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剝離力測(cè)試儀
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初粘力測(cè)試儀
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粘著力測(cè)試儀
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萬(wàn)通自動(dòng)滴定儀
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錐板粘度計(jì)
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Brookfield粘度計(jì)在食品工業(yè)中的應(yīng)用
一、食品的流變學(xué)與食品生產(chǎn)
食品工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一直占著舉足輕重的地位，近年來(lái)，食品消費(fèi)與需求由追求數(shù)量向追求質(zhì)量、營(yíng)養(yǎng)、安全、多樣和方便型的轉(zhuǎn)化，這就帶動(dòng)了食品技術(shù)的不斷進(jìn)步，食品流變學(xué)也是在這個(gè)大的背景下，不斷發(fā)展進(jìn)步，在很多食品生產(chǎn)中所占的地位越來(lái)越重要。
從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，食品流變學(xué)是研究食品原材料、半成品、成品在加工、操作處理以及消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的變形與流動(dòng)的科學(xué)。流變學(xué)是研究物質(zhì)形態(tài)和流動(dòng)的學(xué)科，食品流變學(xué)是食品、化學(xué)、流體力學(xué)間的交叉學(xué)科，主要研究的是食品受外力和形變作用的結(jié)構(gòu)。由于食品物料的流變特性與食品的質(zhì)地穩(wěn)定性和加工工藝設(shè)計(jì)等有著重要關(guān)系，所以通過(guò)對(duì)食品流變特性的研究，可以了解食品的組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子形態(tài)等，能為產(chǎn)品配方、加工工藝、設(shè)備選型及質(zhì)量檢測(cè)等提供方便和依據(jù)。食品的流變特性在食品生產(chǎn)的關(guān)系有以下幾個(gè)方面：
1、食品流變特性與食品的質(zhì)量
食品的表現(xiàn)狀態(tài)（appearance）、風(fēng)味（flavor）、質(zhì)構(gòu)（texture）和營(yíng)養(yǎng)（nutrition）通常被稱為食品的四大質(zhì)量因素。食品在加工儲(chǔ)藏中常涉及質(zhì)構(gòu)的改變（如組織的軟化與分解），因?yàn)橘|(zhì)構(gòu)的變化會(huì)引起材料流變特性的變化。
傳統(tǒng)的食品質(zhì)構(gòu)及其表現(xiàn)狀態(tài)就是用感官檢驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)的。口嘗就是一個(gè)復(fù)雜的流變過(guò)程，咀嚼包括磨、剪、擠壓、壓縮、拉伸等物理過(guò)程，故通過(guò)流變學(xué)的一些測(cè)試可以反映食品的質(zhì)量，并可避免感官品嘗中主觀的影響。
面包、糕點(diǎn)類食品的質(zhì)構(gòu)在很大程度上是構(gòu)成氣孔壁材料的流變學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。面包氣孔大小、分布均勻程度與面包的松軟度和可口性都有很大關(guān)系。流變參數(shù)已經(jīng)用于研究面團(tuán)的調(diào)制、烘烤過(guò)程*工藝條件以及產(chǎn)品的質(zhì)量控制。從食品流變學(xué)的角度來(lái)講，粘度與質(zhì)構(gòu)有同等意義，只是粘度通常與液態(tài)食品有關(guān)，質(zhì)構(gòu)則通常與固體有關(guān)。
粘稠性不僅是液態(tài)食品的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)，而且影響到食品風(fēng)味的接受性。Wood曾研究液態(tài)食品的粘稠度與品嘗時(shí)的反映，并找出其流變學(xué)關(guān)系，指出當(dāng)假塑性時(shí)，系數(shù)n＝0.5時(shí)，乳類甜食、湯料、醬類、漿狀食品的口感。這類食品在口中保持穩(wěn)定的流動(dòng)，當(dāng)有剪切作用（舌動(dòng)等）時(shí)有較低的粘度，若停止剪切，又恢復(fù)原來(lái)的粘度，容易吞咽。韋氏等人則研究人們對(duì)甜味的接受性，指出隨著溶液中加入水溶膠體后粘度增加而減少，且不同的水溶膠有不同的影響。
當(dāng)然，由于食品的復(fù)雜性，研制功能齊全、靈敏度高的儀器并應(yīng)用與生產(chǎn)實(shí)際還需要一段時(shí)間。但在這一領(lǐng)域的研究表明，食品流變特性在評(píng)價(jià)食品的質(zhì)量中是很有前途的一種手段。
2、流變特性與食品研發(fā)
通過(guò)流變學(xué)試驗(yàn)（模擬試驗(yàn)）可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)品在市場(chǎng)上的接受程度，指導(dǎo)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。由于流變學(xué)研究的深入食品的質(zhì)構(gòu)和構(gòu)成食品的各種組分和組分特性及加工條件。因此，只要積累足夠的食品成分在各種條件下的流變特性以及規(guī)律，以及消費(fèi)者的要求，就可以試制新產(chǎn)品并利用這些研究成果進(jìn)行評(píng)定、修改試驗(yàn)條件，從而縮短新產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)間和層次。如人造奶油可以參考奶油的流變特性，許多仿制工程食品都可以在加工中利用天然類似食品的流變規(guī)律。
3、流變特性與生產(chǎn)中的質(zhì)量控制
食品加工過(guò)程中的質(zhì)構(gòu)變化，勢(shì)必引起材料受力性質(zhì)的改變，只要發(fā)生變化的流變參數(shù)究可以在生產(chǎn)中控制。這方面應(yīng)用zui廣的是巧克力的生產(chǎn)。巧克力可以是固體也可以是液體，取決于其脂肪的構(gòu)成與存在狀態(tài)?？煽芍跍囟雀哂?/span>
把流動(dòng)曲線外推至零剪切速率來(lái)確定巧克力的屈服應(yīng)力值。屈服應(yīng)力與巧克力中所含的可可脂肪成分，巧克力漿中的可可粉、糖粉等的磨碎程度及卵磷脂的用量有關(guān)。在涂布巧克力層的時(shí)（威化巧克力、冰淇淋巧克力等），涂層的厚度取決于巧克力的屈服應(yīng)力，垂直面厚度取決于其粘度。
甜煉乳生產(chǎn)中粘度是一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)。粘度過(guò)高，可能導(dǎo)致變稠，粘度過(guò)低，就會(huì)導(dǎo)致脂肪分離和糖的沉淀。煉乳的儲(chǔ)存時(shí)間和溫度對(duì)粘度都有較大的影響，因此生產(chǎn)過(guò)程中要通過(guò)調(diào)整工藝條件（熱殺菌的溫度、時(shí)間、濃縮等），控制粘度，并可以根據(jù)其流變特性倆控制濃縮終點(diǎn)的粘度，時(shí)期在儲(chǔ)存過(guò)程中不至于變稠而影響質(zhì)量。
4、流變特性與工程設(shè)計(jì)
食品加工及處理過(guò)程涉及的液體多為非牛頓液體，其表觀粘度隨時(shí)間、剪切應(yīng)力、剪切速率的變化而變化，因此掌握各種食品的流變學(xué)特性，便于在流體的輸送，管路設(shè)計(jì)以及攪拌、乳化、均質(zhì)、物化、濃縮、滅菌等單元操作的機(jī)械設(shè)計(jì)中充分考慮物料在力的作用下粘度的變化，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)及功率等。如有些材料具有剪切變稀現(xiàn)象，故其輸送啟動(dòng)功率要大；針對(duì)有些具有剪切變稠的材料，要防止在輸送過(guò)程中阻力增加引起流速變化，還要防止因剪切應(yīng)力下降引起管的堵塞等。
二、食品的流變特性
由于食品包含的門(mén)類眾多，所以目前研究食品的流變特性主要是按照食品的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行研究的，可以分以下幾類：
1、固態(tài)食品的流變特性
對(duì)固態(tài)食品物料的流變特性研究，從文獻(xiàn)上反映的研究?jī)?nèi)容不太廣泛。固體的流變特性主要是由彈性模量、剪切模量、容積模量和泊松比等來(lái)表示。硬糖果、核桃、蘋(píng)果等基本呈現(xiàn)的是固體食品的流變特性。
2、液態(tài)食品的流變特性
液態(tài)食品可以流動(dòng)，目前液態(tài)食品的流變學(xué)研究也是食品流變學(xué)研究的重點(diǎn)，本文討論的重點(diǎn)也是液體食品。其流變特性主要是通過(guò)剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系也就是粘度來(lái)表現(xiàn)的。根據(jù)剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系可以分為：牛頓液體類食品、非牛頓類液體食品、塑性液體類食品。
2.1牛頓液體類食品
此類食品的主要特征是流動(dòng)符合牛頓粘性定律，即剪切應(yīng)力和剪切速率成正比，粘度就是此類液體zui重要的流變學(xué)特性參數(shù)。許多液體類食品在剪切應(yīng)力很寬的范圍內(nèi)基本呈現(xiàn)牛頓類液體性質(zhì)，象糖水溶液、低濃度牛乳、清果汁、酒、水等液體。
2.2非牛頓液體類食品
多數(shù)液體類食品不滿足牛頓粘性定律，即粘度不是常數(shù)，隨剪切應(yīng)力或者剪切速率變化而變化。
非牛頓類液體是一些固體懸浮液，乳濁液或者膠體溶液，如醬油、菜湯、濃糖水、淀粉漿、帶果肉的果汁、蛋白質(zhì)溶液等、按照非牛頓液體的分類還可以分為假塑性液體、漲塑性液體、觸變性液體、凝變性液體。前兩個(gè)的的流變特性與時(shí)間無(wú)關(guān)，后面兩個(gè)的流變特性與時(shí)間有關(guān)。
2.3塑性液體類食品
這類食品的主要流變特性是只有超過(guò)一定的應(yīng)力才流動(dòng)，否則就保持現(xiàn)狀或者流動(dòng)停止，典型的此類食品有土豆泥、濃奶油、熔化的巧克力、脂肪等。其流變參數(shù)為屈服應(yīng)力和粘度。
3、粘彈類食品
這類食品介于固體食品和液體食品之間，即具有粘性又具有彈性的粘彈性體。屬于這類食品的主要又米粉團(tuán)、淀粉團(tuán)和凍凝膠等。此類食品的流變學(xué)特性比較復(fù)雜，主要的參數(shù)為蠕變?nèi)崃亢蛻?yīng)力松弛時(shí)間等。
三、食品流變學(xué)特性的測(cè)量
食品流變學(xué)研究起步較早，但是由于食品體系的復(fù)雜性，早期流變學(xué)的研究主要是一些經(jīng)驗(yàn)性的測(cè)定，例如產(chǎn)品在自身質(zhì)量下其流動(dòng)性、鋪展性和碎裂性的測(cè)定等。近年來(lái)由于食品科學(xué)工作者為了提高對(duì)食物加工性，特別是食品的深加工性、工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)性等的需要，食品流變學(xué)的研究變得愈來(lái)愈廣泛。隨著研究活動(dòng)的深入，研究手段亦有了較大地發(fā)展，表現(xiàn)在先進(jìn)的流變學(xué)測(cè)試儀器的引入和開(kāi)發(fā)。應(yīng)用先進(jìn)測(cè)試儀器，使實(shí)驗(yàn)與研究在建立食品物料的流變特性力學(xué)模型上更為方便。
Brookfield做為世界上zui的粘度計(jì)生產(chǎn)商，推出了一系列產(chǎn)品均可以用于食品流變性特別是液體流變性的研究，如DV系列粘度計(jì)、YR-1屈服應(yīng)力流變儀等等。由于食品行業(yè)包括的行業(yè)很廣泛，下面即是Brookfield粘度計(jì)/流變儀在一些具體行業(yè)的應(yīng)用：
1、淀粉的糊化特性
2004年，我國(guó)淀粉產(chǎn)量達(dá)到933萬(wàn)噸，廣泛的應(yīng)用在食品工業(yè)、造紙工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等等，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做了很大貢獻(xiàn)。淀粉是顆粒存在，但食品和非食品應(yīng)用幾乎都是加熱糊化，應(yīng)用所得的糊。淀粉糊的性質(zhì)關(guān)系應(yīng)用至為重要。淀粉顆粒不溶于水，但在水中能吸收少量水分，顆粒稍膨脹。普通玉米淀粉和馬鈴薯淀粉在水中所含平衡水分大約28％和33％。這種吸水和膨脹現(xiàn)象是可逆的，水分被干燥后仍恢復(fù)原來(lái)的顆粒結(jié)構(gòu)大小。
混淀粉于水中，不停地?cái)嚢?。顆粒懸浮于水中，形成白色懸浮液，稱為淀粉乳。加熱淀粉乳，顆粒隨溫度的升高，吸水更多，膨脹更大，達(dá)到一定的溫度，原淀粉結(jié)構(gòu)被破壞，吸水膨脹成粘稠膠體糊。這種現(xiàn)象稱為糊化，其溫度稱為糊化溫度，形成的膠體稱為淀粉糊。
粘度是淀粉糊的zui重要性質(zhì)，面在普遍用粘度曲線測(cè)定， Brookfield的SSB（淀粉測(cè)量系統(tǒng)）是為測(cè)量工業(yè)淀粉樣品在自動(dòng)快速糊化和快速冷卻過(guò)程中的粘度變化而設(shè)計(jì)的。SSB可以準(zhǔn)確、快速的進(jìn)行測(cè)量，從而可以幫助產(chǎn)品研究者快速地調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。詳細(xì)方法見(jiàn)附錄1。
2、乳品行業(yè)
乳制品在世界范圍內(nèi)，由于消費(fèi)量較大，相應(yīng)的流變學(xué)研究也較廣泛。研究表明：牛乳的流變特性受其濃度的影響。濃度不同不僅使牛乳的表觀粘度值發(fā)生變化，而且使牛乳的流體類型也發(fā)生變化。在濃度較低時(shí)，牛乳呈現(xiàn)漲塑性特性（n>1），在中等濃度下變成牛頓流體（n=1），但在濃度較高時(shí)，又變成非牛頓流體，呈現(xiàn)出假塑性流體特性（n<1），即隨著濃度的增加，n值由大逐漸變小。雖然溫度對(duì)牛乳粘度的大小有影響，但對(duì)牛乳的流型沒(méi)有影響。在所有影響因素中，濃度對(duì)流型起決定性作用。
近年來(lái)，由于人們擔(dān)心食入過(guò)多的脂肪，所以低脂奶逐漸成為市場(chǎng)上的流行品。但是由于脫脂使牛奶的口感和質(zhì)地都不如以前。1991年，Shoemaker Nantz等人研究了乳制品的粘度與感官評(píng)定之間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，奶油味和口感與脂肪含量相關(guān)很強(qiáng)，而同時(shí)奶油味和口感與儀器測(cè)定的粘度相關(guān)性也很強(qiáng)，初步證實(shí)了粘度與感官分析存在相關(guān)關(guān)系。所以在乳品的開(kāi)發(fā)、質(zhì)量控制等方面，粘度的測(cè)定越來(lái)越重要。
在攪拌型酸奶生產(chǎn)過(guò)程中zui重要的控制項(xiàng)目之一是粘度，攪拌型酸奶生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地要對(duì)已發(fā)酵好的、凝固的酸奶進(jìn)行機(jī)械加工處理，如攪拌、冷卻、灌裝等工藝過(guò)程。如果生產(chǎn)線設(shè)計(jì)不合理或工藝參數(shù)控制不當(dāng)，就會(huì)造成酸奶粘度大大降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。粘度也是評(píng)價(jià)酸奶質(zhì)量的重要指標(biāo)。
另外，在乳品在濃縮過(guò)程中，也可以通過(guò)粘度的測(cè)定來(lái)確定濃縮的終點(diǎn)。Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)有眾多類型的轉(zhuǎn)子，在測(cè)定乳品的粘度時(shí)，可以根據(jù)不同的需要選擇不同的轉(zhuǎn)子，如槳式轉(zhuǎn)子、升降支架等。
3、果汁
果汁的流變特性研究國(guó)內(nèi)外均有開(kāi)展。據(jù)報(bào)道，不含果膠的山楂汁、酸棗汁、黑加侖汁及澄清水蜜桃汁的流變曲線均為其延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)的直線，說(shuō)明其流型為牛頓流體。含果膠的果汁的流變曲線為一過(guò)原點(diǎn)呈凹形向上的曲線，說(shuō)明流型為假塑性流體。因此說(shuō)明，果汁的流型與是否含果膠有關(guān)。
如果含果膠時(shí)，果汁溶液基本就有兩步分組成，漿液和浮在漿液上的水果細(xì)胞壁碎屑組成的微粒物質(zhì)。在很多情況下，其中的部分微粒很可能被分離出來(lái)，或浮在表面，或者沉到底部。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)很重要的問(wèn)題就是防止懸浮的微粒與漿液之間的分離。只有其粘度達(dá)到一定程度時(shí)，漿液對(duì)微粒的作用力與其受到向下的重力平衡時(shí)，才可以避免微粒與漿液分離。在生產(chǎn)中控制果汁的粘度也有很重要的意義，采用Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，可以控制剪切速率，在較低的剪切速率下，基本可以模擬果汁內(nèi)部的應(yīng)力，增加了粘度測(cè)定的準(zhǔn)確性。
4、融化巧克力流變特性
在食品流變學(xué)的研究中，巧克力一直占有很重要的地位。巧克力是一類比較*的食品物質(zhì)，可以是固體也可以是液體，主要取決于脂肪的存在狀態(tài)。在天然脂肪中，可可脂具有不同于其他天然脂的特性，它在高于
Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)可以很好的測(cè)量巧克力的流動(dòng)曲線，在不同的轉(zhuǎn)速下，測(cè)定其對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力值，然后計(jì)算出塑性粘度和屈服應(yīng)力值。這些數(shù)據(jù)還可作生產(chǎn)控制時(shí)用的在線粘度計(jì)在線控制時(shí)的參數(shù)設(shè)置的參考。詳細(xì)方法見(jiàn)附錄2。
5、醬油/糖漿/食用油脂
醬油是調(diào)味品的主要品種之一，我國(guó)的產(chǎn)銷量都很大。醬油是一種流體，國(guó)內(nèi)有研究醬油的流變特性參數(shù)－粘度與其理化特性的關(guān)系，結(jié)果如下表：
通過(guò)表中可以看出，粘度值與其理化指標(biāo)有很大關(guān)系，固形物含量、氨基態(tài)氮含量和食鹽的含量都對(duì)粘度有很大影響。通過(guò)對(duì)不同等級(jí)的醬油的粘度分析也可以看出，粘度可以作為醬油的質(zhì)量指標(biāo)之一。醬油的粘度也主要是應(yīng)用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)來(lái)測(cè)試的。
糖廠在煮糖過(guò)程中，控制并降低糖漿的粘度是非常重要的。高粘度的糖漿在煮糖過(guò)程中會(huì)造成很多的不良影響。糖漿的粘度過(guò)高，使糖漿的對(duì)流性能下降，延長(zhǎng)煮糖的時(shí)間，額外地增加能耗；由于煮糖時(shí)間的延長(zhǎng)，使糖漿與煮糖罐壁、加熱管壁接觸的時(shí)間也延長(zhǎng)，焦糖出現(xiàn)的可能性會(huì)大大地提高，加深了成品糖的色值；由于煮糖罐內(nèi)的糖漿的粘度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致循環(huán)不良，會(huì)出現(xiàn)一些不良晶體如/偽晶/并晶等，這些不良晶體的出現(xiàn)對(duì)成品砂糖會(huì)產(chǎn)生不良的影響。在糖漿的生產(chǎn)過(guò)程中通常也采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)來(lái)測(cè)試糖漿的粘度。
近來(lái)也有報(bào)道采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)來(lái)測(cè)量食用油的粘度和流變特性。
6、涂抹類食品
此類食品包括各種醬類、奶油等。醬類食品是指以植物蛋白及碳水化合物為主要原料，經(jīng)過(guò)微生物酶的作用，發(fā)酵水解生成多種氨基酸及各種糖類，并以這些物質(zhì)為基礎(chǔ)，再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)變化，形成具有特殊色澤、香氣、滋味和體態(tài)的調(diào)味品。主要包括醬油及各類醬料調(diào)味品：如黃醬、面醬、甜米醬、蠶豆醬（豆瓣醬）、辣椒醬、花生醬、芝麻醬、魚(yú)子醬、蝦醬、肉醬、果醬、蔬菜醬等。奶油的主要成分是水和脂肪的混合物，水為分散相，且其中含有一些可溶成分，但是對(duì)奶油整體的流變性能沒(méi)有什么影響。
由于各種醬類和奶油在很多使用場(chǎng)合都是涂抹類食品，必須有好的涂抹性，涂抹之后有良好得感官效果。影響涂抹性的主要因素是屈服應(yīng)力。Brookfield的YR-1屈服應(yīng)力流變儀，配有槳式轉(zhuǎn)子，可以盡量減少對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的破壞，直接讀出屈服應(yīng)力值，還附帶EZ-Yield軟件，可以通過(guò)軟件來(lái)對(duì)測(cè)試，使測(cè)量更加方便。
7、食品添加劑
前面對(duì)幾類食品的流變特性進(jìn)行了討論，除了食品物質(zhì)之外，一些食品添加劑的流變特性對(duì)食品的流變特性的影響也很大，特別是許多天然的（生物合成的）或化學(xué)合成的親水性高分子分散在水中形成的水溶膠，其被廣泛用做增稠劑、膠凝劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、膜材料等。水溶膠即使在濃度低于1％的情況下，也能對(duì)食品的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。水溶膠的應(yīng)用使人們能夠有效地控制水分，改善肉制品、乳制品、糖果、糕點(diǎn)的外觀、形狀、質(zhì)構(gòu)特征、口感和風(fēng)味等。此外，天然大分子多糖和蛋白質(zhì)具有的生物活性、生體相容性、安全性和低熱量也使得它們被廣泛用于生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)各種功能性健康食品。
水溶膠按其是否可以形成凝膠，分為兩類：一類是本身即可形成凝膠如瓊脂、卡拉膠、結(jié)冷膠、可德膠、高甲氧基果膠、明膠等，這類多糖稱為凝膠多糖。另一類是非凝膠多糖，如黃原膠、刺槐豆膠、魔芋膠等，它們本身不具備凝膠性。食品水溶膠形成的凝膠為物理凝膠。這是因?yàn)閰⑴c形成凝膠網(wǎng)絡(luò)交鏈區(qū)的鍵通常是非共價(jià)鍵，如氫鍵、疏水作用、靜電作用和范德華力和離子鍵等。小分子物質(zhì)能在凝膠網(wǎng)絡(luò)中滲透或擴(kuò)散。
食品水溶膠具有增加食品的粘度，賦予食品柔滑舒適的口感，穩(wěn)定乳化狀態(tài)和懸浮狀態(tài)的作用。例如黃原膠（Xanthan Gum）是一種通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，常用的大分子食品添加劑。盡管相對(duì)價(jià)格較高，但自從上世紀(jì)70年代以來(lái)，黃原膠己成為許多應(yīng)用領(lǐng)域的增稠劑。這是因?yàn)辄S原膠具有*的流變學(xué)行為。在濃度很低時(shí)，它能形成高粘度、高剪切變稀的溶液，且粘度不受PH 、鹽和溫度的影響；在低剪切應(yīng)力下，保持較高的粘度使得黃原膠能有效阻止顆粒沉淀，而剪切變稀的特點(diǎn)又使得產(chǎn)品在搖動(dòng)后能很容易地從容器中流出。
食品水溶膠在食品工業(yè)上的應(yīng)用主要取決于它的粘度。影響粘度的因素很多，如水溶膠的種類、來(lái)源分子量大小、分子量分布、分子結(jié)構(gòu)、濃度、溫度、鹽以及剪切特性等。水溶膠溶液的粘度受分子量的影響很大。隨著分子量的增加，粘度對(duì)剪切速率的依賴性增強(qiáng)，對(duì)剪切速率的變化愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，從低剪切牛頓穩(wěn)定區(qū)進(jìn)入剪切變稀區(qū)（假塑性區(qū)）也愈早，即在更低的剪切速率下便發(fā)生粘度隨剪切速率的增加而降低。除了分子量的影響外，水溶膠溶液的粘度還受溶液中大分子的流體力學(xué)體積的影響，而流體力學(xué)體積明顯地受大分子結(jié)構(gòu)的影響。相同分子量，線形、剛性的分于比多分支、柔性的分子具有較大的流體力學(xué)體積，因而粘度更高。纖維素相對(duì)來(lái)說(shuō)屬剛性分子，所以在低剪切速率時(shí)粘度很高，而柔性的短梗霉多糖則要低的多阿拉伯樹(shù)膠支化度較高，分子在結(jié)構(gòu)上更為緊湊，因此在分子量相同的條件下，相對(duì)線形纖維素來(lái)說(shuō)均方旋轉(zhuǎn)半徑較小，其粘度－剪切速率關(guān)系表現(xiàn)出牛頓流體的特點(diǎn)分子鏈剛性對(duì)水溶膠溶液剪切變稀特性的影響也很大。隨著分子持續(xù)長(zhǎng)度的增加，剪切變稀程度也會(huì)相應(yīng)增加。
對(duì)剪切變稀特性的了解有利于食品加工中的分散泵送、噴灑、灌注等過(guò)程的操作和控制，所以研究水溶膠的粘度與剪切速率關(guān)系對(duì)于食品加工具有重要意義。Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)可以測(cè)定大多數(shù)水溶膠在不同的剪切速率下的粘度，可以更具體的研究水溶膠的流變特性，以滿足食品生產(chǎn)的需要。例如果凍/龜苓膏的主要成分即是水溶膠，水溶膠的流變特性關(guān)系到果凍/龜苓膏的產(chǎn)品配方、凝膠特性、口感等等，所以測(cè)量水溶膠的流變特性對(duì)生產(chǎn)很有幫助。
8、冰淇淋
在冰淇淋的生產(chǎn)中，水溶膠作為增稠劑，所起的作用很大，可以說(shuō)是冰淇淋的zui關(guān)鍵物質(zhì)。冰淇淋的主要成分是水、奶油、糖、乳化劑、增稠劑等，水既作為糖、奶粉、食品增稠劑、香精及其他水溶性溶質(zhì)的溶劑；又作為乳化劑、可可粉、咖啡粉、奶油等分散質(zhì)的分散劑。經(jīng)過(guò)溶解、分散和均質(zhì)，形成均勻的冰淇淋漿料。糖、奶粉雖然可增加水的粘度和稠度，但如用量較少則增加的程度不大。而食品增稠劑的用量雖少，但增加粘度和增加稠度的程度較大。當(dāng)冰淇淋漿料具有合適的粘度和稠度后，經(jīng)過(guò)攪拌、溶解、分散乳化、懸浮、均質(zhì)、老化，可形成化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)相對(duì)穩(wěn)定的微多相冰淇淋漿料。水溶膠增稠劑溶液因存在結(jié)構(gòu)粘度而呈現(xiàn)一系列假塑性，使增稠劑溶液在化料、滅菌、均質(zhì)、老化的全過(guò)程攪拌或泵送時(shí)變稀，發(fā)生剪切變稀現(xiàn)象。剪切變稀現(xiàn)象使經(jīng)過(guò)老化變稠的冰淇淋漿料易于泵送，生產(chǎn)出來(lái)的冰淇淋具有良好的口感。在冰淇淋的生產(chǎn)中，控制冰淇淋漿料的粘度，可以做成不同類型的冰淇淋。例如：在總固形物含量較低的前提下，降低增稠劑和油脂用量，降低冰淇淋漿料的粘度，能使水的活度達(dá)到有利于形成六方晶體。當(dāng)凝凍速度較慢時(shí)，可形成以六方晶體為主的砂冰型產(chǎn)品。而在冰淇淋總固形物含量較高的前提下，降低油脂用量，提高增稠劑用量和冰淇淋漿料的粘度，使水的活度達(dá)到更有利于立方晶體和玻璃態(tài)冰形成的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)凝凍速度較快時(shí)，可形成以立方晶體和玻璃態(tài)冰占優(yōu)勢(shì)的粘糕型產(chǎn)品。
Brookfield粘度計(jì)可以應(yīng)用在研究冰淇淋配料粘度與配料加工性能、冰淇淋成品質(zhì)量之間的關(guān)系，確定*粘度范圍，可以為配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、增稠膠選擇、質(zhì)量控制等提供有關(guān)數(shù)據(jù)。在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)所用的增稠膠的粘度數(shù)據(jù)及相互之間的協(xié)同作用，根據(jù)冰淇淋其它成分的粘度貢獻(xiàn)，估算配料的粘度以及流變性質(zhì)，預(yù)測(cè)配料的加工特性，減少不必要的試驗(yàn)，同時(shí)Brookfield也可以為冰淇淋生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)控提供一個(gè)方便和可靠的檢驗(yàn)手段－粘度檢驗(yàn)。
9、在線粘度計(jì)的應(yīng)用
由于在食品生產(chǎn)過(guò)程中，很多時(shí)候要對(duì)粘度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，Brookfield也有針對(duì)這種應(yīng)用的一系列在線粘度計(jì)，如TT100、TT200、STT100等，應(yīng)用在淀粉粘度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、巧克力粘度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、醬料的生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
四、食品的質(zhì)構(gòu)與測(cè)量
食品的質(zhì)構(gòu)是食品除色、香、味之外另一種重要的性質(zhì)，它不僅是食品加工中很難控制的因素，而且是決定食品檔次的zui重要的關(guān)鍵指標(biāo)之一。例如：目前在食品種廣泛使用食品膠，改性淀粉等作為添加劑，以取代羧甲基纖維素等，這些型食品新改性添加劑的使用，改善了食品在口感、外觀、形狀、貯存性等方面的某種特性。使用食品膠時(shí)，我們必須對(duì)使用的目的（應(yīng)用食用膠的哪一種特性）有清楚的了解，才能根據(jù)不同食品膠的特性進(jìn)行選擇。在這個(gè)探索的過(guò)程中，試吃，專家評(píng)估作為比較傳統(tǒng)的非定量判斷手段，而在今天，質(zhì)構(gòu)儀就成為了必須使用的工具，前面敘述過(guò)，由于所有的食品膠都不只一種功能，因而在為食品任何一類特別的應(yīng)用選擇*的食品膠時(shí)，都還應(yīng)該考慮、候選。食品膠在該食品中發(fā)揮的其他的功能，所以食品工藝師在選擇食品膠時(shí)需要考慮諸多因素，必須考慮產(chǎn)品形態(tài)（如凝膠、流動(dòng)性、硬度、透明度及混濁度等）；產(chǎn)品體系（懸浮顆粒能力，稠度、風(fēng)味、原料類型等）；產(chǎn)品儲(chǔ)存（時(shí)間、風(fēng)味穩(wěn)定、水分、曲分遷移）、產(chǎn)品加工方式和經(jīng)濟(jì)性等。否則，不考慮其他因素，直接選擇使用在該項(xiàng)應(yīng)用中表現(xiàn)得的食品膠，可能并不是*的選擇。
質(zhì)構(gòu)儀可對(duì)樣品的物性概念做出準(zhǔn)確的定量的表述，它使用統(tǒng)一的測(cè)試方法，是的量化測(cè)量?jī)x器，消除個(gè)人感官的主觀性影響，Brookfield所設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的物性測(cè)試儀分LFRA和QTS兩個(gè)系列，根據(jù)類別不同，測(cè)試范圍的不同，有5種型號(hào)可供選擇?？蓪?duì)廣泛的產(chǎn)品進(jìn)行多種特性的測(cè)試，比如：硬度、嫩度，脆性、膠粘性、粘牙性、回復(fù)性、彈性、凝膠強(qiáng)度等。
Brookfield的Lefa組織分析儀應(yīng)用是明膠行業(yè)Bloom試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)儀器，該實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)通過(guò)了許多和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：AOAC（*分析化學(xué)家協(xié)會(huì)）、ISO、BS（英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）等。Lefa組織分析儀在測(cè)量明膠洞凍力時(shí)可以準(zhǔn)確的讀出凍力讀數(shù)，控溫水浴箱的精度很高，穩(wěn)定的溫度可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。Lefa組織分析儀除了測(cè)量明膠的凍力之外，還可以測(cè)量一些膠體的破裂強(qiáng)度、刺入強(qiáng)度、瓊脂的Kobe試驗(yàn)，供食品工業(yè)測(cè)量面包的彈性和硬度、巧克力、果凍之類的食品，也可測(cè)量其他一些工業(yè)彈性體。
Brookfield的QTS質(zhì)構(gòu)儀主要包括主機(jī)、軟件、備用探頭及附件。其基本結(jié)構(gòu)一般是由一個(gè)能對(duì)樣品產(chǎn)生變形作用的機(jī)械裝置，一個(gè)用于盛裝樣品的容器和一個(gè)對(duì)力、時(shí)間和變形率進(jìn)行記錄的記錄系統(tǒng)組成。其測(cè)試圍繞著距離、時(shí)間、作用力三者進(jìn)行測(cè)試和結(jié)果分析，也就是說(shuō)，質(zhì)構(gòu)儀所反映的主要是與力學(xué)特性有關(guān)的食品質(zhì)地特性，其結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性，并可對(duì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)量化處理，以量化的指標(biāo)來(lái)客觀全面地評(píng)價(jià)成品，從而避免了人為因素對(duì)食品品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的主觀影響。在用質(zhì)構(gòu)儀評(píng)價(jià)食品品質(zhì)時(shí)，首先要根據(jù)測(cè)試樣品選擇探頭的形狀、規(guī)格，然后再根據(jù)探頭來(lái)選擇操作模式如壓縮模式或拉伸模式。通過(guò)不同種類的壓縮、切割、擠壓和拉伸模具進(jìn)行測(cè)試，得出能夠表示一些質(zhì)構(gòu)特性及相關(guān)關(guān)系的一個(gè)曲線圖。
目前，比較常見(jiàn)的采用QTS質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)量的食品有以下幾類：
1、面制品－主要包括饅頭、面包、面條、餃子、餅干等。
例：用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量面包的硬度、彈性、粘聚性、粘著性、膠著性、咀嚼度等，然后再找出與感官評(píng)價(jià)的相關(guān)性，可以更客觀的評(píng)價(jià)面包的品質(zhì)。
2、肉制品－主要包括肉糜、香腸、火腿、牛肉等。
3、奶制品－干酪、濃縮酸乳等。
4、凝膠－大豆蛋白凝膠、明膠等。
5、水果/蔬菜－蘋(píng)果、桃子、香蕉、柑橘、土豆等。
6、淀粉糊化特性－凝膠性、糊絲長(zhǎng)度等。
例：淀粉糊化后，其糊粘度、凝沉性、抗剪切性都有了很大的變化，淀粉糊的粘韌性也是其中的一項(xiàng)，主要是通過(guò)淀粉糊絲的長(zhǎng)度來(lái)測(cè)量的。質(zhì)構(gòu)儀可以采用*的探頭來(lái)測(cè)量淀粉糊的拉伸特性曲線，從此曲線可以計(jì)算糊絲的長(zhǎng)度。
目前食品中應(yīng)用質(zhì)構(gòu)儀，主要研究通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀來(lái)找出感官評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)之間的關(guān)系，相信通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛和研究的深入，越來(lái)越多的質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試參數(shù)和感官指標(biāo)會(huì)建立起來(lái)，極大的推動(dòng)食品工業(yè)的發(fā)展。
附錄1 淀粉糊化特性的測(cè)定方法
所需設(shè)備
- RVDV-II+ Programmable Rheometer可編程粘度計(jì)（或RVDV-III+ Programmable Rheometer可編程流變議）
- Small Sample Adapter （SSA） 小量樣品承接器配SC4-21轉(zhuǎn)子和帶RTD溫度探針的SC4-13RPY盛樣器
- 帶可編程控制器的TC-112P循環(huán)水浴
- 用可選件WingatherTM或Rheocalc?軟件與電腦連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析
Test Method 測(cè)量方法
在煮淀粉和冷卻的過(guò)程中，用循環(huán)水浴來(lái)控制溫度。這套系統(tǒng)可以快速地在2分鐘內(nèi)從95?C降到煮淀粉的溫度45?C。水浴使樣品先達(dá)到預(yù)先設(shè)定的。煮。溫度，并在此溫度下保持一段時(shí)間，然后將溫度調(diào)到預(yù)先選擇好的冷卻溫度。實(shí)驗(yàn)員要確定好每一個(gè)循環(huán)周期的間隔時(shí)間，并設(shè)定在控制器的程序里。水浴需要用自來(lái)水冷卻到25?C或更低的溫度。
在用粘度計(jì)來(lái)測(cè)量淀粉樣品粘度的時(shí)候，先將樣品轉(zhuǎn)移到小量樣品承接器（SSA）的盛樣器里，然后依次進(jìn)行煮、糊化和冷卻的過(guò)程。
用手動(dòng)控制測(cè)量各種數(shù)據(jù)（包括粘度、溫度、剪切應(yīng)力、轉(zhuǎn)速和時(shí)間間隔），或者選用Brookfield的一些具有數(shù)據(jù)采集功能的儀器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)采集數(shù)據(jù)：如圖表記錄儀，打印機(jī)，WingatherTM （for Windows） software可選軟件（如果你用的是DV-III+流變儀，可用可選軟件Rheocalc? for Windows）。圖表記錄儀可以繪出糊化曲線的變化（粘度和溫度）。打印機(jī)可以記錄實(shí)驗(yàn)的列表數(shù)據(jù)，因此可以生成一個(gè)*性的紀(jì)錄。而可選軟件則可采集所有的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并可自動(dòng)繪圖和保存列表數(shù)據(jù)。
為了更精致地進(jìn)行測(cè)量，也可選用Brookfield的RVDV-III+型流變儀和Rheocalc?軟件，它可編程控制整個(gè)測(cè)量過(guò)程，自動(dòng)改變剪切率。并可以全部記錄下實(shí)驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)。這個(gè)選擇的測(cè)試方法適合于要求更細(xì)致、更的研究，以及希望在測(cè)試時(shí)不需花費(fèi)太多人工的情況。
附錄2 巧克力屈服應(yīng)力的測(cè)定方法
所需儀器
巧克力通常使用HADV-II+ Programmable Viscometer可編程粘度計(jì)和Small Sample Adapter （SSA）小量樣品承接器附件加上Brookfield TC-501 Circulating Bath循環(huán)水浴來(lái)測(cè)量。這套儀器配有多個(gè)轉(zhuǎn)子和盛樣器；對(duì)于巧克力，建議用SC4-13R 和SC4-27轉(zhuǎn)子來(lái)測(cè)量，如果使用WingatherTM software可選軟件來(lái)采集數(shù)據(jù)，可以將結(jié)果繪成曲線，并可利用軟件里的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算佳信參數(shù)來(lái)進(jìn)一部分析。
測(cè)試方法
在進(jìn)行測(cè)試之前，巧克力樣品必須先做好以下準(zhǔn)備工作：
- 將巧克力樣品在50?C （122?F）下融化，但要避免過(guò)渡加熱。
- 在攪拌的過(guò)程中，避免在樣品里引入濕氣和空氣。
- 將巧克力樣品冷卻到40?C （104?F）。注意此時(shí)不能出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象。
上圖是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里用一個(gè)奶油巧克力樣品來(lái)做例子，分析它的測(cè)量結(jié)果，以及計(jì)算佳信參數(shù)屈服應(yīng)力值和塑性粘度。轉(zhuǎn)速的改變?yōu)閺?/span>2rpm到10rpm上升，然后再?gòu)?/span>10rpm到2rpm回落，粘度的范圍從127，750到45，750 cP，剪切率的變化從到0.68到3.40 sec-1。當(dāng)用佳信方程來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，塑性粘度值為10，105 cP，屈服應(yīng)力值為442.6 dynes/cm?。
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