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食品的物性和流变学仪器分析

清晨大海

2017/10/06

物性测试综合讨论

随着食品行业的迅速发展，食品资源的开发备受关注，而感官评价是食品最重要的评价指标，但在食品开发的过程中人为的感官评价缺乏一定的局限性和准确性，食品质构分析了研究食品在加工储藏中组织的软化与分解等，这些质构的变化会引起材料流变特性的变化。为了架起食品的感官与仪器量化之间的桥梁，质构仪、粘度计、流变仪等仪器孕育而生。
质构仪是目前对样品物性分析最常用的仪器之一，它是模拟人的触觉，分析检测触觉中的物理特征的仪器，在其主机和机械臂和探头连接处有个力学感应器，能感应样品对探头的反作用力，并将这种力学信号由专门的软件翻译成数字和图形信号，直接快速的记录样品的受力情况，从而根据受力情况分析所测定样品的硬度、脆性、弹性、回弹力、粘合性、粘结力、粘稠度、弯曲能力、破裂/断裂力、酥脆性、脆度、咀嚼性、胶粘性、拉伸强度、延展性等。不同的样品之间存在不同的物理特性，在采用质构仪分析样品时，可以针对性的选择探头和确定测定的指标，质构仪分析的样品包括面制品、烘焙食品、肉制品、米制品、乳制品、鱼、糖果及果蔬等。
食品流变学的研究起步较早，但是由于食品体系的复杂性，早期流变学的研究主要是一些经验性的测定，例如产品在自身质量下其流动性、铺展性和碎裂性的测定等。近年来由于食品科学工作者为了提高对食物加工性，特别是食品的深加工性、工艺及设备设计的依据性等的需要，食品流变学的研究变得愈来愈广泛。随着研究活动的深入，研究手段亦有了较大地发展，表现在先进的流变学测试仪器的引入和开发。应用先进测试仪器，使实验与研究在建立食品物料的流变特性力学模型上更为方便。早前流变学主要采用粘度计分析食品的粘度，随着流变技术的发展，流变仪的发明成为食品流变分析较为精密的仪器。
粘度计包括毛细管式、旋转式、振动式3种，常见的旋转式粘度计是锥板式粘度计，它主要包括一块平板和一块锥板。电动机经变速齿轮带动平板恒速旋转，依靠毛细管作用使被测样品保持在两板之间，并借样品分子间的摩擦力而带动锥板旋转。在扭矩检测器内的扭簧的作用下，锥板旋转一定角度后不再转动。此时，扭簧所施加的扭矩与被测样品的分子内部摩擦力（即粘度）有关：样品粘度越大，扭矩越大。扭矩检测器内设有一个可变电容器，其动片随着锥板转动，从而改变本身的电容数值。这一电容变化反映出的扭簧扭矩即为被测样品的粘度，由仪表显示出来。特点：1）测量轴的轴向负荷主要由吊丝，或者弹簧片、锥形宝石轴承支撑，因此精度低，摩擦力大；2）其扭矩测量系统，灵敏度低，对瞬时粘性力拒相应严重滞后；3）旋转粘度计的转速控制系统一般时开环的（无反馈控制），通过齿轮结构改变转速，很难实现低切变下的平稳运行。总的来说，旋转粘度计不具有动态特性，只能用于测量非牛顿流体在稳态下的相对粘度。粘度计的适用范围很广，包括各种油脂、油漆、油墨、涂料、塑料、浆料、橡胶、乳胶、洗涤剂、树脂、炼乳、奶油、药物、以及化妆品等各种流体的粘度，是纺织、化工、石油、机电、医药、食品、轻工、建筑等行业以及大专院校、科研单位、军工部门的实验室、分析室必备仪器。
流变仪包括毛细管式、旋转式、界面式3种，其中旋转式流变仪两种，一种是驱动一个夹具，测量产生的力矩，这种方法最早是由Couette在1888年提出的，也称为应变控制型，即控制施加的应变，测量产生的应力；另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度，它是由Searle于1912年提出的，也称为应力控制型，即控制施加的应力，测量产生的应变。旋转式流变仪相当于旋转粘度计的升级版本，流变仪的测量轴的轴向载荷和径向载荷都是采用空气轴承（或者磁力轴承）进行支撑，没有机械部件，因此测量轴无摩擦，精度高，可靠性好，寿命高。其次，由空气轴承和无摩擦传感器组成的力拒测量系统，灵敏度高，重复性好，能快速响应瞬时粘性力拒的变化。最后，流变仪采用负反馈速度控制系统可以实现无级调速，并且能够在极低的切变速度下平稳运行，因此流变仪具有良好的动态特性，不但能够准确的测量非牛顿流体的稳态流变特性（表观粘度），还能准确的测量流体的其他动态特性——触变性和粘弹性、屈服应力等指标。由上述分析不难看出，流变仪的功能远远强于传统的粘度计，不仅仅能够测量食品的稳态特性——粘度，还能对浆料的触变性、粘弹性屈服应力等动态指标进行测量，能为我们提供更丰富的关于食品特性的数据，对于指导食品深加工具有重要的意义。总之，粘度计和流变仪在实际应用中食品的特异性决定其使用的广泛性，而质构仪在食品的物性分析方面，绝对是一台有效的、全面的分析食品的质构特性的仪器，在科研院校和企业研发部门均得到了广泛的推广。
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品方面有? 硬度(Hardness)、酥脆性(Fracture)、弹性(Springiness)、咀嚼度(Chewiness)、坚实度（Firmness）/韧性（Toughness）/纤维强度（Fibrousness）、粘着性(Gumminess)、胶着性(Stickiness/Tackiness)、粘聚性（Cohesiveness）、屈服点（Yield）、延展性（extension）、回复性(Resilience)、凝胶强度等。
可进行鱼糜强度测试、蛋壳强度测试、肉品嫩度测试、肉品系水性测试、凝胶强度测试、香精爆珠测试、水果硬度测试、植物茎秆强度测试、小麦硬度测试、饲料硬度测试、茶叶杆颈嫩度测试、甜玉米硬度测试、土壤硬度测试、骨头强度测试、淀粉拉丝性测试、锭剂破裂强度测试、锭剂包衣阻隔特性测试、锭剂膜衣粘性测试、颗粒状药剂的易碎性测试、柱剂硬度测试、生物粘附剂测试、喷雾吸入器定量阀性能测试、注射针尖锐测试、针剂通针性测试。各种包装材料，塑料薄膜、薄片、复合膜、安瓿瓶、铝盖、铝塑组合盖、铝件材料、聚丙烯输液瓶、药用泡罩、注射器用组合件、输液膜袋、注射针、塑料薄膜、薄片、橡胶、纸塑复合膜、纸张、医用敷贴、保护膜、离型纸、无纺布、铝箔、医用材料等产品的拉伸性能、拉断力、弹性模量、断裂标称应变、直角撕裂、热合强度、90剥离、180剥离等指标的定量测试。

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