悬胶体
果汁、汤汁
溶
胶
调味汁、肉汤、淀粉糊
凝
胶
果冻、凉粉、鸡蛋羹、豆腐
体
固
体
类别名称
气体
固体泡
[℃]
n
k
σ 0[Pa]
法国芥子酱
25
0.40
334
41.0
西红柿酱
25
0.227
187
32.0
西红柿酱
95
0.253
74.5
10.5
白汁沙司
120
0.55
3
0.4
4）触变性流动（亦称摇溶性流动） ：
所谓触变性是指当液体在振动、搅拌、摇
动时,其黏性减少，流动性增加，但静置一段
时间后，流动又变得困难的现象。
一方为微小的液滴分散在另一方液体中的胶体。
乳胶体一般由水、油和乳化剂构成。
黄油、人造奶油
乳胶体分为：水包油型（O/W型）和油包水型
（W/O 型）。
生奶油、蛋黄酱
有两相乳胶体和多相乳胶体（W/O/W型或O/W/O
型 ）。
两相之间是可以相互转化,但食品物性截然不同。
两相之间相互转化概念图
多相乳胶体概念图
炖肉汤、酒、油等 。
牛顿流体
2.非牛顿流动
液体在流动过程中不符合牛顿流体定律的称为非
牛顿流体的流动。
非牛顿流体的流动状态方程主要有两种经验形式：
σ = k·έ n = η a ·έ
1 ＜ n ＜ ∞, 0 ＜ n ＜1
σ = σ0+ k·έ n
(σ0 ≠ 0 )
式中： k称为黏性常数,因为它往往与液体浓度有关，因此也称为浓度系
特点：振动、搅拌、摇动流动性增加；加载曲
线在卸载曲线之下，并形成了与流动时间有关
的履历曲线 滞变回环） 。
胶变性流动的特性曲线为：
当流速逐渐加大,达到最大值后，再逐渐减低流速，减
低流速时的流动曲线反而在加大流速曲线的上方。这说明流
动促进了液体粒子间构造的形成。因此，这种现象也被称为
逆触变现象。
有这种现象的食品往往给人以黏稠的口感。
把随着流速的增加,表观黏度减少的现象也称为剪切稀化。
剪切稀化概念图
部分液态食品的流态特性参数如表：
食品名
固形分率[%]
温度[℃]
n
k
苹果沙司
11.0
82
0.34
90
杏
酱
19.0
60
0.34
88
浓缩杏汁
26.0
60
0.32
400
浓缩橘子汁
-
15.0
0.584
11.9
梨
酱
45.7
82
0.481
160.0
当应力超过某一界限值σ0时才开始流动。
特点：有屈服应力，即应力应变曲线不通
过坐标原点。
塑性液体的流动特性曲线为：
S
对于塑性流动中,当应力超过屈服应力时，流动特性
符合牛顿流动规律的，称为宾汉流动，对于不符合牛顿
流动规律的流动称为非宾汉塑性流动。
把具有这两种流动特性的液体分别称为宾汉流体或
非宾汉流体。
液体
固体凝胶
面包、馒头、蛋糕、饼干
果冻、熟米饭粒
一 气体为连续相的胶体
❖ 气溶胶 液体分散于气体介质中
❖ 粉末
固体颗粒分散于气体介质中
粉末的形态：分散飘浮在空气中的状态和
沉积在一起的集合状态两种。
粉末常有如下一些物理量：
1.外观比容：表示单位质量粉末所充填的体积。
2.外观密度：是指包括粉末间隙在内的单位体积粉体的质量。
（4）凝胶的力学性质在食品物性学研究中的位
置
①很多食品都是在凝胶状态下食用的。
②凝胶状态食品的力学性质对其口感品质、风味品质。
如：软硬、嚼劲、筋道感、柔嫩感等起着决定的作用。
③研究和改善食品的质地,主要就是研究凝胶状态物质
的模型。
因此，凝胶状态在食品物性学中占有十分重要的
位置。
四、食品的胶黏性
❖
有假塑性流动性质的食品液体，大多含有高分子的胶体粒子。
这些粒子多由链状巨大分子构成，在静止或低流速时，互相勾挂
缠结，黏度较大，显得黏稠。但当流速增大时，也就是由于流层
之间剪切应力的作用，使得比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩
成团，减少了互相的勾挂，这就出现了黏度降低。
2）胀塑性流动 ：
在非牛顿流动状态方程式中,如果1
＜n＜∞，称为胀塑性流动。即：随着剪
切应力或流速的增大，表观黏度a逐渐
增大。
符合胀塑性流动规律的液体称为胀
塑性液体。
特点：无屈服应力,即应力应变曲线通过坐标
原点；随着剪切流速的增加，表观黏度增加。
胀塑性液体的流动特性曲线为：
液体食品中胀塑性流体不很多,比较典型的是生淀粉糊。
造成胀塑性流动的机理,主要有以下一些解释。
分散系统组成：分散相 ，连续相 （也称分散介
质）
食品物质物性具有非对称。
物性值=F 分散相物质,连
续相物质， O/W， W/O型
如：生奶油------黄油
面包--------面粉
因此,在研究
食品物性时，要
注意到食品物质
的分散系性质。
二、胶体
表述物质状态
胶体系统是一种多相分散系统,亦称非均质
分散系统。按分散相分散粒子大小的不同，胶