糖对蚝油流变性影响

张建俊,于淑娟,徐献兵,王湘茹,杨璇璇

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

糖对蚝油流变性影响

张建俊,于淑娟＊,徐献兵,王湘茹,杨璇璇

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

采用哈克流变仪研究了蔗糖对蚝油体系的流变学性质,所用的糖浓度依次为 5%、10%、15%和 20%,温度分别为 10、20、30、40、50℃。结果表明：蚝油中糖浓度 5%、10%和 15%的蚝油为假塑性流体,20%的蚝油为非宾汉塑性流体;随着温度的升高,蚝油的粘度逐渐下降,随着蚝油中糖浓度的增加,温度对粘度的影响减小;蚝油粘度与糖浓度的关系符合指数模型。

蔗糖,蚝油,表观粘度,流变特性

食品流变学是食品、化学、流体力学间的交叉学科。由于流变特性是与原料搅拌、混合,加工设备的设计、产品开发、储藏、运输及质量控制相关的重要参数,与蚝油的质地稳定性和加工工艺设计等有着重要关系,所以通过对蚝油流变特性的研究,可以了解它的组成、内部结构和分子形态等,能为产品配方、加工工艺、设备选型及质量检测等提供方便和依据[1-5]。目前有关对蚝油的研究相对较少,其中糖对蚝油流变性质的研究国内尚未见报道。本文主要研究不同浓度的糖在不同的温度下对蚝油流变性质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

变性淀粉 食品级,广西武鸣县文育淀粉厂;蔗糖 分析纯,天津市福晨化学试剂厂;味精 食品级,河南莲花味精股份有限公司;蚝水 建新海产有限公司;黄原胶 淄博顺达生物科技有限公司。

哈克 RS600流变仪 德国哈克公司;JB-2型磁力搅拌器 上海雷磁新泾仪器有限公司;SilentCrusherM系列 Heidolph均质器 广州东锐科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蚝油制备的工艺流程

把含量 0.1%的黄原胶溶于 95%的酒精中,含量5%的盐、1.5%的味精和含量 5%～20%的糖溶于水中,再将两者加入到蚝水中,在转速 8000r/min的搅拌机中充分搅拌 10min,使溶质完全溶解,再对溶液加热,直至煮沸并保持沸腾状态 10min,样品制备完毕,在室温下放置 24h,待用。

1.2.2 糖对蚝油流变性质影响的测定 采用哈克RS600型流变仪,在直径 40mm的不锈钢平行板上加入不同浓度的待测样品,板间距为 1mm,剪切速率为0.01～500s-1,剪切时间 120s,温度分别为 10、20、30、40、50℃条件下测定不同种类和含量的糖对蚝油粘度、剪切应力随剪切速率变化的关系。

2 结果与分析

2.1 蚝油流体类型的确定

样品的流变性反映在不同剪切速率 (以γ表示)下被测样品剪切应力(以τ表示)的变化。根据流变学原理,以γ为横坐标,τ为纵坐标作流变曲线。根据流体流变曲线的形状将流体分为四种类型[6-9]：

a.牛顿流体,其流变学方程为：

式中：η称为粘度,其流变曲线为一过原点的直线。

b.宾汉塑性流体,其流变方程为：

式中：η0称为塑性粘度,τ0称为动切力或屈服应力,其流变曲线为一直线,直线在纵轴上截距为τ0。

c.胀塑性流体和假塑性流体：胀塑性流体和假塑性流体的流变学方程均可表示为：

式中：K成为稠度系数,n称为流动特性指数。n＜1对应于剪切稀化,为假塑性流体,其流变曲线为一条过原点向上凹的曲线;n＞1对应于剪切稠化,为胀塑性流体,其流变曲线为一条过原点向下凹的曲线。胀塑性流体、假塑性流体及塑性流体统称为非牛顿流体。

d.非宾汉塑性流体,其流变方程为：

式中：K成为稠度系数,τ0称为动切力或屈服应力,n称为流动特性指数,其流动特性曲线不通过圆点。粘度值只能反应牛顿流体的性能,流变特性曲线则能反应非牛顿流体的性能[10-12]。

对不同含糖浓度的蚝油进行实验,在不同温度下,用流变仪测定在不同剪切速率(γ)下的剪切应力(τ),再以剪切速率为横坐标,剪切应力为纵坐标作图,得到不同含糖浓度的蚝油在不同温度下的流变曲线,见图 1～图 4。

图1 糖浓度5%的蚝油流变曲线图

图2 糖浓度10%的蚝油流变曲线图

从图 1～图 4可以看出,温度对蚝油剪切应力的大小有影响,在同一浓度下,随着温度的升高,剪切应力值逐渐减小,但每组图中曲线的趋势是相似的,因此温度对蚝油的流体类型几乎没有影响[13]。由于并不能从图中直观地看出蚝油的流体类型,因而需要根据流变学方程进一步对图中数据进行回归计算。可求得各温度条件下蚝油的稠度系数 K,流动度指数 n,屈服应力τ0和 R2,根据 R2判断不同浓度蚝油属于哪种流型,结果见表 1～表 4。

图3 糖浓度15%的蚝油流变曲线图

图4 糖浓度20%的蚝油流变曲线图

表1 不同温度下糖浓度5%的蚝油流体特性参数

表 2 不同温度下糖浓度 10%的蚝油流体特性参数

表 3 不同温度下糖浓度 15%的蚝油流体特性参数

表 4 不同温度下糖浓度 20%的蚝油流体特性参数

从表中各数据可以看出,蚝油随着糖浓度的增加,其稠度系数 K值也逐渐变大,说明流体变粘稠,流动性变差。根据流动指数可以确定,各种浓度的蚝油均为非牛顿流体。流动特性指数 n值大于 1,为胀塑性流体;n值小于 1,为假塑性流体。当流体必须克服一个阻力τ0才能流动时,该流体表现为非宾汉塑性流体。n值越小,说明其粘稠度随剪切速率的增大而下降得越快。因而糖浓度5%、10%和15%的蚝油为假塑性流体,20%的蚝油为非宾汉塑性流体。

可见糖浓度增加,不仅增大了流体的稠度,同时流体的流动行为也发生了变化。这反映了浓度不同不仅使蚝油表观粘度值发生变化,而且使蚝油的流体类型也发生转化,充分说明了浓度对蚝油流变特性的重要影响。

2.2 温度对蚝油粘度的影响

根据温度对粘度的影响的Arrhenius方程：

将两边取对数,得到：

以 Inη为横坐标,1/T为纵坐标,得到温度对粘度的关系见图5。

图 5 温度对不同含糖浓度的蚝油粘度的影响

由图 5中可知,随着温度的升高,蚝油的粘度逐渐下降。这主要是由于温度升高时,蚝油中各物质分子间距离增大,分子间作用力减弱,从而导致流动时内摩擦减小,粘度降低[14]。图中不同温度下的 Inη与 1/T基本成线性关系。为此用式 (6)对图 5中数值进行回归计算,可求出各回归方程的 lnK0和 Ea/R值,从而得到不同糖浓度下的蚝油粘度与温度变化关系的 K0和 Ea,结果见表 5。

表 5 不同糖浓度的蚝油Arrhenius方程参数值

表 5数据说明,随着蚝油中糖浓度的增加,常数K0明显增加,同时其流体的活化能 Ea逐渐下降,因而可知温度对粘度的影响减小。表中还列出线性相关系数 R2,其值均大于 0.93,表明理论值与实测值获得较好的一致性,因而可以利用所得的各回归方程在实际生产中快速准确地预测蚝油中的糖粘度。

2.3 浓度对蚝油粘度的影响

浓度对粘度的影响一般用以下两种数学模型[15],如下表示：

式中：A,K为常数,C为浓度。

根据浓度对粘度的影响的两种数学模型式 (7)和式(8),将两式分别对蚝油的粘度值进行回归分析,分别得到糖浓度对粘度的影响、式 (7)的幂指数模型参数、式(8)指数模型参数,见图 6、图 7和表 6、表7。

图6 浓度对粘度的幂指数关系图

图7 浓度对粘度的幂指数关系图

表 6 不同温度下表述温度和粘度的幂指数模型参数

表 7 不同温度下表述温度和粘度的指数模型参数

综合图 6、图 7和表 6、表 7中 R2的比较可以看出,指数模型中的 R2值都在 0.95以上,而幂指数模型在 0.88～0.96之间,因而指数模型更适合于用来描述蚝油粘度与糖浓度的关系。

3 结论

蚝油的流体类型随蚝油中糖浓度的变化而变化,当蚝油中糖浓度 5%、10%和 15%时为假塑性流体,20%时为非宾汉塑性流体;随着温度的升高,蚝油的粘度逐渐下降,不同浓度的蚝油均能较好地拟合Arrhenius方程,同时随着蚝油中糖浓度的增加,温度对粘度的影响减小;和幂指数方程相比,指数方程能更好地拟合蚝油粘度与糖浓度的关系,相关系数R2均可达 0.95以上。

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Effect of sugar on rheological properties of oyster oil

ZHANG Jian-jun,YU Shu-juan＊,XU X ian-bing,WANG X iang-ru,YANG Xuan-xuan
(College ofLight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

In the p resent p ap e r,the rheolog ica l of oys te r oil sys tem affec ted by suc rose was s tud ied.Suc rose concentra tion ranged from5%to20%a t a ra te of5%,and the temp e ra ture was inc reased10℃ eve ry t im e from 10℃ to50℃.The results showed tha t oys te r oil w ith5%,10% and15% suc rose was p seudop las tic fluid,while oys te r oil conta ining20% suc rose was non-B ingham p las tic fluid.The viscos ity of oys te r oil was dec reased g radua lly w ith the ris ing temp e ra ture,but the influence was m inished as the suc rose concentra tion inc reased.The re la tion be tween suc rose concentra tion and oys te r oil viscos ity was in line w ith the index m ode l.

suc rose;oys te r oil;app a rent viscos ity;rheolog ica lp rop e rties

TS254.1

A

1002-0306(2010)02-0101-04

2009-03-23 ＊通讯联系人

张建俊(1983-),男,在读硕士,研究方向：功能碳水化合物材料理论与技术。

广东省科技计划项目(2007B080401010)。