四种添加剂的流变性能研究:
四种添加剂的流变性能研究,论文主要对四种添加剂进行了流变性能的研宄，四种添加剂中，黄原胶、瓜尔豆胶其胶体溶液 流变性有更多的相似性，它们浓度在Q 3%以上时，均为非牛顿型流体，CMC浓度在Q 5%以上时为非牛顿型 流体，且为非触变性流体。海藻酸钠胶体溶液为牛顿型流体。四种添加剂胶体溶液的粘度，瓜尔豆胶> 黄原 胶>»〔>海藻酸钠。但在搅动环境下，当剪切力大于一定的屈服应力时，剪切稀化效应将导致粘度的下降， 下降幅度为瓜尔豆胶 > 黄原胶> CMC。黄原胶更具有独特的流变性、优良的热稳定性、酸稳定性，其次为瓜 尔豆胶。CMC、海藻酸钠的热稳定性并不是很好，在高酸性的环境条件下，海藻酸钠的粘度反而增加。
随着食品工业的发展，国内外对食品流变学 的研究越来越重视，四种添加剂的流变性能研究,尤其在半固态、液态食品的 加工中，食品物料的流变特性与食品的质地稳定 性，加工工艺设计和许多工艺操作、及食品感官 品质的改善等有重要的关系。在食品生产过程 中，食品添加剂有着广泛的应用，并且它们在浓 度相当低的情况下，对食品的流变特性显示出极 大的影响[1]，所以通过对食品添加剂的流变特性的研究，可深入到食品物质的组织结构中，反映 出组织结构的特性和流变物质形态，能为产品配 方、加工工艺、设备选型及质量控制等提供方便 和依据[2-4]。因此，它们对提高食品质量，改善 口感、改善食品加工流体性能，解决流体过稠或 离析问题具有一定的作用。本文主要对食品加工 业中常用的食品増稠剂CMC、瓜尔豆胶、黄原 胶、海藻酸钠流变性进行了分析研究。
1材料与仪器 1.1材料
CMC、瓜尔豆胶、黄原胶、海藻酸钠均为食 品添加剂。
1.2主要仪器
BiookfieldR/SPlis型流变仪（美国产），超
级恒温水浴（上海衡平仪器仪表厂）。
行其耐酸性的研究。
2.6浓度变化对流变性能的影响
分别配制不同浓度的4种添加剂溶液：1%、 0.5%、0.3%、0.2%，在30°C恒温下，进行流 变性能的研究。
3结果与分析
3.1不同剪切速率下的的流变性和触变性行为
实验结果见图1、图之由图1、图2分析， 四种添加剂中，四种添加剂的流变性能研究,三种添加剂CMC、瓜尔豆胶、黄 原胶粘度随着剪切速率的増加而明显减小，溶液 浓度变稀，其曲线呈典型的假塑性流体特性，是 非牛顿流体，在工艺操作中更有利于泵送和灌 注。此外，这三种添加剂当进行剪切率恢复试验 时，其粘度并不随时间的改变而改变，是非触变 性。说明这三种添加剂流变性并不随搅动的影响.
1样品的制备
取上述4种添加剂，准确称量，热水水浴溶 解，根据测试要求不同，制备一定浓度的添加剂 均匀流体，同时选用CC48DN转子，将制备好的 浆液直接用流变仪检测其流变性能，测定不同条 件下的浆液的流变曲线。
2.2不同剪切速率下的的流变性和触变性行为 保持30°C恒温下，分别考察4种添加剂在 1%浓度时，在1分钟内从0増加剪切速率到 200s-1和在1m n内从200s-1减小到零的剪切速率 下其流变性能，测试其流变性及触变性。
2. 3添加剂的屈服应力测试
分别配置1%浓度的4种添加剂溶液，在 30 °C恒温下，对四种添加剂的进行屈服应力测 试。
2.4热稳定性研究
分别在不同温度20°C、40°C、60°C、90°C温 度下并保持各自温度20m n通过4种添加剂溶 液的粘度的变化，进行其热稳定性研究。
2.5耐酸性研究
分别用20%柠檬酸调4种添加剂溶液的毋 值，分别在 pH2. 23. 2 jH4. 2 fH5. 2酸性条件下，通过4种添加剂溶液的粘度的变化，进在重新静置时而发生粘度的变化，其溶液的粘性 不具有时间的依赖性。海藻酸钠粘度并不随剪切 速率的改变而明显的改变，是牛顿流体。
据食品的质构性质，当食品胶液若呈现牛顿 流体特征时，可使人有不愉快的粘腻口感在食品 中表现出来，而当胶液为非牛顿型流体并具有较 强的剪切稀化能力（随着剪切速率的升高，粘度 值逐渐下降）时，比如在咀嚼包括磨、剪、挤 压、压缩、拉伸等物理过程中，剪切速率较低 时，使用了该食品胶的食品就往往不会产生粘腻 的口感，而产生滑爽的口感，这类食品在口中能 保持稳定的流动，容易吞咽。这也显示了这三种 添加剂在食品的増稠工艺加工中，在粘稠汁液、 浆状食品、酱料食品等半固态产品加工中有更广 泛的应用性。
3. 2添加剂的屈服应力测试
在食品工艺加工操作中，对于非牛顿液体， 由于其粘度随时间、剪切应力、剪切速率的变化 而变化，因此了解其食品的流变学特性，进行屈 服应力（从形变到流动）的测试，可以模仿从管 中挤出糊状的产品，预测使其流动所需的力。便 于在流体的输送，管路设计以及搅拌、乳化、均 质、物化、浓缩等单元操作的机械设计中充分考 虑物料在力的作用下粘度的变化，有针对性的设 计设备结构及功率等。
图3三种添加剂的屈服应力曲线
如图3所示，四种添加剂屈服应力变化曲线， 在30°C恒温下，1%浓度时，他们的屈服应力点 各为：7. 141Pa (CMC)、44.669Pa (瓜尔豆胶）、 27. 396Pa (黄原胶），由于海藻酸钠为牛顿流体， 其屈服应力为C。
如图1所示，在静置的环境条件下，三种添 加剂的粘度是瓜尔豆胶 > 黄原胶> CMC。但在搅 动环境下，当剪切力大于一定的屈服应力时，如 图3所示，瓜尔豆胶粘度将下降许多且小于（MC 粘度。剪切稀化效应将使添加剂的粘度下降各 为：32% (CMC)左右、70%(瓜尔豆胶）左
右、60% (黄原胶）左右，由此分析，在制作半 固态食品时，如冰淇淋、甜面酱等，在配料操作 工艺过程中，如果存在强烈的剪切作用，配料中 的増稠剂如瓜尔豆胶、黄原胶用量应适度偏高， 以便考虑剪切稀化而引起的粘度损失而导致配料 的粘度不足，带来一些半固态产品如：冰淇淋组 织粗糙等质量问题。
3.3热稳定性研究
对四种添加剂，分别在20°C、4CC、60°C、 90°C的不同温度下进行粘度研究，测试结果见图 4- 7。随着温度的升高，四种添加剂的热稳定性 有一定的差异，以黄原胶的热稳定性最好，四种添加剂的流变性能研究,在 20°C〜90°C范围内，其粘度值仅仅下降齡左右， 其次为瓜尔豆胶，其粘度值仅仅下降15%，（MC 温度上升其粘度要下降50%左右和海藻酸钠热稳 定性不是很好。这提示，用不同的添加剂作増稠 剂在高温杀囷时，应考虑CMC、海藻酸钠应热不 稳定性而引起的配料在组织结构方面引起的质量 问题，同时应考虑在生产中黄原胶及瓜尔豆胶在 増稠作用中有较好的热稳定作用。
对四种添加剂，分别在pH2. 4 JH3.4 pH4.4 jH5.4的不同jH值下的粘度研究，测试 结果见图8- 11。从图中分析，添加剂CMC、瓜 尔豆胶在偏酸性pH5. 4〜pH4 4范围内，其粘度 值变化不大，但在高酸性pH 3. 4〜！H 2 4范围 内，其粘度值有明显的下降。添加剂黄原胶在较 宽的酸性范围内其粘度值比较稳定，几乎不发生 改变，这在食品工艺加工中，具有好的酸稳定 性。添加剂海藻酸钠在洱5.4〜pH3.4范围内， 其粘度值变化不大，但在低酸性情况下，其粘度 反而有较大的増加，这与文献报道[4]相一致，且 显假塑性流体特性，其流变曲线为非触变性。
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图6黄原胶粘度随温度变化曲线
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图8 CMC粘度随pH变化曲线
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图7海藻酸钠粘度随温度变化曲线
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图9瓜尔豆胶粘度随pH变化曲线
4结论
(1)四种添加剂中，黄原胶、瓜尔豆胶其胶 体溶液流变性有更多的相似性，它们浓度在 0.3%以上时，均为非牛顿型流体，（MC浓度在 0.5%以上时为非牛顿型流体，且为非触变性流 体。随着剪切速率的増加，三种添加剂的溶液粘 度降低，浓度1%以下的海藻酸钠胶体溶液为牛 顿型流体。
(2)静置时，四种添加剂胶体溶液的粘度， 瓜尔豆胶 > 黄原胶> CMC >海藻酸钠。四种添加剂的流变性能研究,但在搅动 环境下，当剪切力大于一定的屈服应力时，瓜尔 豆胶粘度将下降许多，剪切稀化效应将导致粘度 的下降，下降幅度为瓜尔豆胶> 黄原胶> CM G
(3)四种添加剂中，黄原胶更具有独特的流 变性、优良的热稳定性、酸稳定性，其次为瓜尔 豆胶。CMC、海藻酸钠的热稳定性并不是很好， 在高酸性的环境条件下，海藻酸钠的粘度反而増 加。
(4)随着四种添加剂胶体溶液浓度的降低， 粘度也伴随着降低，其中三种添加剂的流变性能 在低浓度时，将由非牛顿流体变为牛顿流体。
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