【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)力 ζ實(shí)際是截面切線方向的應(yīng)力分量，單位為 Pa。牛頓粘性定律指出 :流體流動(dòng)時(shí)剪切速率與剪切應(yīng)力成正比關(guān)系，即 (41) 式中，比例系數(shù) 稱為粘度，是液體流動(dòng)時(shí)由分子之間的摩擦產(chǎn)生的。 43 ⑵ 粘性流體的分類及特點(diǎn) ①牛頓流體 剪切應(yīng)力與剪切速率之間滿足式 (41)所表示的牛頓粘性定律的流體稱為牛頓流體。式（ 41)稱為牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程。 牛頓流體的特征是 :剪切應(yīng)力 σ與剪切速率 成正比，粘度 不隨剪切速率的變化而變化。牛頓流體的流動(dòng)特性曲線如圖 42所示。 44 嚴(yán)格地講，理想的牛頓流體沒(méi)有彈性，且不可壓縮，各向同性。所以在自然界中理想的牛頓流體是不存在的。在流變學(xué)中只能把在一定范圍內(nèi)基本符合牛頓流動(dòng)定律的流體按牛頓流體處理。其中最典型的是水。 可歸屬于牛頓流體的食品有 :糖水溶液、低濃度牛乳、油及其他透明稀溶液等。 45 剪切應(yīng)力與剪切速率之間不滿足式 (41)關(guān)系，且流體的粘度不是常數(shù)，它隨剪切速率的變化而變化，這種流體稱為非牛頓流體。 非牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示 : （ 42） 式（ 42)稱為非牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程。式中， k為粘性常數(shù)，又稱濃度系數(shù)。顯然當(dāng)流體特性指數(shù) n=1時(shí)，上式就是牛頓流體公式。這時(shí) k = ，即 k成了粘度。設(shè) =k n1 則非牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程可寫(xiě)成與牛頓流體相似的形式 : 上式中 稱為表觀粘度，與 不同的是 : 與濃度系數(shù) k和流動(dòng)指數(shù) n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)。也就是說(shuō) 是非牛頓流體在某一特定剪切速率下的粘度。 ②非牛頓流體 46 非牛頓流體還可以如下分類 : 在非牛頓流體流動(dòng)狀態(tài)方程中，當(dāng) 0＜ n＜ 1時(shí)，即表觀粘度隨著剪切應(yīng)力或剪切速率的增大而減少的流動(dòng)，稱為假塑性流動(dòng)。因?yàn)殡S著剪切速率的增加，表觀粘度減少，所以還稱為剪切稀化流動(dòng)。符合假塑性流動(dòng)規(guī)律的流體稱為假塑性流體。假塑性流體的流動(dòng)特性曲線如圖 43所示。圖中 =tanθi（ i=1,2,3,…) 。 (a)假塑性流體 47 對(duì)假塑性流體的表觀粘度隨剪切速率增加而減少的原因可做如下解釋 : 有假塑性流動(dòng)性質(zhì)的液體食品，大多含有高分子的膠體粒子，這些粒子多由巨大的鏈狀分子構(gòu)成。在靜止或低流速時(shí)，它們互相勾掛纏結(jié)，粘度較大，顯得粘稠。但當(dāng)流速增大時(shí)，也就是由于流層之間的剪應(yīng)力的作用，使比較散亂的鏈狀粒子滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)而收縮成團(tuán)，減少了相互勾掛，這就出現(xiàn)了剪切稀化現(xiàn)象。 一些研究表明，剪切稀化的程度與分子鏈的長(zhǎng)短和線形有關(guān)。膠粒是由直鏈分子構(gòu)成的液體，比多支結(jié)構(gòu)分子的液體剪切稀化程度大。食品工業(yè)中遇到的一些高分子溶液、懸浮液和乳狀液，如醬油、菜湯、番茄汁、濃糖水、淀粉糊、蘋(píng)果醬等都是假塑性流體。大多數(shù)非牛頓流體都屬于假塑性流體。 48 在非牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程中，如果 1＜ n＜ ∞，則稱為脹塑性流體。它的流動(dòng)特性曲線如圖 44所示，表觀粘度隨剪切速率的增大而增大。由于這一特點(diǎn)，脹塑性流動(dòng)也被稱為剪切增稠流動(dòng)。 (b)脹塑性流體 49 在液態(tài)食品中屬于脹塑性流體者較少，比較典型的為生淀粉糊。 當(dāng)往淀粉中加水，混合成糊狀后緩慢傾斜容器時(shí)淀粉糊會(huì)像液體樣流動(dòng)。但如果施加更大的剪應(yīng)力，用力快速攪動(dòng)淀粉，那么淀粉糊反而變“硬”，失去流動(dòng)性質(zhì)，若用筷子迅速攪動(dòng)，其阻力甚至能使筷子折斷。 剪切增粘現(xiàn)象可用脹容現(xiàn)象說(shuō)明。如圖 45所示，具有剪切增粘現(xiàn)象的液體的膠體粒子一般處于致密充填狀態(tài)，是糊狀液體。作為分散介質(zhì)的水，充滿在致密排列的粒子間隙中。當(dāng)施加應(yīng)力較小、緩慢流動(dòng)時(shí)，由于水的滑動(dòng)與流動(dòng)作用，膠體糊表現(xiàn)出較小的粘性阻力。可是如果用力攪動(dòng)，處于致密排列的粒子就會(huì)一下子被攪亂，成為多孔隙的疏松排列構(gòu)造。這時(shí)由于原來(lái)的水分再也不能填滿粒子之間的間隙、粒子與粒子間無(wú)水層的滑潤(rùn)作用，粘性阻力會(huì)驟然增加，甚至失去流動(dòng)性質(zhì)。 粒子在強(qiáng)烈的剪切作用下結(jié)構(gòu)排列疏松，外觀體積增大，這種現(xiàn)象稱之為脹容現(xiàn)象。 50 51 (c)塑性流體 根據(jù)賓漢理論，在流變學(xué)范圍內(nèi)將具有下述性質(zhì)的物質(zhì)稱為塑性流體 : 當(dāng)作用在物質(zhì)上的剪切應(yīng)力大于極限值時(shí)，物質(zhì)開(kāi)始流動(dòng)，否則，物質(zhì)就保持即時(shí)形狀并停止流動(dòng)。 剪應(yīng)力的極限值定義為屈服應(yīng)力，所謂屈服應(yīng)力是指使物體發(fā)生流動(dòng)的最小應(yīng)力，用 ζ0表示。塑性流體的流動(dòng)狀態(tài)方程為 : （ 43） 式中， μ—— 塑性流體的穩(wěn)定性系數(shù) 。 n —— 流動(dòng)特性指數(shù) 。 ζ0—— 屈服應(yīng)力。 塑性流體的流動(dòng)特性曲線如圖 47所示。其流動(dòng)特性曲線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。對(duì)于塑性流動(dòng)來(lái)說(shuō)， 當(dāng)應(yīng)力超過(guò) σ0時(shí)，流動(dòng)特性符合牛頓流動(dòng)規(guī)律的， 稱為賓漢流動(dòng)，不符合牛頓流動(dòng)規(guī)律的流動(dòng)稱為非賓漢塑性流動(dòng)。把具有上述流動(dòng)特性的液體分別稱為賓漢流體或非賓漢流體。 52 53 (d)觸變性流體 所謂觸變性是指當(dāng)液體在振動(dòng)、攪拌、搖動(dòng)時(shí)粘性減少，流動(dòng)性增加，但靜置一段時(shí)間后，又變得不易流動(dòng)的現(xiàn)象。 例如，番茄醬、蛋黃醬等在容器中放置一段時(shí)間后傾倒時(shí)則不易流動(dòng)，但將容器猛烈搖動(dòng)或用力攪拌即可變得容易流動(dòng)。再長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)又會(huì)變得不易流動(dòng)。 觸變性流體的機(jī)理可以理解為隨著剪切應(yīng)力的增加，粒子間結(jié)合的結(jié)構(gòu)受到破壞，粘性減少。當(dāng)作用力停止時(shí)粒子間結(jié)合的構(gòu)造逐漸恢復(fù)原樣，但需要一段時(shí)間。因此，剪切速率減少時(shí)的曲線與增加時(shí)的曲線不重疊，形成了與流動(dòng)時(shí)間有關(guān)的履歷曲線(滯后曲線 )(圖 P64， 39)。 新煉乳的滯后曲線包圍面積明顯小于陳放煉乳，陳放越久的煉乳其觸變性越明顯。 Hostettler用電子顯微鏡觀察，證實(shí)了煉乳觸變現(xiàn)象是由于煉乳結(jié)構(gòu)內(nèi)形成酪蛋白微膠束的原因。有觸變現(xiàn)象的食品口感比較柔和爽口。 54 (e)抗流變流體 流體在恒定的剪切作用下，隨著流動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)變得越來(lái)越粘稠。 這種行為與剪切造成的聚集作用和締合作用有關(guān)。 抗流動(dòng)流體的流動(dòng)特征性曲線（ P64,圖 310 B)表明，當(dāng)流速加大，達(dá)到最大值后，再減低流速，減低流速時(shí)的流動(dòng)曲線反而在加大流速曲線的上方。 一些稀的聚合物溶液表現(xiàn)抗流變性，這可能是由于溶液在剪切作用下形成了可逆的交聯(lián)。有這種現(xiàn)象的食品往往給人以粘稠的口感。 觸變性流動(dòng)是與時(shí)間相關(guān)的剪切稀化，抗流變流動(dòng)是與時(shí)間相關(guān)的剪切增稠。兩種現(xiàn)象都是可逆、不可逆或部分可逆。不可逆的觸變又稱為流變破壞。 55 液態(tài)食品分散體系的流變特性 ⑴食品分散體系的分類 一般的食品不僅含有固體成分，而且還含有水和空氣。食品屬于分散系統(tǒng)，或者說(shuō)屬于非均質(zhì)分散系統(tǒng)，也稱分散體系。 所謂分散體系是指數(shù)微米以下，數(shù)納米以上的微粒子在氣體、液體或固體中浮游懸濁 (即分散 )的系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，微粒子稱為分散相，分散的氣體、液體或固體稱為分散介質(zhì)。 分散體系的一般特點(diǎn) : ①分散體系中的分散介質(zhì)和分散相都以各自獨(dú)立的狀態(tài)存在，所以分散體系是一個(gè)非平衡狀態(tài)。 ②每個(gè)分散介質(zhì)和分散相之間都存在著接觸面，整個(gè)分散體系的兩相接觸面面積很大，體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 56 按照分散程度的高低（即分散粒子的大小 )，分散體系可大致分為如下三種 : ①分子分散體系 :分散的粒子半徑小于 107cm,相當(dāng)于單個(gè)分子或離子的大小。此時(shí)分散相與分散介質(zhì)形成均勻的一相。因此分子分散體系是一種單相體系。與水的親和力較強(qiáng)的化合物，如蔗糖溶于水后形成的“真溶液”就是例子。（溶解溶液） ②膠體分散體系 :分散相粒子半徑在 107105cm的范圍內(nèi)，比單個(gè)分子大得多。分散相的每一粒子均由許多分子或離子組成的集合體。雖然用肉眼或普通顯微鏡觀察時(shí)體系呈透明狀，與真溶液沒(méi)有區(qū)別，但實(shí)際上分散相與分散介質(zhì)己并非為一個(gè)相，存在著相界面。這種體系有時(shí)也簡(jiǎn)稱為“溶膠”。 ③粗分散體系 :分散相的粒子半徑在 105～ 103cm的范圍內(nèi)，可用普通顯微鏡甚至肉眼都能分辨出是多相體系。例如懸浮液 (泥漿 )和乳狀液 (牛乳 )等。 57 除按分散相的粒子大小做如上分類之外，還常對(duì)多相的分散體系按照分散相與分散介質(zhì)的聚集態(tài)來(lái)進(jìn)行分類?？蓪⒎稚Ⅲw系分成如表 43所示的八種類型。 如表 43所示，流體食品主要指液體中分散有氣體、液體或固體的分散體系，分別稱為泡沫、乳狀液、溶膠或懸浮液。 58 (a)泡沫 泡沫是指在液體中分散有許多氣體的分散系統(tǒng)。氣體由液體中的膜包裹成泡，把這種泡稱為氣泡。有大量氣泡懸浮的液體稱為氣泡溶膠。當(dāng)無(wú)數(shù)氣泡分散在水中時(shí)溶 4S液呈白色，這便是氣泡溶膠 (也稱泡沫 )。 (b)乳膠體 乳膠體一般是指兩種互不相溶的液體，其中一方為微小的液滴，分散在另一方液體的膠體中。根據(jù)分散相和連續(xù)相的不同可以分為水包油型（ O/W）和油包水型 (W/O)。 生奶油、蛋黃醬均屬于 O/W型，而黃油、人造奶油等屬于W/O型。 乳膠體在不使油與水分離的情況下， O/W型經(jīng)一定處理，可轉(zhuǎn)變?yōu)?W/O型。而 W/O型也能變成 O/W型。把這種連續(xù)相與分散相間的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象稱為相轉(zhuǎn)換。 例如，當(dāng)持續(xù)激烈地?cái)嚢?O/W型生奶油時(shí)，就會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)換，變成 W/O型的黃油。黃油是用這種方法由生奶油加工而成。相轉(zhuǎn)換時(shí)，即使原來(lái)各相的組成比例不變，轉(zhuǎn)換前與轉(zhuǎn)換后乳膠體的物性也會(huì)發(fā)生明顯變化。相轉(zhuǎn)換的概念與過(guò)程如圖 4一 9所示。 59 (c)懸浮液 固體微粒子分散于液體的分散體系，稱為懸浮液。 一般地說(shuō)，當(dāng)靜止放置稀薄懸浮液時(shí)由于固體粒子受到浮力的作用，密度小于水密度的固體粒子就能浮起來(lái)，但當(dāng)固體密度大于水的密度時(shí)就沉降，密度相同時(shí)固體粒子在水中保持靜止?fàn)顟B(tài)。如果增加固體粒子的濃度，那么由于粒子之間的相互作用，粘度就增加。當(dāng)水恰好填滿了大量固體粒子的間隙時(shí)水起可塑劑的作用，變成粘土一樣的固體狀態(tài)，出現(xiàn)塑性。 食品中的一般膠體粒子的分散介質(zhì)是水，所以把分散介質(zhì) (連續(xù)相 )是水的膠體稱為親水性膠體，這樣的溶膠稱為水溶膠。 60 ⑵液態(tài)食品分散體系的粘度表示方法 ①相對(duì)粘度 η r 在一般情況下，分散體系溶液的粘度比分散介質(zhì)的粘度大。設(shè) η 0表示分散體系介質(zhì)的粘度， η表示溶液的粘度 (表觀粘度 )，則 相對(duì)粘度 ηr ： （ 4－ 4） ②比粘度 η s 為 ： （ 4－ 5） ③比濃粘度 η d為 ： （ 4－ 6） 式中 c是溶液濃度。比濃粘度表示單位濃度對(duì)粘度相對(duì)增量的貢獻(xiàn)（溶液中粘度與濃度的比值）。 ④比濃對(duì)數(shù)粘度為 ：