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02 食品的力学基础1

02 食品的力学基础1

0<n<1
N=1
1<n<∞
浓缩肉汁是一种典型的宾汉流体。
部分液态食品的塑性
流动规律符合卡松公式：
如：苹果酱、 番茄酱、巧克力等。
（4）触变性流动(thixotropy)：当液体在振动、搅拌、摇
动时，其黏性减少，流动性增加，但静置一段时间后，流

二、黏性
（一）黏性的概念 阻碍流体流动的性质称为黏性。黏性从微观 上讲，就是流体受力作用，其质点间作相对 运动时产生阻力的性质。这种阻力来自内部 分子运动和分子引力。 黏性的大小用黏度(或称黏性率、黏性系数)来 表示。根据变形的方式，黏度还可分为：

剪切黏度(coefficient of shear viscosity)

大部分液态食品0<n<1，都是假塑性液体。 n值越小，随着流速的增加，黏滞阻力增加相对越慢。 这是因为 n越小，液体内部构造越弱 ，随着剪切流 速的增大，其内部分子结合而形成的阻力由于构造破坏 而减少。

当流速对内部构造没有影响时 n =1，这就是理想的
牛顿流体。
（2）胀塑性流动（dilatant flow） 当 1<n<∞ 时，即表观黏度随着剪切应力或剪切速率的
根据σ0的有无和n的取值范围，非牛顿流动分类：
（1）假塑性流动（pseudoplastic flow）
当 0<n<1 时，即表观黏度随着剪切应力或剪切速率的 增大而减少的流动，称为假塑性流动，亦称准塑性流动， 拟塑性流动或剪切稀化流动（shear thinning flow） 。 符合假塑性流动规律的液体称为假塑性液体。 σ0=0；0<n<1
或流动的科学。
除了力的作用外，力的作用时间对变形的影响也

食品的力学性质和流变学基础课件

食品的力学性质和流变学基础课件

食品力学性质是影响食品品质和消费者接受度的重要因素。
在食品加工过程中，了解和掌握食品的力学性质有助于优化工艺参数、提高产品质量和开发新产品。
目前，食品力学性质研究涉及多个学科领域，如物理学、化学、生物学和工程学等，研究方法和技术不断更新和完善。
食品流变学作为食品力学性质研究的重要分支，在食品加工、食品质量和食品安全等领域具有广泛的应用前景。
缺乏系统性的理论框架
食品种类多样性考虑不足
食品品质与安全关联性不明确
发展多学科交叉研究方法
未来研究应注重发展多学科交叉的研究方法，结合物理学、化学、生物学等多学科理论，深入探讨食品的力学性质和流变学机制。
建立系统性的理论框架
通过整合现有研究成果和理论，逐步建立食品的力学性质和流变学的系统性理论框架，为研究提供统一的理论指导。
包装结构的设计
通过研究食品的流变学性质，可以优化包装结构的设计，提高包装的阻隔性能和保护性能，保证食品的新鲜度和安全性。
06
CHAPTER
展望与未来研究方向
研究方法的局限性
当前对食品力学性质和流变学的研究主要依赖于实验室测试，这种方法难以模拟实际食品加工过程中的复杂环境和条件，导致实验结果与实际情况存在偏差。
食品的力学性质和流变学涉及多个学科领域，目前尚未形成完整、系统的理论框架，这使得研究者在探讨相关问题时缺乏统一的理论指导。
不同食品具有不同的组成、结构和加工特性，当前研究对食品种类多样性的考虑不足，导致研究结果难以广泛应用于各类食品。
食品的力学性质和流变学与食品品质和安全之间的关联性尚不明确，需要进一步深入研究以揭示其内在联系。
食品的力学性质和流变学基础课件
目录
食品力学性质概述食品的力学性质食品流变学基础食品加工过程中的力学与流变学问题食品力学性质与流变学基础的应用展望与未来研究方向

黏性食品的流变特性PPT课件

黏性食品的流变特性PPT课件
表观黏度随剪切应力或剪切速率增大而减小的流体称为假塑性流体。
（2）流变方程
σ= kέn （0＜n＜1） 表观黏度a与τ和έ的一般关系为：
σ= aέ
第23页/共63页
3.1 黏性流体的流变学基础
①a与稠度系数k和流型指数n有关，且是剪切速率έ的函数：
a= kέn-1
②a与一定的剪切速率相对应，在图15-30中，表观黏度：
第9页/共63页
3.1 黏性流体的流变学基础
4.流体特征
（1）Newton流体的流变曲线是一条经过原点的直线，其斜率即为流体的黏 度，斜率大小代表黏度的高低。
（2）黏度值是个常数，不受剪切速率或剪切应力单方面变化的影响，只有 它们同时变化才能影响黏度值。
（3）只要有力作用即流动，无论力大小。 见图3-3。
K③为当稠n >度l 系时 ，数为，胀Pa塑·sn性；或n为剪流切体增特稠性流指体数；，无因次，表示与Newton流体偏离 的程度④。仅有n 、k 两参 数 ， 使 用 简 便 ，应 用 广 泛 。 工 业 上8 0 ％ 以 上的 非 Newto n 流 体
均可用此模型描述。
第14页/共63页
3.1 黏性流体的流变学基础
血液在低剪切速率时也表现出假塑性流体性质。
第26页/共63页
3.1 黏性流体的流变学基础
3.膨胀流体
（1）概念 ※ 膨胀现象 ※ 膨胀流体
分散体系中分散相颗粒在剪切应力的 强烈作用下，成为疏松排列结构，导致视 体积增凡大是的表现观象黏称度为随剪膨切胀速现率象增。大而增稠 的流体，不管在剪切应力作用下有无体积 膨胀都可称为膨胀流体。
如图3-5所示。
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3.1 黏性流体的流变学基础

第四章-食品物性：食品的流变特性教学提纲

第四章-食品物性：食品的流变特性教学提纲

南京农业大学食品科技学院
2
4.1 食品流变学的定义及研究目的
定义
流变学(Rheology)是研究物质的流动和变形的科学，它与 物质的组织结构有密切关系。
内容
作用于物体上的应力和由此产生的应变规律，是力、 变形和时间的函数。
对象
食品物质
固态 主要具有固 体性质的食
品物质
2020年7月2日星期四
液态
主要具有流体性质的食品物质。 分为牛顿流体和非牛顿流体。 具有弹性的粘性流体归属于塑
2020年7月2日星期四
南京农业大学食品科技学院
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以从流流体体平的行层流流过流固动定沿平平板行为于例流：动紧方贴向板取壁一的流流体体微质元点，，微因元 上与下板两壁层的流附体着接力触大面于积分为子A的(m内2聚), 两力层，距所离以为速d度y 为(m零), ，两在层贴间 着板壁处形成一静止液层，而越远离板壁的液层流速越大。 黏液性体阻内力部为在F垂(N直),于两流层动的方流向速就为会别形为成u和速u度+梯du度(m，/s层）与。层之 间存在着黏性阻力。
性流体。 南京农业大学食品科技学院
半固态 同时表现出 固体性质和 流体性质的 食品物质3
牙膏——包含的流变学问题
要求：使用时挤出要容易， 挤出后要维持形状，在牙刷 上不能下陷，刷牙时又要轻 松，那就要求牙膏遇到剪切 时黏度迅速下降，静止时又 要一定的屈服应力，以保持 坚挺。
2020年7月2日星期四
2020年7月2日星期四
南京农业大学食品科技学院
14
牛顿流体的流动特性曲线
2020年7月2日星期四
南京农业大学食品科技学院
15
需要注意：
严格地讲，理想的牛顿流体没有弹性，且不可压缩，各 向同性。

黏性食品的流变特性

黏性食品的流变特性

3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.2 黏性流体的分类及特点 3.1.2.1 Newton流体
1.概念
Newton流体是指在任意小的外力作用下即能流动的流体，并 且剪切应力σ与流动的剪切速率έ大小成正比。
※ Newton定律的局限性
Newton黏性实验定律描述像水和空气这样的流体是适合的， 对含高分子量的流体不适宜，因其剪切应力与剪切速率之间已不再 是线性关系。
（3）剪切应力
相切于截面的应力分量称为剪切应力。其单位是 Pa。
3.1 黏性流体的流变学基础
3.剪切速率
流体在两界面（如平行板）之间流动时，因材料与流 体间存在摩擦力，使流体内部与流体-界面接触处的流动速率 不同，诱发一个渐变的速率场，称为剪切速率（或速度梯度 、应变速率）。
4.流动特性曲线
是反映流体流变性的曲线，泛指剪切应力与剪切速率 的关系曲线。有时也指黏度（表观黏度）及其表现形式与剪 切速率、分散相粒径、分散相体积分数等关系的曲线。
曲线。
可将剪切应力为纵坐标，剪切速率为横坐标，也可将剪切应力为横坐标，剪
切速率为纵坐标。
图3-2 四种流体的流变曲线
3.1 黏性流体的流变学基础
4.流体特征
（1）Newton流体的流变曲线是一条经过原点的直线，其斜率即为流体的黏度，斜率大 小代表黏度的高低。
（2）黏度值是个常数，不受剪切速率或剪切应力单方面变化的影响，只有它们同时变 化才能影响黏度值。
3.1 黏性流体的流变学基础
5.实例
化工领域著名的Newton流体的例子是甘油、乙醇、极稀的溶胶和高分子溶液等。 在食品工业中，只有水、白醋、白酒、蔗糖水、汽水、少数植物油等属于Newton流体 ，其它绝大多数均为非Newton流体。

食品流变学与质构PPT课件

食品流变学与质构PPT课件
2
2 1
1

注意：
a. 由于双园筒回转式粘度计产生反力矩的弹性元件具有 确定的弹性系数。因此，在测一时受到液体摩擦力矩M1 的作用而产生的扭角是有一定范围的，摩擦力矩的大小 除了取决于液体的粘度外，还与转子的大小有关。摩擦 力矩太大或太小均不能使粘度计正常工作，所以，各种 型号的双园筒粘度计都配有不同规格（直径与长度）和 转筒或转子，以满足不同液体测量的需要。 b. 在选定了转子后，还要注意转速，要使转子在适当 的转速范围内工作。 C. 上述讲的公式仅适合于牛顿液体，对于非牛顿液体 的粘度测量也可采用回转粘度计，但比上述所讲的均要 复杂得多。
食品流变学与质构
(2) 回转粘度计 A. 原理： 主要部件为两个园筒，其中一个静止，另一个转动， 当液体进入双园筒隙间时，在旋转园筒的作用下，液体将发生 转动， 液体在运动过程中也对园筒表面施以摩擦力矩，通过摩 察阻力矩的测定，算出液体的粘度及流变参数。 B. 转鼓式粘度计 外园筒旋转而内园筒静止，通过内园筒达到平衡时所偏转 的角度来测定粘度，即通过测定旋转的力矩求出其粘度。
1 1 M r1 2 2 4 2 H r1 r2
食品流变学与质构
C. 转子回转式粘度计
原理: 外园筒不转，中间的转子通过弹簧等弹性元件与刻度 盘相连接，如果转子没有其他外力的作用，在电机作用下，就 会与刻度盘一起作匀速运动，但当转子浸入液体时，由于液体 粘性的作用而受到一个与转子旋转方向相反的力矩M1作用， 阻碍了转子的旋转，使转子不能与刻度盘同步运动。因转子与 弹簧相连，这个力矩阵就能过转子作用在弹簧 上，使弹簧扭 转了一个角度，弹簧产生了一个与M1大小相等、方向相反的 力矩Mr1,使Mr1与M1平衡，最终使转子以同样的转速继续旋转。 由此可见，补测液体的粘度越大，产生的阻力矩M1就越大， 弹簧扭转的角度也越大。因此，可根据弹簧扭转角度的大小来 确定粘度的大小。弹簧扭转的角度可能过固定在转子上的指针 和刻度盘上的刻度相对位置看出来。

3第四章食品的流变特性21


33
③分散介质的影响 对乳浊溶液黏度影响最大的当然是分散介 质本身的黏度。与分散介质本身黏度有关的 影响因素主要是其本身的流变性质、化学组
成、极性、pH以及电解质浓度等。
34
④乳化剂的影响
乳化剂对乳浊液黏度的影响主要有以下几方面： a. 化学成份。它影响到粒子间的位能。 b. 乳化剂浓度及其对分散粒子分散程度 (溶解度) 的影响。它还影响到乳浊液的状态。 c. 粒子吸附乳化剂形成的膜厚及其对粒子流变性 质、粒子间流动的影响。 d. 改变粒子荷电性质引起的黏度效果。
影响（2）确定Andrade模型参数及活化能；（3）
上式所表示的液体流动规律被称为牛顿定 律。凡符合牛顿定律的液体，即：应力与剪切 速率成正比的流体，称为牛顿流体。其流态状 态方程不符合牛顿定律，统称为非牛顿流体。 特征：剪切应力与剪切速率成正比，黏度不随 剪切速率的变化而变化。也就是在层流状态下， 黏度是一个不随流速变化而变化的常量。
6
牛顿流体剪切速率与剪切应力的关系、剪切
标准液和被测液的毛细管通过时间，求出被测
液的黏度。
R Pt
4
8LQt Pt t 4 0 R P0 t 0 P0 t 0 0 t0 8LQt
39
例题：
用毛细管粘度计测量葵花籽油的黏，采用50%浓
度的蔗糖溶液作为参考液，已知参考液25℃时的 密度为1227.4kg/m3，黏度为0.0126Pa· s，流过毛 细管上下刻度的时间是100s。根据实验结果（见 下表），(1)试用Andrade模型分析温度对黏度的
(1 ＜ n ＜ ∞, 0 ＜ n ＜1) (σ0 ≠ 0 )

= 0 +k
n：称为流态特性指数。
n

《食品流变学与质构》课件


食品质构的重要性
总结词
食品质构在食品加工、贮藏和消费过程中具有重要意义。
详细描述
食品质构直接影响着食品的口感、风味和消费者的接受度，是评价食品品质的重要依据。同时，食品质构也影响 着食品的加工和贮藏性能，如食品的加工机械性能、货架期等。
食品质构的研究内容
要点一
总结词
食品质构的研究内容包括测定方法、影响因素和改善措施 等方面。
地、口感和稳定性等方面的特性。
食品流变学对于提高食品品质、优化加工工艺和开发新产品具
03
有重要意义。
食品流变学的研究内容
1
食品流变学主要研究食品在加工、贮藏和消费过 程中表现出来的流变性质，包括粘度、弹性、塑 性、脆性等。
2
它涉及到食品的微观结构和化学组成对流变性质 的影响，以及温度、水分、添加剂等因素对食品 流变性质的作用机制。
03
通过深入了解流变学与质构的关系，可以更好地理解食品的加工 、贮藏和消费过程中的变化，为改进食品品质和开发新产品提供
理论支持。
05ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
食品流变学与质构的应用
在食品研发中的应用
食品流变学在食品研发中发挥着重要作用，它涉及到食品的质地、口感和触感等 方面的研究。通过研究食品的流变特性，可以更好地了解食品的结构和组成，从 而优化食品的质地和口感。
要点二
详细描述
质构的测定方法包括触觉测定、仪器测定和流变学测定等 ，这些方法可以用来评估食品的力学性质和组织结构特性 。同时，研究食品质构的影响因素，如原料特性、加工工 艺、贮藏条件等，有助于了解和控制食品质构的变化。此 外，通过研究和改善食品的质构特性，可以提高食品品质 和满足消费者需求。
04
食品流变学与质构的关系

黏性食品及粘弹性食品的流变特性


谢 谢 欣 赏
二、血液的流变特性
1.全血是非牛顿流体，血浆是牛顿流体。 2.全血有屈服应力，只有当血液所受的外部切应力超 过该力时，血液才开始流动。 3.细胞比容在0.1~0.8时,全血黏度与血细胞比容呈正 相关。 4.当切变率足够大（>200/s）时,全血黏度逐渐降低 并趋于一近值,全血的流变特性趋向于牛顿流体。因 此，在大血管中全血可看作是牛顿液体。 5.血浆黏度主要取决于纤维蛋白原浓度 6.红细胞聚集性，变形性，血液PH，渗透压等对血液 流变特性有很大影响。
1.血液黏度：

全血为非牛顿流体，全血黏度与血细胞比容 和血浆成分有着密切的关系。当血细胞比容为0时， 血液为牛顿流体，当血细胞比容大于0.1时,血液 则表现出非牛顿流体的特性.随着切变率减少而黏 度增高,血细胞比容越高,黏度越大, 非牛顿特性 越显著.随着切变率增大,血液流动性逐渐似牛顿 流体.一般血细胞比容为0.45,当切变率>200/S时, 可近似看作是牛顿流体.血浆为牛顿流体,血浆黏 度与血浆组成有关,尤其受纤维蛋白原影响较大, 血浆黏度比血液黏度约高20%.
非牛顿流体在食品工业 中也很普遍，如番茄汁， 淀粉液，蛋清，苹果浆， 菜汤，浓糖水，酱油， 果酱，炼乳，琼脂，土 豆浆，熔化巧克力，面 团，米粉团，以及鱼糜、 肉糜等各种糜状食品物 料。
血液的流变特性
一、血液的流变特性中 的基本概念
二、血液的流变特性
三、我们的生活调节方 式
一、血液的流变特性中的基本概念
第三节
非牛顿流体的应用
然界中存在着大量非牛顿流 体，例如油脂、油漆、牛奶、 牙膏、动物血液、泥浆等。 非牛顿流体力学在化学纤维 工业、塑料工业、石油工业、 化学工业、轻工业、食品工 业等许多部门有广泛的应用。 石油，泥浆，水煤浆，陶瓷 浆，纸浆，油漆，油墨，家 蚕丝再生溶液，钻井用的洗 井液和完井液，磁浆，某些 感光材料的涂液，泡沫，液 晶，高含沙水流，泥石流， 地幔等也都是非牛顿流体。
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※ Newton定律的局限性
Newton黏性实验定律描述像水和空气这样的流体是适 合的，对含高分子量的流体不适宜，因其剪切应力与剪切 速率之间已不再是线性关系。
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2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
2.流变方程
数学表达式σ＝ηέ
①流体层之间单位面积的内摩擦力或剪切应 力与速率梯度或剪切速率成正比。
因次，②表当示n<与1时Ne，wt为on假流塑体性偏或离剪的切程变度稀。流体； ③当n>l时，为胀塑性或剪切增稠流体；
（2）非Newton流体包括塑性流体、假塑性流体 （剪切变稀）、胀塑性流体（剪切变稠）、触变性 流体、流凝性流体等多种，描述其内摩擦特性的流 变模型有多个。
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3.1 黏性流体的流变学基础
※ 幂定律模型
将非Newton流体的黏度描述为速率梯度或剪切 速率绝对值的指数函数：
σ0=k(dvx/dy)n=kέn 或 η=k(dvx/dy)n=kέn-1 ①当n=1时，η=k，即k具有黏度的量纲，此时 流体K为为N稠ew度to系n流数体，；Pa·sn；n为流体特性指数，无
②式σσ＝为η剪έ切又应称力Ne；wtέo为n剪剪切切应速力率公；式，它表
明有一η类是流与体剪，切其速剪率切无应关力的与常剪数切，速是率代呈表线流性体关
系。这黏类滞流性体的被物称理为量Ne，wt反on映流了体流。体内摩擦力
③的非大Ne小wt，on称流为体流，体问的题黏复性杂系，数η，不简是称常黏数，
（3）只要有力作用即流动，无论力大小。
见图3-3。
图3-3 牛顿流体特性曲线
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2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
※ 关于Newton流体有两点说明
①绝对的Newton流体是不存在的 理想的Newton流体是无弹性、不可压缩和 各向同性的，实际上不存在这样的流体，但有 些流体因其性质在一定条件下与Newton流体相 近，可近似为Newton流体。 ②Newton流体具有恒定黏度的结论只在层 流条件下成立。
3.1 黏性流体的流变学基础
dv dx
(a)平板模型示意图 (b)流速梯度分布示意图
图3-1 平行板间流体层流模型中内摩擦
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2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
2.剪切应力
（1）应力
物体由于外因（载荷、温度
变化等）而变形时，在它内部任
一截面的垂两直侧于出截现面的的相应互力作分用量力，，
（2）正应力 称为称内为力正。应单力位或面法积向上应的力内。力称
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3.1 黏性流体的流变学基础
5.实例
化工领域著名的Newton流体的例子是甘油、 乙醇、极稀的溶胶和高分子溶液等。
在食品工业中，只有水、白醋、白酒、蔗糖 水、汽水、少数植物油等属于Newton流体，其它 绝大多数均为非Newton流体。
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3.1 黏性流体的流变学基础
为应力。 相切于截面的应力分
（3）剪切应力 量称为剪切应力。其单位
是Pa。
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
3.剪切速率
流体在两界面（如平行板）之间流动时，因材料 与流体间存在摩擦力，使流体内部与流体-界面接触处 的流动速率不同，诱发一个渐变的速率场，称为剪切 速率（或速度梯度、应变速率）。
流变学(Rheology)是研究物质的流动和变形的 科学，主要研究作用于物体上的应力和由此产生 的应变规律，是力、变形和时间的函数。食品流 变学研究的对象是食品物质。食品物质种类繁多， 为了研究方便，食品流变学把食品物质按形态简 单分成液态食品、半固态食品和固态食品。液体 又可分为两大类，符合牛顿黏性定律的液体称之 为牛顿流体；不符合牛顿黏性定律的液体称之为 非牛顿流体。
3.1.2.2 非Newton流体 剪切应力与剪切
（1）非Newton流体种类速繁率多之，间不不胜满枚足举线性 C最囊属a为r液于r常如e等非a绝用Ou多 N大模s。etw种w多型ta体o数和ldn液流-生Bdie以n体物wg及。流haea像l体me幂模细，律型胞如模关N等质人e型系w，那身t、的o其样上nE流流中的的ll体体幂i“血s模称。定半液型为律流、、非模体淋型”巴都液、
《食品物性学》
第3章 黏性食品的流变特性 Chapter Three The Rheological
Property of Viscous Foods
1
2021/3/6
《食品物性学》
教学内容
3.1 黏性流体的流变学基础 3.2 剪切黏度的影响因素 3.3 流变参数实验确定方法
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3 黏性食品的流变特性
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2021/3/6
3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.1 黏性及牛顿黏性定律
1. 黏性流动的概念 流体在外力作用下流动时，由于体系内 部各种摩擦阻力（真溶液的分子之间、分散 介质与分散相之间、分散相之间及分散介质 之间）的存在，表现为流体在运动过程中总 是在抵消外力或减弱流动的现象。
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它与流度体。的物理性质和受到的剪切应力和剪切速 率有关，流体的流动情况要改变其内摩擦特性。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.图流3变-2曲描线述
了Newto流n流体体的流变曲线是剪切应力与剪切速率 和几种非 New的to关n流系体曲—线。
—
可将剪切应力为纵坐标，剪切速率为横
塑坐性、标假，塑也性可将剪切应力为横坐标，剪切速率
和膨胀为流纵体坐的标流。 变曲线。
图3-2 四种流体的流变曲线
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3.1 黏性流体的流变学基础
4.流体特征
（1）Newton流体的流变曲线是一条经过原点 的直线，其斜率即为流体的黏度，斜率大小代表 黏度的高低。
（2）黏度值是个常数，不受剪切速率或剪切 应力单方面变化的影响，只有它们同时变化才能 影响黏度值。
4.流动特性曲线
是反映流体流变性的曲线，泛指剪切应力与剪切 速率的关系曲线。有时也指黏度（表观黏度）及其表 现形式与剪切速率、分散相粒径、分散相体积分数等 关系的曲线。
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3.1 黏性流体的流变学基础
3.1.2 黏性流体的分类及特点 3.1.2.1 Newton流体
1.概念
Newton流体是指在任意小的外力作用下即能流动的流 体，并且剪切应力σ与流动的剪切速率έ大小成正比。