固態(tài)食品的流變特性研究進展

□ 方 媛 汝陽縣市場監(jiān)督管理局

固態(tài)食品的流變特性涉及粘彈性力學(xué)，與食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)和品質(zhì)有著較大的聯(lián)系。開展固態(tài)食品流變特性研究，可以反映食品的品質(zhì)，對食品的加工、儲運及銷售具有實際意義。

1 食品流變學(xué)

食品流變學(xué)是食品物性學(xué)的一個分支，屬于食品工程、化學(xué)和物理力學(xué)的交叉學(xué)科。食品流變學(xué)通過研究食品物料受外力作用產(chǎn)生的相應(yīng)形變來反映食品的流動和變形，其理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)和固體粘彈性理論[1]。在食品生產(chǎn)中應(yīng)用食品流變學(xué)分析方法，可以實現(xiàn)對食品原輔料、生產(chǎn)加工過程、產(chǎn)品儲運全環(huán)節(jié)的品質(zhì)測評，在提升檢測水平的同時，更好地滿足消費者對品質(zhì)的要求[2]。

應(yīng)用食品力學(xué)特征研究食品流變學(xué)，是通過測定并建立應(yīng)力—應(yīng)變—時間三者的數(shù)學(xué)模型來表述食品流變特性，從而達到評價食品品質(zhì)的目的。在過去的研究中，描述固態(tài)食品品質(zhì)的如脆度、硬度、酥性、咀嚼性等指標，都與其流變特性密切相關(guān)。食品流變學(xué)試驗為反映固態(tài)食品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性提供了客觀、定量的研究方法手段。通過測定固態(tài)食品的流變學(xué)特性，可以更好地掌握產(chǎn)品品質(zhì)變化，對食品工業(yè)實踐提供一定的理論基礎(chǔ)和實際意義。

2 試驗儀器的研究進展

2.1 傳統(tǒng)儀器

傳統(tǒng)的流變學(xué)測試應(yīng)用了毛細管粘度計、縫隙式粘度計、同心圓筒粘度計、圓錐平板型流變儀、RCP 粘度計等儀器，但是遠遠不能滿足目前的要求[3]。

2.2 新型試驗儀器

TA—XT plus 物性儀通過對距離、時間、作用力進行相關(guān)分析，獲得流變測試結(jié)果，能夠得到關(guān)于壓縮、拉伸、剪切等性質(zhì)的實驗結(jié)果。該儀器集合了多種流變測試功能，能夠開展一些標準力學(xué)測試項目，如應(yīng)力松弛測試、蠕變測試、質(zhì)地剖面分析（TPA）測試、破碎測試與粘性測試等。

3 數(shù)學(xué)模型的研究進展

固態(tài)食品的流變特性研究主要為粘彈性的研究，目前針對粘彈性的力學(xué)測試主要分為應(yīng)力松弛測試、蠕變測試。

3.1 應(yīng)力松弛模型

在流變學(xué)研究中，廣義麥克斯韋模型多被用于粘彈性物料的應(yīng)力松弛分析。該模型由若干個麥克斯韋模型元件和一個彈簧元件構(gòu)成，單個麥克斯韋模型元件包含一個彈簧、一個阻尼器。模型方程見式（1）。

式中：F（t）是載荷（N），隨加載時間逐漸衰減；D0是恒定的應(yīng)變量（mm）；E0是平衡彈性系數(shù)（N/mm），Ei和Ti分別是彈性系數(shù)（N/mm）和松弛時間（s）。

3.2 蠕變模型

在以往研究中，粘彈性食品的蠕變特性常用四元件伯格斯模型來描述，該模型由一個Maxwell 模型和一個Kelvin 模型串聯(lián)，模型方程如式（2）所示[4]。

式中：D（t）為蠕變過程中應(yīng)變量（mm）；F0為恒定應(yīng)力（N）；E0和E1分別是瞬時彈性系數(shù)和衰變彈性系數(shù)；η1、η2粘性系數(shù)；t 為時間。

4 國內(nèi)外研究進展

López—Perea P[5]等 人 在2012 年研究了大麥籽粒的應(yīng)力松弛行為。他們選取β—葡聚糖含量不等的大麥籽粒為樣品，通過流變測試來研究不同品種大麥籽粒的品質(zhì)差異。得到的試驗結(jié)果為，不同品種大麥籽粒中β—葡聚糖含量和蛋白質(zhì)含量與其測得的各項應(yīng)力松弛參數(shù)間表現(xiàn)出較為相似的變化趨勢。

楊玲[6]等人在2015 年對貯藏期間的“華紅”蘋果果肉進行應(yīng)力松弛和蠕變測試實驗，分析得到貯藏期間果樣的應(yīng)力松弛特性參數(shù)間和蠕變特性參數(shù)間存在顯著的正相關(guān)。由此說明，可以通過應(yīng)力松弛和蠕變試驗建模來反映果肉組織的硬度、粘性及彈性變化，從而較為客觀的得到蘋果在儲存期間的質(zhì)地品質(zhì)。

5 結(jié)語

當(dāng)前食品流變學(xué)研究成果不斷出現(xiàn)，針對固態(tài)食品流變特性的試驗研究也從未止步，但應(yīng)更加注重對流變特性與食品品質(zhì)的關(guān)系的探究，以達到通過流變特性評價品質(zhì)的目的，從而更好的滿足生產(chǎn)技術(shù)要求及提升產(chǎn)品質(zhì)量。