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1、食品物性学,食品科学与工程学院高 昕六二楼119室 Tel:0532-82032182,第二章 食品的力学基础(食品流变学),第一节 概论第二节 弹性第三节 粘性第四节 粘弹性第五节 食品质地学与感官评价,第四节 粘弹性,麦克斯韦粘弹性(Maxwell)开尔芬-沃格特模型(Kelvin-Voigt)多要素模型时间-温度换算定律动态粘弹性非线性粘弹性破断特性粘弹性测定仪器9.几种食品的流变特性,第四节 粘弹性,麦克斯韦粘弹性(Maxwell),变形=瞬间变形（可恢复）+永久变形（不能恢复）=弹性部分+粘性部分,e=P/E+(P/)t 瞬间：弹性体 长时间：粘性体,虎克模型：弹性体模型 阻尼模型：
2、牛顿体模型，没有弹性恢复,麦克斯韦粘弹性:直列模型,直列模型机理：弹性位能随时间增长带动阻尼体运动，同时弹簧体收缩，内部应力减少。,应力松弛:保持外力造成的变形，随时间增长，粘弹性体内部粒子相互作用抵消应力达到平衡状态的过程。,e=P/E+(P/)t1/E dP/dt+P/=0t=0,P=P0;t,P=0 P=P0 exp(-E t/)=P0 exp(-t/m),m=/E,松弛时间m 时的变形是初期应力的1/e(1/2.71825),开尔芬-沃格特模型(Kelvin-Voigt),外力造成的变形能够完全恢复的粘弹性；蠕变现象 应力=弹性部分+粘性部分,P=E e+de/dte=P0/E 1-e
3、xp(-E t/)=P0/E 1-exp(-t/v)v=/E 弹性滞后时间，v 是应变达到最终应变(1-1/e)时所需经过的时间,多要素模型,滑块模型（摩擦片）：表示有屈服应力存在的塑性流体性质,三要素模型：弹性变形、滞后弹性变形,e=P0/E1+P0/E2 1-exp(-E2 t/)=P0/E1+P0/E2 1-exp(-t/v)，e-e=(P/E)/2.71825,四要素模型等效图,应力松弛,蠕变过程解析,广义麦克斯韦模型,P=Pi=e0 Ei exp(-t/mi),mi=mi/EmiE(t)=P/e0=Ei exp(-t/mi),n,n,n,i=1,i=1,i=1,(a)逐次近似法,P-
4、e0 E1 exp(-t/1)=e0 Ei exp(-t/mi),n,i=2,(b)松弛时间分布法：区间段分布论,E(t)=P/e0=Ei exp(-t/mi)连续的观点E(t)=E(m)exp(-t/m)dm E(m)：松弛时间分布函数 E(m)dm：松弛时间曲线，mi和mi+dm间各松弛时间所对应E的和占模型全体E的百分比。,0,E(t)=H(lnm)exp(-t/m)d(lnm),取对数,0,(c)松弛范围法：高分子物体,楔子型：短松弛时间范围，高分子链断片的松弛构造引起箱形、矩形：较长松弛时间，全体松弛机构构造引起,应力松弛测定结果,广义沃格特模型,e=ei=P0(1/Ei)1-exp
5、(-t/vi)vi=vi/Evi蠕变柔量 J(t)=e/P0J(t)=(1/Ei)1-exp(-t/vi)微分J(t)=J(v)1-exp(-t/v)dv J(v):滞后时间分布函数 J(v)dv:滞后频谱(regardation spectrum),时间-温度换算定律,A:玻璃化领域B:玻璃化转移C:橡胶状态D:流动性橡胶状E:流动状态,热流变的单纯性(thermo rheologically simplicity):物体内存在着多种松弛机构（构造），这些机构在松弛过程中的活化性能（激活能）与其热流变所需能量相等。aT=exp(E/RT)aT:移位系数，轴平移量；E:外观激活能,聚甲基丙烯酸
6、甲酯（PMMA）温度变化影响 Log T/T00=log T/T0=log373/298=log1.2 0,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）移动系数和温度关系,WLF换算法则（M.G.Williams,J.D.Ferry)Log aT=-C1(T-Ts)/(C2+T-Ts)C1,C2:定数（高分子固体C1=8.86,C2=101.6）;Ts=Tg+50,移位系数的WLF理论值和实验值的比较,无定形高分子：聚苯乙烯；：多异乙烯,有机低分子溶液：葡萄糖；：甘油；：丙基酒精；：松香酸；：丙烯二醇,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）合成松弛曲线（110）,单分散聚苯乙烯（PS）合成松弛曲线（115）,硫化天然橡
7、胶柔度合成曲线（-56）,不同分子量聚苯乙烯（PS）贮藏弹性率合成曲线（160）,冷冻鱼糜的热流变的单纯性基准温度30，活化能=25-30kcal/mol,5.动态粘弹性,静态测定:简便、直观 缺点 1)粘性突出物质(易流动)2)弹性突出物质 3)线形变化范围动态测定（流态物质）：正弦波、共振、脉冲振动式,基本公式:e=e0sin(t-)P=P0sin(t+)P=P0exp(it)=P0cos(t)+iP0sin(t)e=e0sin(t-)=e0cos(t)+ie0sin(t)E*=E+iE”(G*=G+iG”)*=-i”,应用：小振幅、低频率振动（P、e、频率）1）内部结构 2）凝胶点测定
8、3）玻璃化转变温度 4）感官感受性,体系的复合模量与振荡应变的关系,卡拉胶与魔芋胶在冷却和加热过程中G和G的变化 为G；为G,6.非线性粘弹性,Weisson berg 韦森伯格现象,Sigma 现象,Barus effect,7.破断特性,脆性破坏：瞬时破碎特性延性破坏：变形后破坏特性指标：1）力：切断、拉伸、凹陷 2）针入度 3）破断能量,硬度(hardness):H1弹力性(springness):C-B 凝集性(cohesivenss):A2/A1粘力性(stickiness):H2附着性(adhesiveness)：A3脆性(brittleness)：F胶粘性(gumminess)：硬度凝集性(半固形食品)咀嚼性(chewiness):硬度凝集性弹性（固体）,质地剖面分析(TPA),硬度:第一次穿刺样品时的压力峰值 弹力性:长度2/长度1 凝集性:面积2/面积1粘着性:面积3/面积4咀嚼性:硬度粘聚性弹性,玻璃状态转折,分子运动容易度温度下降快慢,固定位置回转方向时间,玻璃化状态玻璃化、溶解玻璃化、结晶、溶解,8.食品质地的仪器测定,1、变形、破坏类型：压缩、剪断、切入（刀片、钢丝）、插入（针入度仪）、搅拌、拉伸、剪压7类,2、测定仪器（1）静态流变仪（固态、半固态、凝胶体）,（2）动态流变仪（流态物质）：正弦波、共振、脉冲振动式,
