食品物性學(xué)緒論二

食品的力學(xué)性質(zhì)

食品的力學(xué)特性主要有應(yīng)力、變形和時(shí)間三要素。食品力學(xué)是食品物性學(xué)中發(fā)展最早、研究最為深入的性質(zhì).食品流變特性和食品質(zhì)構(gòu)特性是力學(xué)研究較為成熟的核心內(nèi)容。流變學(xué)是研究物體在力的作用下變形與流動(dòng)的科學(xué)；食品質(zhì)構(gòu)是通過(guò)力學(xué)的、觸覺(jué)的、視覺(jué)的、聽(tīng)覺(jué)的方法能夠感知的食品流變學(xué)特性的綜合感覺(jué)。第一章食品流變學(xué)第一節(jié)緒論一定義食品流變學(xué)是研究食品物質(zhì)在力作用下變形或流動(dòng)的科學(xué)。力、力作用時(shí)間、變形二根據(jù)流變特性對(duì)食品的分類，基本概念食品物質(zhì)固體食品主要具有固體特性

液體食品主要具有液體特性粘彈性食品同時(shí)表現(xiàn)出固體特性和液體特性的食品物質(zhì)牛頓型液體非牛頓型液體1固體類食品物質(zhì)固體食品物質(zhì)很多，例如干面團(tuán)、核桃等。馬鈴薯和蘋(píng)果這類食品有時(shí)也可以歸為固體食品。它們都具有變形與作用力的大小成正比例的特性。2牛頓液體類食品物質(zhì)如果液體中的粘度與剪切速度無(wú)關(guān)，符合牛頓粘性定律，這種液體就稱為牛頓液體?？梢詺w屬為牛頓液體的食品物質(zhì)也很多，例如：糖水溶液、低濃度牛乳、油、水及其他透明稀質(zhì)液體均可歸為牛頓液體，都可以用牛頓液體的粘度來(lái)表示其流變特性。3非牛頓液體類食品物質(zhì)在牛頓液體中，液體的粘度是常數(shù)，特征曲線是一條直線并且通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，直線的斜率是由粘度來(lái)決定的。但是，更多的液體卻不滿足牛頓粘性定律，粘度不是常數(shù)，而是隨著剪切速率而變化。這類液體雖然不具備牛頓粘性定律，但是還具備了液體的基本特性，故稱為非牛頓液體。食品中的非牛頓液一般是固體乳液體，例如醬油、菜湯、番茄汁、濃糖水、淀粉漿、蘋(píng)果漿等等，都屬于這類物體。4塑性流體類食品當(dāng)作用在物質(zhì)上的剪切應(yīng)力大于極限值時(shí)，物體就流動(dòng)，否則物質(zhì)就保持即時(shí)形狀并且停止流動(dòng)。典型的塑性流體類食品物質(zhì)有馬鈴薯漿、熔化巧克力、脂肪。它們?cè)谥亓ψ饔孟?，能保持它們的原有形狀，然而，如果受到大于重力的作用力的作用，它們就能類似于液體一樣的流動(dòng)。5粘彈性體這類物質(zhì)同時(shí)表現(xiàn)出液體的粘性和固體的彈性兩種性質(zhì)。例如按適當(dāng)?shù)谋壤龑⑺兔娣刍旌蠑嚢杈托纬闪藵衩鎴F(tuán)，采用擠壓或剪切把面團(tuán)變成片狀。如果把這片面團(tuán)放在水銀上面，并且捏住一端輕輕地拉動(dòng)，那么面團(tuán)開(kāi)始是伸長(zhǎng)，緊接著會(huì)呈現(xiàn)出像粘性液體一樣的流動(dòng)狀態(tài)，一旦放開(kāi)面團(tuán)的末端，它就會(huì)慢慢地收縮，但變形的恢復(fù)只能是局部的，不可能像完全彈性體。屬于粘彈性體的食品物質(zhì)有濕面團(tuán)、米粉團(tuán)、凝膠凍等等。食品屬于分散系統(tǒng)，或者是說(shuō)屬于非均質(zhì)分散系統(tǒng)，也稱分散體系。分散體系是指數(shù)微米以下，數(shù)納米以上的微粒子在氣體、液體或固體中浮游懸濁(即分散)的系統(tǒng)。分散的微粒子稱為分散相，而連續(xù)的氣體、液體或固體稱為分散介質(zhì)。特點(diǎn)：①分散體系中的分散介質(zhì)和分散相都以各自獨(dú)立的狀態(tài)存在，所以分散體系是一個(gè)非平衡狀態(tài)。②每個(gè)分散介質(zhì)和分散相之間都存在著接觸面，整個(gè)分散體系的兩相接觸面面積很大，體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)。按照分散程度的高低(即分散粒子的大)：1分子分散體系分散的粒子半徑小于10-7cm，相當(dāng)于單個(gè)分子或離子的大小。均勻的一相。是一種單相體系。與水的親和力較強(qiáng)的化合物，如蔗糖溶于水后形成的“真溶液”2膠體分散體系分散相粒子半徑在10-7～10-5cm的范圍內(nèi)，比單個(gè)分子大得多。一個(gè)高分散的多相體系，大的比表面積和高的表面能，膠體粒子具有自動(dòng)聚結(jié)的趨勢(shì)?！叭苣z”。3粗分散體系分散相的粒子半徑在10-5～10-3cm的范圍內(nèi)，可用普通顯微鏡甚至肉眼都能分辨出是多相體系。牛奶。按照分散相與分散介質(zhì)的聚集態(tài)來(lái)進(jìn)行分類三食品流變學(xué)的研究目的

(1)食品流變學(xué)可用于對(duì)食品的半成品或成品的質(zhì)量控制，也可用于控制生產(chǎn)過(guò)程。食品流變學(xué)對(duì)提高食品質(zhì)量、調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝過(guò)程以及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等方面都有一定的作用。

(2)食品加工中有許多操作都直接與流變學(xué)性質(zhì)有關(guān)，如混合、攪拌、篩分、壓榨、過(guò)濾、分離、粉碎、整形、均質(zhì)、輸送、膨化、成型、噴霧等。研究和掌握加工對(duì)象的流變特性，就成了食品工程設(shè)計(jì)和單元操作的基礎(chǔ)。(3)流變學(xué)理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于與食品加工有關(guān)的工藝設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

(4)與感官評(píng)定相結(jié)合，定量地評(píng)定食品的品質(zhì)，鑒定和預(yù)測(cè)顧客對(duì)某種食品是否滿意。

(5)在食品制作過(guò)程中利用調(diào)節(jié)中間產(chǎn)品的流變特性方法可達(dá)到調(diào)節(jié)食品組織結(jié)構(gòu)的目的。

(6)可用于食品產(chǎn)品貨架期的預(yù)測(cè)。

(7)為研究食品分子論提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。隨著對(duì)食品品質(zhì)研究的深入，食品內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的研究己成為食品科學(xué)的重要組成部分。但分子水平的結(jié)構(gòu)變化，很難用化學(xué)分析的方法了解，食品流變性質(zhì)對(duì)食品的運(yùn)輸、傳送、加工工藝、產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以及人在咀嚼食品時(shí)的滿足感等都起非常重要的作用。通過(guò)對(duì)流變性質(zhì)的研究不僅能夠了解食品組織結(jié)構(gòu)的變化情況，還可以找出與加工過(guò)程有關(guān)的力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，從而可以控制產(chǎn)品的質(zhì)量，鑒別食品的優(yōu)劣，還可為工藝及設(shè)備和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供有關(guān)數(shù)據(jù)。四研究的思路首先把食品按其流變性質(zhì)分類，然后再對(duì)每種類型的物質(zhì)，建立起表現(xiàn)其流變性質(zhì)的力學(xué)模型，從這些模型的分解、組合和解析中，找出測(cè)定食品力學(xué)性質(zhì)的可靠方法，或得出有效控制食品品質(zhì)（力學(xué)性質(zhì)）的思路第二節(jié)液態(tài)食品的流變特性1黏性及牛頓黏性定律

1)黏性概念黏性是表現(xiàn)流體流動(dòng)性質(zhì)的指標(biāo)，阻礙流體流動(dòng)的性質(zhì)稱為黏性。從微觀上講，黏性是流體在力的作用下質(zhì)點(diǎn)間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生阻力的性質(zhì)。黏性的大小用黏度來(lái)表示。由流動(dòng)力學(xué)可知，當(dāng)流體在一定速度范圍內(nèi)流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與流動(dòng)方向平行的層流流動(dòng)。以流體平行流過(guò)固定平板為例，緊貼板壁的流體質(zhì)點(diǎn)，因與板壁的附著力大于分子的內(nèi)聚力，所以速度為零，在貼著板壁處形成一靜止液層，而越遠(yuǎn)離板壁的液層流速越大。液體內(nèi)部在垂直于流動(dòng)方向就會(huì)形成速度梯度。層與層之間存在著粘性阻力。

如果從流體的層流流動(dòng)沿平行于流動(dòng)方向取一流體微元，微元的上下兩層流體接觸面積為A(m2)、兩層距離為dy(m)，兩層間粘性阻力為F(N)，兩層的流速分別為u和u＋du(m/s)。這一流體微元，可以看成是在某一短促時(shí)間dt(s)內(nèi)發(fā)生了剪切變形的過(guò)程。剪切應(yīng)變?chǔ)乓话阌盟诩羟袘?yīng)力作用下轉(zhuǎn)過(guò)的角度(弧度)來(lái)表示，即ε=θ=dx/dy。則剪切應(yīng)變的速率為可見(jiàn)液體的流動(dòng)也是一個(gè)不斷變形的過(guò)程。用應(yīng)變大小與應(yīng)變所需時(shí)間之比表示變形速率。上式表示的剪切應(yīng)變速率

就是液體的應(yīng)變速率，也稱剪切速率或速度梯度，單位為:s-1。另外，剪切應(yīng)力σ可定義為

剪切應(yīng)力σ實(shí)際是截面切線方向的應(yīng)力分量，單位為Pa牛頓粘性定律指出:流體流動(dòng)時(shí)剪切速率與剪切應(yīng)力成正比關(guān)系，即

式中，比例系數(shù)η稱為粘度，是液體流動(dòng)時(shí)由分子之間的摩擦產(chǎn)生的。2)黏度分類(1)剪切黏度對(duì)應(yīng)于剪切流動(dòng)的，這種流動(dòng)產(chǎn)生的速度梯度場(chǎng)是橫向速度梯度場(chǎng)，即速度梯度的方向與流動(dòng)方向垂直。用普通的黏度計(jì)測(cè)定的液體黏度大多都是剪切黏度。

(2)拉伸黏度

流體流動(dòng)可產(chǎn)生縱向的速度梯度，其速度梯度的方向與流動(dòng)方向一致，這種流動(dòng)稱為拉伸流動(dòng)。它只表示黏彈性體延伸時(shí)(區(qū)別于流動(dòng))的黏度。

(3)體積黏度給液體加以靜水壓時(shí)，體積會(huì)發(fā)生瞬時(shí)的變化而到達(dá)平衡值，這時(shí)不存在體積黏度?？墒菍?duì)更精密的測(cè)定，例如在超聲波范圍，液體所受壓力與體積變化速度之間的關(guān)系將遵循黏性定律。3)流動(dòng)狀態(tài)方程

2黏性流體的分類及特點(diǎn)1)牛頓流體剪切應(yīng)力與剪切速率之間滿足牛頓黏性定律的流體稱為牛頓流體。特征是剪切應(yīng)力與剪切速率成正比，黏度不隨剪切應(yīng)力和剪切速率的變化而變化。即在層流狀態(tài)下，黏度是一個(gè)不隨流速變化而變化的常量?？梢杂谜扯葋?lái)表示其流變特性。嚴(yán)格地講，理想的牛頓流體沒(méi)有彈性，且不可壓縮，各向同性。所以在自然界中理想的牛頓流體是不存在的。在流變學(xué)中只能把在一定范圍內(nèi)基本符合牛頓流動(dòng)定律的流體按牛頓流體處理。其中最典型的是水?？蓺w屬于牛頓流體的食品有:糖水溶液、低濃度牛乳、油及其他透明稀溶液等。2)非牛頓流體剪切應(yīng)力與剪切速率之間不滿足式關(guān)系，且流體的粘度不是常數(shù)，它隨剪切速率的變化而變化，這種流體稱為非牛頓流體。非牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示:

為非牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程式中，k為粘性常數(shù)，又稱濃度系數(shù)。n為流體狀態(tài)特性指數(shù)設(shè)，則非牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程可寫(xiě)成與牛頓流體相似的形式:上式中ηa稱為表觀粘度，與η不同的是:ηa與濃度系數(shù)k和流動(dòng)指數(shù)n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)。也就是ηa是非牛頓流體在某一特定剪切速率下的粘度。

實(shí)際的非牛頓流體有許多并非所示那樣當(dāng)施加應(yīng)力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，它們要在應(yīng)力值大于某個(gè)一定值。(屈服應(yīng)力)時(shí)才開(kāi)始流動(dòng)。非牛頓液體與時(shí)間無(wú)關(guān)與時(shí)間有關(guān)在給定溫度和剪切速率時(shí)，物料的剪切應(yīng)力為常數(shù)，它不隨時(shí)間而變化流動(dòng)曲線通過(guò)原點(diǎn)時(shí)粘性流動(dòng)塑性流動(dòng)液體只有當(dāng)它所受剪切應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力時(shí)，才流動(dòng)假塑性脹流性賓漢姆體非賓漢姆體(或卡生體)觸變性膠變性或抗流變流體

(1)假塑性流體:在非牛頓流體流動(dòng)狀態(tài)方程中，當(dāng)0＜n＜1時(shí)，即表觀粘度隨著剪切應(yīng)力或剪切速率的增大而減少的流動(dòng)稱為假塑性流動(dòng)。因?yàn)殡S著剪切速率的增加，表觀粘度減少，所以還稱為剪切稀化流動(dòng)。符合假塑性流動(dòng)規(guī)律的流體稱為假塑性流體。具有假塑性流動(dòng)性質(zhì)的液體食品，大多含有高分子的膠體粒子，這些粒子多由巨大的鏈狀分子構(gòu)成。在靜止或低流速時(shí)，它們互相勾掛纏結(jié)，粘度較大，顯得粘稠。但當(dāng)流速增大時(shí)，也就是由于流層之間的剪應(yīng)力的作用，使比較散亂的鏈狀粒子滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)而收縮成團(tuán)，減少了相互勾掛，這就出現(xiàn)了剪切稀化現(xiàn)象。一些研究表明，剪切稀化的程度與分子鏈的長(zhǎng)短和線形有關(guān)。直鏈分子構(gòu)成的液體，比多支結(jié)構(gòu)分子的液體剪切稀化程度大。食品工業(yè)中遇到的一些高分子溶液、懸浮液和乳狀液，如醬油、菜湯、番茄汁、濃糖水、淀粉糊、蘋(píng)果醬等都是假塑性流體。大多數(shù)非牛頓流體都屬于假塑性流體。(2)脹塑性流體:在非牛頓流體的流動(dòng)狀態(tài)方程中，如果1＜n＜∞則稱為脹塑性流體。表觀粘度隨剪切速率的增大而增大。由于這一特點(diǎn)，脹塑性流動(dòng)也被稱為剪切增稠流動(dòng)。當(dāng)往淀粉中加水，混合成糊狀后緩慢傾斜容器時(shí)淀粉糊會(huì)像液體樣流動(dòng)。但如果施加更大的剪應(yīng)力，用力快速攪動(dòng)淀粉，那么淀粉糊反而變“硬”，失去流動(dòng)性質(zhì)，若用筷子迅速攪動(dòng)，其阻力甚至能使筷子折斷。(3)塑性流體當(dāng)作用在物質(zhì)上的剪切應(yīng)力大于極限值時(shí)，物質(zhì)開(kāi)始流動(dòng)，否則，物質(zhì)就保持即時(shí)形狀并停止流動(dòng)。剪應(yīng)力的極限值定義為屈服應(yīng)力，所謂屈服應(yīng)力是指使物體發(fā)生流動(dòng)的最小應(yīng)力，用σ0表示。塑性流體的流動(dòng)狀態(tài)方程為:式中，

μ——塑性流體的穩(wěn)定性系數(shù);

n——流動(dòng)特性指數(shù);

σ0——屈服應(yīng)力。其流動(dòng)特性曲線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。對(duì)于塑性流動(dòng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)σ0時(shí)，流動(dòng)特性符合牛頓流動(dòng)規(guī)律的，稱為賓漢流動(dòng)，不符合牛頓流動(dòng)規(guī)律的流動(dòng)稱為非賓漢塑性流動(dòng)。把具有上述流動(dòng)特性的液體分別稱為賓漢流體或非賓漢流體。

(4)觸變性流體

觸變性流動(dòng)亦稱搖溶性流動(dòng)。當(dāng)液體在振動(dòng)、攪拌、搖動(dòng)時(shí)，其黏性減少，流動(dòng)性增加，但靜置一段時(shí)間后，流動(dòng)又變得困難的現(xiàn)象。觸變流動(dòng)是第二類剪切變稀流動(dòng)，在觸變流動(dòng)中，隨流速增加，黏度下降并不是瞬時(shí)發(fā)生的，在恒定的剪切速率下觸變?nèi)芤旱酿ざ认陆凳呛蜁r(shí)間有關(guān)的，剪切停止后，重新恢復(fù)到原有黏度需要一定時(shí)間.觸變性行為根據(jù)流體結(jié)構(gòu)的破壞程度又分為完全觸變型流變和表觀觸變型流變。前者在剪切速率恢復(fù)到零時(shí)，流體重新恢復(fù)初始流動(dòng)行為；后者流體的結(jié)構(gòu)由于剪切應(yīng)力的作用部分破壞，導(dǎo)致該類流體表觀黏度不能完全恢復(fù)。流動(dòng)機(jī)理:隨著剪切應(yīng)力的增加，粒子間的結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致黏性減少；當(dāng)作用力停止時(shí)粒子間結(jié)合構(gòu)造的恢復(fù)需要一段時(shí)間。因此剪切速率減小時(shí)的曲線在前次增加時(shí)的曲線的下方，形成了與流動(dòng)時(shí)間有關(guān)的履歷曲線(滯后曲線)番茄醬、蛋黃醬.有觸變現(xiàn)象的食品口感比較柔和爽口。

(5)抗流變流體

在恒定的剪切作用下，抗流變流體隨時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)出抵抗流動(dòng)的性質(zhì)，即液體隨著流動(dòng)時(shí)間的增加，變得越來(lái)越黏稠。這種行為與剪切造成的聚集作用和締合作用有關(guān)。當(dāng)剪切速率增加至最大值后，再降低剪切速率，降低剪切速率的流動(dòng)曲線反而在增加剪切速率流動(dòng)曲線的上方。這說(shuō)明流動(dòng)促進(jìn)了液體分子間的相互作用。因此，這種現(xiàn)象也被稱為逆觸變現(xiàn)象。具有這種現(xiàn)象的食品往往給人以黏稠的口感。液態(tài)食品黏度的影響因素(1)溫度的影響從分子熱力學(xué)方面看，溫度對(duì)分子運(yùn)動(dòng)有直接的影響。液體的黏度是物質(zhì)分子間相互作用的結(jié)果，當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，分子問(wèn)相互吸引力與分子運(yùn)動(dòng)(由溫度控制)產(chǎn)生的分子間相互排斥力存在一個(gè)平衡狀態(tài)。因此，如果沒(méi)有其他作用力或力轉(zhuǎn)化時(shí)，黏度隨溫度的升高而降低。(2)分散相的影響

(3)分散介質(zhì)的影響(4)乳化劑的影響

3液態(tài)食品流變性質(zhì)的測(cè)定

對(duì)液態(tài)食品來(lái)講，最重要的流變特性是黏度。黏度測(cè)量是研究液態(tài)食品物性的重要手段。黏度測(cè)量也就是對(duì)液體流動(dòng)性質(zhì)的測(cè)量，常見(jiàn)的測(cè)定方法有毛細(xì)管測(cè)定法、圓筒回轉(zhuǎn)式測(cè)定法、落球式測(cè)定法測(cè)定法等。常用毛細(xì)管粘度計(jì)有兩種:奧式粘度計(jì)烏式粘度計(jì)(1)毛細(xì)管粘度計(jì)利用毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)量巧克力融漿的流動(dòng)特性，已知毛細(xì)管直徑lcm，長(zhǎng)度60cm，測(cè)得壓力差與流量下圖所示。(1)證明巧克力融漿為非牛頓流體；用玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)量葵花子精制油的黏度，采用50％濃度的蔗糖溶液作為參考液，已知參考液25℃時(shí)密度為1227.4kg／m3，黏度0.0126Pa·s，流過(guò)毛細(xì)管上下刻度的時(shí)間100s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表，(1)試用Arrhenium模型分析溫度對(duì)黏性的影響；(2)確定活化能；(3)確定Arrhenium模型參數(shù)；(4)10℃該油的黏度是多少。(2)旋轉(zhuǎn)圓筒黏度計(jì)3)錐板式黏度計(jì)由一個(gè)同心的圓錐和平板組成，圓錐面與平板夾角只有0.5o～4o。測(cè)定時(shí)，圓錐與平板的間隙充填試樣，圓板以一定角速度。4）平行板式黏度計(jì)兩塊平板之間為被測(cè)樣品，距離為h，其間距可以根據(jù)被測(cè)樣品的顆粒大小而定。兩塊平板中，一塊以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一塊靜止。通過(guò)檢測(cè)不同轉(zhuǎn)速下的扭矩，從而獲得被測(cè)樣品的流變特性。與錐板式黏度計(jì)相比較，平行板式黏度計(jì)被測(cè)樣品的剪切速率和應(yīng)力均不是恒定值，而是隨直徑變化。

5)落球式黏度計(jì)在重力作用下，測(cè)量落球通過(guò)被測(cè)溶液所需要的時(shí)間。黏度高，同樣條件下落球下落的時(shí)間長(zhǎng)；反之，時(shí)間短。6)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)可以看作是外圓筒半徑較內(nèi)筒大得多的情況，電動(dòng)機(jī)通過(guò)懸吊的彈簧，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子在被測(cè)液體中旋轉(zhuǎn)。設(shè)彈簧扭轉(zhuǎn)彈性率為K，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到平衡狀態(tài)，彈簧受黏性阻力矩作用，上部(刻度盤(pán))與下部(指針)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏轉(zhuǎn)角θ4固態(tài)與半固態(tài)食品的流變特性4.1固態(tài)的流變特性1)食品的變形OL為直線段，L稱彈性極限點(diǎn)，在彈性極限范圍內(nèi)，力與變形成正比，比例系數(shù)稱彈性模量。Y為屈服點(diǎn)，達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，食品材料的一部分結(jié)構(gòu)單元被破壞，開(kāi)始屈服并產(chǎn)生流動(dòng)，發(fā)生屈服時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力。超過(guò)屈服點(diǎn)后增加應(yīng)變時(shí)應(yīng)力并不明顯增加，這個(gè)階段稱為塑性變形。繼續(xù)增加應(yīng)變，應(yīng)力也隨之增加，達(dá)到R點(diǎn)時(shí)，試樣發(fā)生大規(guī)模破壞，R點(diǎn)稱為斷裂點(diǎn)，它所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為斷裂極限(或斷裂強(qiáng)度)。把試樣放在萬(wàn)能試驗(yàn)儀的固定板上，活動(dòng)板以一定速率壓試樣時(shí)，食品的典型壓縮變形曲線(1)脆性斷裂:特點(diǎn)是屈服點(diǎn)與斷裂點(diǎn)一致。式中，C——換算系數(shù)

A——面積(2)塑性斷裂:特點(diǎn)是試樣經(jīng)過(guò)塑性變形后斷裂2)彈性

物體在外力作用下發(fā)生形變，撤去外力后恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的性質(zhì)稱為彈性。撤去外力后形變立即完全消失的彈性稱為完全彈性。形變超過(guò)某一限度時(shí)，物體不能完全恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，這種限度稱為彈性極限。在彈性極限范圍內(nèi)，外力F和變形量d之間成正比關(guān)系，即F＝kd

上式稱為虎克定律，式中比例系數(shù)k為彈性系數(shù)。

3種類型：①受正應(yīng)力作用產(chǎn)生的軸向應(yīng)變；⑦受表面壓力作用的體積應(yīng)變；③受剪切應(yīng)力作用發(fā)生的剪切應(yīng)變。(1)彈性模量(楊氏模量)物體受正應(yīng)力作用,產(chǎn)生軸向的變形稱拉伸(或壓縮)變形，表示拉伸變形的彈性模量也稱作楊氏模量σn＝F/Aεn＝d/Lσn＝E·εn

比例系數(shù)E稱彈性模量(楊氏模量)，單位是N/m2

(2)剪切模量στ＝F/Aετ＝d/H＝tanθ

＝θστ＝G·ετ比例系數(shù)G稱為剪切模量，單位是N/m2。(3)體積模量式中，K為體積模量，它是材料的固有性質(zhì)，單位是N/m2。(4)泊松比比例系數(shù)μ是物質(zhì)的固有常數(shù)，稱泊松比。它是無(wú)量綱的量。在拉伸或壓縮面團(tuán)、凝膠等食品的過(guò)程中，物體的體積不發(fā)生變化，則泊松比等于0.5。海綿狀食品(如面包)，在壓縮的垂直方向沒(méi)有明顯的變形，則μ=0。土豆的泊松比為0.49，蘋(píng)果的泊松比為0.37。εe＝－μ·εn

5)幾個(gè)彈性系數(shù)之間的相互關(guān)系式中，K為體積模量，它是材料的固有性質(zhì)，單位是N/m2。3）

食品的粘彈性體(1)粘彈性:許多食品往往既表現(xiàn)彈性性質(zhì)，又表現(xiàn)粘性性質(zhì)。把這種既有彈性又可以流動(dòng)的現(xiàn)象稱為粘彈性，具有粘彈性的物質(zhì)稱為粘彈性體(或半固態(tài)物質(zhì)。粘彈性體的力學(xué)性質(zhì)不像完全彈性體那樣僅用力與變形的關(guān)系來(lái)表示，還與力的作用時(shí)間有關(guān)。所以，研究粘彈性體的力學(xué)物性時(shí)，掌握力與變形隨時(shí)間變化的規(guī)律是非常重要的應(yīng)力松弛:所謂應(yīng)力松弛是指試樣瞬時(shí)變形后，在變形(應(yīng)變)不變情況下，試樣內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)問(wèn)的延長(zhǎng)而減少的過(guò)程。值得注意的是，應(yīng)力松弛是以一定大小的應(yīng)變?yōu)闂l件的蠕變:蠕變和應(yīng)力松弛相反。蠕變是指把一定大小的力(應(yīng)力)施加于粘彈性體時(shí)，物體的變形(應(yīng)變)隨時(shí)間的變化而逐漸增加的現(xiàn)象。要注意，蠕變是以一定大小的應(yīng)力為條件的。(2)曳絲性當(dāng)筷子插入其中，再提起時(shí),會(huì)觀察到一部分液體被拉起形成絲狀，把這種現(xiàn)象稱為曳絲性，具有曳絲性的液體，分子之間存在著一定的結(jié)合，形成了弱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。曳絲性是黏性與彈性雙重性質(zhì)的表現(xiàn)。(3)威森伯格效果將黏彈性液體放入圓桶形容器中，垂直于液面插入一玻璃棒，當(dāng)急速轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃棒或容器時(shí)，可觀察到液體會(huì)纏繞玻璃棒而上，在棒周?chē)纬陕∑鹩谝好娴囊褐?把這種現(xiàn)象稱作威森伯格效果

3.3.2粘彈性的力學(xué)模型1)單要素模型(1)虎克模型在研究粘彈性體時(shí)，其彈性部分往往用一個(gè)代表彈性體的模型表示?；⒖四Ｐ捅闶怯靡桓硐氲膹椈杀硎緩椥缘哪Ｐ停虼艘卜Q“彈簧體模型”或“虎克體”。虎克模型代表完全彈性體的力學(xué)表現(xiàn)，即加上載荷的瞬間同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的變形，變形大小與受力的大小成正比(2)阻尼模型流變學(xué)中把物體粘性性質(zhì)用一個(gè)阻尼體模型表示，因此稱為“阻尼模型”或“阻尼體”。阻尼模型瞬時(shí)加載時(shí)，阻尼體即開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；當(dāng)去載時(shí)阻尼模型立即停止運(yùn)動(dòng)，并保持其變形，沒(méi)有彈性恢復(fù)。阻尼模型既可表示牛頓流體性質(zhì)，也可表示非牛頓流體性質(zhì)。(3)滑塊模型滑塊模型雖不能獨(dú)立地用來(lái)表示某種流變性質(zhì)，但常與其他流變?cè)M合，表示有屈服應(yīng)力存在的塑性流體性質(zhì)?；瑝K模型亦稱為“摩擦片”、“文思特滑片”。2)麥克斯韋模型由一個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器串聯(lián)組成，這是最早提出的粘彈模型。這一模型可以用來(lái)形象地反映應(yīng)力松弛過(guò)程。當(dāng)模型一端受力而被拉伸一定長(zhǎng)度時(shí)，由于彈簧可在剎那間變形，而阻尼器由于粘性作用來(lái)不及移動(dòng)，彈簧首先被拉開(kāi)，然后在彈簧恢復(fù)力作用下，阻尼器粘性起作用，隨時(shí)間的增加而逐漸被拉開(kāi)，彈簧受到的拉力也逐漸減小，直到零。這就類似于應(yīng)力松弛過(guò)程?？梢酝茖?dǎo)出該模型的松弛模量隨時(shí)間的變化規(guī)律為：3)伏格特-開(kāi)爾芬模型伏格特-開(kāi)爾芬模型是由一個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器并聯(lián)組成,此模型可以描述食品的蠕變過(guò)程。

t1——解除應(yīng)力的時(shí)刻；

ε1——解除應(yīng)力時(shí)的最大形變。4)多要素模型(1)四要素模型

四要素模型也稱為伯格斯模型,四要素模型還有許多等效表現(xiàn)形式，在研究不同的流變現(xiàn)象時(shí)，為了解析方便，可以選用不同的等效模型。(2)三要素模型

三要素模型可以看作是四要素模型的一個(gè)特例。例如當(dāng)粘彈性體存在著不能完全松弛的殘余應(yīng)力，就可以認(rèn)為四要素模型阻尼體成了不能流動(dòng)的剛性連接三要素模型瞬時(shí)彈性模量延遲彈性模量黏度:從卸載曲線達(dá)到平衡后的曲線部分求出。已知常值應(yīng)力和蠕變時(shí)間，則可從實(shí)驗(yàn)值求出粘度。延遲時(shí)間若令左邊部分即為某時(shí)間的延遲彈性變形量，可寫(xiě)成將上式畫(huà)在半對(duì)數(shù)紙上，其結(jié)果為一條直線。直線的斜率為,根據(jù)此斜率即可求出時(shí)間常數(shù)。伯格斯模型開(kāi)爾文元件的黏度即可求出5)廣義模型

食品體系是一個(gè)多分散的復(fù)雜體系，在力學(xué)松弛過(guò)程不止一個(gè)值，而是一個(gè)分布很寬的連續(xù)譜，即時(shí)間譜。

因此,模擬實(shí)際黏彈性體的流變特征往往要建立更復(fù)雜的模型。常見(jiàn)的黏彈性體流變學(xué)分析試驗(yàn)多為應(yīng)力松弛或蠕變?cè)囼?yàn)，常用廣義模型研究這兩種試驗(yàn)的復(fù)雜流變現(xiàn)象。所謂廣義模型就是把若干(M個(gè))麥克斯韋模型或開(kāi)爾芬模型并聯(lián)或串聯(lián)而組合成的模型。(1)廣義麥克斯韋模型廣義麥克斯韋模型由許多麥克斯韋模型并聯(lián)而成.(2)廣義開(kāi)爾芬模型

由許多開(kāi)爾芬模型串聯(lián)而成。但是，在大多數(shù)情況下，應(yīng)力對(duì)數(shù)和時(shí)間的關(guān)系曲線是非線性的。小麥面團(tuán)的應(yīng)力松弛曲線。