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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)等提供方便和依據(jù)[1-5]。目前有關(guān)對(duì)蠔油的研究相對(duì)較少,其中糖對(duì)蠔油流變性質(zhì)的研究國(guó)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(duì)蠔油流變性質(zhì)的影響。
1.1 材料與設(shè)備
變性淀粉 食品級(jí),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(jí),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(guó)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(duì)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(duì)蠔油流變性質(zhì)影響的測(cè)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(cè)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(cè)定不同種類和含量的糖對(duì)蠔油粘度、剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的關(guān)系。
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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(shì)是相似的,因此溫度對(duì)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(duì)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(duì)蠔油流變特性的重要影響。
2.2 溫度對(duì)蠔油粘度的影響
根據(jù)溫度對(duì)粘度的影響的Arrhenius方程:
將兩邊取對(duì)數(shù),得到:
以 Inη為橫坐標(biāo),1/T為縱坐標(biāo),得到溫度對(duì)粘度的關(guān)系見圖5。
圖 5 溫度對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)蠔油中的糖粘度。
2.3 濃度對(duì)蠔油粘度的影響
濃度對(duì)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(duì)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(duì)蠔油的粘度值進(jìn)行回歸分析,分別得到糖濃度對(duì)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(duì)粘度的冪指數(shù)關(guān)系圖
圖7 濃度對(duì)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。
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(duì)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。
[1]陳克復(fù),盧曉江,金醇哲,等 .食品流變學(xué)及其測(cè)量[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1989:49.
[2]謝放華,李國(guó)龍 .澄清水蜜桃汁的流變學(xué)特性研究[J].食品科學(xué),2000,21(5):20-23.
[3]孫蘭萍,許暉 .水蜜桃果漿的流變學(xué)特性 [J].食品工業(yè), 2005,11(1):13-15.
[4]李賢中 .蘋果汁及其濃縮物的流變特性[J].西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999,9(8):30-34.
[5]周宇英,唐偉強(qiáng) .食品流變特性研究的進(jìn)展[J].糧油加工與食品機(jī)械,2001(8):7-9.
[6]Jasim Ahmed U S,Shivhare S,Debnath.Colour degradation and rheology of green chilli puree during thermal processing[J]. International Joural of Food Science and Technology,2005,37:57-59.
[7]Leslaw Juszczak,Teresa Fortuna.Viscosity of Concentrated Strawberry Juice Effect of Temperature and Soluble Solids Content [J].Food Science and Technology,2003,6(2):20-26.
[8]JAS IM AHMED.Effect of Temperature on Rheological Characteristics of Garlic and Onion Pastes[J].Joural Food Science and Technology,2006,37(4):409-411.
[9]Office of the Gene Technology Regulator[M].The Biology& Ecology of Pineapple(Ananas comosus var.com osus)in Australia, 2005,4:7.
[10]曾祥奎,黃斌,于娟 .濃縮蘋果汁主要技術(shù)指標(biāo)控制的研究[J].飲料工業(yè),2002,5(1):19-30.
[11]陳萃仁,李旭平,沈振華,等 .澄清胡蘿卜汁的流變特性及其粘度的數(shù)學(xué)模型[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1994(5):44-47.
[12]路福穎,盛鋒 .肥桃醬的流變特性研究 [J].食品工業(yè)科技,1998(4):4-5.
[13]李燕群 .獼猴桃果漿的流變特性[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 1997,23(3):33-34.
[14]Khali K E,Ramakrisha P,Nan jundas wamy A M,et al. Rheologicalbehaviorof clarified banana juice Effectof temperature and concentration[J].J Food Eng,2003(10),231 -240.
[15]E Cepedam,M Hermosa.Rheological behaviour of blueberry cloudy juice(Vaccinium corymbosum L.)[J].International Joural of Food Science and Technology,2007,37:271-276.
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)。