Brookfield粘度計在食品工業(yè)中的應(yīng)用
一、食品的流變學(xué)與食品生產(chǎn)
食品工業(yè)在我國國民經(jīng)濟中一直占著舉足輕重的地位，近年來，食品消費與需求由追求數(shù)量向追求質(zhì)量、營養(yǎng)、安全、多樣和方便型的轉(zhuǎn)化，這就帶動了食品技術(shù)的不斷進步，食品流變學(xué)也是在這個大的背景下，不斷發(fā)展進步，在很多食品生產(chǎn)中所占的地位越來越重要。
從本質(zhì)上來說，食品流變學(xué)是研究食品原材料、半成品、成品在加工、操作處理以及消費過程中產(chǎn)生的變形與流動的科學(xué)。流變學(xué)是研究物質(zhì)形態(tài)和流動的學(xué)科，食品流變學(xué)是食品、化學(xué)、流體力學(xué)間的交叉學(xué)科，主要研究的是食品受外力和形變作用的結(jié)構(gòu)。由于食品物料的流變特性與食品的質(zhì)地穩(wěn)定性和加工工藝設(shè)計等有著重要關(guān)系，所以通過對食品流變特性的研究，可以了解食品的組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子形態(tài)等，能為產(chǎn)品配方、加工工藝、設(shè)備選型及質(zhì)量檢測等提供方便和依據(jù)。食品的流變特性在食品生產(chǎn)的關(guān)系有以下幾個方面：
1、食品流變特性與食品的質(zhì)量
食品的表現(xiàn)狀態(tài)（appearance）、風(fēng)味（flavor）、質(zhì)構(gòu)（texture）和營養(yǎng)（nutrition）通常被稱為食品的四大質(zhì)量因素。食品在加工儲藏中常涉及質(zhì)構(gòu)的改變（如組織的軟化與分解），因為質(zhì)構(gòu)的變化會引起材料流變特性的變化。
傳統(tǒng)的食品質(zhì)構(gòu)及其表現(xiàn)狀態(tài)就是用感官檢驗來評價的?？趪L就是一個復(fù)雜的流變過程，咀嚼包括磨、剪、擠壓、壓縮、拉伸等物理過程，故通過流變學(xué)的一些測試可以反映食品的質(zhì)量，并可避免感官品嘗中主觀的影響。
面包、糕點類食品的質(zhì)構(gòu)在很大程度上是構(gòu)成氣孔壁材料的流變學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。面包氣孔大小、分布均勻程度與面包的松軟度和可口性都有很大關(guān)系。流變參數(shù)已經(jīng)用于研究面團的調(diào)制、烘烤過程*工藝條件以及產(chǎn)品的質(zhì)量控制。從食品流變學(xué)的角度來講，粘度與質(zhì)構(gòu)有同等意義，只是粘度通常與液態(tài)食品有關(guān)，質(zhì)構(gòu)則通常與固體有關(guān)。
粘稠性不僅是液態(tài)食品的感官評價指標(biāo)，而且影響到食品風(fēng)味的接受性。Wood曾研究液態(tài)食品的粘稠度與品嘗時的反映，并找出其流變學(xué)關(guān)系，指出當(dāng)假塑性時，系數(shù)n＝0.5時，乳類甜食、湯料、醬類、漿狀食品的口感。這類食品在口中保持穩(wěn)定的流動，當(dāng)有剪切作用（舌動等）時有較低的粘度，若停止剪切，又恢復(fù)原來的粘度，容易吞咽。韋氏等人則研究人們對甜味的接受性，指出隨著溶液中加入水溶膠體后粘度增加而減少，且不同的水溶膠有不同的影響。
當(dāng)然，由于食品的復(fù)雜性，研制功能齊全、靈敏度高的儀器并應(yīng)用與生產(chǎn)實際還需要一段時間。但在這一領(lǐng)域的研究表明，食品流變特性在評價食品的質(zhì)量中是很有前途的一種手段。
2、流變特性與食品研發(fā)
通過流變學(xué)試驗（模擬試驗）可以預(yù)測產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)品在市場上的接受程度，指導(dǎo)新產(chǎn)品的開發(fā)。由于流變學(xué)研究的深入食品的質(zhì)構(gòu)和構(gòu)成食品的各種組分和組分特性及加工條件。因此，只要積累足夠的食品成分在各種條件下的流變特性以及規(guī)律，以及消費者的要求，就可以試制新產(chǎn)品并利用這些研究成果進行評定、修改試驗條件，從而縮短新產(chǎn)品從實驗室研究與實際生產(chǎn)的時間和層次。如人造奶油可以參考奶油的流變特性，許多仿制工程食品都可以在加工中利用天然類似食品的流變規(guī)律。
3、流變特性與生產(chǎn)中的質(zhì)量控制
食品加工過程中的質(zhì)構(gòu)變化，勢必引起材料受力性質(zhì)的改變，只要發(fā)生變化的流變參數(shù)究可以在生產(chǎn)中控制。這方面應(yīng)用zui廣的是巧克力的生產(chǎn)。巧克力可以是固體也可以是液體，取決于其脂肪的構(gòu)成與存在狀態(tài)?？煽芍跍囟雀哂?/span>
把流動曲線外推至零剪切速率來確定巧克力的屈服應(yīng)力值。屈服應(yīng)力與巧克力中所含的可可脂肪成分，巧克力漿中的可可粉、糖粉等的磨碎程度及卵磷脂的用量有關(guān)。在涂布巧克力層的時（威化巧克力、冰淇淋巧克力等），涂層的厚度取決于巧克力的屈服應(yīng)力，垂直面厚度取決于其粘度。
甜煉乳生產(chǎn)中粘度是一個重要的質(zhì)量指標(biāo)。粘度過高，可能導(dǎo)致變稠，粘度過低，就會導(dǎo)致脂肪分離和糖的沉淀。煉乳的儲存時間和溫度對粘度都有較大的影響，因此生產(chǎn)過程中要通過調(diào)整工藝條件（熱殺菌的溫度、時間、濃縮等），控制粘度，并可以根據(jù)其流變特性倆控制濃縮終點的粘度，時期在儲存過程中不至于變稠而影響質(zhì)量。
4、流變特性與工程設(shè)計
食品加工及處理過程涉及的液體多為非牛頓液體，其表觀粘度隨時間、剪切應(yīng)力、剪切速率的變化而變化，因此掌握各種食品的流變學(xué)特性，便于在流體的輸送，管路設(shè)計以及攪拌、乳化、均質(zhì)、物化、濃縮、滅菌等單元操作的機械設(shè)計中充分考慮物料在力的作用下粘度的變化，有針對性的設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)及功率等。如有些材料具有剪切變稀現(xiàn)象，故其輸送啟動功率要大；針對有些具有剪切變稠的材料，要防止在輸送過程中阻力增加引起流速變化，還要防止因剪切應(yīng)力下降引起管的堵塞等。
二、食品的流變特性
由于食品包含的門類眾多，所以目前研究食品的流變特性主要是按照食品的狀態(tài)來進行研究的，可以分以下幾類：
1、固態(tài)食品的流變特性
對固態(tài)食品物料的流變特性研究，從文獻上反映的研究內(nèi)容不太廣泛。固體的流變特性主要是由彈性模量、剪切模量、容積模量和泊松比等來表示。硬糖果、核桃、蘋果等基本呈現(xiàn)的是固體食品的流變特性。
2、液態(tài)食品的流變特性
液態(tài)食品可以流動，目前液態(tài)食品的流變學(xué)研究也是食品流變學(xué)研究的重點，本文討論的重點也是液體食品。其流變特性主要是通過剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系也就是粘度來表現(xiàn)的。根據(jù)剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系可以分為：牛頓液體類食品、非牛頓類液體食品、塑性液體類食品。
2.1牛頓液體類食品
此類食品的主要特征是流動符合牛頓粘性定律，即剪切應(yīng)力和剪切速率成正比，粘度就是此類液體zui重要的流變學(xué)特性參數(shù)。許多液體類食品在剪切應(yīng)力很寬的范圍內(nèi)基本呈現(xiàn)牛頓類液體性質(zhì)，象糖水溶液、低濃度牛乳、清果汁、酒、水等液體。
2.2非牛頓液體類食品
多數(shù)液體類食品不滿足牛頓粘性定律，即粘度不是常數(shù)，隨剪切應(yīng)力或者剪切速率變化而變化。
非牛頓類液體是一些固體懸浮液，乳濁液或者膠體溶液，如醬油、菜湯、濃糖水、淀粉漿、帶果肉的果汁、蛋白質(zhì)溶液等、按照非牛頓液體的分類還可以分為假塑性液體、漲塑性液體、觸變性液體、凝變性液體。前兩個的的流變特性與時間無關(guān)，后面兩個的流變特性與時間有關(guān)。
2.3塑性液體類食品
這類食品的主要流變特性是只有超過一定的應(yīng)力才流動，否則就保持現(xiàn)狀或者流動停止，典型的此類食品有土豆泥、濃奶油、熔化的巧克力、脂肪等。其流變參數(shù)為屈服應(yīng)力和粘度。
3、粘彈類食品
這類食品介于固體食品和液體食品之間，即具有粘性又具有彈性的粘彈性體。屬于這類食品的主要又米粉團、淀粉團和凍凝膠等。此類食品的流變學(xué)特性比較復(fù)雜，主要的參數(shù)為蠕變?nèi)崃亢蛻?yīng)力松弛時間等。
三、食品流變學(xué)特性的測量
食品流變學(xué)研究起步較早，但是由于食品體系的復(fù)雜性，早期流變學(xué)的研究主要是一些經(jīng)驗性的測定，例如產(chǎn)品在自身質(zhì)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(xué)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(shè)備設(shè)計的依據(jù)性等的需要，食品流變學(xué)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(fā)展，表現(xiàn)在先進的流變學(xué)測試儀器的引入和開發(fā)。應(yīng)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(xué)模型上更為方便。
Brookfield做為世界上zui的粘度計生產(chǎn)商，推出了一系列產(chǎn)品均可以用于食品流變性特別是液體流變性的研究，如DV系列粘度計、YR-1屈服應(yīng)力流變儀等等。由于食品行業(yè)包括的行業(yè)很廣泛，下面即是Brookfield粘度計/流變儀在一些具體行業(yè)的應(yīng)用：
1、淀粉的糊化特性
2004年，我國淀粉產(chǎn)量達到933萬噸，廣泛的應(yīng)用在食品工業(yè)、造紙工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等等，為國民經(jīng)濟的發(fā)展做了很大貢獻。淀粉是顆粒存在，但食品和非食品應(yīng)用幾乎都是加熱糊化，應(yīng)用所得的糊。淀粉糊的性質(zhì)關(guān)系應(yīng)用至為重要。淀粉顆粒不溶于水，但在水中能吸收少量水分，顆粒稍膨脹。普通玉米淀粉和馬鈴薯淀粉在水中所含平衡水分大約28％和33％。這種吸水和膨脹現(xiàn)象是可逆的，水分被干燥后仍恢復(fù)原來的顆粒結(jié)構(gòu)大小。
混淀粉于水中，不停地攪拌。顆粒懸浮于水中，形成白色懸浮液，稱為淀粉乳。加熱淀粉乳，顆粒隨溫度的升高，吸水更多，膨脹更大，達到一定的溫度，原淀粉結(jié)構(gòu)被破壞，吸水膨脹成粘稠膠體糊。這種現(xiàn)象稱為糊化，其溫度稱為糊化溫度，形成的膠體稱為淀粉糊。
粘度是淀粉糊的zui重要性質(zhì)，面在普遍用粘度曲線測定， Brookfield的SSB（淀粉測量系統(tǒng)）是為測量工業(yè)淀粉樣品在自動快速糊化和快速冷卻過程中的粘度變化而設(shè)計的。SSB可以準(zhǔn)確、快速的進行測量，從而可以幫助產(chǎn)品研究者快速地調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。詳細(xì)方法見附錄1。
2、乳品行業(yè)
乳制品在世界范圍內(nèi)，由于消費量較大，相應(yīng)的流變學(xué)研究也較廣泛。研究表明：牛乳的流變特性受其濃度的影響。濃度不同不僅使牛乳的表觀粘度值發(fā)生變化，而且使牛乳的流體類型也發(fā)生變化。在濃度較低時，牛乳呈現(xiàn)漲塑性特性（n>1），在中等濃度下變成牛頓流體（n=1），但在濃度較高時，又變成非牛頓流體，呈現(xiàn)出假塑性流體特性（n<1），即隨著濃度的增加，n值由大逐漸變小。雖然溫度對牛乳粘度的大小有影響，但對牛乳的流型沒有影響。在所有影響因素中，濃度對流型起決定性作用。
近年來，由于人們擔(dān)心食入過多的脂肪，所以低脂奶逐漸成為市場上的流行品。但是由于脫脂使牛奶的口感和質(zhì)地都不如以前。1991年，Shoemaker Nantz等人研究了乳制品的粘度與感官評定之間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，奶油味和口感與脂肪含量相關(guān)很強，而同時奶油味和口感與儀器測定的粘度相關(guān)性也很強，初步證實了粘度與感官分析存在相關(guān)關(guān)系。所以在乳品的開發(fā)、質(zhì)量控制等方面，粘度的測定越來越重要。
在攪拌型酸奶生產(chǎn)過程中zui重要的控制項目之一是粘度，攪拌型酸奶生產(chǎn)過程中不可避免地要對已發(fā)酵好的、凝固的酸奶進行機械加工處理，如攪拌、冷卻、灌裝等工藝過程。如果生產(chǎn)線設(shè)計不合理或工藝參數(shù)控制不當(dāng)，就會造成酸奶粘度大大降低，嚴(yán)重時會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。粘度也是評價酸奶質(zhì)量的重要指標(biāo)。
另外，在乳品在濃縮過程中，也可以通過粘度的測定來確定濃縮的終點。Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計有眾多類型的轉(zhuǎn)子，在測定乳品的粘度時，可以根據(jù)不同的需要選擇不同的轉(zhuǎn)子，如槳式轉(zhuǎn)子、升降支架等。
3、果汁
果汁的流變特性研究國內(nèi)外均有開展。據(jù)報道，不含果膠的山楂汁、酸棗汁、黑加侖汁及澄清水蜜桃汁的流變曲線均為其延長線過原點的直線，說明其流型為牛頓流體。含果膠的果汁的流變曲線為一過原點呈凹形向上的曲線，說明流型為假塑性流體。因此說明，果汁的流型與是否含果膠有關(guān)。
如果含果膠時，果汁溶液基本就有兩步分組成，漿液和浮在漿液上的水果細(xì)胞壁碎屑組成的微粒物質(zhì)。在很多情況下，其中的部分微粒很可能被分離出來，或浮在表面，或者沉到底部。所以在實際生產(chǎn)中，一個很重要的問題就是防止懸浮的微粒與漿液之間的分離。只有其粘度達到一定程度時，漿液對微粒的作用力與其受到向下的重力平衡時，才可以避免微粒與漿液分離。在生產(chǎn)中控制果汁的粘度也有很重要的意義，采用Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計，可以控制剪切速率，在較低的剪切速率下，基本可以模擬果汁內(nèi)部的應(yīng)力，增加了粘度測定的準(zhǔn)確性。
4、融化巧克力流變特性
在食品流變學(xué)的研究中，巧克力一直占有很重要的地位。巧克力是一類比較*的食品物質(zhì)，可以是固體也可以是液體，主要取決于脂肪的存在狀態(tài)。在天然脂肪中，可可脂具有不同于其他天然脂的特性，它在高于
Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計可以很好的測量巧克力的流動曲線，在不同的轉(zhuǎn)速下，測定其對應(yīng)的剪切應(yīng)力值，然后計算出塑性粘度和屈服應(yīng)力值。這些數(shù)據(jù)還可作生產(chǎn)控制時用的在線粘度計在線控制時的參數(shù)設(shè)置的參考。詳細(xì)方法見附錄2。
5、醬油/糖漿/食用油脂
醬油是調(diào)味品的主要品種之一，我國的產(chǎn)銷量都很大。醬油是一種流體，國內(nèi)有研究醬油的流變特性參數(shù)－粘度與其理化特性的關(guān)系，結(jié)果如下表：
通過表中可以看出，粘度值與其理化指標(biāo)有很大關(guān)系，固形物含量、氨基態(tài)氮含量和食鹽的含量都對粘度有很大影響。通過對不同等級的醬油的粘度分析也可以看出，粘度可以作為醬油的質(zhì)量指標(biāo)之一。醬油的粘度也主要是應(yīng)用旋轉(zhuǎn)粘度計來測試的。
糖廠在煮糖過程中，控制并降低糖漿的粘度是非常重要的。高粘度的糖漿在煮糖過程中會造成很多的不良影響。糖漿的粘度過高，使糖漿的對流性能下降，延長煮糖的時間，額外地增加能耗；由于煮糖時間的延長，使糖漿與煮糖罐壁、加熱管壁接觸的時間也延長，焦糖出現(xiàn)的可能性會大大地提高，加深了成品糖的色值；由于煮糖罐內(nèi)的糖漿的粘度過高會導(dǎo)致循環(huán)不良，會出現(xiàn)一些不良晶體如/偽晶/并晶等，這些不良晶體的出現(xiàn)對成品砂糖會產(chǎn)生不良的影響。在糖漿的生產(chǎn)過程中通常也采用旋轉(zhuǎn)粘度計來測試糖漿的粘度。
近來也有報道采用旋轉(zhuǎn)粘度計來測量食用油的粘度和流變特性。
6、涂抹類食品
此類食品包括各種醬類、奶油等。醬類食品是指以植物蛋白及碳水化合物為主要原料，經(jīng)過微生物酶的作用，發(fā)酵水解生成多種氨基酸及各種糖類，并以這些物質(zhì)為基礎(chǔ)，再經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)變化，形成具有特殊色澤、香氣、滋味和體態(tài)的調(diào)味品。主要包括醬油及各類醬料調(diào)味品：如黃醬、面醬、甜米醬、蠶豆醬（豆瓣醬）、辣椒醬、花生醬、芝麻醬、魚子醬、蝦醬、肉醬、果醬、蔬菜醬等。奶油的主要成分是水和脂肪的混合物，水為分散相，且其中含有一些可溶成分，但是對奶油整體的流變性能沒有什么影響。
由于各種醬類和奶油在很多使用場合都是涂抹類食品，必須有好的涂抹性，涂抹之后有良好得感官效果。影響涂抹性的主要因素是屈服應(yīng)力。Brookfield的YR-1屈服應(yīng)力流變儀，配有槳式轉(zhuǎn)子，可以盡量減少對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的破壞，直接讀出屈服應(yīng)力值，還附帶EZ-Yield軟件，可以通過軟件來對測試，使測量更加方便。
7、食品添加劑
前面對幾類食品的流變特性進行了討論，除了食品物質(zhì)之外，一些食品添加劑的流變特性對食品的流變特性的影響也很大，特別是許多天然的（生物合成的）或化學(xué)合成的親水性高分子分散在水中形成的水溶膠，其被廣泛用做增稠劑、膠凝劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、膜材料等。水溶膠即使在濃度低于1％的情況下，也能對食品的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。水溶膠的應(yīng)用使人們能夠有效地控制水分，改善肉制品、乳制品、糖果、糕點的外觀、形狀、質(zhì)構(gòu)特征、口感和風(fēng)味等。此外，天然大分子多糖和蛋白質(zhì)具有的生物活性、生體相容性、安全性和低熱量也使得它們被廣泛用于生產(chǎn)和開發(fā)各種功能性健康食品。
水溶膠按其是否可以形成凝膠，分為兩類：一類是本身即可形成凝膠如瓊脂、卡拉膠、結(jié)冷膠、可德膠、高甲氧基果膠、明膠等，這類多糖稱為凝膠多糖。另一類是非凝膠多糖，如黃原膠、刺槐豆膠、魔芋膠等，它們本身不具備凝膠性。食品水溶膠形成的凝膠為物理凝膠。這是因為參與形成凝膠網(wǎng)絡(luò)交鏈區(qū)的鍵通常是非共價鍵，如氫鍵、疏水作用、靜電作用和范德華力和離子鍵等。小分子物質(zhì)能在凝膠網(wǎng)絡(luò)中滲透或擴散。
食品水溶膠具有增加食品的粘度，賦予食品柔滑舒適的口感，穩(wěn)定乳化狀態(tài)和懸浮狀態(tài)的作用。例如黃原膠（Xanthan Gum）是一種通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，常用的大分子食品添加劑。盡管相對價格較高，但自從上世紀(jì)70年代以來，黃原膠己成為許多應(yīng)用領(lǐng)域的增稠劑。這是因為黃原膠具有*的流變學(xué)行為。在濃度很低時，它能形成高粘度、高剪切變稀的溶液，且粘度不受PH 、鹽和溫度的影響；在低剪切應(yīng)力下，保持較高的粘度使得黃原膠能有效阻止顆粒沉淀，而剪切變稀的特點又使得產(chǎn)品在搖動后能很容易地從容器中流出。
食品水溶膠在食品工業(yè)上的應(yīng)用主要取決于它的粘度。影響粘度的因素很多，如水溶膠的種類、來源分子量大小、分子量分布、分子結(jié)構(gòu)、濃度、溫度、鹽以及剪切特性等。水溶膠溶液的粘度受分子量的影響很大。隨著分子量的增加，粘度對剪切速率的依賴性增強，對剪切速率的變化愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，從低剪切牛頓穩(wěn)定區(qū)進入剪切變稀區(qū)（假塑性區(qū)）也愈早，即在更低的剪切速率下便發(fā)生粘度隨剪切速率的增加而降低。除了分子量的影響外，水溶膠溶液的粘度還受溶液中大分子的流體力學(xué)體積的影響，而流體力學(xué)體積明顯地受大分子結(jié)構(gòu)的影響。相同分子量，線形、剛性的分于比多分支、柔性的分子具有較大的流體力學(xué)體積，因而粘度更高。纖維素相對來說屬剛性分子，所以在低剪切速率時粘度很高，而柔性的短梗霉多糖則要低的多阿拉伯樹膠支化度較高，分子在結(jié)構(gòu)上更為緊湊，因此在分子量相同的條件下，相對線形纖維素來說均方旋轉(zhuǎn)半徑較小，其粘度－剪切速率關(guān)系表現(xiàn)出牛頓流體的特點分子鏈剛性對水溶膠溶液剪切變稀特性的影響也很大。隨著分子持續(xù)長度的增加，剪切變稀程度也會相應(yīng)增加。
對剪切變稀特性的了解有利于食品加工中的分散泵送、噴灑、灌注等過程的操作和控制，所以研究水溶膠的粘度與剪切速率關(guān)系對于食品加工具有重要意義。Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計可以測定大多數(shù)水溶膠在不同的剪切速率下的粘度，可以更具體的研究水溶膠的流變特性，以滿足食品生產(chǎn)的需要。例如果凍/龜苓膏的主要成分即是水溶膠，水溶膠的流變特性關(guān)系到果凍/龜苓膏的產(chǎn)品配方、凝膠特性、口感等等，所以測量水溶膠的流變特性對生產(chǎn)很有幫助。
8、冰淇淋
在冰淇淋的生產(chǎn)中，水溶膠作為增稠劑，所起的作用很大，可以說是冰淇淋的zui關(guān)鍵物質(zhì)。冰淇淋的主要成分是水、奶油、糖、乳化劑、增稠劑等，水既作為糖、奶粉、食品增稠劑、香精及其他水溶性溶質(zhì)的溶劑；又作為乳化劑、可可粉、咖啡粉、奶油等分散質(zhì)的分散劑。經(jīng)過溶解、分散和均質(zhì)，形成均勻的冰淇淋漿料。糖、奶粉雖然可增加水的粘度和稠度，但如用量較少則增加的程度不大。而食品增稠劑的用量雖少，但增加粘度和增加稠度的程度較大。當(dāng)冰淇淋漿料具有合適的粘度和稠度后，經(jīng)過攪拌、溶解、分散乳化、懸浮、均質(zhì)、老化，可形成化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)相對穩(wěn)定的微多相冰淇淋漿料。水溶膠增稠劑溶液因存在結(jié)構(gòu)粘度而呈現(xiàn)一系列假塑性，使增稠劑溶液在化料、滅菌、均質(zhì)、老化的全過程攪拌或泵送時變稀，發(fā)生剪切變稀現(xiàn)象。剪切變稀現(xiàn)象使經(jīng)過老化變稠的冰淇淋漿料易于泵送，生產(chǎn)出來的冰淇淋具有良好的口感。在冰淇淋的生產(chǎn)中，控制冰淇淋漿料的粘度，可以做成不同類型的冰淇淋。例如：在總固形物含量較低的前提下，降低增稠劑和油脂用量，降低冰淇淋漿料的粘度，能使水的活度達到有利于形成六方晶體。當(dāng)凝凍速度較慢時，可形成以六方晶體為主的砂冰型產(chǎn)品。而在冰淇淋總固形物含量較高的前提下，降低油脂用量，提高增稠劑用量和冰淇淋漿料的粘度，使水的活度達到更有利于立方晶體和玻璃態(tài)冰形成的優(yōu)勢。當(dāng)凝凍速度較快時，可形成以立方晶體和玻璃態(tài)冰占優(yōu)勢的粘糕型產(chǎn)品。
Brookfield粘度計可以應(yīng)用在研究冰淇淋配料粘度與配料加工性能、冰淇淋成品質(zhì)量之間的關(guān)系，確定*粘度范圍，可以為配方設(shè)計、工藝設(shè)計、增稠膠選擇、質(zhì)量控制等提供有關(guān)數(shù)據(jù)。在進行配方設(shè)計時，可以根據(jù)所用的增稠膠的粘度數(shù)據(jù)及相互之間的協(xié)同作用，根據(jù)冰淇淋其它成分的粘度貢獻，估算配料的粘度以及流變性質(zhì)，預(yù)測配料的加工特性，減少不必要的試驗，同時Brookfield也可以為冰淇淋生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)控提供一個方便和可靠的檢驗手段－粘度檢驗。
9、在線粘度計的應(yīng)用
由于在食品生產(chǎn)過程中，很多時候要對粘度進行實時監(jiān)測和控制，Brookfield也有針對這種應(yīng)用的一系列在線粘度計，如TT100、TT200、STT100等，應(yīng)用在淀粉粘度的實時監(jiān)測、巧克力粘度的實時監(jiān)測、醬料的生產(chǎn)實時監(jiān)控等，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
四、食品的質(zhì)構(gòu)與測量
食品的質(zhì)構(gòu)是食品除色、香、味之外另一種重要的性質(zhì)，它不僅是食品加工中很難控制的因素，而且是決定食品檔次的zui重要的關(guān)鍵指標(biāo)之一。例如：目前在食品種廣泛使用食品膠，改性淀粉等作為添加劑，以取代羧甲基纖維素等，這些型食品新改性添加劑的使用，改善了食品在口感、外觀、形狀、貯存性等方面的某種特性。使用食品膠時，我們必須對使用的目的（應(yīng)用食用膠的哪一種特性）有清楚的了解，才能根據(jù)不同食品膠的特性進行選擇。在這個探索的過程中，試吃，專家評估作為比較傳統(tǒng)的非定量判斷手段，而在今天，質(zhì)構(gòu)儀就成為了必須使用的工具，前面敘述過，由于所有的食品膠都不只一種功能，因而在為食品任何一類特別的應(yīng)用選擇*的食品膠時，都還應(yīng)該考慮、候選。食品膠在該食品中發(fā)揮的其他的功能，所以食品工藝師在選擇食品膠時需要考慮諸多因素，必須考慮產(chǎn)品形態(tài)（如凝膠、流動性、硬度、透明度及混濁度等）；產(chǎn)品體系（懸浮顆粒能力，稠度、風(fēng)味、原料類型等）；產(chǎn)品儲存（時間、風(fēng)味穩(wěn)定、水分、曲分遷移）、產(chǎn)品加工方式和經(jīng)濟性等。否則，不考慮其他因素，直接選擇使用在該項應(yīng)用中表現(xiàn)得的食品膠，可能并不是*的選擇。
質(zhì)構(gòu)儀可對樣品的物性概念做出準(zhǔn)確的定量的表述，它使用統(tǒng)一的測試方法，是的量化測量儀器，消除個人感官的主觀性影響，Brookfield所設(shè)計、生產(chǎn)的物性測試儀分LFRA和QTS兩個系列，根據(jù)類別不同，測試范圍的不同，有5種型號可供選擇?？蓪V泛的產(chǎn)品進行多種特性的測試，比如：硬度、嫩度，脆性、膠粘性、粘牙性、回復(fù)性、彈性、凝膠強度等。
Brookfield的Lefa組織分析儀應(yīng)用是明膠行業(yè)Bloom試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)儀器，該實驗方法已經(jīng)通過了許多和國家標(biāo)準(zhǔn)：AOAC（*分析化學(xué)家協(xié)會）、ISO、BS（英國國家標(biāo)準(zhǔn)）等。Lefa組織分析儀在測量明膠洞凍力時可以準(zhǔn)確的讀出凍力讀數(shù)，控溫水浴箱的精度很高，穩(wěn)定的溫度可以保證測量的準(zhǔn)確性。Lefa組織分析儀除了測量明膠的凍力之外，還可以測量一些膠體的破裂強度、刺入強度、瓊脂的Kobe試驗，供食品工業(yè)測量面包的彈性和硬度、巧克力、果凍之類的食品，也可測量其他一些工業(yè)彈性體。
Brookfield的QTS質(zhì)構(gòu)儀主要包括主機、軟件、備用探頭及附件。其基本結(jié)構(gòu)一般是由一個能對樣品產(chǎn)生變形作用的機械裝置，一個用于盛裝樣品的容器和一個對力、時間和變形率進行記錄的記錄系統(tǒng)組成。其測試圍繞著距離、時間、作用力三者進行測試和結(jié)果分析，也就是說，質(zhì)構(gòu)儀所反映的主要是與力學(xué)特性有關(guān)的食品質(zhì)地特性，其結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性，并可對結(jié)果進行準(zhǔn)確的數(shù)量化處理，以量化的指標(biāo)來客觀全面地評價成品，從而避免了人為因素對食品品質(zhì)評價結(jié)果的主觀影響。在用質(zhì)構(gòu)儀評價食品品質(zhì)時，首先要根據(jù)測試樣品選擇探頭的形狀、規(guī)格，然后再根據(jù)探頭來選擇操作模式如壓縮模式或拉伸模式。通過不同種類的壓縮、切割、擠壓和拉伸模具進行測試，得出能夠表示一些質(zhì)構(gòu)特性及相關(guān)關(guān)系的一個曲線圖。
目前，比較常見的采用QTS質(zhì)構(gòu)儀進行測量的食品有以下幾類：
1、面制品－主要包括饅頭、面包、面條、餃子、餅干等。
例：用質(zhì)構(gòu)儀測量面包的硬度、彈性、粘聚性、粘著性、膠著性、咀嚼度等，然后再找出與感官評價的相關(guān)性，可以更客觀的評價面包的品質(zhì)。
2、肉制品－主要包括肉糜、香腸、火腿、牛肉等。
3、奶制品－干酪、濃縮酸乳等。
4、凝膠－大豆蛋白凝膠、明膠等。
5、水果/蔬菜－蘋果、桃子、香蕉、柑橘、土豆等。
6、淀粉糊化特性－凝膠性、糊絲長度等。
例：淀粉糊化后，其糊粘度、凝沉性、抗剪切性都有了很大的變化，淀粉糊的粘韌性也是其中的一項，主要是通過淀粉糊絲的長度來測量的。質(zhì)構(gòu)儀可以采用*的探頭來測量淀粉糊的拉伸特性曲線，從此曲線可以計算糊絲的長度。
目前食品中應(yīng)用質(zhì)構(gòu)儀，主要研究通過質(zhì)構(gòu)儀來找出感官評價與客觀評價之間的關(guān)系，相信通過質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用范圍越來越廣泛和研究的深入，越來越多的質(zhì)構(gòu)儀測試參數(shù)和感官指標(biāo)會建立起來，極大的推動食品工業(yè)的發(fā)展。
附錄1 淀粉糊化特性的測定方法
所需設(shè)備
- RVDV-II+ Programmable Rheometer可編程粘度計（或RVDV-III+ Programmable Rheometer可編程流變議）
- Small Sample Adapter （SSA） 小量樣品承接器配SC4-21轉(zhuǎn)子和帶RTD溫度探針的SC4-13RPY盛樣器
- 帶可編程控制器的TC-112P循環(huán)水浴
- 用可選件WingatherTM或Rheocalc?軟件與電腦連接進行數(shù)據(jù)采集和分析
Test Method 測量方法
在煮淀粉和冷卻的過程中，用循環(huán)水浴來控制溫度。這套系統(tǒng)可以快速地在2分鐘內(nèi)從95?C降到煮淀粉的溫度45?C。水浴使樣品先達到預(yù)先設(shè)定的。煮。溫度，并在此溫度下保持一段時間，然后將溫度調(diào)到預(yù)先選擇好的冷卻溫度。實驗員要確定好每一個循環(huán)周期的間隔時間，并設(shè)定在控制器的程序里。水浴需要用自來水冷卻到25?C或更低的溫度。
在用粘度計來測量淀粉樣品粘度的時候，先將樣品轉(zhuǎn)移到小量樣品承接器（SSA）的盛樣器里，然后依次進行煮、糊化和冷卻的過程。
用手動控制測量各種數(shù)據(jù)（包括粘度、溫度、剪切應(yīng)力、轉(zhuǎn)速和時間間隔），或者選用Brookfield的一些具有數(shù)據(jù)采集功能的儀器來進行自動采集數(shù)據(jù)：如圖表記錄儀，打印機，WingatherTM （for Windows） software可選軟件（如果你用的是DV-III+流變儀，可用可選軟件Rheocalc? for Windows）。圖表記錄儀可以繪出糊化曲線的變化（粘度和溫度）。打印機可以記錄實驗的列表數(shù)據(jù)，因此可以生成一個*性的紀(jì)錄。而可選軟件則可采集所有的實驗參數(shù)，并可自動繪圖和保存列表數(shù)據(jù)。
為了更精致地進行測量，也可選用Brookfield的RVDV-III+型流變儀和Rheocalc?軟件，它可編程控制整個測量過程，自動改變剪切率。并可以全部記錄下實驗的所有數(shù)據(jù)。這個選擇的測試方法適合于要求更細(xì)致、更的研究，以及希望在測試時不需花費太多人工的情況。
附錄2 巧克力屈服應(yīng)力的測定方法
所需儀器
巧克力通常使用HADV-II+ Programmable Viscometer可編程粘度計和Small Sample Adapter （SSA）小量樣品承接器附件加上Brookfield TC-501 Circulating Bath循環(huán)水浴來測量。這套儀器配有多個轉(zhuǎn)子和盛樣器；對于巧克力，建議用SC4-13R 和SC4-27轉(zhuǎn)子來測量，如果使用WingatherTM software可選軟件來采集數(shù)據(jù)，可以將結(jié)果繪成曲線，并可利用軟件里的數(shù)學(xué)模型來計算佳信參數(shù)來進一部分析。
測試方法
在進行測試之前，巧克力樣品必須先做好以下準(zhǔn)備工作：
- 將巧克力樣品在50?C （122?F）下融化，但要避免過渡加熱。
- 在攪拌的過程中，避免在樣品里引入濕氣和空氣。
- 將巧克力樣品冷卻到40?C （104?F）。注意此時不能出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象。
上圖是我們在實驗室里用一個奶油巧克力樣品來做例子，分析它的測量結(jié)果，以及計算佳信參數(shù)屈服應(yīng)力值和塑性粘度。轉(zhuǎn)速的改變?yōu)閺?/span>2rpm到10rpm上升，然后再從10rpm到2rpm回落，粘度的范圍從127，750到45，750 cP，剪切率的變化從到0.68到3.40 sec-1。當(dāng)用佳信方程來計算數(shù)據(jù)時，塑性粘度值為10，105 cP，屈服應(yīng)力值為442.6 dynes/cm?。
