糖對蠔油流變性影響

張建俊,于淑娟,徐獻(xiàn)兵,王湘茹,楊璇璇

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

糖對蠔油流變性影響

張建俊,于淑娟＊,徐獻(xiàn)兵,王湘茹,楊璇璇

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)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(xué)性質(zhì),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(jié)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(guān)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(xué)是食品、化學(xué)、流體力學(xué)間的交叉學(xué)科。由于流變特性是與原料攪拌、混合,加工設(shè)備的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸及質(zhì)量控制相關(guān)的重要參數(shù),與蠔油的質(zhì)地穩(wěn)定性和加工工藝設(shè)計(jì)等有著重要關(guān)系,所以通過對蠔油流變特性的研究,可以了解它的組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子形態(tài)等,能為產(chǎn)品配方、加工工藝、設(shè)備選型及質(zhì)量檢測等提供方便和依據(jù)[1-5]。目前有關(guān)對蠔油的研究相對較少,其中糖對蠔油流變性質(zhì)的研究國內(nèi)尚未見報(bào)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(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)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(xué)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(chǎn)有限公司;黃原膠 淄博順達(dá)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(zhì)器 廣州東銳科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)速 8000r/min的攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢?10min,使溶質(zhì)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(zhì)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(shí)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(yīng)力隨剪切速率變化的關(guān)系。

2 結(jié)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(yīng)力(以τ表示)的變化。根據(jù)流變學(xué)原理,以γ為橫坐標(biāo),τ為縱坐標(biāo)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(xué)方程為：

式中：η稱為粘度,其流變曲線為一過原點(diǎn)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(dòng)切力或屈服應(yīng)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(xué)方程均可表示為：

式中：K成為稠度系數(shù),n稱為流動(dòng)特性指數(shù)。n＜1對應(yīng)于剪切稀化,為假塑性流體,其流變曲線為一條過原點(diǎn)向上凹的曲線;n＞1對應(yīng)于剪切稠化,為脹塑性流體,其流變曲線為一條過原點(diǎn)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(dòng)切力或屈服應(yīng)力,n稱為流動(dòng)特性指數(shù),其流動(dòng)特性曲線不通過圓點(diǎn)。粘度值只能反應(yīng)牛頓流體的性能,流變特性曲線則能反應(yīng)非牛頓流體的性能[10-12]。

對不同含糖濃度的蠔油進(jìn)行實(shí)驗(yàn),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(yīng)力(τ),再以剪切速率為橫坐標(biāo),剪切應(yīng)力為縱坐標(biāo)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(yīng)力的大小有影響,在同一濃度下,隨著溫度的升高,剪切應(yīng)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(xué)方程進(jìn)一步對圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算。可求得各溫度條件下蠔油的稠度系數(shù) K,流動(dòng)度指數(shù) n,屈服應(yīng)力τ0和 R2,根據(jù) R2判斷不同濃度蠔油屬于哪種流型,結(jié)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(dòng)性變差。根據(jù)流動(dòng)指數(shù)可以確定,各種濃度的蠔油均為非牛頓流體。流動(dòng)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(dāng)流體必須克服一個(gè)阻力τ0才能流動(dòng)時(shí),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(shí)流體的流動(dòng)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(zhuǎn)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(biāo),1/T為縱坐標(biāo),得到溫度對粘度的關(guān)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(shí),蠔油中各物質(zhì)分子間距離增大,分子間作用力減弱,從而導(dǎo)致流動(dòng)時(shí)內(nèi)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(guān)系。為此用式 (6)對圖 5中數(shù)值進(jìn)行回歸計(jì)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(guān)系的 K0和 Ea,結(jié)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(shí)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(guān)系數(shù) R2,其值均大于 0.93,表明理論值與實(shí)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(shí)際生產(chǎn)中快速準(zhǔn)確地預(yù)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(xué)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(xué)模型式 (7)和式(8),將兩式分別對蠔油的粘度值進(jìn)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(guān)系圖

圖7 濃度對粘度的冪指數(shù)關(guān)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(guān)系。

3 結(jié)論

蠔油的流體類型隨蠔油中糖濃度的變化而變化,當(dāng)蠔油中糖濃度 5%、10%和 15%時(shí)為假塑性流體,20%時(shí)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?cái)M合Arrhenius方程,同時(shí)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?cái)M合蠔油粘度與糖濃度的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2均可達(dá) 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(shù)。

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2007B080401010)。