浓缩果汁流变特性的研究进展

研 究 生 课 程 论 文

(2013年第一学期)

浓缩果汁流变特性的研究进展

研究生：罗伟

浓缩果汁流变特性的研究进展

罗伟

摘要：浓缩果汁流变特性的研究能够为果汁产品的生产加工工艺设计以及在生产过程中的质量控制提供理论依据。本文对目前浓缩果汁流变特性的研究状况进行了综述，并对今后的研究方向进行了展望。

关键词：浓缩果汁流变特性粘度

Abstract:..

Key words：concentrated fruit juice；rheological property；viscosity

前言

随着社会的进步和发展，人们越来越重视生活质量和身体健康，果汁产品因富含维C和膳食纤维，具有助消化、排毒养颜等功效而深受人们的欢迎。果汁产品在工业化的生产过程中，为了便于运输与贮藏，通常将果汁浓缩成高浓度果汁，浓缩果汁在果汁品种中占有重要的地位。果汁产品在生产过程中的很多环节都要求掌握果汁的流变特性，例如在果汁的浓缩过程中必须准确掌握温度、浓度等因素对流变特性的影响。对浓缩果汁流变特性的研究能够为浓缩果汁产品的加工工艺设计提供理论基础，对浓缩果汁产品在加工过程的质量控制有重要的指导意义。

近年来，国内外相继报道了浓缩苹果汁[1]、浓缩梨汁[2]、浓缩葡萄汁[3]、浓缩蓝莓汁[4]、浓缩柑橘汁[5]、浓缩石榴汁[6]、芒果汁[7]、樱桃汁[8]等果汁的流变特性的研究，本文综述了浓缩苹果汁、浓缩葡萄汁、浓缩蓝莓汁、浓缩柑橘汁、浓缩石榴汁等果汁流变特性的研究状况，并对浓缩果汁的制备、果汁的流型及其流变特性、影响因素进行了概述，为今后浓缩果汁的研究和开发提供一定的参考。

1 浓缩果汁制备方法和流程概述

浓缩果汁的制备方法通常是先将新鲜水果榨成原汁，然后再采用低温真空浓缩的方法蒸发掉一部分水分，制成高浓度的果汁。在还原原汁时须在浓缩果汁中加入原来失去

的等量水分，制成具有原汁色泽、风味的果汁制品。通常的制备流程如下：清洗—消毒—破碎打浆—加热—酶解—榨汁或浸提—澄清—过滤—均质—脱氧——浓缩—调配

2 果汁流变特性的测量及果汁的流型

将浓缩果汁用蒸馏水分别稀释到不同的浓度，选用同心圆筒，用流变仪分别测定不同浓度的果汁在不同温度下时的剪切应力随剪切速率变化的关系。同时在相同的条件下，进行测定不同浓度梯度的浓缩果汁的粘度随着温度发生梯度变化的关系。

果汁的流型可根据它的流变曲线(以剪切速率γ为横坐标，剪切应力τ为纵坐标所作曲线)的关系式来确定。如果果汁的粘度η与剪切速率γ无关，果汁的粘度η为剪切应力τ与剪切速率γ的比值，则这种果汁称为牛顿流体，牛顿流体的流变特性可以由果汁的粘度η表示,其流变方程为:η=τ/γ，(式中τ—剪切应力；η—粘性系数；γ—剪切速率),例如去果胶的浓缩苹果汁、浓缩梨汁、浓缩葡萄汁和浓缩蓝莓汁的流型都属于牛顿流体。如果果汁的粘度η随剪切速率γ的变化而变化，则这种果汁称为非牛顿流体，在非牛顿流体中，τ～γ关系不是直线，剪切应力和剪切速率γ的关系可以用幂函数τ=kγn表示，式中k和n都是常数；n称为流态特性常数；k称为浓度系数。当n＞1时，该液体为胀塑性流体；当n＜1时，该液体为假塑性流体[9],例如含果胶的浓缩柑橘汁就属于典型的假塑性流体。

3温度和果汁浓度对果汁粘度的影响

3.1温度对果汁粘度的影响

研究表明,不同果汁的粘度(或稠度系数)均随温度的升高而降低。果汁粘度(或稠度

exp（Ea/RT）

系数)与温度的定量关系服从Arrhenius方程:η=K

式中：

η为样品的表观粘度（mPa·s）

K

为频率因子（mPa·s）

Ea为流动活化能（J/mol）

R为气体常数（8.314J/mol·K）

T为温度（K）

上式可以转化为：lnη=Ea/RT+lnK

流动活化能(Ea)随果汁浓度的增加而增大，频率因子(K

)的数值随果汁浓度的增加而减

小。随着果汁浓度的升高，其流动活化能也跟着增加，但频率因子值却随着浓度的增加而减少。这就说明流动活化能与频率因子存在一定的补偿关系。因此，在运输过程中可以通过适度升温来增加果汁的流动性。

3.2果汁浓度对果汁粘度的影响

根据相关文献报道，浓度对果汁粘度的影响，一般有以下两种模型[10]：

幂函数关系形式：

η=K（C）A

指数关系形式：

η=Kexp（AC）

式中A、K为常数，C为果汁浓度，单位为°Brix。

果汁粘度随果汁的浓度变化，果汁浓度越高，则其粘度也越高。

4各种浓缩果汁流变特性的研究状况

4.1浓缩苹果汁流变特性的研究

李贤中[1]通过对浓度为71°Brix的去果胶苹果汁在不同温度下的粘度以及温度和浓度对粘度的影响进行了研究，得出了粘度随温度和浓度变化的方程式以及温度和浓度影响粘度的综合方程式，并指出了去果胶的浓缩苹果汁在给定的温度和浓度范围内属于牛顿型流体。

4.2浓缩梨汁流变特性的研究

路福绥等[2]人通过对浓度为71°Brix的浓缩梨汁在一定温度范围内的流变特性进行研究。结果表明:浓缩梨汁属于牛顿型流体，它的粘度在温度为20~70℃范围内随温度的升高而降低，70℃以后粘度稍有回升。在温度为20~60℃范围内，其粘度随着温度的变化可用Arrhenius方程来描述。

4.3浓缩葡萄汁流变特性的研究

包海蓉等[3]人研究了不同浓度的浓缩葡萄汁在不同温度下的流变特性。结果表明：在研究的温度和浓度范围内，浓缩葡萄汁为牛顿型流体；通过回归分析，分别给出了温度

的变化和浓度的变化对粘度影响的方程式以及温度和浓度对粘度综合影响的方程式，方程的建立可以用来推算生产加工过程中一定温度和浓度范围内浓缩葡萄汁的粘度，这对研究温度、浓度对葡萄汁产品稳定性和感官质量的影响也具有重要的意义。

4.4浓缩蓝莓汁流变特性的研究

杨华等[4]人采用浓缩蓝莓汁为原料，用 BROOKFEILD R/S+CC 流变仪测量不同浓度（15%、45%、75%）与不同温度（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃）下浓缩蓝莓汁的流变特性并对其进行研究。结果表明，在所研究的温度范围内，浓缩蓝莓汁为牛顿型流体；回归分析结果显示，温度变化对粘度表观影响的关系式符合阿累尼乌斯方程 η=K 0exp （Ea/RT ），浓度对粘度表观影响的关系式符合指数方程 η=Kexp （AC ）；推导出

温度和浓度对粘度综合影响的方程式，该方程式可以用来推算实际加工过程中一定温度和浓度范围内浓缩蓝莓汁的粘度，为浓缩蓝莓汁的加工生产提供了理论依据。

4.5浓缩柑橘汁流变特性的研究

王昭等[5]人使用 AR500 流变仪对不同浓度的浓缩柑橘汁在不同温度下的流变学特性进行了研究。通过回归分析发现，在所研究的温度和浓度范围内，浓缩柑橘汁表现为假塑性流体，温度对粘度的影响关系可用阿累尼乌斯方程来表示，浓度对粘度的影响关系可用指数方程来表示，并推导出了温度和浓度对浓缩柑橘汁粘度综合影响的方程式：η=K 1exp(Ea/RT+AC)，式中K 1=7.199×10-5Pa ·s ；Ea=4.514kCal/(g ·mol)；A=0.170°Brix-1。

在温度为10～60℃，浓度为25～50°Brix ，该方程式可用来推算一定温度和浓度范围内柑橘汁的粘度，为浓缩柑橘汁的加工和运输提供了理论依据。

4.6浓缩石榴汁流变特性研究

赵武奇等[6]

人对不同浓度的石榴汁在不同温度下的流变特性进行了研究。结果表明: 在实验温度和浓度范围内，石榴汁表现为胀塑性流体，通过回归分析，温度对粘度的影响关系可以用 Arrhenius 方程式来表示，浓度对粘度的影响关系可以用指数方程式来更好地表示，并推导出了温度和浓度对表观粘度综合影响的方程式。该方程式的建立可以用来推算实际加工过程中一定温度和浓度下石榴汁的表观粘度，为石榴汁产品的加工和运输提供了理论参考。