3第四章食品的流变特性21.ppt

第四章 食品的流变特性 内容提要 本章主要介绍了食品流变学的定义及研究目的，液态、固态、半固态食品的流变特性，以及食品流变性质的测定方法和食品流变学的应用。 重点难点 粘性流体的流变学基础理论，包括牛顿粘性定律，牛顿流体、假塑性流体、胀塑性液体、宾汉流体各自的特征； 液态食品分散体系的粘度表示方法以及影响液态食品粘度的因素； 粘弹性的力学模型，掌握单要素和多要素模型； 应力松弛、蠕变实验 。 研究的方法和步骤： 首先把食品按其流变性质分成几大类，如：液态食品、半固态食品和固态食品等； 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。 (2)黏性流体的分类 ①牛顿流体 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 。也称为应变速率或速率梯度。 流动状态方程 : 在研究液体的力学性质时，与固体同样，也要找出应力与应变的关系。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 · ? 上式所表示的液体流动规律被称为牛顿定律。凡符合牛顿定律的液体，即：应力与剪切速率成正比的流体，称为牛顿流体。其流态状态方程不符合牛顿定律，统称为非牛顿流体。 特征：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。也就是在层流状态下，黏度是一个不随流速变化而变化的常量。 牛顿流体剪切速率与剪切应力的关系、剪切速率与黏度的关系可用特性曲线表示： ②非牛顿流体 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。符合非牛顿流动的流体称为非牛顿流体。 非牛顿流体流动状态方程主要有两种经验形式： 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 （0 ＜ n ＜1） 胀塑性流动 (1 ＜ n ＜ ∞） 塑性流动 宾汉流动 （σ0 ≠ 0 ，n=1） 非宾汉塑性流动 （σ0 ≠ 0 ， n≠ 1） 触变性流动 胶变性流动 假塑性流体： 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。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。 把随着流速的增加，表观黏度减少的现象也称为剪切稀化。 造成假塑性流动的机理主要有以下一些解释： a.胶体粒子间结合受剪切应力作用发生改变，影响黏度的变化。这种解释认为，对于比较稠密的分散系统粒子，当分子间的弱结合力使它们之间形成网架构造时，会表现为黏度的增加。当液体流动时，受剪切应力作用，这些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。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。 剪切稀化概念图 胀塑性流体 ： 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。 造成胀塑性流动的机理解释： 胀容现象： 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。当施加应力较小，缓慢流动时，由于水的滑动和流动作用，胶体糊表现出的黏性阻力较小。可是如果用力搅动，那么处于致密排列的粒子就会一下子被搅乱，成为多孔隙的疏松排列构造。这时由于原来的水分再也不能填满粒子之间的间隙、粒子与粒子没有了水层的滑动作用，因而黏性阻力就会骤然增加，甚至失去流动的性质。因为粒子在强烈地剪切作用下成为疏松排列结构，引起外观体积增加，所以，称之为胀容现象。 胀容现象概念图 将流动方程 称为为幂定律模型。 K 和n 都是常数，n称为流变特性指数，n的大小表示液体偏离牛顿液体的程度。对于牛顿液体n=1。 如果n1表明这种液体比