四種添加劑的流變性能研究:
四種添加劑的流變性能研究,論文主要對(duì)四種添加劑進(jìn)行了流變性能的研宄，四種添加劑中，黃原膠、瓜爾豆膠其膠體溶液 流變性有更多的相似性，它們濃度在Q 3%以上時(shí)，均為非牛頓型流體，CMC濃度在Q 5%以上時(shí)為非牛頓型 流體，且為非觸變性流體。海藻酸鈉膠體溶液為牛頓型流體。四種添加劑膠體溶液的粘度，瓜爾豆膠> 黃原 膠>»〔>海藻酸鈉。但在攪動(dòng)環(huán)境下，當(dāng)剪切力大于一定的屈服應(yīng)力時(shí)，剪切稀化效應(yīng)將導(dǎo)致粘度的下降， 下降幅度為瓜爾豆膠 > 黃原膠> CMC。黃原膠更具有獨(dú)特的流變性、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、酸穩(wěn)定性，其次為瓜 爾豆膠。CMC、海藻酸鈉的熱穩(wěn)定性并不是很好，在高酸性的環(huán)境條件下，海藻酸鈉的粘度反而增加。
隨著食品工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)食品流變學(xué) 的研究越來越重視，四種添加劑的流變性能研究,尤其在半固態(tài)、液態(tài)食品的 加工中，食品物料的流變特性與食品的質(zhì)地穩(wěn)定 性，加工工藝設(shè)計(jì)和許多工藝操作、及食品感官 品質(zhì)的改善等有重要的關(guān)系。在食品生產(chǎn)過程 中，食品添加劑有著廣泛的應(yīng)用，并且它們?cè)跐?度相當(dāng)?shù)偷那闆r下，對(duì)食品的流變特性顯示出極 大的影響[1]，所以通過對(duì)食品添加劑的流變特性的研究，可深入到食品物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)中，反映 出組織結(jié)構(gòu)的特性和流變物質(zhì)形態(tài)，能為產(chǎn)品配 方、加工工藝、設(shè)備選型及質(zhì)量控制等提供方便 和依據(jù)[2-4]。因此，它們對(duì)提高食品質(zhì)量，改善 口感、改善食品加工流體性能，解決流體過稠或 離析問題具有一定的作用。本文主要對(duì)食品加工 業(yè)中常用的食品増稠劑CMC、瓜爾豆膠、黃原 膠、海藻酸鈉流變性進(jìn)行了分析研究。
1材料與儀器 1.1材料
CMC、瓜爾豆膠、黃原膠、海藻酸鈉均為食 品添加劑。
1.2主要儀器
BiookfieldR/SPlis型流變儀（美國產(chǎn)），超
級(jí)恒溫水浴（上海衡平儀器儀表廠）。
行其耐酸性的研究。
2.6濃度變化對(duì)流變性能的影響
分別配制不同濃度的4種添加劑溶液：1%、 0.5%、0.3%、0.2%，在30°C恒溫下，進(jìn)行流 變性能的研究。
3結(jié)果與分析
3.1不同剪切速率下的的流變性和觸變性行為
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖之由圖1、圖2分析， 四種添加劑中，四種添加劑的流變性能研究,三種添加劑CMC、瓜爾豆膠、黃 原膠粘度隨著剪切速率的増加而明顯減小，溶液 濃度變稀，其曲線呈典型的假塑性流體特性，是 非牛頓流體，在工藝操作中更有利于泵送和灌 注。此外，這三種添加劑當(dāng)進(jìn)行剪切率恢復(fù)試驗(yàn) 時(shí)，其粘度并不隨時(shí)間的改變而改變，是非觸變 性。說明這三種添加劑流變性并不隨攪動(dòng)的影響.
1樣品的制備
取上述4種添加劑，準(zhǔn)確稱量，熱水水浴溶 解，根據(jù)測試要求不同，制備一定濃度的添加劑 均勻流體，同時(shí)選用CC48DN轉(zhuǎn)子，將制備好的 漿液直接用流變儀檢測其流變性能，測定不同條 件下的漿液的流變曲線。
2.2不同剪切速率下的的流變性和觸變性行為 保持30°C恒溫下，分別考察4種添加劑在 1%濃度時(shí)，在1分鐘內(nèi)從0増加剪切速率到 200s-1和在1m n內(nèi)從200s-1減小到零的剪切速率 下其流變性能，測試其流變性及觸變性。
2. 3添加劑的屈服應(yīng)力測試
分別配置1%濃度的4種添加劑溶液，在 30 °C恒溫下，對(duì)四種添加劑的進(jìn)行屈服應(yīng)力測 試。
2.4熱穩(wěn)定性研究
分別在不同溫度20°C、40°C、60°C、90°C溫 度下并保持各自溫度20m n通過4種添加劑溶 液的粘度的變化，進(jìn)行其熱穩(wěn)定性研究。
2.5耐酸性研究
分別用20%檸檬酸調(diào)4種添加劑溶液的毋 值，分別在 pH2. 23. 2 jH4. 2 fH5. 2酸性條件下，通過4種添加劑溶液的粘度的變化，進(jìn)在重新靜置時(shí)而發(fā)生粘度的變化，其溶液的粘性 不具有時(shí)間的依賴性。海藻酸鈉粘度并不隨剪切 速率的改變而明顯的改變，是牛頓流體。
據(jù)食品的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)，當(dāng)食品膠液若呈現(xiàn)牛頓 流體特征時(shí)，可使人有不愉快的粘膩口感在食品 中表現(xiàn)出來，而當(dāng)膠液為非牛頓型流體并具有較 強(qiáng)的剪切稀化能力（隨著剪切速率的升高，粘度 值逐漸下降）時(shí)，比如在咀嚼包括磨、剪、擠 壓、壓縮、拉伸等物理過程中，剪切速率較低 時(shí)，使用了該食品膠的食品就往往不會(huì)產(chǎn)生粘膩 的口感，而產(chǎn)生滑爽的口感，這類食品在口中能 保持穩(wěn)定的流動(dòng)，容易吞咽。這也顯示了這三種 添加劑在食品的増稠工藝加工中，在粘稠汁液、 漿狀食品、醬料食品等半固態(tài)產(chǎn)品加工中有更廣 泛的應(yīng)用性。
3. 2添加劑的屈服應(yīng)力測試
在食品工藝加工操作中，對(duì)于非牛頓液體， 由于其粘度隨時(shí)間、剪切應(yīng)力、剪切速率的變化 而變化，因此了解其食品的流變學(xué)特性，進(jìn)行屈 服應(yīng)力（從形變到流動(dòng)）的測試，可以模仿從管 中擠出糊狀的產(chǎn)品，預(yù)測使其流動(dòng)所需的力。便 于在流體的輸送，管路設(shè)計(jì)以及攪拌、乳化、均 質(zhì)、物化、濃縮等單元操作的機(jī)械設(shè)計(jì)中充分考 慮物料在力的作用下粘度的變化，有針對(duì)性的設(shè) 計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)及功率等。
圖3三種添加劑的屈服應(yīng)力曲線
如圖3所示，四種添加劑屈服應(yīng)力變化曲線， 在30°C恒溫下，1%濃度時(shí)，他們的屈服應(yīng)力點(diǎn) 各為：7. 141Pa (CMC)、44.669Pa (瓜爾豆膠）、 27. 396Pa (黃原膠），由于海藻酸鈉為牛頓流體， 其屈服應(yīng)力為C。
如圖1所示，在靜置的環(huán)境條件下，三種添 加劑的粘度是瓜爾豆膠 > 黃原膠> CMC。但在攪 動(dòng)環(huán)境下，當(dāng)剪切力大于一定的屈服應(yīng)力時(shí)，如 圖3所示，瓜爾豆膠粘度將下降許多且小于（MC 粘度。剪切稀化效應(yīng)將使添加劑的粘度下降各 為：32% (CMC)左右、70%(瓜爾豆膠）左
右、60% (黃原膠）左右，由此分析，在制作半 固態(tài)食品時(shí)，如冰淇淋、甜面醬等，在配料操作 工藝過程中，如果存在強(qiáng)烈的剪切作用，配料中 的増稠劑如瓜爾豆膠、黃原膠用量應(yīng)適度偏高， 以便考慮剪切稀化而引起的粘度損失而導(dǎo)致配料 的粘度不足，帶來一些半固態(tài)產(chǎn)品如：冰淇淋組 織粗糙等質(zhì)量問題。
3.3熱穩(wěn)定性研究
對(duì)四種添加劑，分別在20°C、4CC、60°C、 90°C的不同溫度下進(jìn)行粘度研究，測試結(jié)果見圖 4- 7。隨著溫度的升高，四種添加劑的熱穩(wěn)定性 有一定的差異，以黃原膠的熱穩(wěn)定性最好，四種添加劑的流變性能研究,在 20°C?90°C范圍內(nèi)，其粘度值僅僅下降齡左右， 其次為瓜爾豆膠，其粘度值僅僅下降15%，（MC 溫度上升其粘度要下降50%左右和海藻酸鈉熱穩(wěn) 定性不是很好。這提示，用不同的添加劑作増稠 劑在高溫殺囷時(shí)，應(yīng)考慮CMC、海藻酸鈉應(yīng)熱不 穩(wěn)定性而引起的配料在組織結(jié)構(gòu)方面引起的質(zhì)量 問題，同時(shí)應(yīng)考慮在生產(chǎn)中黃原膠及瓜爾豆膠在 増稠作用中有較好的熱穩(wěn)定作用。
對(duì)四種添加劑，分別在pH2. 4 JH3.4 pH4.4 jH5.4的不同jH值下的粘度研究，測試 結(jié)果見圖8- 11。從圖中分析，添加劑CMC、瓜 爾豆膠在偏酸性pH5. 4?pH4 4范圍內(nèi)，其粘度 值變化不大，但在高酸性pH 3. 4?！H 2 4范圍 內(nèi)，其粘度值有明顯的下降。添加劑黃原膠在較 寬的酸性范圍內(nèi)其粘度值比較穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生 改變，這在食品工藝加工中，具有好的酸穩(wěn)定 性。添加劑海藻酸鈉在洱5.4?pH3.4范圍內(nèi)， 其粘度值變化不大，但在低酸性情況下，其粘度 反而有較大的増加，這與文獻(xiàn)報(bào)道[4]相一致，且 顯假塑性流體特性，其流變曲線為非觸變性。
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圖6黃原膠粘度隨溫度變化曲線
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圖8 CMC粘度隨pH變化曲線
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圖7海藻酸鈉粘度隨溫度變化曲線
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圖9瓜爾豆膠粘度隨pH變化曲線
4結(jié)論
(1)四種添加劑中，黃原膠、瓜爾豆膠其膠 體溶液流變性有更多的相似性，它們濃度在 0.3%以上時(shí)，均為非牛頓型流體，（MC濃度在 0.5%以上時(shí)為非牛頓型流體，且為非觸變性流 體。隨著剪切速率的増加，三種添加劑的溶液粘 度降低，濃度1%以下的海藻酸鈉膠體溶液為牛 頓型流體。
(2)靜置時(shí)，四種添加劑膠體溶液的粘度， 瓜爾豆膠 > 黃原膠> CMC >海藻酸鈉。四種添加劑的流變性能研究,但在攪動(dòng) 環(huán)境下，當(dāng)剪切力大于一定的屈服應(yīng)力時(shí)，瓜爾 豆膠粘度將下降許多，剪切稀化效應(yīng)將導(dǎo)致粘度 的下降，下降幅度為瓜爾豆膠> 黃原膠> CM G
(3)四種添加劑中，黃原膠更具有獨(dú)特的流 變性、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、酸穩(wěn)定性，其次為瓜爾 豆膠。CMC、海藻酸鈉的熱穩(wěn)定性并不是很好， 在高酸性的環(huán)境條件下，海藻酸鈉的粘度反而増 加。
(4)隨著四種添加劑膠體溶液濃度的降低， 粘度也伴隨著降低，其中三種添加劑的流變性能 在低濃度時(shí)，將由非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體。
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