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Brookfield粘度计在食品行业中的应用（下）

东南科仪

2015/06/25

粘度计/流变仪

7、食品添加剂
前面对几类食品的流变特性进行了讨论，除了食品物质之外，一些食品添加剂的流变特性对食品的流变特性的影响也很大，特别是许多天然的（生物合成的）或化学合成的亲水性高分子分散在水中形成的水溶胶，其被广泛用做增稠剂、胶凝剂、乳化剂、稳定剂、膜材料等。水溶胶即使在浓度低于1％的情况下，也能对食品的组织结构产生显著影响。水溶胶的应用使人们能够有效地控制水分，改善肉制品、乳制品、糖果、糕点的外观、形状、质构特征、口感和风味等。此外，天然大分子多糖和蛋白质具有的生物活性、生体相容性、安全性和低热量也使得它们被广泛用于生产和开发各种功能性健康食品。
水溶胶按其是否可以形成凝胶，分为两类：一类是本身即可形成凝胶如琼脂、卡拉胶、结冷胶、可德胶、高甲氧基果胶、明胶等，这类多糖称为凝胶多糖。另一类是非凝胶多糖，如黄原胶、刺槐豆胶、魔芋胶等，它们本身不具备凝胶性。食品水溶胶形成的凝胶为物理凝胶。这是因为参与形成凝胶网络交链区的键通常是非共价键，如氢键、疏水作用、静电作用和范德华力和离子键等。小分子物质能在凝胶网络中渗透或扩散。
食品水溶胶具有增加食品的粘度，赋予食品柔滑舒适的口感，稳定乳化状态和悬浮状态的作用。例如黄原胶（Xanthan Gum）是一种通过微生物发酵生产的，常用的大分子食品添加剂。尽管相对价格较高，但自从上世纪70年代以来，黄原胶己成为许多应用领域首选的增稠剂。这是因为黄原胶具有独特的流变学行为。在浓度很低时，它能形成高粘度、高剪切变稀的溶液，且粘度不受PH 、盐和温度的影响；在低剪切应力下，保持较高的粘度使得黄原胶能有效阻止颗粒沉淀，而剪切变稀的特点又使得产品在摇动后能很容易地容器中流出。
食品水溶胶在食品工业上的应用主要取决于它的粘度。影响粘度的因素很多，如水溶胶的种类、来源分子量大小、分子量分布、分子结构、浓度、温度、盐以及剪切特性等。水溶胶溶液的粘度受分子量的影响很大。随着分子量的增加，粘度对剪切速率的依赖性增强，对剪切速率的变化愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，从低剪切牛顿稳定区进入剪切变稀区（假塑性区）也愈早，即在更低的剪切速率下便发生粘度随剪切速率的增加而降低。除了分子量的影响外，水溶胶溶液的粘度还受溶液中大分子的流体力学体积的影响，而流体力学体积明显地受大分子结构的影响。相同分子量，线形、刚性的分于比多分支、柔性的分子具有较大的流体力学体积，因而粘度更高。纤维素相对来说属刚性分子，所以在低剪切速率时粘度很高，而柔性的短梗霉多糖则要低的多阿拉伯树胶支化度较高，分子在结构上更为紧凑，因此在分子量相同的条件下，相对线形纤维素来说均方旋转半径较小，其粘度－剪切速率关系表现出牛顿流体的特点分子链刚性对水溶胶溶液剪切变稀特性的影响也很大。随着分子持续长度的增加，剪切变稀程度也会相应增加。
对剪切变稀特性的了解有利于食品加工中的分散泵送、喷洒、灌注等过程的操作和控制，所以研究水溶胶的粘度与剪切速率关系对于食品加工具有重要意义。Brookfield旋转粘度计可以测定大多数水溶胶在不同的剪切速率下的粘度，可以更具体的研究水溶胶的流变特性，以满足食品生产的需要。例如果冻/龟苓膏的主要成分即是水溶胶，水溶胶的流变特性关系到果冻/龟苓膏的产品配方、凝胶特性、口感等等，所以测量水溶胶的流变特性对生产很有帮助。
8、冰淇淋
在冰淇淋的生产中，水溶胶作为增稠剂，所起的作用很大，可以说是冰淇淋的最关键物质。冰淇淋的主要成分是水、奶油、糖、乳化剂、增稠剂等，水既作为糖、奶粉、食品增稠剂、香精及其他水溶性溶质的溶剂；又作为乳化剂、可可粉、咖啡粉、奶油等分散质的分散剂。经过溶解、分散和均质，形成均匀的冰淇淋浆料。糖、奶粉虽然可增加水的粘度和稠度，但如用量较少则增加的程度不大。而食品增稠剂的用量虽少，但增加粘度和增加稠度的程度较大。当冰淇淋浆料具有合适的粘度和稠度后，经过搅拌、溶解、分散乳化、悬浮、均质、老化，可形成化学热力学、化学动力学相对稳定的微多相冰淇淋浆料。水溶胶增稠剂溶液因存在结构粘度而呈现一系列假塑性，使增稠剂溶液在化料、灭菌、均质、老化的全过程搅拌或泵送时变稀，发生剪切变稀现象。剪切变稀现象使经过老化变稠的冰淇淋浆料易于泵送，生产出来的冰淇淋具有良好的口感。在冰淇淋的生产中，控制冰淇淋浆料的粘度，可以做成不同类型的冰淇淋。例如：在总固形物含量较低的前提下，降低增稠剂和油脂用量，降低冰淇淋浆料的粘度，能使水的活度达到有利于形成六方晶体。当凝冻速度较慢时，可形成以六方晶体为主的砂冰型产品。而在冰淇淋总固形物含量较高的前提下，降低油脂用量，提高增稠剂用量和冰淇淋浆料的粘度，使水的活度达到更有利于立方晶体和玻璃态冰形成的优势。当凝冻速度较快时，可形成以立方晶体和玻璃态冰占优势的粘糕型产品。
Brookfield粘度计可以应用在研究冰淇淋配料粘度与配料加工性能、冰淇淋成品质量之间的关系，确定最佳粘度范围，可以为配方设计、工艺设计、增稠胶选择、质量控制等提供有关数据。在进行配方设计时，可以根据所用的增稠胶的粘度数据及相互之间的协同作用，根据冰淇淋其它成分的粘度贡献，估算配料的粘度以及流变性质，预测配料的加工特性，减少不必要的试验，同时Brookfield也可以为冰淇淋生产的质量监控提供一个方便和可靠的检验手段－粘度检验。
四、食品的质构与测量
食品的质构是食品除色、香、味之外另一种重要的性质，它不仅是食品加工中很难控制的因素，而且是决定食品档次的最重要的关键指标之一。例如：目前在食品种广泛使用食品胶，改性淀粉等作为添加剂，以取代羧甲基纤维素等，这些型食品新改性添加剂的使用，改善了食品在口感、外观、形状、贮存性等方面的某种特性。使用食品胶时，我们必须对使用的目的（应用食用胶的哪一种特性）有清楚的了解，才能根据不同食品胶的特性进行选择。在这个探索的过程中，试吃，专家评估作为比较传统的非定量判断手段，而在今天，质构仪就成为了必须使用的工具，前面叙述过，由于所有的食品胶都不只一种功能，因而在为食品任何一类特别的应用选择最佳的食品胶时，都还应该考虑、候选。食品胶在该食品中发挥的其他的功能，所以食品工艺师在选择食品胶时需要考虑诸多因素，必须考虑产品形态（如凝胶、流动性、硬度、透明度及混浊度等）；产品体系（悬浮颗粒能力，稠度、风味、原料类型等）；产品储存（时间、风味稳定、水分、曲分迁移）、产品加工方式和经济性等。否则，不考虑其他因素，直接选择使用在该项应用中表现得最好的食品胶，可能并不是最佳的选择。
质构仪可对样品的物性概念做出准确的定量的表述，它使用统一的测试方法，是精确的量化测量仪器，消除个人感官的主观性影响，Brookfield所设计、生产的物性测试仪分LFRA和QTS两个系列，根据类别不同，测试范围的不同，有5种型号可供选择。可对广泛的产品进行多种特性的测试，比如：硬度、嫩度，脆性、胶粘性、粘牙性、回复性、弹性、凝胶强度等。
Brookfield的Lefa组织分析仪应用是明胶行业Bloom试验方法的标准仪器，该实验方法已经通过了许多国际和国家标准：AOAC（国际分析化学家协会）、ISO、BS（英国国家标准）等。Lefa组织分析仪在测量明胶洞冻力时可以准确的读出冻力读数，控温水浴箱的精度很高，稳定的温度可以保证测量的准确性。Lefa组织分析仪除了测量明胶的冻力之外，还可以测量一些胶体的破裂强度、刺入强度、琼脂的Kobe试验，供食品工业测量面包的弹性和硬度、巧克力、果冻之类的食品，也可测量其他一些工业弹性体。
Brookfield的QTS质构仪主要包括主机、专用软件、备用探头及附件。其基本结构一般是由一个能对样品产生变形作用的机械装置，一个用于盛装样品的容器和一个对力、时间和变形率进行记录的记录系统组成。其测试围绕着距离、时间、作用力三者进行测试和结果分析，也就是说，质构仪所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性，其结果具有较高的灵敏性与客观性，并可对结果进行准确的数量化处理，以量化的指标来客观全面地评价成品，从而避免了人为因素对食品品质评价结果的主观影响。在用质构仪评价食品品质时，首先要根据测试样品选择探头的形状、规格，然后再根据探头来选择操作模式如压缩模式或拉伸模式。通过不同种类的压缩、切割、挤压和拉伸模具进行测试，得出能够表示一些质构特性及相关关系的一个曲线图。

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仙后婧婧（谭思婧）

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很全面的讲解呢

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