食品流变学特性的研究进展

食品流变学特性的研究进展

作者：

摘要：本文综述了测试食品流变性能的传统改进方法，介绍了近年来国内外食品流变性能测试方法的研究情况。

关键词：食品；流变性；测试

Progress of Food rheological properties research

A uthor

Abstract: This article summarizes the improved measure of food material rheological behavior testing and introduces the newest measure and instrument about food material rheological behavior testing.

Key words: food material; rheological behavior; testing measure

前言

在食品的生产过程中，经常要遇到有关食品物质的流动，变形等问题;这此问题不仅反映了食品物质的特性，同时也直接影响到食品的质量，产品加工及设备设计。例如，在炼乳生产中，表现粘度的控制是生产过程至关重要的环节。同样，人造黄油的扩展度，糖果的硬度，肉的韧度等也都是产品质量的重要指标之一，因此，为了进一步提高产品质量，必须深入地了解和掌握食品物质的流动和变形特性，研究在各种条件下这些特性变化的规律及对产品质量和加工过程的影响。正是在这个基础之上，食品流变学得以兴起和不断地发展[1]。它是食品工业向高质量、大型化、自动化发展的必然结果，引起了越来越多的食品工程技术人员的重视。研究不断深入，应用日趋广泛。

食品物质种类繁多，多数物质由于组成的特殊性，一般都具有极其复杂的流变特性，从物理特性来看，几乎包括一r所有不同流变特性的物质。因此，在研究这些食品物质的流变特性时，仅仅依靠流变学的一般理论是远远不够的，必须从食品特性入手，研究其流变特性，建立起一套适合食品物质流变特性分析、研究的理论和方法[2]。

流变学即Rheology最初由美国化学家宾汉(E.C.Bingham)倡导,它本是力学的一个分支，即研究物质在力作用下变形或流动的科学。除了力的作用外，离得

作用时间对对变形的影响也是研究内容之一。因此，流变学中，物体的力学参考数不仅有力、变形，还有时间[3]。在食品工业中，很多方面都需要食品流变学的信息，包括以下部分：

●工厂设计：泵与管道尺寸及选择，传热与传质计算，送料设计以及挤压机、混合机、包装机、均质机等设计的工程计算。

●质量控制：原料和产品在加工过程中不同阶段的质量控制好，包括产品开发中成分功能确定和货架期试验。

●感官评价：建立流变学检测数据与观光评价特性关系，使感官评价特性定量化[4]。

●评价食品结构与分子构象。

食品流变学是在流变学基础上发展起来的, 它以弹性力学和流体力学为基础,主要应用线性粘弹性理论, 研究食品在小变形范围内的粘弹性质及其变化规律, 测量食品在特定形变情况下具有明确物理意义的流变响应。因此,食品流变学的研究对象是食品及其原料的力学性质。食品流变学与传统的只注重食品的组成及其变化的化学方法不同, 它用数学语言,通过所设定的数学模型对食品进行量化的研究[5-6]。

1食品流变学研究的内容和对象

1.1食品流变学研究的内容

流变学的基本内容是弹性力学和黏性流体力学。由于这些力学性质与食品的化学成分、分子构造、分子内结合、分子间结合的状态、分散状态，以及组织构造有极大关系，从这个意义上讲，流变学可以说是食品力学性质方便的物性理论。

1.2食品流变学研究的对象

流变学研究的对象一般指：油脂、黏塑性材料、橡皮、淀粉、蛋白、玻璃、沥青等具有复杂化学构成，力学性质介于固体和液体之间的物质。对这些物质的异常黏性、塑性、触变性、粘弹性等现象进行研究。其研究目的常常是从这些物质的构造组成上解释以上现象，找出其表现规律[7]。食品流变学研究的对象当然是各种食品和食品材料的力学性质。然而，牵涉的领域除了力学外，还有胶体化学（colloid chemistry）、高分子学物性论(macromolecular materials science)等；甚至也包括研究生物化学反应下变形理论的所谓“化学流变学”

(chemorheology)，研究血液、细胞液和生物学关系的“生物流变学”(biorheloogy)，研究人的力学感觉和变形规律即心里学同变形计力学刺激的“心里流变学”（psychorhology）等等。食品流变学也可以说是设计很多学科领域的边缘科学。

1 食品流变学研究的目的

食品流变学研究的目的，是要解决实际食品加工中出现的问题。例如，食品流变学研究的题目设计到面粉糊、果冻、面团、黄油、香肠等胶体分散系统的流变性质。以上食品物质的流变性质与加工中遇到的切断、搅拌、混合、成型、冷却等操作有很大关系、另外，食品本身的嗜好性质也与流变性质关系极大[8]。然而由于食品物质从液体到固体，小到粉末，达到团块，形态组织非常复杂，种类也很多。所以，研究食品流变学是，首先把食品按其流变性质分成几大类，如固态、液体、粘弹性体等，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、组合和解析中，找出食品力学性质的可靠方法，或得出有效控制食品品质（力学性质）的思路[9]。

2 食品流变学的分类及其数学模型的发展

自然界中物质的存在形式可以分为两大类: 一类是在没有外部因素作用下会保持自身形状的物质称为固体;另一类是只有在容器里才能获得自身形状的物质称为流体,包括液体和气体[10]。食品流变学根据流体是否符合扭断流体定律将流体运动分为牛顿流动和非牛顿流动。

2.1牛顿流动(Newtonian flow)

2.1.1 剪切速率(shear rate)：有流体力学知，当流体在一定速度方位内流动时，就会产生与流动方向平行的层流流动（laminar flow）。以流体平行流过固体平板为例，紧贴板壁的流体质点，往往因与板壁里附着力大于分子内聚力，所以速度为零，并在贴着板壁处形成以静止液层。越远离板壁的液层流速越大[11]。可见液体的流动也是一个不断不变形的过程。用应变大小一应变所需时间之比表示变形速率。

2.1.2流体状态方程：

在研究流体的力学性质时，与固体同样，也要找出应力与应变的关系。由于液体受应力作用其变形表现为流动，即应变速率的大小。不同黏度的液体，应力