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1、商品和模拟蛋黄酱的线性粘弹性行为Criapulo Gallegos 和Manuel Berjano摘要完成了四个商品蛋黄酱和三个模拟蛋黄酱的线性粘弹性区域的振荡剪切实 验，三个模拟蛋黄酱的样品中有不同的含油量(75、77.5和80%W/W)，测试温 度是10C40C。对所有样品研究发现复合粘度与频率之间存在幕律关系，这 些幕律指数和商品蛋黄酱的应力驰豫试验的结果比较，两者之间没有显著差别。 非线性粘弹性的剪切应变在超出某一极限值时使乳状液产生了一个不可取消的 结构破坏。它不仅依赖于应变的大小，而且依赖于自变形开始已耗用时间。I、引言蛋黄酱是一个含有基本成份(植物油、蛋黄、醋、柠檬汁)和添加物(
2、蛋白、 盐、香料、稳定剂、增稠剂等)的油包水型乳状液。在西班牙，“蛋黄酱”一词 仅用来作为范例，最少含有重量65%油和5%蛋黄、乙酸酸度至少0.2%、PH值 最低 4.2 (Real Decreto, 1984)o然而，到1993年，西班牙式蛋黄酱成份必须增加油到80%最小值才可保留 这名字，这会导致在整个组成中的一个实质性改变，因为在这种油量下的高坚固 性和稳定性将减少新成份中稳定剂和增稠剂的量。蛋黄酱的流变性有重要意义，它的正确评价能提供乳状液结构在商品生产质 量控制、储能稳定性、坚固性感觉、结构和材料设计、仪器操作设计和机械处理 效果认识等方面有价值的信息(Davis，1973)。有些人
3、研究了不同模型或商品型蛋黄酱(Bistany and Kokini， 1988； Campanella 和 Peleg, 1987； De KCe et al.，1983； De KCe 和Turcotte， 1980； Elliot 和 Ganz， 1977； Figoni 和 Soemaker, 1983； Kiosseoglou 和 Sherman， 1983a； Kiosseoglou 和 Sherman, 1983b； Kokini 和 Dickie，1981 )的粘性和 粘弹性。Gallegos等(1988a； 1988b)证明了瞬时流体中，应力超限时，存在一个 可逆的结构破坏和不
4、可撤消结构破坏。剪切速率、温度或剪切时间增加会产生一 个样品流变破坏发生的增加，可逆结构破坏与絮凝一抗絮凝作用有关，也与液滴 的缔合有关(Figoni 和 Soemaker，1983； De K&e 和 Turcotte，1980)。同样也研究了蛋黄酱应力驰豫现象(Bejano，1989)，从此类试验中，可以 推论出驰豫系数明显地依赖于整个变形。变形结束后，能观测到非线性驰豫系数 和消逝时间t之间的幕指数关联。然而，对不同剪切应变值却显示直线有相同斜 率。那就是说，非线性驰豫系数由下面给出：G(f”)= C。)(s).这里G0就是线性驰豫系数，h(Y 12)是衰减函数，C和m幕指数关联的参数。
5、由于在极低剪切应变值下采集数据的困难，而且仍须在线性粘弹性区域，在 应力驰豫测量中，该函数的定量评价需要乳状液通过振荡试验的先前性粘弹性特 征描述，衰减函数h(Y 12)可以通过G( ,t)/G0(t)计算。Campanella和Peleg ( 1987)应用瓦格纳模型，仅运用瞬时流体试验采集数 据，描述了蛋黄酱的衰减函数。J.Rheol. 36(3), April 1992A(y) =eAp( ny)r(2)这里n为一正数，从这等式中，可以推出最大剪切应变须依赖于实际的剪切 速率。然而，超出的剪切应变的实验值不断地增加了整个剪切速率范围(Berjano, 1989)。因此，描述衰减函数的温特
6、模型(Soskey和 Winter，1984)应用了：AE) = 1/(1十狎)，(3)这里a和b可以由等式的调整参数计算得到。此外，当仅有线性粘弹性数据可用时，线性粘弹性性质通过应用Cox-Merz 规则作为一种预知样品粘性的方法(Bird et al.,1987)。这个研究的目的就是增加我们可变的知识，即商品蛋黄酱线性粘弹性行为值 得注意的影响，模拟蛋黄酱仅用来研究含油量的影响。II、材料和方法：A、商品蛋黄酱选用了四种品牌的商品蛋黄酱，它们的特性和近似组成见表I。使用了HAAKE的旋转流变仪“Rotovisco RV-100/CV-100”同轴圆筒传感 器系统完成了流变学测量，ME- 1
7、5 ( Mooney-Ewart ) , ( Re/Ri = 1.078)，温度变化 范围为1040 C。表I、蛋黄酱品牌特性样品aABCD植物油(%w/w)73.979.573.672.0水(%w/w)22.818.122.924.0盐(%w/w)1.392.081.681.10酸度b0.340.330.460.35PH3.94.04.03.7稳定剂蛋白LBG黄原胶(蝉豆胶)增稠剂淀粉a蛋黄一10%含油量b在乙酸中重量百分比B、模拟蛋黄酱预备了三个不同含油量的蛋黄酱样品，含油重量比为80%，77.5%和75%， 因为低含油量为不稳定乳状液，这些样品的组成见表II乳状液由来自FRYMA的型号为
8、Delmix MZM/VK-7的胶体磨制备，磨的垂 直面是一个工业机器产品的精确复制品。表II、蛋黄酱样品的组成，以重量百分比表示MAY-80MAY-77.5MAY-75油80.077.575蛋黄9.09.09.0醋3.03.03.0柠檬汁0.30.30.3盐0.60.60.66.89.311.8流变性测量由一 “流变测定系统四”流变仪(Rheometrics Inc., USA),使用 直径25mm的板/板传感器系统来完成，温度变化范围为1040C。该设备与 Rotovisco相比可在较宽频率范围内研究动态粘弹性，并可确定商品蛋黄酱动态 粘弹性作用与频率之间的关系。在线性粘弹性区域外的动态试
9、验由从线性范围内部的某值到外部的另一值 改变剪切应变来进行，这个线性区域之外的新的剪切应变值由不同时间周期维 持，然后它减少到它先前的值，并记录复合粘性值恢复。C、统计分析每个温度下，每个样品重复三次试验，变异分析常常用作统计性分析数据， 重要级别设定为95%。线性回归用来提供在线性驰豫系数和消逝时间之间关系描述，同样地适应是 梯度函数和剪切应变之间。m、结果讨论A、商品蛋黄酱20C时储能模量对频率关系见图1，此温度下耗能模量对频率也见于该图。 可看到对蛋黄酱B、C和D变量之间关系是非常相似的，但蛋黄酱A在研究的 范围内耗能模量对频率显示了持续的增加。由于完成了关于粘弹性函数的统计分析，可以推
10、论出高含油量对G、G和 乳状液弹性有很大的贡献(p O.OOl )。当然，蛋黄酱B中的蛋白在粘弹性增加方 面也有贡献。这应归功于它的分子与吸附在油滴表面上的蛋黄相互作用和增加相 邻液滴相互作用的数量。图1. 20C时商品蛋黄酱对频率的储能模量与耗能模量对含胶作为稳定剂的蛋黄酱(蛋黄酱D)，如其粘弹性函数值与那些无胶的 蛋黄酱相比较，两者含有相等的含油量，可看到前者显示储能模量比后者稍微高 些，耗能模量(loss tangent)要低些，特别是在较高频率下。胶体通过增加蛋白 质与更稳定分子之间相互作用数量增强了弹性(Gladwell et al., 1985)，含有淀粉作为增稠剂的蛋黄酱A是当频
11、率增加时其粘性显著增加。这样，其耗能模量得到 与蛋黄酱B模量相类似的值，蛋黄酱B (比蛋黄酱A)多含6%的油。蛋黄酱A和蛋黄酱B对温度的储能模量和耗能模量见图2。在频率为1.26 rad/s下，温度增加导致两种品牌蛋黄酱的储能模量和耗能模量的减少。对于其 它品牌，它们的模量无显著改变。此外，加有稳定剂蛋黄酱的耗能模量(loss tangent)几乎为常数(0.5)。G(Pa)； Gg)101520&550 站 WTCC)图2商品蛋黄酱对温度的储能模量和耗能模量由上述结果中可推断没有凝胶作为稳定剂(蛋黄酱A和B)，当温度上升时， 粘弹性作用会减小；另一方面蛋黄酱中凝胶存在降低了温度的影响。当以复
12、合粘度对频率作图时，可看到两者的幕律指数关系，考虑粘弹性作用 的相互关系(Larson,1985)：。这里幕律指数关系中C和m为参数，r是 gamma 函数。参数值m范围为0.090.25，温度无显著影响。值m与其它学者获得的商品 蛋黄酱结果不同(Guerrero and Ball, 1990; Muiioz and Sherman, 1990) o因含有凝胶，蛋黄酱D参数C值不受温度影响，但蛋黄酱B的参数C值受 温度影响较大(p 0.05)。尽管研究的频率范围狭窄，用其它仪器完成的测量(Rheometrics System Four, Carrimed CS500, Bohlin Rheom
13、eter)证明了该幕指数方程式在非常宽的频率范围 内都是有效的(Guerrero and Ball, 1990; Muiioz and Sherman, 1990) o对蛋黄酱B和D，参数m值见于表III，并可以和应力驰豫试验数据相比较 (Beijano, 1989)，已完成的统计分析证明除了 40C时蛋黄酱D之外，动态试验或 应力驰豫试验计算出m值两者之间无显著差别。这可能归于高温时油滴的缔合。表III、蛋黄酱B与D动态试验和应力驰豫试验得到的参数m值蛋黄酱B蛋黄酱DTC振荡试验驰豫试验振荡试验驰豫试验100.090.140.140.16200.140.120.180.16300.120.1
14、20.170.15400.120.130.250.13图3中，可看到Winter模型适于先前由蛋黄酱B计算出相当好的梯度函数 值。梯度函数Strain图3、30r蛋黄酱B和40C蛋黄酱D梯度函数值对剪切应变B、模拟蛋黄酱15C时几种含油量下复合粘度值对剪切应变作图见于图4。可看到较低油浓 度产生一个窄的线性粘弹性范围。换句话说，含油的增加在受影响应变的粘弹性 网络中产生增强的灵敏性，对乳状液结构的有很大破坏。复合粘度(Pa s)STRAIN%)图4、15C时不同含油量的模拟蛋黄酱复合粘度值对剪切应变温度在那线性范围内表现为轻微影响，并随含油减少而消失。不同含油量和 温度下的储能模量和耗能模量对
15、频率作图，见图5。可以推断出：当储能模量仅 表现为轻微减少时，在20C和40C时温度对耗能模量有很大的影响(p 0.001)。 另一方面，低油浓度对两个模量产生了很大的减小，特别是含量为75%时，参见 图6,这就是可以制备含9%蛋黄的稳定蛋黄酱的最低含油比例。w (rad/s)图5、不同温度下模拟蛋黄酱的储能模量和耗能模量对频率作图15 C+GT 2G CG 30 CG 40 CXG* 15 C0G，20 CAG 30 CZGr 40 C图6、15 r时不同含油量的模拟蛋黄酱储能模量和耗能模量对频率作图进行了蛋黄酱30天的开口瓶老化试验研究，结果证明了这一时期内诸模量 无很大差别。复合粘度对频
16、率作图显示了在整个研究范围内两个变量存在幕指数关系，幕 律指数(m0.05 )既不依赖于含油量，也不依赖温度。这就确认了由商品蛋黄 酱得到的结果，虽然它们的值有些偏低。在某极限上，非线性粘弹性区域里的剪切应变对乳状液产生了不能撤削的结 构破坏。当然，这不仅依赖于应变幅度，而且还依赖于自变形开始以来所耗时间， 同样可见图7,在线性范围外，这可以通过比较清楚地显示剪切时间对两个不同 试验结果的影响。5COlex viscosity（pa.s） , 8D%OIL CONC - 80%0W 2Q 30406060TIME (min)图7、20C时，在从线性(Y =5%)到非线性(Y =80%)粘弹性区
17、域内的复合粘度衰减和 当样品再加强()Y =80%, 4min； (o)Y =80%, 22min时的增强恢复图7显示了从线性(Y =5%)到非线性(Y =80%)粘弹性区域内的复合 粘度衰减，两个不同时间片段(4和22 min),后者剪切应变对样品施加了影响。 如进行步进应变试验，可看到粘弹性结构几乎瞬间恢复，瞬间恢复的幅度随结构 破坏的量而减少。从另一方面来看，瞬间恢复后存在一个依赖时间的量，几乎不 受约束的结构破坏。这种行为非常类似于所观察的商品蛋黄酱瞬时流动，那里超 限后有一个迅速的剪切应力衰减，而且当时在另一区域有很慢的应力衰减 (Gallegos et al., 1988a; Ga
18、llegos et al., 1988b)。同样方法，不可撤消结构破坏的量明显地依赖于含油量，增加或减少油量。 温度的影响不太大。在非线性振荡剪切施加给样品前，方程式关联复合粘度的幕 指数和频率非常与由蛋黄酱计算得到的结果类似。实验报告建议结构恢复与变形块的弹性恢复(瞬间恢复)和油滴的再凝聚(依 赖时间恢复)有关。在线性粘弹性区域之外剪切应变前后复粘度受样品影响， 可能与油滴的聚并有关。这个过程是明显的不可逆。IV.结束语研究中获得结论可归结为：(a) 对商品蛋黄酱：(1) 高含油和稳定剂存在增加该乳液的结构的复杂性。(2) 树胶被用作稳定剂，所述乳液是热敏下降。(3) 应力增长曲线可以通过使
19、用改进的瓦格纳模型进行建模，有三个参数： m范围在0.1-0.2之间与温度无关，C类似于稠度指数，成股)通过对阻尼函数的 温特表达式给出。(b) 对模拟蛋黄酱：(1) 含油的增加降低应变的敏感性和粘弹性。(2) 温度升高降低了耗能模量，同时储能模量有些微下降。(3) 剪切变稀行为略比商品蛋黄酱更明显。(4) 在线性粘弹性区域应力振荡后乳液的结构恢复是由于这两种弹性恢复变 形絮凝和油滴的再次凝集。(4) 结构不可逆破坏是与油滴聚结相关的。感谢这些结果来自赞助的研究项目的一部分“安达卢西亚委员会(西班牙)”。 作者感谢资金支持。拉瓦尔大学部分支持给CG也非常感谢。文献Bejano, M. “Com
20、portamiento viscoelhtico no lineal de mayonesas comerciales,”Ph.D.thesis, University of Sevilla, 1989.Bird, R. B., R. C. Armstrong, and 0. Hassager, Dynamics of PolymeriLci quids (Wiley,New York, 1987), V)l. 1, p. 150.Bistany, K. L. and J. L. Kokini, “Comparison of steady shear rheological propertie
21、s andsmall amplitude dynamic viscoelastic properties of fluid food materials,” J. Text.Studies 14, 113-124 (1988).Campanella, 0. H. and M. Peleg, “On the relationship between the dynamicviscosity andthe relaxation modulus of viscoelaatic liquids,” J. Rheol. 31, 5 11-5 13 ( 1987).Davis, S. S., “Rheol
22、ogical properties of semi-solid foodstuffs,” J. Text. Studies 4, 154(1973).De K&z, D., R. K. Code, and G . Tureotte, “Flow properties of time -dependent foodstuffs,”J. Rheol. 27, 581-604 (1983).De K&e, D. and G. Turcotte, “Viscosity of biomaterlals,” Chem. Eng. Commun.6,273-282 (1980).Elliot, J. H.
23、and A. J. Ganx, “Salad dressings-preliminary rheologieal characterization,”J. Text. Studies 8, 359-371 (1977).Figoni, P. I. and C. F. &maker, “Characterization of time dependent flowproperties ofmayonnaise under steady shear,” J. Text. Studies 14,431-442 (1983).Gallegos, C., M. Bejano, F. P. Garcia,
24、 J. Mulloz, and V. Flares, “Aplicacibn de unmodelo cinet ico al eatudio de1 ujo transitorio en mayonesas,” Grasas y Aceites 39,254-263 ( 1988).Gallegos, C., M. Bejano, F. P. Garcia, J. Muiioz, and V. Flares, “Destruecionestrncturalcon la cizalla en rnayonesas,” EFCE Publication Series 68, 21 l-218 (1988).
