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  • 食品的物性和流变学仪器分析
  • 发布日期:2019-03-04 浏览次数:99
  • 随着食品行业的迅速发展,食品资源的开发备受关注,而感官评价是食品最重要的评价指标,但在食品开发的过程中人为的感官评价缺乏一定的局限性和准确性,食品质构分析了研究食品在加工储藏中组织的软化与分解等,这些质构的变化会引起材料流变特性的变化。为了架起食品的感官与仪器量化之间的桥梁,质构仪、粘度计、流变仪等仪器孕育而生。

    质构仪是目前对样品物性分析最常用的仪器之一,它是模拟人的触觉,分析检测触觉中的物理特征的仪器,在其主机和机械臂和探头连接处有个力学感应器,能感应样品对探头的反作用力,并将这种力学信号由专门的软件翻译成数字和图形信号,直接快速的记录样品的受力情况,从而根据受力情况分析所测定样品的硬度、脆性、弹性、回弹力、粘合性、粘结力、粘稠度、弯曲能力、破裂/断裂力、酥脆性、脆度、咀嚼性、胶粘性、拉伸强度、延展性等。不同的样品之间存在不同的物理特性,在采用质构仪分析样品时,可以针对性的选择探头和确定测定的指标,质构仪分析的样品包括面制品、烘焙食品、肉制品、米制品、乳制品、鱼、糖果及果蔬等。

    食品流变学的研究起步较早,但是由于食品体系的复杂性,早期流变学的研究主要是一些经验性的测定,例如产品在自身质量下其流动性、铺展性和碎裂性的测定等。近年来由于食品科学工作者为了提高对食物加工性,特别是食品的深加工性、工艺及设备设计的依据性等的需要,食品流变学的研究变得愈来愈广泛。随着研究活动的深入,研究手段亦有了较大地发展,表现在先进的流变学测试仪器的引入和开发。应用先进测试仪器,使实验与研究在建立食品物料的流变特性力学模型上更为方便。早前流变学主要采用粘度计分析食品的粘度,随着流变技术的发展,流变仪的发明成为食品流变分析较为精密的仪器。

    粘度计包括毛细管式、旋转式、振动式3种,常见的旋转式粘度计是锥板式粘度计,它主要包括一块平板和一块锥板。电动机经变速齿轮带动平板恒速旋转,依靠毛细管作用使被测样品保持在两板之间,并借样品分子间的摩擦力而带动锥板旋转。在扭矩检测器内的扭簧的作用下,锥板旋转一定角度后不再转动。此时,扭簧所施加的扭矩与被测样品的分子内部摩擦力(即粘度)有关:样品粘度越大,扭矩越大。扭矩检测器内设有一个可变电容器,其动片随着锥板转动,从而改变本身的电容数值。这一电容变化反映出的扭簧扭矩即为被测样品的粘度,由仪表显示出来。特点:1)测量轴的轴向负荷主要由吊丝,或者弹簧、锥形宝石轴承支撑,因此精度低,摩擦力大;2)其扭矩测量系统,灵敏度低,对瞬时粘性力拒相应严重滞后;3)旋转粘度计的转速控制系统一般时开环的(无反馈控制),通过齿轮结构改变转速,很难实现低切变下的平稳运行。总的来说,旋转粘度计不具有动态特性,只能用于测量非牛顿流体在稳态下的相对粘度。粘度计的适用范围很广,包括各种油脂、油漆、油墨、涂料、塑料、浆料、橡胶、乳胶、洗涤剂、树脂、炼乳、奶油、药物、以及化妆品等各种流体的粘度,是纺织、化工、石油、机电、医药、食品、轻工、建筑等行业以及大专院校、科研单位、军工部门的实验室、分析室必备仪器。

    流变仪包括毛细管式、旋转式、界面式3种,其中旋转式流变仪两种,一种是驱动一个夹具,测量产生的力矩,这种方法最早是由Couette在1888年提出的,也称为应变控制型,即控制施加的应变,测量产生的应力;另一种是施加一定的力矩,测量产生的旋转速度,它是由Searle于1912年提出的,也称为应力控制型,即控制施加的应力,测量产生的应变。旋转式流变仪相当于旋转粘度计的升级版本,流变仪的测量轴的轴向载荷和径向载荷都是采用空气轴承(或者磁力轴承)进行支撑,没有机械部件,因此测量轴无摩擦,精度高,可靠性好,寿命高。其次,由空气轴承和无摩擦传感器组成的力拒测量系统,灵敏度高,重复性好,能快速响应瞬时粘性力拒的变化。最后,流变仪采用负反馈速度控制系统可以实现无级调速,并且能够在极低的切变速度下平稳运行,因此流变仪具有良好的动态特性,不但能够准确的测量非牛顿流体的稳态流变特性(表观粘度),还能准确的测量流体的其他动态特性——触变性和粘弹性、屈服应力等指标。由上述分析不难看出,流变仪的功能远远强于传统的粘度计,不仅仅能够测量食品的稳态特性——粘度,还能对浆料的触变性、粘弹性屈服应力等动态指标进行测量,能为我们提供更丰富的关于食品特性的数据,对于指导食品深加工具有重要的意义。

    总之,粘度计和流变仪在实际应用中食品的特异性决定其使用的广泛性,而质构仪在食品的物性分析方面,绝对是一台有效的、全面的分析食品的质构特性的仪器,在科研院校和企业研发部门均得到了广泛的推广。

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