食品流变特性研究的进展

1、食品流变学的研究进展摘要：概述了近几年来国内外有关食品流变特性的研究及其进展情况。分别介绍了 食品流变学的起源和发展，国内外对食品流变学测量仪器和方法的研究进展，以及 对固态、液态等食品物料流变特性的研究情况。关键词：食品流变学；流变特性；研究进展流变学(rheology)是研究物质在力的作用下变形和流动的科学。食品流变学 是食品、化学、流体力学间的交叉学科，主要研究的是食品受外力和形变作用的结 构。由于食品物料的流变特性与食品的质地稳定性和加工工艺设计等有着重要关 系，所以通过对食品流变特性的研究，可以了解食品的组成、内部结构和分子形态 等，能为产品配方、加工工艺、设备选型及质量检测等提供方

2、便和依据。1食品流变学的起源和发展最早将流变学引入食品研究的是荷兰人斯科特布莱尔(g. n. scott blair), 1953 年,他编辑岀版了foodstuffs the plasticity, fluidity and consiste- ncy一书。此后，科学家开始将流变学理论应用于食品研究。该书在阐明食品的 流变学性质及其在食品研究中的应用方面做出了贡献。20世纪60年代初，国外的 食品专业杂志出现了很多食品流变学方面的论文。1973年，穆勒(b.muller)编 辑出版了introduction to food rheology一书，对推动食品流变学的发展和 应用起了重要作用【1

3、】。此后，食品流变学在食品工业中得到了广泛的应用。 1984年，普伦提斯(j. prentice)出版了食品流变学测量一书。该书不但解 决了食品流变学性质的测量问题，而且还从微观结构的角度解决了流变学性质的变 化规律，为食品流变学理论应用于生产工艺过程提供了依据【2】。1989年，川端 晶子编著的食品物性学一书主要从食品的流变性质和质构两个方面论述了食品 的胶体体系特征，凝胶状食品、凝脂状食品、细胞状食品、纤维状食品和多孔状食 品的物理特性【3 o 1997年3月，在瑞士苏黎世举行了第一届国际食品流变学和 质构特性研讨会。来自20个国家的170多名专家就食品加工中质构的形成，质构构、流变学特性

4、和食品质量，流变学方法和质构分析方法以及复杂体系的流变学行 为等问题进行了互动交流【4】。冃前许多文献己经报道并总结了各种食品独特的流变学特性，然而这些数值可 能是不准确的。因为食品的流变学特性可能受食品的种类、成熟度、加工方法、成 分、温度、时间、分析方法、实验技术等因素的影响【5】。食品流变学研究起步较早，但是由于食品体系的复杂性，早期流变学的研究主 要是一些经验性的测定，例如产品在自身质量下其流动性、铺展性和碎裂性的测定 等。近年来由于食品科学工作者为了提高对食物加工性，特别是食品的深加工性、 工艺及设备设计的依据性等的需要，食品流变学的研究变得愈来愈广泛。随着研究 活动的深入，研究手段

5、亦有了较大地发展，表现在先进的流变学测试仪器的引入和 开发。应用先进测试仪器，使实验与研究在建立食品物料的流变特性力学模型上更 为方便6 o2食品流变学测量仪器和方法的研究进展出于食品物性的多样性、复杂性，如何选择合适的测试方法和仪器，一直是食 品流变研究者极为关心的问题和重要的研究课题【7】。2.1食品流变学测量仪器的研究进展食品流变学特性的测量主要是通过选择简单的流动方式来测量在特定形变条件 下液体的粘度及流动特性。因此，流变仪或者粘度计是食品流变学研究的基木工 具，主要用于测量已知流量流体产生的应变或在已知力的作用下对流体产生的阻力 时流体的流变学特性。常用的流变学测量仪器有：毛细管粘度

6、计、落球粘度计、旋 转和摆动粘度计、缝隙式粘度计、同心圆筒粘度计、圆锥平板型流变仪、rcp (raised cosine pulse)粘度计等。虽然流变学测量仪器各种各样，但是远远不能满 足测试的需要，其流变特性会有很大的变化【8】。虽然流变学测量仪器各种各样，但是远远不能满足测试的需耍，为了满足流变 特性变化的需要，于是在传统基础上对测试仪器进行了改进。其中应用得最为广泛 的有以下三种：(1)旋转流变仪。主要适用于低粘度流体【9】。(2)新型缝流 变仪。主要用于测量淀粉制品的流变特性【10 o (3)三平板法测量蠕变模量。 这种仪器较适用于测定奶油等软化脂类的食品物料ii o (4)多浆同心

7、圆筒流 变仪。这种仪器可克服普通双圆筒方法测量时的壁面滑移现彖【12】。此外,s.t.beckett【13 还介绍了另一种将脉冲，共振技术和波干扰等不同测量 技术结合起来的高频流变仪。这种新型流变仪已成功地用于监测水分散体系和其他 凝胶体系的凝胶结构变化。赵杰文等【14】研制了用于测量鱼糜流变学特性的电测 式双筒流变仪，解决了现有粘度计不能测量固形物含量高、粒度大同时粘度也大的 物质的流变学特性问题。2. 2食品流变学测量方法的研究进展2. 21传统的食品流变学测量方法食品流变学的传统测量方法主要包括塑性流体的屈服应力测量，食品的静态 粘弹性测量和动态粘弹性测量。塑性流体的屈服应力测量方法：直

8、接测定法、流动曲线法、casson法、 bowles法。食品的静态粘弹性测量方法:应力松弛测量和蠕变测量；食品的动态粘 弹性测量方法：纵向振动法和剪切振动法。2. 2. 2新型的食品流变学测量方法近年来，随着食品流变学、生物学和计算机技术等的迅猛发展，出现了许多新 的食品流变学测量方法，有力地推动了食品流变学的快速发展。1997年，w-m.kulicher介绍了不同测量原理的结合对于深入理解生物聚合物 溶液和凝胶结构的优点。他将已经建立的流变力学方法和一种新的流变测量方法 结合起来去研究流体的二色性。显微法是研究食品微观结构的一个最重要工具之一。a-m.hermansson成功地 运用光、扫描

9、电镜和透射电镜技术研究了蛋白质和多糖凝胶的微观结构。计算机模拟和仿真能够有助于更好地理解食品的质构和流变学特性及其相互关 系，同时也町预测加工过程中的流变学行为。p.a.tanguy研究认为采用计算机三 维模拟可以更好地阐明混合过程的流变学行为。p.walstra和t.van vliet证实分形 方法为描述聚合体的力学特性提供了有用的手段。此外，超声波技术，阶跃变化剪切速率法，分形法和影像云纹法也已应用于 食品流变学特性的测量。【5】3食品物料流变特性数学模型的研究进展3. 1固态食品流变特性的研究进展对固态食品物料的流变特性研究，从文献上反映的研究内容不太广泛。国内 有报道超细南瓜粉的流变特

10、性数学模型。研究表明：超细南瓜粉的流型与浓度有 关。在非牛顿流体范畴内，超细南瓜粉的浓度系数随浓度的增加而显著增加，流动 性变小。此外，其流变特性温度、ph值也有一定的关系。3. 2液态食品流变特性的研究进展近年来，出于人们追求健康的天然性食品比较迫切，所以液态食品的流变特性 研究在果蔬汁方面的研究较为广泛。果汁的流变特性研究国内外均有开展。在我国，据路福绥、谢放华等人的报 道，不含果胶的山楂汁、酸枣汁、黑加仑汁及澄清水蜜桃汁的其流型均为为牛顿流 体。研究表明，不同的果汁的粘度均随温度的升高而降低。因此，在运输过程中， 可通过适当升高温度来增加果汁的流动性。此外，国内外也在和继开展蔬菜汁、乳

11、制品和融化巧克力等食品的流变特性的研究【15】。4食品流变学在食品工业中的意义和应用4. 1食品流变学在食品工业中的意义食品的流变特性测量的目的可归纳为：通过测试和观察建立食品物质流变特性 与被测物质的成分和结构的关；建立流变特性和实际工程应用特性的关系；寻找物 料函数之间的关系，即发展和校验实验模型和数学方程，从而为更复杂的流变现象 的分析奠定基础。由以上儿个流变学的测量目的，很明显看出食品流变学在食品 工业中是不可或缺的，无论是在食品的质量、食品研发与生产中的质量控制方面具 有很重要的研究意义。4. 2食品流变学在食品工业中的应用食品流变学在食品工业中的应用可概括为：1）用于食品加工工艺方

12、面，根据 不同流变特性改进加工工艺，或者通过改变食品的加工方法改进食品的流变特性， 提高产品质量。2）用于食品生产过程的控制，即用一些准确的流变参数做为工艺 过程的控制指标和判断依据。3）应用于食品工具的改良，根据不同的食品特性改良食晶加工工具如管道的粗细，管壁的薄厚的选择等，还有就是生产工具的研发。【16】展望近年来，食品消费与需求由追求数量向追求质量、营养、安全、多样和方便型 的转化，这就带动了食品技术的不断进步，食品流变与质构研究也是在这个大的背 景下，不断发展进步，在食品工业中发挥的作用越来越大！随着食品工业的发展， 国内外对食品流变学的研究越來越重视。由于食品物质的组成及结构组分复杂

13、，大 部分食品都是非均质和不定形的结构。在流变学特性关系的研究中还存在着许多有 待解决的复杂课题。目前，虽然有多种专门的食品流变学特性检验方法，但是没有一种方法能够提 供一个完整流变学描述所必需的全部信息。因此，在各种检验方法中慎重地选择是 必须的。检验方法的选择主要取决于食品的类型、应用和仪器的适用性。随着离散 介质流变学的发展和统计力学方法在流变学中的广泛应用，特别是网络理论研究随 着食品工业的发展，食品流变学研究的深入，食品流变性能的测试技术还需进一步 的改进和完善。【5】参考文献：1 muller. introduction to food rheologym.heinema rm,

14、london, 1973.2 prentice, j. il mearment in the rheology of foodstuffs, elsevier applied science publishers, london and ncwyork, 1984.3 川端晶子食品物性学m.建帛社,1989:3-15.4 betrice conde-petit. 1st international symposium on food rheology and structure. trends in food science & technology. 1997, 7(8): 242-

15、244.5 刘志东，郭本恒.食品流变学的研究进展.食品研究与开发，2006, (27) 11:212-215.6 郭本恒，李存瑞，蒋丽萍，等.初乳的流变学特性研究j中国乳品工业， 1998, (2) 26: 3-5 .8 gipsy tabilomunizaga,gustavo v.barbosa canovas.rheology for the food industry j . journal of food engineering,2005,67:147-156.9 ban inger,s,& ratanatriwong,p.rheometers.ln encyclopedia

16、of agricultural, food a nd biological engineering for the food industry j. journal of food engineering,new york: marcel dekker, inc. 2003: 862-865.10 guy della valle,brouno vergnes, jean tayeb,yann boche. a new slit die rheometer to messure the viacoaity of extruded atarch products.in: proc.xith int cougr on rheology,1992: 702-704.11 harner m, lambert r k. creep compliances of butter. in: proc xith int congr on rheology, 1992: 708-710.12 wilson ll.tung m a. yield stress determination of moltenchocolate. in: proc xith int congr on rheology, 1992:726