1、第二章 食品的力学基础第一节 食品流变学,一、食品流变学概论（一）流变学的定义流变学是力学的一个分支，是研究物质在力的作用下变形或流动的科学。除了力的作用外，力作用的时间对变形的影响也是研究内容之一。因此，流变学中，物体的力学参数不仅有力、变形，还有时间。,（二）食品流变学研究的内容和对象流变学的基本内容是弹性力学和黏性流体力学。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，以及组织结构有极大关系。因此，流变学是食品力学性质方面的物性理论。流变学研究的对象一般指：油脂、黏塑性材料、橡皮、淀粉、蛋白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
2、的异常黏性、塑性、触变性、黏弹性等现象进行研究。,食品流变学研究的对象是各种食品和食品材料的力学性质。除力学外，涉及的学科领域非常广泛，其中包括：胶体化学、高分子学物性论等。还有研究生物化学反应下变形理论的“化学流变学”；研究血液、细胞液和生物学关系的“生物流变学”；研究人的力学感觉和变形规律，即心理学同变形及力学刺激的“心理流变学”等等。,食品流变学研究的目的，是解决食品加工过程中出现的实际问题。如食品的流变性质与加工过程中的切断、搅拌、混合、成形、冷却等操作有很大关系。另外，食品本身的嗜好性质也与其流变性质关系极大。 食品流变学的研究，是把食品按其流变性质分类，如固体、液体、黏弹性体等，再
3、针对具体类型的物质，建立起表现其流变性质的力学模型，从模型的分解、组合和解析中，找出测定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）的思路和方案。,二、黏性（一）黏性的概念黏性是表现流体流动性质的指标，（粥比水黏说明）流体阻碍自身流动的性质称为黏性。黏性从微观上分析，是流体受力作用，其质点间作相对运动时产生阻力的性质。这种阻力来自流体内部分子运动和分子引力。黏性的大小用黏度表示。根据变形的方式，黏度可分为以下几种：,1剪切黏度用普通黏度计（毛细管式、旋转式或锥板式黏度计等）测定的黏度大多是剪切黏度。若无特殊说明，一般所示的黏度均指剪切黏度。2延伸黏度用普通的液体无法测定延伸黏度。
4、它只表示黏弹性体延伸时（区别于流动）的黏度。3体积黏度当给液体加以静水压时，体积会发生瞬时的变化而达到平衡值，这时不存在体积黏度。而更精密的测定，例如，在超声波范围，液体所受压力与体积变化速度之间的关系将遵循黏性定律。这种情况下表示黏性的指标，称为体积黏度。,（二）黏性流动的分类1牛顿流动（1）剪切速率：当流体在一定速度范围内流动时，就会产生与流动方向平行的层流流动。流体内部在垂直于流动的方向会形成速度梯度。层与层之间存在着黏性阻力。微元分析：上下两层流体接触面积为 A（m2），两层距离为 dy（m），两层间黏性阻力为 F（N），两层的流速分别为 u 和 u + du（m /s）。对于这一流体
5、微元，可看成是在某一短促时间 dt（s）内发生了剪切变形的过程。,（3）牛顿定律与牛顿流体式（2-2-1）所表示的液体流动规律称为牛顿定律。凡符合牛顿定律，即应力与剪切速率成正比的流体牛顿流体。其它流体（流动状态方程不符合牛顿定律）非牛顿流体。牛顿流体的特征：剪切应力与剪切速率成正比，黏度不随剪切速率的变化而改变。即在层流状态下，黏度是一个不随流速变化而改变的常量。严格而言，理想的牛顿流体没有弹性、不可压缩、且各向同性。所以，自然界中不存在完全的牛顿流体。在流变学中只能把在一定范围内，基本符合牛顿流动定律的液体按牛顿流体来处理。食品中水、糖液、酒、油等，通常都按牛顿流体来分析计算，因此可用牛顿
6、流体黏度来表示其流变特性。,2非牛顿流动 食品中，多为不符合牛顿流体定律的非牛顿流体。这些液体的流动状态方程可由经验公式表示：,非牛顿流动的分类：（1）假塑性流动：在非牛顿流动状态方程式中，当0n 1时，即表观黏度随着剪切应力或剪切速率的增大而减小的流动，称为假塑性流动，亦称准塑性流动或拟塑性流动。因为随着流速的增加，表观黏度减小，所以也称为剪切稀化流动。符合假塑性流动规律的液体称为假塑性液体。食品中的沙司、果酱、浓缩果汁、香蕉泥、葡萄浆等均为假塑性液体（n = 0.270.59）。n 值越小，液体内部构造越弱，随着剪切流速的增加，其内部分子结合而形成的阻力由于构造破坏而减小。因此，n 值越小
7、，随着流速的增加，黏滞阻力增加相对缓慢。,（2）胀塑性流动：非牛顿流体的流动状态方程中，如果1n ，称为胀塑性流动。表现为胀塑性流动的液体，称为胀塑性流体。食品中胀塑性流体不太多，比较典型的是生淀粉糊。当淀粉中加入水混合成糊状后，淀粉糊会像液体那样流动。但用力快速搅动淀粉糊，施加以剪切应力，淀粉稀糊则反而会变“硬”，失去流动性。如用筷子迅速搅动，阻力甚至会使筷子折断。,关于假塑性流动和胀塑性流动的机理，主要有以下解释：a胶体粒子间结合受剪切应力作用发生改变，使黏度变化。b胶体粒子变形，引起黏度的相对减少。c对于剪切增黏现象可以用胀容现象说明。胀容现象具有剪切增黏现象的液体，其胶体粒子处于致密充
8、填状态，是糊状液体。水作为连续相，充满于粒子的间隙。当施加应力较小、流动缓慢时，水的滑动和流动作用，使胶体糊表现出的黏性阻力较小。当用力搅动，处于致密排列的粒子被搅乱，成为多孔隙的疏松排列构造。水分已经不能填满粒子间的间隙、粒子与粒子间失去了水层的滑动作用，黏性阻力则骤然增加，液体甚至失去流动性。因粒子在强烈的剪切作用下成为疏松排列结构，引起外观体积增加。,（4）触变性流动：触变性流动亦称摇溶性流动。触变性是指当液体在振动、搅拌、摇动时，其黏性减小，流动性增强，但静置一段时间后，流动又变得困难的现象。番茄调味酱、蛋黄酱、炼乳等，在容器中放置时间一长，倾倒时就很难流动。但只要将容器猛烈摇动，或用力搅拌，它们就变得很容易流动。若再长时间放置，它们又会变得难以流动。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，即流体随着流动的进行，变得愈加黏稠。因为是流动促进了液体粒子间构造的形成。所以，这种现象也被称为逆触变现象。具有这种现象的食品给人以黏稠的口感。,（三）黏性流动的计算略。,
