植物糖浆对紫云英蜂蜜流变特性影响的研究

隋丽敏，李 爽 ，俞 苓，李沈轶

(1.华东理工大学，上海200237;2.冠生园(集团)有限公司技术中心，上海200233;3.上海应用技术学院，上海200235)

植物糖浆对紫云英蜂蜜流变特性影响的研究

隋丽敏1，李 爽2，*，俞 苓3，李沈轶2，*

(1.华东理工大学，上海200237;2.冠生园(集团)有限公司技术中心，上海200233;3.上海应用技术学院，上海200235)

确立了国产紫云英蜂蜜和高果糖浆的Bingham流体模型，分析了不同糖浆含量对蜂蜜流变特性的影响。随着高果糖浆含量的增多，蜂蜜的粘度呈下降趋势，在25℃，20%以下糖浆浓度范围内，两者线性关系良好。不同糖浆含量的蜂蜜的温度－粘度曲线在10～20℃区间有明显差异，且都符合Arrhenius模型。结果表明，蜂蜜流变学特性研究将为蜂蜜中植物糖浆的定性及定量研究提供十分有价值的参考依据。

蜂蜜，流变特性，植物糖浆

蜂蜜主要是糖类和水分的混合物，在这种意义上，流变特性是它一个重要的物理和感官参数，对蜂蜜的生产、加工、贮存以及蜂蜜的品质有很大的影响。天然蜂蜜为透明或半透明的粘稠液体，常温下，蜂蜜粘度较大，具有较强的粘滞性即抗流变特性，流动性较差，其分取、收集、输送、加工、罐装不方便。加工过程中，常保持较高温度，以降低蜂蜜粘度、提高蜂蜜的流动性［1］。现有研究报道表明［2－5］，蜂蜜的粘度与其水分含量、温度有关，蜂蜜水分含量和温度是关键的影响因素。蜂蜜粘度随蜂蜜水分含量的降低而加速升高，温度越高，蜂蜜水分含量对蜂蜜粘度的影响越小。蜂蜜粘度随温度的升高而加速降低，蜂蜜水分含量越低，活化能越大，温度对蜂蜜粘度的影响越大。大部分品种的蜂蜜为牛顿流体，其粘度不受外力的影响。国内以往对蜂蜜流变特性的研究大都基于蜂蜜本身所含成分，研究其在各种条件下对其粘度的影响及相互关系的建立［6－9］，很少考虑外来成分和人为因素的作用，特别是对如今很多掺入高果糖浆、植物水解糖浆，与天然蜂蜜相似度很高的掺杂蜂蜜的流变特性及影响关系的研究很少。本文利用美国TA公司的ARG2 Rheometer型流变仪，以国产紫云英蜜、高果糖浆为研究对象，在保持水分含量(约20%)大致相同的前提下，测定蜂蜜的粘度随剪切力、蜂蜜中糖浆含量和温度(10～40℃)的变化关系，确定蜂蜜的流变形态，分析掺入植物糖浆对蜂蜜粘度变化的影响，建立蜂蜜粘度与蜂蜜中植物糖浆含量和温度之间的关系模型，为蜂蜜中植物糖浆的定性定量分析提供新的研究思路以及有效的数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

天然紫云英蜂蜜 由冠生园蜂制品有限公司提供，其水分含量在20%左右，采用的高果糖浆由上海融氏企业有限公司提供，以上样品均避光低温保存;蒸馏水。

AR G2 Rheometer型流变仪 美国 TA仪器公司;恒温水浴锅，干燥箱，阿贝折光仪。

1.2 实验方法

1.2.1 不同糖浆含量蜂蜜样品的制备 采用折光法测定蜂蜜和糖浆水分含量［10］。分别测得掺入糖浆和被掺蜂蜜的水分含量后，用减压干燥(真空度为0.1MPa，浓缩温度为50～60℃)或稀释的方法将其水分含量调成一致，一般控制在20%左右。然后按照目标浓度进行混合，混合好的样品放置在55℃的水浴中温热，振荡，充分混合后常温下密闭备用，待进入流变仪分析。

1.2.2 蜂蜜的流变性测定

1.2.2.1 蜂蜜和植物糖浆的稳态流动模式扫描 测定蜂蜜和植物糖浆剪切应力，粘度随剪切速率变化关系。参数设置:平衡时间5min，温度25℃，剪切速率(shear rate)范围为 0.1～100.0s－1。

1.2.2.2 不同植物糖浆含量的蜂蜜的稳态流动模式扫描 测定不同植物糖浆含量的蜂蜜的剪切应力，粘度随剪切速率的变化关系。参数设置:平衡时间5min，温度 25℃，剪切速率(shear rate)范围为0.1～100.0s－1。1.2.2.3 不同植物糖浆含量的蜂蜜的温度扫描 在剪切速率一定的条件下，测定不同植物糖浆含量的蜂蜜其粘度随温度的变化关系。参数设置:平衡时间 20s，剪切速率为 1.0s－1，温度范围是 10.0～40.0℃。

2 结果与讨论

2.1 紫云英蜂蜜和高果糖浆的稳态流变特性

经过浓缩后，紫云英蜂蜜和高果糖浆的水分含量都被调整至20%左右，其中紫云英蜂蜜的水分含量为19.4%，果葡糖浆的水分含量为21.8%。25℃，稳态流动模式下，紫云英蜂蜜和高果糖浆的剪切应力、粘度随剪切速率的变化曲线如图1、图2所示。

图1 25℃，紫云英蜂蜜的剪切应力－应变曲线和粘度－剪切应变曲线

从图1、图2中可以看出，紫云英蜂蜜和高果糖浆的剪切应力随着剪切速率的增大而增大，线性良好，但是都不经过原点。所以紫云英蜂蜜和高果糖浆都不属于严格意义上的Newton流体(满足方程σ=η γ，其中σ表示剪切应力，单位为Pa;η表示粘度，单位为Pa·s;γ表示剪切速率，单位是1/s)。紫云英蜂蜜和高果糖浆都存在一个很小的屈服应力σ0，对于紫云英蜂蜜 σ0=0.0081Pa，对于高果糖浆σ0=0.1041Pa。

图2 25℃，高果糖浆的剪切应力－应变曲线和粘度－剪切应变曲线

在低剪切速率范围0.1～1.0s－1内，紫云英蜂蜜和高果糖浆的粘度随着剪切速率的增大而逐渐降低，达到一定的剪切速率后才恒定不变。说明这些流体在低剪切速率范围内呈现出一定的假塑性特点，随着剪切速率的增高，其假塑性程度逐渐消失。

严格地来讲，紫云英蜂蜜和高果糖浆均属于Bingham流体，其流变模型分别为，紫云英蜂蜜:σ=0.008+3.4γ;高果糖浆:σ =0.104+3.0γ。

以往国内的研究基本认为蜂蜜是Newton流体，是因为国内研究者主要采用恒温变速旋转粘度计的方法测定蜂蜜的粘度，这种方法很难在很低的剪切速率范围内取点研究，研究区间一般是在剪切速率为5s－1以后。从实验结果来看，紫云英蜂蜜的屈服应力很小，通常情况下可以忽略不计，认为是Newton流体也是合理的。

2.2 不同植物糖浆含量的蜂蜜的稳态流变特性

将高果糖浆和紫云英蜂蜜混合配制成5%、10%和20%高果糖浆含量的紫云英蜂蜜。其水分含量依次是19.5%、19.6%和19.9%。25℃，稳态流动模式下，不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜其粘度、剪切应力随剪切速率的变化曲线如图3、图4所示。

图3 25℃，不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－剪切应变图

如图4所示，不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的流变形态基本一致。随着高果糖浆含量的增加，紫云英蜂蜜的粘度逐渐下降，其趋势如图5所示。在水分含量约为20%，高果糖浆含量小于20%的范围内，紫云英蜂蜜的粘度与高果糖浆含量线性关系良好，R2=0.9936，可以通过测定紫云英蜂蜜的粘度，用公式(1)大致估计其中高果糖浆的含量:

图4 25℃，不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的剪切应力－剪切应变图

其中:η表示紫云英蜂蜜的粘度，单位为Pa·s;w表示蜂蜜中的高果糖浆含量，单位为w/w，%。

图5 紫云英蜂蜜的粘度－高果糖浆含量的曲线

2.3 不同植物糖浆含量蜂蜜的粘度－温度变化关系

在剪切速率为1s－1一定的条件下，测定不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜其粘度随温度的变化关系，如图6所示。

图6 不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－温度图

可以看出，在10～40℃范围内，不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－温度曲线表现出相同趋势，即粘度随着温度的升高而降低，而且温度越大，粘度下降趋势越慢。在30～40℃区间内，各不同高果糖浆含量紫云英蜂蜜的粘度－温度曲线已经基本趋于一致。不同糖浆含量的蜂蜜之间粘度－温度曲线的差异主要体现在10～20℃范围，故对这一范围内的粘度－温度变化用 Arrhenius方程 μ =μ0·exp［Ea/(RT)］(其中μ0为蜂蜜的粘度常数，Pa·s;Ea为蜂蜜流动活化能，J/mol;R为气体常数;T为温度，K)进行拟合，做进一步分析。

图7 不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－温度关系曲线和方程

数据处理表明，在10～20℃区间内，Arrhenius模型对不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－温度关系曲线实验数据关联回归的拟合度R2皆大于0.9976，关联回归准确，拟合得到的各粘度常数和流变活化能参数如表1所示。大多数情况下，活化能随着水分含量的上升呈现下降的趋势，表明在低水分含量的区间内粘度对温度的变化更为敏感。由表1所示，在水分含量非常接近的情况下，各蜂蜜的粘度常数和活化能常数随着高果糖浆含量的增加而降低，随着糖浆含量的增高，这个趋势更为明显。

表1 不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的Arrhenius模型常数

3 结论

表2 不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的Arrhenius模型方程

3.1 2 5℃时，在低剪切速率下(γ ＜0.1s－1)，中国产紫云英蜂蜜和高果糖浆呈现一定程度的假塑性。属于Bingham流体，其Bingham流体模型分别为:紫云英蜂蜜:σ =0.008+3.4γ;高果糖浆:σ =0.104+3.0γ。3.2 不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的流变形态基本一致。随着高果糖浆含量的增加，紫云英蜂蜜的粘度逐渐下降。在水分含量约为20%，高果糖浆含量小于20%的范围内，紫云英蜂蜜的粘度与高果糖浆含量线性关系良好，可以通过测定紫云英蜂蜜的粘度，用公式η=3.36－0.0697w估算其中高果糖浆的含量。

3.3 在剪切速率为1s－1一定的条件下，10～40℃范围，不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－温度曲线表现出相同趋势，即粘度随着温度的升高而降低，而且温度越高，粘度下降趋势越慢。在30～40℃区间内，各不同高果糖浆含量紫云英蜂蜜的粘度－温度曲线已经基本趋于一致。用Arrhenius模型关联回归不同高果糖浆含量的紫云英蜂蜜的粘度－温度在10～20℃区间的曲线，得到的方程如表2所示。

蜂蜜的粘度随着温度、水分含量、成分和蜜源不同而异。蜂蜜流变特性的研究将为对其中植物糖浆的定量及定性分析提供十分有价值的参考依据。

［1］Bourne Malcolin C.Food texture and viscosity［M］.New York Academic Pr，1982.

［2］Bhesh Bhandari，Bruce D Arcy，Samuel Chow.Rheology of selected Australian honeys［J］.Journal of Food Engineering，1999，41:65－68.

［3］Lesław Juszczak，Teresa Fortuna.Rheology of selected Polish honeys［J］.Journal of Food Engineering，2006，75:43－49.

［4］Athina Lazaridou Costas G Biliaderis，Nicolaos Bacandritsos，et al.Composition，thermal and rheological behavior of selected Greek honeys［J］.Journal of Food Engineering，2004，64:9－21.

［5］Jasim Ahmed，S T Prabhu，G S V Raghavan，et al.Physicochemical，rheological，calorimetric and dielectric behavior of selected Indian honey［J］.Journal of Food Engineering，2007，79:1207－1213.

［6］鲁亚芳，董怡为.蜜品质的流变学检验法探讨［J］.食品科学，1993(12):51－54.

［7］潘君拯，陈青春.鲁亚芳.蜂蜜流变模型及水分－温度－粘度图［J］.食品科学，1993(5):9－13.

［8］陆则坚，郑宝东.陈丽娇.蜂蜜流变特性及其质量鉴定［J］.农业工程学报，1994，10(2):114－118.

［9］唐继国，武玉斌，王淑兰.槐花蜂蜜的流变性能［J］.青岛化工学院学报，1994，15(4):311－317.

［10］中华人民共和国出入境检验检疫局.进出口蜂蜜的检验方法［S］.SN/T 0852－2000.

Effect of plant syrup addition on the rheological behavior of Chinese milk vetch honey

SUI Li－min1，LI Shuang2，*，YU Ling3，LI Shen－yi2，*
(1.East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China;2.Guanshengyuan(group)Co.，Ltd.，Technical Centre，Shanghai 200233，China;3.Shanghai Institute of Technology，Shanghai 200235，China)

The viscosity models of Chinese milk vetch honey and high fructose syrup were founded to be Bingham model，while the effects of plant syrup addition on the rheological behavior of honey were studied.The viscosity of honey decreased while the content of syrup increased.A good linear correlation existed between both when the syrup content was below 20%at 25℃.Curves of viscosity versus temperature of Chinese milk vetch honey with different contents of high fructose syrup showed an obvious difference at interval of 10～20℃，the effect of temperature on the viscosity of honey samples with different contents of syrup followed an Arrhenius－type relationship well.The results showed that measurements of the rheological behavior of honey could be valuable for the qualitative and quantitative research of plant syrup addition to honey.

honey;rheological behavior;plant syrup

TS201.7

A

1002－0306(2011)06－0164－04

2010－04－01 *通讯联系人

隋丽敏(1984－)，女，硕士生，研究方向:食品安全。