張建俊,于淑娟,徐獻兵,王湘茹,楊璇璇

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

糖對蠔油流變性影響

張建俊,于淑娟＊,徐獻兵,王湘茹,楊璇璇

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

采用哈克流變儀研究了蔗糖對蠔油體系的流變學性質,所用的糖濃度依次為 5%、10%、15%和 20%,溫度分別為 10、20、30、40、50℃。結果表明：蠔油中糖濃度 5%、10%和 15%的蠔油為假塑性流體,20%的蠔油為非賓漢塑性流體;隨著溫度的升高,蠔油的粘度逐漸下降,隨著蠔油中糖濃度的增加,溫度對粘度的影響減小;蠔油粘度與糖濃度的關系符合指數(shù)模型。

蔗糖,蠔油,表觀粘度,流變特性

食品流變學是食品、化學、流體力學間的交叉學科。由于流變特性是與原料攪拌、混合,加工設備的設計、產品開發(fā)、儲藏、運輸及質量控制相關的重要參數(shù),與蠔油的質地穩(wěn)定性和加工工藝設計等有著重要關系,所以通過對蠔油流變特性的研究,可以了解它的組成、內部結構和分子形態(tài)等,能為產品配方、加工工藝、設備選型及質量檢測等提供方便和依據(jù)[1-5]。目前有關對蠔油的研究相對較少,其中糖對蠔油流變性質的研究國內尚未見報道。本文主要研究不同濃度的糖在不同的溫度下對蠔油流變性質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

變性淀粉 食品級,廣西武鳴縣文育淀粉廠;蔗糖 分析純,天津市福晨化學試劑廠;味精 食品級,河南蓮花味精股份有限公司;蠔水 建新海產有限公司;黃原膠 淄博順達生物科技有限公司。

哈克 RS600流變儀 德國哈克公司;JB-2型磁力攪拌器 上海雷磁新涇儀器有限公司;SilentCrusherM系列 Heidolph均質器 廣州東銳科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蠔油制備的工藝流程

把含量 0.1%的黃原膠溶于 95%的酒精中,含量5%的鹽、1.5%的味精和含量 5%～20%的糖溶于水中,再將兩者加入到蠔水中,在轉速 8000r/min的攪拌機中充分攪拌 10min,使溶質完全溶解,再對溶液加熱,直至煮沸并保持沸騰狀態(tài) 10min,樣品制備完畢,在室溫下放置 24h,待用。

1.2.2 糖對蠔油流變性質影響的測定 采用哈克RS600型流變儀,在直徑 40mm的不銹鋼平行板上加入不同濃度的待測樣品,板間距為 1mm,剪切速率為0.01～500s-1,剪切時間 120s,溫度分別為 10、20、30、40、50℃條件下測定不同種類和含量的糖對蠔油粘度、剪切應力隨剪切速率變化的關系。

2 結果與分析

2.1 蠔油流體類型的確定

樣品的流變性反映在不同剪切速率 (以γ表示)下被測樣品剪切應力(以τ表示)的變化。根據(jù)流變學原理,以γ為橫坐標,τ為縱坐標作流變曲線。根據(jù)流體流變曲線的形狀將流體分為四種類型[6-9]：

a.牛頓流體,其流變學方程為：

式中：η稱為粘度,其流變曲線為一過原點的直線。

b.賓漢塑性流體,其流變方程為：

式中：η0稱為塑性粘度,τ0稱為動切力或屈服應力,其流變曲線為一直線,直線在縱軸上截距為τ0。

c.脹塑性流體和假塑性流體：脹塑性流體和假塑性流體的流變學方程均可表示為：

式中：K成為稠度系數(shù),n稱為流動特性指數(shù)。n＜1對應于剪切稀化,為假塑性流體,其流變曲線為一條過原點向上凹的曲線;n＞1對應于剪切稠化,為脹塑性流體,其流變曲線為一條過原點向下凹的曲線。脹塑性流體、假塑性流體及塑性流體統(tǒng)稱為非牛頓流體。

d.非賓漢塑性流體,其流變方程為：

式中：K成為稠度系數(shù),τ0稱為動切力或屈服應力,n稱為流動特性指數(shù),其流動特性曲線不通過圓點。粘度值只能反應牛頓流體的性能,流變特性曲線則能反應非牛頓流體的性能[10-12]。

對不同含糖濃度的蠔油進行實驗,在不同溫度下,用流變儀測定在不同剪切速率(γ)下的剪切應力(τ),再以剪切速率為橫坐標,剪切應力為縱坐標作圖,得到不同含糖濃度的蠔油在不同溫度下的流變曲線,見圖 1～圖 4。

圖1 糖濃度5%的蠔油流變曲線圖

圖2 糖濃度10%的蠔油流變曲線圖

從圖 1～圖 4可以看出,溫度對蠔油剪切應力的大小有影響,在同一濃度下,隨著溫度的升高,剪切應力值逐漸減小,但每組圖中曲線的趨勢是相似的,因此溫度對蠔油的流體類型幾乎沒有影響[13]。由于并不能從圖中直觀地看出蠔油的流體類型,因而需要根據(jù)流變學方程進一步對圖中數(shù)據(jù)進行回歸計算。可求得各溫度條件下蠔油的稠度系數(shù) K,流動度指數(shù) n,屈服應力τ0和 R2,根據(jù) R2判斷不同濃度蠔油屬于哪種流型,結果見表 1～表 4。

圖3 糖濃度15%的蠔油流變曲線圖

圖4 糖濃度20%的蠔油流變曲線圖

表1 不同溫度下糖濃度5%的蠔油流體特性參數(shù)

表 2 不同溫度下糖濃度 10%的蠔油流體特性參數(shù)

表 3 不同溫度下糖濃度 15%的蠔油流體特性參數(shù)

表 4 不同溫度下糖濃度 20%的蠔油流體特性參數(shù)

從表中各數(shù)據(jù)可以看出,蠔油隨著糖濃度的增加,其稠度系數(shù) K值也逐漸變大,說明流體變粘稠,流動性變差。根據(jù)流動指數(shù)可以確定,各種濃度的蠔油均為非牛頓流體。流動特性指數(shù) n值大于 1,為脹塑性流體;n值小于 1,為假塑性流體。當流體必須克服一個阻力τ0才能流動時,該流體表現(xiàn)為非賓漢塑性流體。n值越小,說明其粘稠度隨剪切速率的增大而下降得越快。因而糖濃度5%、10%和15%的蠔油為假塑性流體,20%的蠔油為非賓漢塑性流體。

可見糖濃度增加,不僅增大了流體的稠度,同時流體的流動行為也發(fā)生了變化。這反映了濃度不同不僅使蠔油表觀粘度值發(fā)生變化,而且使蠔油的流體類型也發(fā)生轉化,充分說明了濃度對蠔油流變特性的重要影響。

2.2 溫度對蠔油粘度的影響

根據(jù)溫度對粘度的影響的Arrhenius方程：

將兩邊取對數(shù),得到：

以 Inη為橫坐標,1/T為縱坐標,得到溫度對粘度的關系見圖5。

圖 5 溫度對不同含糖濃度的蠔油粘度的影響

由圖 5中可知,隨著溫度的升高,蠔油的粘度逐漸下降。這主要是由于溫度升高時,蠔油中各物質分子間距離增大,分子間作用力減弱,從而導致流動時內摩擦減小,粘度降低[14]。圖中不同溫度下的 Inη與 1/T基本成線性關系。為此用式 (6)對圖 5中數(shù)值進行回歸計算,可求出各回歸方程的 lnK0和 Ea/R值,從而得到不同糖濃度下的蠔油粘度與溫度變化關系的 K0和 Ea,結果見表 5。

表 5 不同糖濃度的蠔油Arrhenius方程參數(shù)值

表 5數(shù)據(jù)說明,隨著蠔油中糖濃度的增加,常數(shù)K0明顯增加,同時其流體的活化能 Ea逐漸下降,因而可知溫度對粘度的影響減小。表中還列出線性相關系數(shù) R2,其值均大于 0.93,表明理論值與實測值獲得較好的一致性,因而可以利用所得的各回歸方程在實際生產中快速準確地預測蠔油中的糖粘度。

2.3 濃度對蠔油粘度的影響

濃度對粘度的影響一般用以下兩種數(shù)學模型[15],如下表示：

式中：A,K為常數(shù),C為濃度。

根據(jù)濃度對粘度的影響的兩種數(shù)學模型式 (7)和式(8),將兩式分別對蠔油的粘度值進行回歸分析,分別得到糖濃度對粘度的影響、式 (7)的冪指數(shù)模型參數(shù)、式(8)指數(shù)模型參數(shù),見圖 6、圖 7和表 6、表7。

圖6 濃度對粘度的冪指數(shù)關系圖

圖7 濃度對粘度的冪指數(shù)關系圖

表 6 不同溫度下表述溫度和粘度的冪指數(shù)模型參數(shù)

表 7 不同溫度下表述溫度和粘度的指數(shù)模型參數(shù)

綜合圖 6、圖 7和表 6、表 7中 R2的比較可以看出,指數(shù)模型中的 R2值都在 0.95以上,而冪指數(shù)模型在 0.88～0.96之間,因而指數(shù)模型更適合于用來描述蠔油粘度與糖濃度的關系。

3 結論

蠔油的流體類型隨蠔油中糖濃度的變化而變化,當蠔油中糖濃度 5%、10%和 15%時為假塑性流體,20%時為非賓漢塑性流體;隨著溫度的升高,蠔油的粘度逐漸下降,不同濃度的蠔油均能較好地擬合Arrhenius方程,同時隨著蠔油中糖濃度的增加,溫度對粘度的影響減小;和冪指數(shù)方程相比,指數(shù)方程能更好地擬合蠔油粘度與糖濃度的關系,相關系數(shù)R2均可達 0.95以上。

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Effect of sugar on rheological properties of oyster oil

ZHANG Jian-jun,YU Shu-juan＊,XU X ian-bing,WANG X iang-ru,YANG Xuan-xuan
(College ofLight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

In the p resent p ap e r,the rheolog ica l of oys te r oil sys tem affec ted by suc rose was s tud ied.Suc rose concentra tion ranged from5%to20%a t a ra te of5%,and the temp e ra ture was inc reased10℃ eve ry t im e from 10℃ to50℃.The results showed tha t oys te r oil w ith5%,10% and15% suc rose was p seudop las tic fluid,while oys te r oil conta ining20% suc rose was non-B ingham p las tic fluid.The viscos ity of oys te r oil was dec reased g radua lly w ith the ris ing temp e ra ture,but the influence was m inished as the suc rose concentra tion inc reased.The re la tion be tween suc rose concentra tion and oys te r oil viscos ity was in line w ith the index m ode l.

suc rose;oys te r oil;app a rent viscos ity;rheolog ica lp rop e rties

TS254.1

A

1002-0306(2010)02-0101-04

2009-03-23 ＊通訊聯(lián)系人

張建俊(1983-),男,在讀碩士,研究方向：功能碳水化合物材料理論與技術。

廣東省科技計劃項目(2007B080401010)。