植物糖漿對紫云英蜂蜜流變特性影響的研究

隋麗敏，李 爽 ，俞 苓，李沈軼

(1.華東理工大學，上海200237;2.冠生園(集團)有限公司技術中心，上海200233;3.上海應用技術學院，上海200235)

植物糖漿對紫云英蜂蜜流變特性影響的研究

隋麗敏1，李 爽2，*，俞 苓3，李沈軼2，*

(1.華東理工大學，上海200237;2.冠生園(集團)有限公司技術中心，上海200233;3.上海應用技術學院，上海200235)

確立了國產(chǎn)紫云英蜂蜜和高果糖漿的Bingham流體模型，分析了不同糖漿含量對蜂蜜流變特性的影響。隨著高果糖漿含量的增多，蜂蜜的粘度呈下降趨勢，在25℃，20%以下糖漿濃度范圍內(nèi)，兩者線性關系良好。不同糖漿含量的蜂蜜的溫度－粘度曲線在10～20℃區(qū)間有明顯差異，且都符合Arrhenius模型。結果表明，蜂蜜流變學特性研究將為蜂蜜中植物糖漿的定性及定量研究提供十分有價值的參考依據(jù)。

蜂蜜，流變特性，植物糖漿

蜂蜜主要是糖類和水分的混合物，在這種意義上，流變特性是它一個重要的物理和感官參數(shù)，對蜂蜜的生產(chǎn)、加工、貯存以及蜂蜜的品質有很大的影響。天然蜂蜜為透明或半透明的粘稠液體，常溫下，蜂蜜粘度較大，具有較強的粘滯性即抗流變特性，流動性較差，其分取、收集、輸送、加工、罐裝不方便。加工過程中，常保持較高溫度，以降低蜂蜜粘度、提高蜂蜜的流動性［1］。現(xiàn)有研究報道表明［2－5］，蜂蜜的粘度與其水分含量、溫度有關，蜂蜜水分含量和溫度是關鍵的影響因素。蜂蜜粘度隨蜂蜜水分含量的降低而加速升高，溫度越高，蜂蜜水分含量對蜂蜜粘度的影響越小。蜂蜜粘度隨溫度的升高而加速降低，蜂蜜水分含量越低，活化能越大，溫度對蜂蜜粘度的影響越大。大部分品種的蜂蜜為牛頓流體，其粘度不受外力的影響。國內(nèi)以往對蜂蜜流變特性的研究大都基于蜂蜜本身所含成分，研究其在各種條件下對其粘度的影響及相互關系的建立［6－9］，很少考慮外來成分和人為因素的作用，特別是對如今很多摻入高果糖漿、植物水解糖漿，與天然蜂蜜相似度很高的摻雜蜂蜜的流變特性及影響關系的研究很少。本文利用美國TA公司的ARG2 Rheometer型流變儀，以國產(chǎn)紫云英蜜、高果糖漿為研究對象，在保持水分含量(約20%)大致相同的前提下，測定蜂蜜的粘度隨剪切力、蜂蜜中糖漿含量和溫度(10～40℃)的變化關系，確定蜂蜜的流變形態(tài)，分析摻入植物糖漿對蜂蜜粘度變化的影響，建立蜂蜜粘度與蜂蜜中植物糖漿含量和溫度之間的關系模型，為蜂蜜中植物糖漿的定性定量分析提供新的研究思路以及有效的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

天然紫云英蜂蜜 由冠生園蜂制品有限公司提供，其水分含量在20%左右，采用的高果糖漿由上海融氏企業(yè)有限公司提供，以上樣品均避光低溫保存;蒸餾水。

AR G2 Rheometer型流變儀 美國 TA儀器公司;恒溫水浴鍋，干燥箱，阿貝折光儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同糖漿含量蜂蜜樣品的制備 采用折光法測定蜂蜜和糖漿水分含量［10］。分別測得摻入糖漿和被摻蜂蜜的水分含量后，用減壓干燥(真空度為0.1MPa，濃縮溫度為50～60℃)或稀釋的方法將其水分含量調(diào)成一致，一般控制在20%左右。然后按照目標濃度進行混合，混合好的樣品放置在55℃的水浴中溫熱，振蕩，充分混合后常溫下密閉備用，待進入流變儀分析。

1.2.2 蜂蜜的流變性測定

1.2.2.1 蜂蜜和植物糖漿的穩(wěn)態(tài)流動模式掃描 測定蜂蜜和植物糖漿剪切應力，粘度隨剪切速率變化關系。參數(shù)設置:平衡時間5min，溫度25℃，剪切速率(shear rate)范圍為 0.1～100.0s－1。

1.2.2.2 不同植物糖漿含量的蜂蜜的穩(wěn)態(tài)流動模式掃描 測定不同植物糖漿含量的蜂蜜的剪切應力，粘度隨剪切速率的變化關系。參數(shù)設置:平衡時間5min，溫度 25℃，剪切速率(shear rate)范圍為0.1～100.0s－1。1.2.2.3 不同植物糖漿含量的蜂蜜的溫度掃描 在剪切速率一定的條件下，測定不同植物糖漿含量的蜂蜜其粘度隨溫度的變化關系。參數(shù)設置:平衡時間 20s，剪切速率為 1.0s－1，溫度范圍是 10.0～40.0℃。

2 結果與討論

2.1 紫云英蜂蜜和高果糖漿的穩(wěn)態(tài)流變特性

經(jīng)過濃縮后，紫云英蜂蜜和高果糖漿的水分含量都被調(diào)整至20%左右，其中紫云英蜂蜜的水分含量為19.4%，果葡糖漿的水分含量為21.8%。25℃，穩(wěn)態(tài)流動模式下，紫云英蜂蜜和高果糖漿的剪切應力、粘度隨剪切速率的變化曲線如圖1、圖2所示。

圖1 25℃，紫云英蜂蜜的剪切應力－應變曲線和粘度－剪切應變曲線

從圖1、圖2中可以看出，紫云英蜂蜜和高果糖漿的剪切應力隨著剪切速率的增大而增大，線性良好，但是都不經(jīng)過原點。所以紫云英蜂蜜和高果糖漿都不屬于嚴格意義上的Newton流體(滿足方程σ=η γ，其中σ表示剪切應力，單位為Pa;η表示粘度，單位為Pa·s;γ表示剪切速率，單位是1/s)。紫云英蜂蜜和高果糖漿都存在一個很小的屈服應力σ0，對于紫云英蜂蜜 σ0=0.0081Pa，對于高果糖漿σ0=0.1041Pa。

圖2 25℃，高果糖漿的剪切應力－應變曲線和粘度－剪切應變曲線

在低剪切速率范圍0.1～1.0s－1內(nèi)，紫云英蜂蜜和高果糖漿的粘度隨著剪切速率的增大而逐漸降低，達到一定的剪切速率后才恒定不變。說明這些流體在低剪切速率范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一定的假塑性特點，隨著剪切速率的增高，其假塑性程度逐漸消失。

嚴格地來講，紫云英蜂蜜和高果糖漿均屬于Bingham流體，其流變模型分別為，紫云英蜂蜜:σ=0.008+3.4γ;高果糖漿:σ =0.104+3.0γ。

以往國內(nèi)的研究基本認為蜂蜜是Newton流體，是因為國內(nèi)研究者主要采用恒溫變速旋轉粘度計的方法測定蜂蜜的粘度，這種方法很難在很低的剪切速率范圍內(nèi)取點研究，研究區(qū)間一般是在剪切速率為5s－1以后。從實驗結果來看，紫云英蜂蜜的屈服應力很小，通常情況下可以忽略不計，認為是Newton流體也是合理的。

2.2 不同植物糖漿含量的蜂蜜的穩(wěn)態(tài)流變特性

將高果糖漿和紫云英蜂蜜混合配制成5%、10%和20%高果糖漿含量的紫云英蜂蜜。其水分含量依次是19.5%、19.6%和19.9%。25℃，穩(wěn)態(tài)流動模式下，不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜其粘度、剪切應力隨剪切速率的變化曲線如圖3、圖4所示。

圖3 25℃，不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－剪切應變圖

如圖4所示，不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的流變形態(tài)基本一致。隨著高果糖漿含量的增加，紫云英蜂蜜的粘度逐漸下降，其趨勢如圖5所示。在水分含量約為20%，高果糖漿含量小于20%的范圍內(nèi)，紫云英蜂蜜的粘度與高果糖漿含量線性關系良好，R2=0.9936，可以通過測定紫云英蜂蜜的粘度，用公式(1)大致估計其中高果糖漿的含量:

圖4 25℃，不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的剪切應力－剪切應變圖

其中:η表示紫云英蜂蜜的粘度，單位為Pa·s;w表示蜂蜜中的高果糖漿含量，單位為w/w，%。

圖5 紫云英蜂蜜的粘度－高果糖漿含量的曲線

2.3 不同植物糖漿含量蜂蜜的粘度－溫度變化關系

在剪切速率為1s－1一定的條件下，測定不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜其粘度隨溫度的變化關系，如圖6所示。

圖6 不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－溫度圖

可以看出，在10～40℃范圍內(nèi)，不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－溫度曲線表現(xiàn)出相同趨勢，即粘度隨著溫度的升高而降低，而且溫度越大，粘度下降趨勢越慢。在30～40℃區(qū)間內(nèi)，各不同高果糖漿含量紫云英蜂蜜的粘度－溫度曲線已經(jīng)基本趨于一致。不同糖漿含量的蜂蜜之間粘度－溫度曲線的差異主要體現(xiàn)在10～20℃范圍，故對這一范圍內(nèi)的粘度－溫度變化用 Arrhenius方程 μ =μ0·exp［Ea/(RT)］(其中μ0為蜂蜜的粘度常數(shù)，Pa·s;Ea為蜂蜜流動活化能，J/mol;R為氣體常數(shù);T為溫度，K)進行擬合，做進一步分析。

圖7 不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－溫度關系曲線和方程

數(shù)據(jù)處理表明，在10～20℃區(qū)間內(nèi)，Arrhenius模型對不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－溫度關系曲線實驗數(shù)據(jù)關聯(lián)回歸的擬合度R2皆大于0.9976，關聯(lián)回歸準確，擬合得到的各粘度常數(shù)和流變活化能參數(shù)如表1所示。大多數(shù)情況下，活化能隨著水分含量的上升呈現(xiàn)下降的趨勢，表明在低水分含量的區(qū)間內(nèi)粘度對溫度的變化更為敏感。由表1所示，在水分含量非常接近的情況下，各蜂蜜的粘度常數(shù)和活化能常數(shù)隨著高果糖漿含量的增加而降低，隨著糖漿含量的增高，這個趨勢更為明顯。

表1 不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的Arrhenius模型常數(shù)

3 結論

表2 不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的Arrhenius模型方程

3.1 2 5℃時，在低剪切速率下(γ ＜0.1s－1)，中國產(chǎn)紫云英蜂蜜和高果糖漿呈現(xiàn)一定程度的假塑性。屬于Bingham流體，其Bingham流體模型分別為:紫云英蜂蜜:σ =0.008+3.4γ;高果糖漿:σ =0.104+3.0γ。3.2 不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的流變形態(tài)基本一致。隨著高果糖漿含量的增加，紫云英蜂蜜的粘度逐漸下降。在水分含量約為20%，高果糖漿含量小于20%的范圍內(nèi)，紫云英蜂蜜的粘度與高果糖漿含量線性關系良好，可以通過測定紫云英蜂蜜的粘度，用公式η=3.36－0.0697w估算其中高果糖漿的含量。

3.3 在剪切速率為1s－1一定的條件下，10～40℃范圍，不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－溫度曲線表現(xiàn)出相同趨勢，即粘度隨著溫度的升高而降低，而且溫度越高，粘度下降趨勢越慢。在30～40℃區(qū)間內(nèi)，各不同高果糖漿含量紫云英蜂蜜的粘度－溫度曲線已經(jīng)基本趨于一致。用Arrhenius模型關聯(lián)回歸不同高果糖漿含量的紫云英蜂蜜的粘度－溫度在10～20℃區(qū)間的曲線，得到的方程如表2所示。

蜂蜜的粘度隨著溫度、水分含量、成分和蜜源不同而異。蜂蜜流變特性的研究將為對其中植物糖漿的定量及定性分析提供十分有價值的參考依據(jù)。

［1］Bourne Malcolin C.Food texture and viscosity［M］.New York Academic Pr，1982.

［2］Bhesh Bhandari，Bruce D Arcy，Samuel Chow.Rheology of selected Australian honeys［J］.Journal of Food Engineering，1999，41:65－68.

［3］Les?aw Juszczak，Teresa Fortuna.Rheology of selected Polish honeys［J］.Journal of Food Engineering，2006，75:43－49.

［4］Athina Lazaridou Costas G Biliaderis，Nicolaos Bacandritsos，et al.Composition，thermal and rheological behavior of selected Greek honeys［J］.Journal of Food Engineering，2004，64:9－21.

［5］Jasim Ahmed，S T Prabhu，G S V Raghavan，et al.Physicochemical，rheological，calorimetric and dielectric behavior of selected Indian honey［J］.Journal of Food Engineering，2007，79:1207－1213.

［6］魯亞芳，董怡為.蜜品質的流變學檢驗法探討［J］.食品科學，1993(12):51－54.

［7］潘君拯，陳青春.魯亞芳.蜂蜜流變模型及水分－溫度－粘度圖［J］.食品科學，1993(5):9－13.

［8］陸則堅，鄭寶東.陳麗嬌.蜂蜜流變特性及其質量鑒定［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，1994，10(2):114－118.

［9］唐繼國，武玉斌，王淑蘭.槐花蜂蜜的流變性能［J］.青島化工學院學報，1994，15(4):311－317.

［10］中華人民共和國出入境檢驗檢疫局.進出口蜂蜜的檢驗方法［S］.SN/T 0852－2000.

Effect of plant syrup addition on the rheological behavior of Chinese milk vetch honey

SUI Li－min1，LI Shuang2，*，YU Ling3，LI Shen－yi2，*
(1.East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China;2.Guanshengyuan(group)Co.，Ltd.，Technical Centre，Shanghai 200233，China;3.Shanghai Institute of Technology，Shanghai 200235，China)

The viscosity models of Chinese milk vetch honey and high fructose syrup were founded to be Bingham model，while the effects of plant syrup addition on the rheological behavior of honey were studied.The viscosity of honey decreased while the content of syrup increased.A good linear correlation existed between both when the syrup content was below 20%at 25℃.Curves of viscosity versus temperature of Chinese milk vetch honey with different contents of high fructose syrup showed an obvious difference at interval of 10～20℃，the effect of temperature on the viscosity of honey samples with different contents of syrup followed an Arrhenius－type relationship well.The results showed that measurements of the rheological behavior of honey could be valuable for the qualitative and quantitative research of plant syrup addition to honey.

honey;rheological behavior;plant syrup

TS201.7

A

1002－0306(2011)06－0164－04

2010－04－01 *通訊聯(lián)系人

隋麗敏(1984－)，女，碩士生，研究方向:食品安全。