基本介紹
- 中文名：剪下稀化
- 外文名：shear thinning
- 特點：剪下率升高,黏度減少
- 類別：生產方法
- 別名：假塑性體
- 例子：如菜湯、醬油、濃糖水
食品流變學,黏性,黏性流動的分類,牛頓流動,非牛頓流動,剪下稀化流體概述,剪下稀化流體套用,
食品流變學
流變學（Rheology）是研究物體受外力作用而變形或者流動的學科，是力學的一個分支。食品流變學的研究對象是食品材料的力學性質。食品材料通常指介於固液之間的物質，比如澱粉、油脂、蛋白、魚糜等具有複雜的化學組成的物質。然而，食品流變學除涉及力學，還包括高分子學物性論、膠體化學等，甚至也包括研究生物化學反應下變形理論的所謂“化學流變學”，研究血液、細胞液和生物學關係的“生物流變學”，研究人的力學感覺和變形規律即心理學同變形及力學刺激的“心理流變學”等。
食品流變學在於解決食品加工中存在的問題。這些食品的流變性質與加工過程中操作的有關。除此之外，有些食品具有的嗜好性質與流變性質關係也很密切。由於食品的複雜性，在進行食品流變學研究時，首先需要把食品分類，對於不同的類型，建立各自的流變學模型，對這些模型進行分解、組合，解析，總結出可靠的測定方法，獲得有效的控制品質的思路。
黏性
黏性是指阻礙流體流動的性質，該指標表現了流體的流動性。食用植物油和水均屬於易流動液體。如果我們分別把油和水倒在玻璃平板上時，可以發現油的流動速度比水慢，換句話說，水比油易流動，同時也說明水的黏性比油大。黏性的大小以黏度（或黏性係數、黏性率）表示。黏度分為以下三種，各種黏度間的變形方式是不同的：
1、剪下黏度（coefficient of shear viscosity）是一般實用上所指的黏度，用普通的黏度計所測定得到的流體黏度往往是指剪下黏度。
2、延伸黏度（coefficient of tensile viscosity）只表示黏彈性體延伸時（區別於流動）的黏度，而普通的液體無法測定其延伸黏度。
3、體積黏度（coefficient of volume viscosity）體積黏度不發生在當對液體施加靜水壓，其體積會產生瞬時的變化而到達平衡值的時候。然而，如在超音波範圍進行更精密的測定，體積變化速率與液體所受到的壓力之間的關係會符合黏性定律。體積黏度即為把這種情況下表示黏性的指標。
黏性流動的分類
牛頓流動
不同黏度的流體，應力與應變速率存在一定的函式關係。牛頓流體(Newtonianflow)是指黏度不會隨剪下速率的變化而變化，剪下速率(shear rate)與剪下應力(shear srtess)成正比的流體。牛頓流體的流動狀態方程式如下：
τ=ηγ
其中，η指為黏度(viscosity)，體現了流動的阻力，表示剪下應力與剪下速率之間的比例係數，γ表示剪下速率，τ表示剪下應力。對於牛頓流體而言，剪下速率的變化不會影響其黏度。理想的牛頓流體各向同性，且不能壓縮，不具有彈性。一定範圍內基本符合牛頓定律的流體在流變學中被當做牛頓流體進行處理。如食品中的水、普通蜂蜜、油、酒、液糖、玉米糖漿、過濾後的果汁等，由於完全的牛頓流體在自然界中不存在，通常都按牛頓流體分析計算。
非牛頓流動
在自然界中的食品，不符合牛頓流體定律的流體占大多數。大量的食品，包括濃果汁、果醬、全雞蛋、菜泥、濃牛奶以及朱古力漿等固液懸浮體都是非牛頓流體(non-Newtonian flow)，下面的經驗公式往往用來表示這些流體的剪下應力與剪下速率之間的關係：
τ=k(γ)n(1<n<∞，0<n<1)（1）
式中，
n為流態特性指數，k為稠度係數。若為牛頓流體公式，則n=1，此時k為黏度。上式中，設ηa=k（γ）n-1，則與牛頓流體相似的非牛頓流體的狀態方程可寫為：
τ=ηaγ（2）
此式可以得到：η與ηa表示同樣物理特性，有相同的量綱，即ηa為表觀黏度(apparent viscosity)。表觀黏度ηa是流體內部阻力的總和。然而與η不同的是，ηa是γ的函式，與k和n有關。換句話說ηa是指非牛頓流體在某一流速的黏度。
對於很多非牛頓流體，Τ只有在大於一定值Τ0時（也就是說，流體在獲得能量克服一個屈服應力值以後），流動才能發生。Bulkey與Hershel提出的表示公式如下：
Τ=Τ0+k(γ)n（3）
Τ0表示屈服應力(yield stress)。由於公式中的Τ0和n範圍不同，將非牛頓流動分為以下五類：
剪下稀化流體概述
黏度隨著剪下速率或剪下應力的增大而減少的流動叫做剪下稀化流動(shear thinning flow)，也叫假塑性流動，對應於公式（1）中的0<n<1時的流動，即由於流速的增加引起黏度減小。剪下稀化流體符合假塑性流動規律，大部分液態食品都是剪下稀化液體。
大部分非牛頓流體均為剪下稀化。剪下稀化的食品，大多數具有由巨大的鏈狀分子構成的高分子膠體粒子，在低流速或者靜止時，由於他們互相纏結，黏度較大，故而顯得黏稠。然而流速變大時，這些比較散亂的鏈狀粒子因為會受到流層之間的剪應力作用，減少了它們的互相鉤掛，會發生滾動旋轉進而收縮成團，於是表現為剪下稀化的現象。
對於大部分流體來說，雖然會滯後一點時間，但是剪下稀化現象可逆。流體初始的高黏度狀態在剪下速率減小甚至停止剪下時會恢復。從微觀上講，布朗運動使聚集體重新形成，即鏈狀膠體分子又恢復到其無取向的自然位置，產生了變形的液滴恢復為球形。加工行為受高分子流體的假塑性的直接影響。如菜湯、醬油、濃糖水、番茄汁、蘋果醬、澱粉糊等高分子溶液、乳狀液和懸浮液都屬於剪下稀化流體。
剪下稀化流體套用
低剪下稀化聚乙烯基縮醛，其特徵為，在剪下速率1至100s-1的範圍內，其在甲基乙基酮中濃度為30重量%溶液的溶液粘度的變化超過10%。製備低剪下稀化聚乙烯基縮醛的方法，通過部分水解或完全水解的、含有≥50摩爾%乙烯醇單元的乙烯基酯聚合物與一種或多種醛的縮醛化作用得以實現，任選醛以其水合物或半縮醛或全縮醛的形式存在，該方法的特徵為，在縮醛化作用的第一個1至10分鐘內，以醛的總重量計0至60重量%的醛被首先加入，並在1至30分鐘內進行預反應，然後在至少20分鐘內將其餘部分連續定量加入。
