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      瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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      常用低濃度食品膠溶液粘度的影響因素研究

      發布日期:2015-05-01 17:29:00
      食品膠
        食品膠又稱增桐劑(Thickeners是一種能改善食 品的物理性質、增加食品的粘稠性、賦予食品以柔滑適 口感、且具有穩定乳化狀態和懸濁狀態作用的親水性 高分子化合物[1,、食品膠在食品工業中的應用十分廣 泛,尤其是在飲料生產中,普遍使用低濃度的食品膠來 增加溶液粘度:減慢體系中固體顆?;虿贿B續相液珠 的沉降速度:對體系起到穩定作用。因此:食品膠的粘 性是保證飲料產品品質的重要因素。目前,國內外關于食品膠的研究大多針對高濃度情況:考慮食品膠在 飲料工業中的廣泛應用:對幾種常用的天然食品膠 ——黃原膠、瓊脂、海藻酸鈉和瓜爾膠在低濃度時,濃 度、溫度、pH值變化對其溶液粘度的影響作了較系統 的研究,可為食品膠在飲料工業中的應用提供一些理 論指導和參考。
        
        1實驗部分1.1材料黃原膠(山東淄博中軒生物制品公司,、瓊脂(福建石獅)?海藻酸鈉(山東青島)?瓜爾膠(印度)等原料均為 食品級。HC1、NaOH等試劑為分析純。實驗用水為高 純水。
        
        1.2主要儀器NDJ-1型旋轉粘度計(上海天平儀器廠)、PHS - 25型酸度計(上海雷磁儀器廠)、CS-501型超級恒溫器 (重慶實驗設備廠)、JJ-1型無級變速攪拌器(深圳天南 海北公司)、614C-3型電子交流穩壓器(湖北宜昌電工 儀器廠,、1.3實驗方法1.3.1食品膠溶液粘度的測定用NDJ-1型旋轉粘度計測定食品膠溶液粘度,所 用轉子號數及轉速快慢視溶液粘度大小而定。采用CS -501型超級恒溫器保證測量在恒溫下進行。
        
        1.3.2濃度對溶液粘度的影響測定用40~50 5溫水準確配制一系列濃度的食品膠溶 液(瓊脂用沸水溶解),室溫靜置8 h后再攪拌均勻,恒 溫下測量溶液粘度。在測定粘度的同時,用鐵架臺固 定一直立玻璃夾套管(套管內徑mm;長100 mm),封 住底部。將一定濃度的食品膠溶液倒入內管,夾套中 通循環水保溫30 min以上,使膠體溶液達到指定溫度。 再將一有機玻璃小球(直徑15 mm)自頂部放下(初速度 為零),在膠體溶液中自由沉降,用秒表計其沉降時間, 以比較不同膠體溶液的懸浮能力。實驗裝置見圖1。
        
        圖1小球沉降實驗裝置簡圖 Fig.1 Schematic diagram of experiment apparatus1.3.3溫度對溶液粘度的影響測定參考1.3.2的結果,選擇濃度相對較低的食品膠溶 液(黃原膠0.10;,瓊脂0.10;,海藻酸鈉0.30;,瓜爾 膠0.25;),移取適量溶液于直徑80 mm燒杯中,燒杯 置于CS—501型超級恒溫器內。通過調節恒溫器上的 溫度計改變循環水的溫度,用NDJ — 1型旋轉粘度計測 定溫度變化對膠體溶液粘度影響。在每一溫度測量點 保溫20取粘度值。
        
        1.3.4<H值對溶液粘度的影響測定用合適濃度的HC1或NaOH溶液調整膠體溶液的 <H值,并用JJ - 1型攪拌器攪拌均勻,在恒溫15 5條件 下測量溶液粘度。溶液<H值的監測用PHS - 25型酸度計。
        
        2結果與討論2.1低濃度食品膠溶液的粘度實驗研宄了瓊脂、黃原膠、瓜爾膠和海藻酸鈉等四 種天然食品膠在低濃度時的流變特性,發現這些食品 膠在極低或較低濃度時呈現牛頓流體的流變特性,而 在較高濃度時呈現非牛頓流體的假塑性。對于牛頓流 體,其剪切應力與剪切速率之比稱為流體的粘度,其值 與溫度相關,與剪切速率無關。對于非牛頓流體(假塑 性流體,而言,此比值稱為表觀粘度,其值不僅與溫度 相關,也與剪切速率相關[2。因此在討論食品膠溶液 的粘度時,無論是否特別注明,均指溶液的剪切應力與 剪切速率之比。
        
        2.2濃度對低濃度食品膠溶液粘度和懸浮力的影響 實驗在濃度為0.02; ~ 0.7;范圍內、溶液溫度在 20 5的條件下,測得瓊脂、黃原膠、瓜爾膠和海藻酸鈉 溶液在不同濃度時的表觀粘度。四種不同食品膠溶液 表觀粘度隨溶液濃度變化見圖2。
        
        圖2低濃度食品膠濃度與表觀粘度的關系 Fig.2 Relation of viscosity versus solutions concentration由圖2可見,在實驗測量條件下,四種低濃度 食品膠溶液的表觀粘度隨濃度的增加均呈指數規律 增長。不同食品膠增長的速度有較大差異,瓊脂增 長最快,其后依次是黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉。四 種低濃度食品膠溶液中,小球沉降時間!與膠體溶 液表觀粘度的關系見圖3。小球沉降時間與海藻酸 鈉溶液的粘度呈線性關系,與黃原膠、瓜爾膠和瓊脂 溶液的粘度接近于成二項式分布關系。在相同表觀 粘度下,小球在這四種食品膠溶液中沉降時間呈現 出較大差異,其順序為!(海藻酸鈉)>!(瓜爾膠)> !(黃原膠)>!(瓊脂,即相同粘度時,海藻酸鈉溶液32四川大學學報(工程科學版£第32卷的懸浮能力最強,瓜爾膠次之,黃原膠再次之,瓊脂 溶液最弱。這一結論亦與趙謀明等的研究結果一 致[3]。
        
        圖3低濃度食品膠溶液表觀粘度與小球沉降時間的關系 Fig.3 Relation of viscosity versus time of little ball drop2.3溫度對低濃度食品膠溶液粘度的影響實驗測得四種低濃度食品膠溶液溫度在15 & 55 '范圍內變化時表觀粘度,并繪制出曲線,見圖4。由圖4可見,這四種食品膠溶液在實驗溫度范圍 內的表觀粘度均隨溫度升高而下降,但在較高溫度 時,隨著溫度上升,粘度下降幅度減小。
        
        圖4溫度對低濃度食品膠溶液表觀粘度的影響 Fig.4 Relation of viscosity versus solutions temperature2.4PH值對低濃度食品膠溶液粘度的影響0.25%的瓜爾膠、0.30%的海藻酸鈉、0.10%的瓊脂和0.10%的黃原膠溶液表觀粘度隨PH值變化 見圖5。由此可見,四種食品膠溶液在相應濃度下, 其表觀粘度隨PH值的變化規律表現出很大差異。 對0.10%的瓊脂溶液,其表觀粘度在PH 7附近最 大,隨著PH值的上升和下降表觀粘度均下降。0. 30%的海藻酸鈉在pH 6 & 10的范圍內表觀粘度基 本上保持不變,pH 10以上表觀粘度隨pH值的上升 而下降,pH 6以下表觀粘度隨pH值下降而下降,但 在pH 3以下溶液粘度隨pH值的下降又迅速上升。 這是因為在pH 3以下,海藻酸鈉開始轉變為海藻 酸,海藻酸極易生成弱凝膠,從而導致體系表觀粘度 的迅速上升⑷。
        
        圖5 pH值對低濃度食品膠溶液表觀粘度的影響 Fig.5 Relation of viscosity versus solutions pH同其它三種食品膠溶液相比較,0.25%的瓜爾 膠溶液對pH值的變化表現出了相當強的穩定性, 在pH 2 & 12的范圍內體系表觀粘度隨pH值的變化 波動很小。0.10%的黃原膠溶液表觀粘度在pH 5.0 &9.5的范圍內基本上保持不變。在pH 5以下,表 觀粘度隨pH值的下降而下降;在pH 9.5以上,表觀 粘度先是隨pH值的上升而上升,在pH 11附近達到 最大值,之后體系表觀粘度又隨pH值的上升呈下 降趨勢。這一結果與一些文獻的描述不一致[3。5], 為此又測定了 0.06%。0.10%和0.30%三種濃度下 的黃原膠溶液表觀粘度隨pH值變化的曲線,見圖 6。由圖6可見,三種濃度下的黃原膠溶液表觀粘度 隨pH值的變化表現出類似規律。在0.06%的濃度 下雖未出現其它兩種濃度下的峰值,但其峰值有可 能出現在更高的pH值下,未能被本實驗的研究范 圍所包含。pH值11.5附近黃原膠溶液粘度出現峰 值的原因,有待于進一步研究。
        
        3結論1)天然食品膠(增稠劑)一-黃原膠、瓊脂、海 藻酸鈉和瓜爾膠的低濃度(0.02% ~ 0.7% )水溶液 均為指數流體,在工程計算中,其流變方程可以用指 數方程r = !"#來表示,式中r為剪切應力(Pa)," 為剪切速率(1/s)!為稠度系數(N-sVm2),#為流 變指數,無因次量!和#值通過實驗測得;2)低濃度食品膠溶液的表觀粘度隨溶液濃度 的增加呈指數規律增長,瓊脂溶液的增長最快,其后 依次是黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉。同瓜爾膠、海藻 酸鈉溶液相比,瓊脂、黃原膠在低濃度下獲得較大的 粘度,而海藻酸鈉、瓜爾膠在較低粘度下有較大的懸 浮力;3)0.25%的瓜爾膠溶液、0.30%的海藻酸鈉溶 液、0.10%的瓊脂溶液、0.10%的黃原膠溶液表觀粘 度均隨溫度的升高而下降。在15'55 1范圍,瓜爾 膠溶液粘度下降幅度最大,黃原膠溶液最小,即在這 四種食品膠溶液中,黃原膠溶液的粘度受溫度影響最??;4)瓜爾膠溶液(0.25%)的粘度幾乎不受pH值 變化的影響;黃原膠(0.10% )的粘度在pH 5.0'9.5 范圍內不受pH值變化的影響,海藻酸鈉溶液(0. 30%)的粘度在pH 6'10范圍內幾乎不受pH值變 化的影響,瓊脂溶液(0.10%)粘度要受pH值影響, 在pH 7附近粘度最大。
       
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