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常用低浓度食品胶溶液粘度的影响因素研究

发布日期:2015-05-01 17:29:00
食品胶
  食品胶又称增桐剂(Thickeners是一种能改善食 品的物理性质、增加食品的粘稠性、赋予食品以柔滑适 口感、且具有稳定乳化状态和悬浊状态作用的亲水性 高分子化合物[1,、食品胶在食品工业中的应用十分广 泛,尤其是在饮料生产中,普遍使用低浓度的食品胶来 增加溶液粘度:减慢体系中固体颗粒或不连续相液珠 的沉降速度:对体系起到稳定作用。因此:食品胶的粘 性是保证饮料产品品质的重要因素。目前,国内外关于食品胶的研究大多针对高浓度情况:考虑食品胶在 饮料工业中的广泛应用:对几种常用的天然食品胶 ——黄原胶琼脂、海藻酸钠和瓜尔胶在低浓度时,浓 度、温度、pH值变化对其溶液粘度的影响作了较系统 的研究,可为食品胶在饮料工业中的应用提供一些理 论指导和参考
  
  1实验部分1.1材料黄原胶(山东淄博中轩生物制品公司,、琼脂(福建石狮)?海藻酸钠(山东青岛)?瓜尔胶(印度)等原料均为 食品级。HC1、NaOH等试剂为分析纯。实验用水为高 纯水。
  
  1.2主要仪器NDJ-1型旋转粘度计(上海天平仪器厂)、PHS - 25型酸度计(上海雷磁仪器厂)、CS-501型超级恒温器 (重庆实验设备厂)、JJ-1型无级变速搅拌器(深圳天南 海北公司)、614C-3型电子交流稳压器(湖北宜昌电工 仪器厂,、1.3实验方法1.3.1食品胶溶液粘度的测定用NDJ-1型旋转粘度计测定食品胶溶液粘度,所 用转子号数及转速快慢视溶液粘度大小而定。采用CS -501型超级恒温器保证测量在恒温下进行。
  
  1.3.2浓度对溶液粘度的影响测定用40~50 5温水准确配制一系列浓度的食品胶溶 液(琼脂用沸水溶解),室温静置8 h后再搅拌均匀,恒 温下测量溶液粘度。在测定粘度的同时,用铁架台固 定一直立玻璃夹套管(套管内径mm;长100 mm),封 住底部。将一定浓度的食品胶溶液倒入内管,夹套中 通循环水保温30 min以上,使胶体溶液达到指定温度。 再将一有机玻璃小球(直径15 mm)自顶部放下(初速度 为零),在胶体溶液中自由沉降,用秒表计其沉降时间, 以比较不同胶体溶液的悬浮能力。实验装置见图1。
  
  图1小球沉降实验装置简图 Fig.1 Schematic diagram of experiment apparatus1.3.3温度对溶液粘度的影响测定参考1.3.2的结果,选择浓度相对较低的食品胶溶 液(黄原胶0.10;,琼脂0.10;,海藻酸钠0.30;,瓜尔 胶0.25;),移取适量溶液于直径80 mm烧杯中,烧杯 置于CS—501型超级恒温器内。通过调节恒温器上的 温度计改变循环水的温度,用NDJ — 1型旋转粘度计测 定温度变化对胶体溶液粘度影响。在每一温度测量点 保温20取粘度值。
  
  1.3.4<H值对溶液粘度的影响测定用合适浓度的HC1或NaOH溶液调整胶体溶液的 <H值,并用JJ - 1型搅拌器搅拌均匀,在恒温15 5条件 下测量溶液粘度。溶液<H值的监测用PHS - 25型酸度计。
  
  2结果与讨论2.1低浓度食品胶溶液的粘度实验研宄了琼脂、黄原胶、瓜尔胶和海藻酸钠等四 种天然食品胶在低浓度时的流变特性,发现这些食品 胶在极低或较低浓度时呈现牛顿流体的流变特性,而 在较高浓度时呈现非牛顿流体的假塑性。对于牛顿流 体,其剪切应力与剪切速率之比称为流体的粘度,其值 与温度相关,与剪切速率无关。对于非牛顿流体(假塑 性流体,而言,此比值称为表观粘度,其值不仅与温度 相关,也与剪切速率相关[2。因此在讨论食品胶溶液 的粘度时,无论是否特别注明,均指溶液的剪切应力与 剪切速率之比。
  
  2.2浓度对低浓度食品胶溶液粘度和悬浮力的影响 实验在浓度为0.02; ~ 0.7;范围内、溶液温度在 20 5的条件下,测得琼脂、黄原胶、瓜尔胶和海藻酸钠 溶液在不同浓度时的表观粘度。四种不同食品胶溶液 表观粘度随溶液浓度变化见图2。
  
  图2低浓度食品胶浓度与表观粘度的关系 Fig.2 Relation of viscosity versus solutions concentration由图2可见,在实验测量条件下,四种低浓度 食品胶溶液的表观粘度随浓度的增加均呈指数规律 增长。不同食品胶增长的速度有较大差异,琼脂增 长最快,其后依次是黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠。四 种低浓度食品胶溶液中,小球沉降时间!与胶体溶 液表观粘度的关系见图3。小球沉降时间与海藻酸 钠溶液的粘度呈线性关系,与黄原胶、瓜尔胶和琼脂 溶液的粘度接近于成二项式分布关系。在相同表观 粘度下,小球在这四种食品胶溶液中沉降时间呈现 出较大差异,其顺序为!(海藻酸钠)>!(瓜尔胶)> !(黄原胶)>!(琼脂,即相同粘度时,海藻酸钠溶液32四川大学学报(工程科学版£第32卷的悬浮能力最强,瓜尔胶次之,黄原胶再次之,琼脂 溶液最弱。这一结论亦与赵谋明等的研究结果一 致[3]。
  
  图3低浓度食品胶溶液表观粘度与小球沉降时间的关系 Fig.3 Relation of viscosity versus time of little ball drop2.3温度对低浓度食品胶溶液粘度的影响实验测得四种低浓度食品胶溶液温度在15 & 55 '范围内变化时表观粘度,并绘制出曲线,见图4。由图4可见,这四种食品胶溶液在实验温度范围 内的表观粘度均随温度升高而下降,但在较高温度 时,随着温度上升,粘度下降幅度减小。
  
  图4温度对低浓度食品胶溶液表观粘度的影响 Fig.4 Relation of viscosity versus solutions temperature2.4PH值对低浓度食品胶溶液粘度的影响0.25%的瓜尔胶、0.30%的海藻酸钠、0.10%的琼脂和0.10%的黄原胶溶液表观粘度随PH值变化 见图5。由此可见,四种食品胶溶液在相应浓度下, 其表观粘度随PH值的变化规律表现出很大差异。 对0.10%的琼脂溶液,其表观粘度在PH 7附近最 大,随着PH值的上升和下降表观粘度均下降。0. 30%的海藻酸钠在pH 6 & 10的范围内表观粘度基 本上保持不变,pH 10以上表观粘度随pH值的上升 而下降,pH 6以下表观粘度随pH值下降而下降,但 在pH 3以下溶液粘度随pH值的下降又迅速上升。 这是因为在pH 3以下,海藻酸钠开始转变为海藻 酸,海藻酸极易生成弱凝胶,从而导致体系表观粘度 的迅速上升⑷。
  
  图5 pH值对低浓度食品胶溶液表观粘度的影响 Fig.5 Relation of viscosity versus solutions pH同其它三种食品胶溶液相比较,0.25%的瓜尔 胶溶液对pH值的变化表现出了相当强的稳定性, 在pH 2 & 12的范围内体系表观粘度随pH值的变化 波动很小。0.10%的黄原胶溶液表观粘度在pH 5.0 &9.5的范围内基本上保持不变。在pH 5以下,表 观粘度随pH值的下降而下降;在pH 9.5以上,表观 粘度先是随pH值的上升而上升,在pH 11附近达到 最大值,之后体系表观粘度又随pH值的上升呈下 降趋势。这一结果与一些文献的描述不一致[3。5], 为此又测定了 0.06%。0.10%和0.30%三种浓度下 的黄原胶溶液表观粘度随pH值变化的曲线,见图 6。由图6可见,三种浓度下的黄原胶溶液表观粘度 随pH值的变化表现出类似规律。在0.06%的浓度 下虽未出现其它两种浓度下的峰值,但其峰值有可 能出现在更高的pH值下,未能被本实验的研究范 围所包含。pH值11.5附近黄原胶溶液粘度出现峰 值的原因,有待于进一步研究。
  
  3结论1)天然食品胶(增稠剂)一-黄原胶、琼脂、海 藻酸钠和瓜尔胶的低浓度(0.02% ~ 0.7% )水溶液 均为指数流体,在工程计算中,其流变方程可以用指 数方程r = !"#来表示,式中r为剪切应力(Pa)," 为剪切速率(1/s)!为稠度系数(N-sVm2),#为流 变指数,无因次量!和#值通过实验测得;2)低浓度食品胶溶液的表观粘度随溶液浓度 的增加呈指数规律增长,琼脂溶液的增长最快,其后 依次是黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠。同瓜尔胶、海藻 酸钠溶液相比,琼脂、黄原胶在低浓度下获得较大的 粘度,而海藻酸钠、瓜尔胶在较低粘度下有较大的悬 浮力;3)0.25%的瓜尔胶溶液、0.30%的海藻酸钠溶 液、0.10%的琼脂溶液、0.10%的黄原胶溶液表观粘 度均随温度的升高而下降。在15'55 1范围,瓜尔 胶溶液粘度下降幅度最大,黄原胶溶液最小,即在这 四种食品胶溶液中,黄原胶溶液的粘度受温度影响最小;4)瓜尔胶溶液(0.25%)的粘度几乎不受pH值 变化的影响;黄原胶(0.10% )的粘度在pH 5.0'9.5 范围内不受pH值变化的影响,海藻酸钠溶液(0. 30%)的粘度在pH 6'10范围内几乎不受pH值变 化的影响,琼脂溶液(0.10%)粘度要受pH值影响, 在pH 7附近粘度最大。