食品的物性和流變學儀器分析

隨著食品行業的迅速發展，食品資源的開發備受關注，而感官評價是食品重要的評價指標，但在食品開發的過程中人為的感官評價缺乏一定的局限性和準確性，食品質構分析了研究食品在加工儲藏中組織的軟化與分解等，這些質構的變化會引起材料流變特性的變化。為了架起食品的感官與儀器量化之間的橋梁，質構儀、粘度計、流變儀等儀器孕育而生。

質構儀是目前對樣品物性分析常用的儀器之一，它是模擬人的觸覺，分析檢測觸覺中的物理特征的儀器，在其主機和機械臂和探頭連接處有個力學感應器，能感應樣品對探頭的反作用力，并將這種力學信號由專門的軟件翻譯成數字和圖形信號，直接快速的記錄樣品的受力情況，從而根據受力情況分析所測定樣品的硬度、脆性、彈性、回彈力、粘合性、粘結力、粘稠度、彎曲能力、破裂/斷裂力、酥脆性、脆度、咀嚼性、膠粘性、拉伸強度、延展性等。不同的樣品之間存在不同的物理特性，在采用質構儀分析樣品時，可以針對性的選擇探頭和確定測定的指標，質構儀分析的樣品包括面制品、烘焙食品、肉制品、米制品、乳制品、魚、糖果及果蔬等。

食品流變學的研究起步較早，但是由于食品體系的復雜性，早期流變學的研究主要是一些經驗性的測定，例如產品在自身質量下其流動性、鋪展性和碎裂性的測定等。近年來由于食品科學工作者為了提高對食物加工性，特別是食品的深加工性、工藝及設備設計的依據性等的需要，食品流變學的研究變得愈來愈廣泛。隨著研究活動的深入，研究手段亦有了較大地發展，表現在先進的流變學測試儀器的引入和開發。應用先進測試儀器，使實驗與研究在建立食品物料的流變特性力學模型上更為方便。早前流變學主要采用粘度計分析食品的粘度，隨著流變技術的發展，流變儀的發明成為食品流變分析較為精密的儀器。

粘度計包括毛細管式、旋轉式、振動式3種，常見的旋轉式粘度計是錐板式粘度計，它主要包括一塊平板和一塊錐板。電動機經變速齒輪帶動平板恒速旋轉，依靠毛細管作用使被測樣品保持在兩板之間，并借樣品分子間的摩擦力而帶動錐板旋轉。在扭矩檢測器內的扭簧的作用下，錐板旋轉一定角度后不再轉動。此時，扭簧所施加的扭矩與被測樣品的分子內部摩擦力（即粘度）有關：樣品粘度越大，扭矩越大。扭矩檢測器內設有一個可變電容器，其動片隨著錐板轉動，從而改變本身的電容數值。這一電容變化反映出的扭簧扭矩即為被測樣品的粘度，由儀表顯示出來。特點：1）測量軸的軸向負荷主要由吊絲，或者彈簧、錐形寶石軸承支撐，因此精度低，摩擦力大；2）其扭矩測量系統，靈敏度低，對瞬時粘性力拒相應嚴重滯后；3）旋轉粘度計的轉速控制系統一般時開環的（無反饋控制），通過齒輪結構改變轉速，很難實現低切變下的平穩運行。總的來說，旋轉粘度計不具有動態特性，只能用于測量非牛頓流體在穩態下的相對粘度。粘度計的適用范圍很廣，包括各種油脂、油漆、油墨、涂料、塑料、漿料、橡膠、乳膠、洗滌劑、樹脂、煉乳、奶油、藥物、以及化妝品等各種流體的粘度，是紡織、化工、石油、機電、醫藥、食品、輕工、建筑等行業以及大專院校、科研單位、軍工部門的實驗室、分析室*儀器。

流變儀包括毛細管式、旋轉式、界面式3種，其中旋轉式流變儀兩種，一種是驅動一個夾具，測量產生的力矩，這種方法早是由Couette在1888年提出的，也稱為應變控制型，即控制施加的應變，測量產生的應力；另一種是施加一定的力矩，測量產生的旋轉速度，它是由Searle于1912年提出的，也稱為應力控制型，即控制施加的應力，測量產生的應變。旋轉式流變儀相當于旋轉粘度計的升級版本，流變儀的測量軸的軸向載荷和徑向載荷都是采用空氣軸承（或者磁力軸承）進行支撐，沒有機械部件，因此測量軸無摩擦，精度高，可靠性好，壽命高。其次，由空氣軸承和無摩擦傳感器組成的力拒測量系統，靈敏度高，重復性好，能快速響應瞬時粘性力拒的變化。后，流變儀采用負反饋速度控制系統可以實現無級調速，并且能夠在極低的切變速度下平穩運行，因此流變儀具有良好的動態特性，不但能夠準確的測量非牛頓流體的穩態流變特性（表觀粘度），還能準確的測量流體的其他動態特性——觸變性和粘彈性、屈服應力等指標。由上述分析不難看出，流變儀的功能遠遠強于傳統的粘度計，不僅僅能夠測量食品的穩態特性——粘度，還能對漿料的觸變性、粘彈性屈服應力等動態指標進行測量，能為我們提供更豐富的關于食品特性的數據，對于指導食品深加工具有重要的意義。

總之，粘度計和流變儀在實際應用中食品的特異性決定其使用的廣泛性，而質構儀在食品的物性分析方面，是一臺有效的、全面的分析食品的質構特性的儀器，在科研院校和企業研發部門均得到了廣泛的推廣。