【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)力 ζ實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 :流體流動時剪切速率與剪切應(yīng)力成正比關(guān)系，即 (41) 式中，比例系數(shù) 稱為粘度，是液體流動時由分子之間的摩擦產(chǎn)生的。 43 ⑵ 粘性流體的分類及特點 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。牛頓流體的流動特性曲線如圖 42所示。 44 嚴格地講，理想的牛頓流體沒有彈性，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。在流變學中只能把在一定范圍內(nèi)基本符合牛頓流動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)驗公式表示 : （ 42） 式（ 42)稱為非牛頓流體的流動狀態(tài)方程。式中， k為粘性常數(shù)，又稱濃度系數(shù)。顯然當流體特性指數(shù) n=1時，上式就是牛頓流體公式。這時 k = ，即 k成了粘度。設(shè) =k n1 則非牛頓流體的流動狀態(tài)方程可寫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和流動指數(shù) n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)。也就是說 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 : 在非牛頓流體流動狀態(tài)方程中，當 0＜ n＜ 1時，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，稱為假塑性流動。因為隨著剪切速率的增加，表觀粘度減少，所以還稱為剪切稀化流動。符合假塑性流動規(guī)律的流體稱為假塑性流體。假塑性流體的流動特性曲線如圖 43所示。圖中 =tanθi（ i=1,2,3,…) 。 (a)假塑性流體 47 對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，它們互相勾掛纏結(jié)，粘度較大，顯得粘稠。但當流速增大時，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旋轉(zhuǎn)而收縮成團，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狀態(tài)方程中，如果 1＜ n＜ ∞，則稱為脹塑性流體。它的流動特性曲線如圖 44所示，表觀粘度隨剪切速率的增大而增大。由于這一特點，脹塑性流動也被稱為剪切增稠流動。 (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。 當往淀粉中加水，混合成糊狀后緩慢傾斜容器時淀粉糊會像液體樣流動。但如果施加更大的剪應(yīng)力，用力快速攪動淀粉，那么淀粉糊反而變“硬”，失去流動性質(zhì)，若用筷子迅速攪動，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。當施加應(yīng)力較小、緩慢流動時，由于水的滑動與流動作用，膠體糊表現(xiàn)出較小的粘性阻力?？墒侨绻昧噭?，處于致密排列的粒子就會一下子被攪亂，成為多孔隙的疏松排列構(gòu)造。這時由于原來的水分再也不能填滿粒子之間的間隙、粒子與粒子間無水層的滑潤作用，粘性阻力會驟然增加，甚至失去流動性質(zhì)。 粒子在強烈的剪切作用下結(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，在流變學范圍內(nèi)將具有下述性質(zhì)的物質(zhì)稱為塑性流體 : 當作用在物質(zhì)上的剪切應(yīng)力大于極限值時，物質(zhì)開始流動，否則，物質(zhì)就保持即時形狀并停止流動。 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)生流動的最小應(yīng)力，用 ζ0表示。塑性流體的流動狀態(tài)方程為 : （ 43） 式中， μ—— 塑性流體的穩(wěn)定性系數(shù) 。 n —— 流動特性指數(shù) 。 ζ0—— 屈服應(yīng)力。 塑性流體的流動特性曲線如圖 47所示。其流動特性曲線不通過坐標原點。對于塑性流動來說， 當應(yīng)力超過 σ0時，流動特性符合牛頓流動規(guī)律的， 稱為賓漢流動，不符合牛頓流動規(guī)律的流動稱為非賓漢塑性流動。把具有上述流動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 所謂觸變性是指當液體在振動、攪拌、搖動時粘性減少，流動性增加，但靜置一段時間后，又變得不易流動的現(xiàn)象。 例如，番茄醬、蛋黃醬等在容器中放置一段時間后傾倒時則不易流動，但將容器猛烈搖動或用力攪拌即可變得容易流動。再長時間放置時又會變得不易流動。 觸變性流體的機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。當作用力停止時粒子間結(jié)合的構(gòu)造逐漸恢復原樣，但需要一段時間。因此，剪切速率減少時的曲線與增加時的曲線不重疊，形成了與流動時間有關(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，隨著流動時間的延長變得越來越粘稠。 這種行為與剪切造成的聚集作用和締合作用有關(guān)。 抗流動流體的流動特征性曲線（ P64,圖 310 B)表明，當流速加大，達到最大值后，再減低流速，減低流速時的流動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。 觸變性流動是與時間相關(guān)的剪切稀化，抗流變流動是與時間相關(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 : ①分散體系中的分散介質(zhì)和分散相都以各自獨立的狀態(tài)存在，所以分散體系是一個非平衡狀態(tài)。 ②每個分散介質(zhì)和分散相之間都存在著接觸面，整個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,相當于單個分子或離子的大小。此時分散相與分散介質(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體系呈透明狀，與真溶液沒有區(qū)別，但實際上分散相與分散介質(zhì)己并非為一個相，存在著相界面。這種體系有時也簡稱為“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，還常對多相的分散體系按照分散相與分散介質(zhì)的聚集態(tài)來進行分類?？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。當無數(shù)氣泡分散在水中時溶 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，當持續(xù)激烈地攪拌 O/W型生奶油時，就會發(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，即使原來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發(fā)生明顯變化。相轉(zhuǎn)換的概念與過程如圖 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，當靜止放置稀薄懸浮液時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，但當固體密度大于水的密度時就沉降，密度相同時固體粒子在水中保持靜止狀態(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。當水恰好填滿了大量固體粒子的間隙時水起可塑劑的作用，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粘度相對增量的貢獻（溶液中粘度與濃度的比值）。 ④比濃對數(shù)粘度為 ：