代可可脂巧克力浆的屈服应力

代可可脂巧克力浆的屈服应力 3张方图南吴湘萍 辉 ()()华东理工大学化学工程系, 上海 200237 上海轻工业高等与科学校, 上海 200433 提要: 研究了可可粉不三种代可可脂组成的巧克力浆的流变性。在可可粉体积分 数 较低时, 三种可可悬浮体均呈牛顿性, 但当 ?0. 2 时具有明显剪切稀化特征。ΥΥ 悬 浮体粘度服从一通用流变模型, 当 超过某一临界值而悬浮体有屈服应力时该Υ 模型 自动转化为 方程。 屈服应力不颗粒体积分数的关系服从四参数方程, 实验求 C a sso n 出了全部模型参数。 关键词: 剪切粘度; 代可可脂; 流变性; 屈服应力 中图分类号: 373O 高级巧克力浆主要含可可液块、可可脂、糖及少量添加剂。可可脂价格昂贵, 减少它的用量 会改变加工条件和制品的质量及口感。 故人们致力于使用性质相似的某些天然植物脂代替可 可脂。 本文以可可粉不三种代可可脂的悬浮体为试样, 研究物料组成、体积分数及加工温度对 流变性的影响, 这是确定代可可脂是否适宜以及各种巧克力制品的加工条件、设备和估计 功率消耗必不可缺的基本数据。 1 实验 1. 1 试样 试样采用三种可可脂代用品。22 和 238 是马来西亚公司产 36Sup e r Y ZSo co la te OL IN CO 品, 为月桂酸型代可可脂, 第三种为非月桂酸型非调温代可可脂—— 玉米油。 玉米油和可可粉 均取自上海大明可可制品有限公司。 可可粉经真穸干燥后按所需的含量在 60?下混入代可可脂中。C 1. 2 实验仪器 物料的流变性用流变仪测定。为防止悬浮体体系常见的壁滑移现象, 使用与门 B rab en de r 1 的带槽的同心囿筒测量系统。由于高浓度悬浮体的非牛顿性, 剪切率用文献提供的方法进行 2 校正。 屈服应力采用十字叶片法测量。 2 实验结果及讨论 2. 1 特征粘度 收稿日期: 1996209210 悬浮体的特性粘度[ Γ]反映了悬浮体稀浓度时的特征。其定义式 为 1 Γr () 1 Γ[ lim Υ?-Υ0 = 式中 Γr = ΓΓs 是悬浮体不分散介质粘度之比。E in ste in 对刚性小球导出[ Γ= 2. 5 。当颗粒/ 表面 吸附了一层分散介质后,Γ]增 3 大。 可以采用不同的方法以获取特性粘度。实验测定了体积分数 < 0. 2 的三种悬浮体的Υ 粘 ( ) 度, 并按式 1的定义用多项式外推求得特性粘度 [ ]。 同种可可粉不 238、36ΓSo co la te Sup e r 3 22、玉米油的[ ]分别为 4. 1、2. 5、4. 0, 而可可脂可可粉的[ = 5. 0 。比较可知, 玉米油/Y ZΓΓ 和 238 不可可粉的亲和性同可可脂相近, 而 22 的特性粘度不可可脂的差别 36So co la te Sup e r Y Z 较大。 2. 2 代可可脂/可可粉悬浮体的粘度 实验测定了 60?下三种代可可脂/可可粉悬浮体的粘度。发现在 ?0. 2 时均表现出显著 C Υ 4 的剪切稀化行为, 丏粘度均低于相同 的可可脂可可粉悬浮体。 图 1 是 238/36/ΥSo co la te 可 20. 可粉在 60C? 下的粘度。( ()) 1 - 2 Γ = Γ1 ΓΓ//Κ ? ? 0 5- 三种代可可脂悬浮体在不同固相 下的定态剪切粘度均可 Υ 其中结构参数 为Κ5 用如下的流变方程表示 0. 5 ()( ) 3 Κ= 11 + tC Χ/ ? 式中 为时间常数, , 、分别为零剪和无穷剪为剪切速率tC ΧΓ0Γ? 切 粘度, ?。P a s ( ) 当物系有屈服应力时, Γ0 ??, 即 Γ? Γ/1. 0, 式 2成为如 0 ν 238可可粉 36/So co la te 图 1 ? 下的 方程C a sso n 悬浮体 ～ 的关ΓΧ()ΡΧ/Γ 4 yc Γ系 + = ?()() 式中 Ρyc = Γ? /tC , 为 C a sso n 屈服应力。用式 2～ 4对三种代? = 0. 05; —= 0. 1;—? ΥΥ可 ? —= 0. 2; ×—= 0. 4;ΥΥ( ) —— 方程 4计算值 + —= 0. 6; Υ可脂可可粉悬浮体在不同 下的粘度进行分析, 得到有关模型 /Υ ()() 参数列于表 1。 用式 2、4及表 1 的参数所得的粘度计算值不 实验点吻合良好。 其中 So co la te 36238 的悬浮体的计算值示于图 1。 2. 3 屈服应力 屈服应力是决定巧克力制品储放和涂抹性能的一个重要流变参数。 用叶片法测得的玉米 6 油可可粉悬浮体的屈服应力 示于图 2。研究表明, 当悬浮体固相 超过某一临界值 , /Ρy ΥΥm 0 4悬 浮体具有屈服应力, 它不 的关系可表示为Υ (() ()ΡΥΥ- 11 - ΥΥ5 ///y m 0 m 1p /= ) ]Ρ? c() 式中 Ρc、p 为实验常数。 代可可脂/可可粉悬浮体的模型参数见表 2。 用式 5计算出的屈服应 力见图 2 中的实线, 它能较好地代表屈服应力的实验值。 第 4 期 张 辉等: 代可可脂巧克力浆的屈服应力 ?395? ()() 表 1 粘度式 2～ 4的模型参数 So co la te 36238 Sup e r YZ22 玉米油 Υ ΓP a?s ΓP a?s ts ΓP a?s ΓP a?s ts ΓP a?s ΓP a?s ts /////////?0 C ?0 C ?0 C 0. 20 0. 039 0. 190 6. 71 0. 035 0. 100 5. 95 0. 040 0. 190 12. 3 0. 30 0. 066 0. 400 1. 72 0. 070 0. 200 1. 80 0. 076 0. 400 1. 06 0. 40 0. 181 1. 52 0. 165 3. 37 0. 265 1. 73 0. 45 0. 442 2. 57 0. 347 1. 52 0. 595 1. 76 0. 50 0. 790 0. 518 0. 673 0. 26 0. 940 0. 652 0. 55 1. 75 0. 659 1. 75 0. 39 1. 96 0. 367 0. 58 3. 77 0. 500 0. 60 5. 69 0. 836 4. 29 0. 84 10. 73 0. 767 0. 62 12. 5 0. 919 0. 64 94. 3 3. 43 温度为 60C? () 表 2可可悬浮体 5式的模型参数 m 0ΥΥ Ρ物 料 m ? p c2380. 370 0. 670 1. 209 5 0. 919 2 36So co la te 22Sup e r YZ 0. 395 0. 690 1. 615 0 0. 738 9 玉米油 0. 385 0. 665 2. 271 0 0. 915 5 2. 4 温度对可可悬浮体流变性的影响 实测在不同温度下 = 0. 6 的玉米油/可可粉悬浮 Υ 体的粘度, 结果见图 3。 该物系随着温度的升高, 无穷 玉米油/可可粉县浮体的 图 2 剪切粘度 和 屈服值 均降低。将玉米油/Γ? C a sso n Ρyc 屈服应力不体积分数的关系 ?? —实验值; —屈服值;可 可粉悬浮体在不同温度下的粘度值用对比粘度 C a sso n /Γ ( ) —— 方程 5计算值不Γ? ?无因次剪切率 4。 它不实验值符合较好。归一得图 tC Χ 图 4 玉米油可可粉悬浮体 /图 3 不同温度下玉米油可可粉 / 的温度规一线 悬浮体的剪切粘度?( ) —— 实验值; —— 方程 4计算值?? Υ= 0. 6; —30C?; —50C?; + —70C?; ( ) ×—90C?; —— 方程 4计算值 7 根据布朗运动碰撞理论, 时间常数 不温度 的关系 tC T ) ()(6 tC = B exp E S R T T// () 为常数。无穷剪切粘式中 E S 为溶剂 玉米油的流动活化能, B 度不温度的关系若满足 方程A r rh en iu s (()Γ? = A exp E ? R 7 / ) T 式中 A 为常数, E ? 为无穷剪切时的活化能。 ()() 联立 6、7便可得屈服应力 不温度的关系为Ρy )()(Ρ= C T exp ?E /R T 8 y - 5式中 = - = 18 115 /模型参数 = 5. 835×10 , ?E E ? E S J m o lC 图 5 玉米油/可可粉悬浮体屈服 /?。 玉米油/可可粉悬浮体屈服应力 不温度的关系见图P a CΡy 应力 不温度的关系Ρy 5。?( ) —实验值; —— 方程 8计算值结论3 ( ) 1玉米油和 So co la te 36238 不可可粉的亲和性同可可脂相近, 因此作为可可脂的代用品 是适宜的。 但 22 的[ ]较低。Sup e r Y ZΓ () 2三种代可可脂可可粉悬浮体在 ?0. 2 时均表现出剪切稀化行为。 丏粘度均低于/Υ 相 同固相体积分数 的可可脂悬浮体的粘度。Υ () 3当 大于某一临界值后物系具有屈服应力。 三种物质的屈服应力 不体积分数 ΥΡy Υ的 ()关系均满足式 5。 () 4随温度的升高, 玉米油/可可粉悬浮体的粘度和屈服应力均减小。 采用无因次剪切率 ?/将不同温度下的粘度归一。屈服应力 不温度的关系满足方程 及无因次对比粘度 tC ΧΓΓ? Ρy ()8。 参 考 文 献 1 Yang T M T , K r iege IM . Com p a r iso n o f m e tho d s fo r ca lcu la t ing sh ea r ra te in co ax ia l v iscom e te r s. J o f R h eo l, 1978, 22 ( ) 4: 413 ( ) 2 N guyen Q D , Bo ge r D V. D irec t y ie ld st re ss m ea su rem en t w ith th e vane m e tho d. J o f R h eo l, 1985, 29 3: 335～ 347 ( ) 3 吴湘萍, 方图南, 董师孟. 可可悬浮体的特征粘度. 中国粮油学报, 1994, 9 4: 60～ 64 ( ) 4 董师孟, 方图南, 吴湘萍. 可可悬浮体屈服应力的测量不研究. 中国粮油学报, 1995, 10 4: 37～ 41 ( ) 5 , , . . , 1995, 26 2: 203～ 215F ang T T iu C W u XR h eo lo g ica l beh av io u r o f co co a d isp e r sio n sJ o f T ex tu re S tud ie s ( ) 方图南, 吴湘萍, . 浓悬浮体的屈服应力和最大填充率. 力学学报, 1996, 28 4: 400～ 4056 U h lh e r r P H T 戴干策, 方图南, 范自辉. 物理2化学流体动力学导论. 上海: 华东化工学院出版社. 19927 () 下转第 402 页 华 东 理 工 大 学 学 报 第 23 卷 ?402? ( ) IIA Study on Copper an d Rare Ear th He terob in uc lear Com p lexe s 3 , Z h u X u ed on g Z h u Z ibin ( ), 200237I n s t itu te of C h em ica l T ech n ology E CU S T S h a n g h a i Y a n C u iw e i a n d L i Y a n tu a n (), 273165Q uf u N orm a l U n iv e rs ity Q uf u () () () : 2, A bstra c tS ix n ew Λo x am ido b in u c lea r com p lex e sn am e ly C u o x ap L n p h en 2 C lO 4 3() : , , , , , . L nY C eP rE u GdY b h ave b een syn th e sized b y liqu id ch em ica l m e tho d sB a sed o n e le2 , , , , m en ta l an a ly sisIR sp ec t rae lec t ro n ic sp ec t raE SR m o la r co n du c tan ce an d th e m agn e t ic , 2.p rop e r ty m ea su rem en tth e se com p lex e s w e re iden t if ied to b e o f o x am ido b r idged st ru c tu re () () () T h e va r iab le tem p e ra tu re m agn e t ic su scep t ib ility o f C u o x ap Gd p h en 2 C lO 4 3 w a s m ea2 su red b e tw een 4. 2～ 300K an d th e su scep t ib ility da ta, u sin g th e lea st2squ a re m e tho d, f it toδδ δ = - 2?.1 2 T h e th e su scep t ib ility equ a t io n de r ived b y th e sp in H am ilto n ian op e ra to r HJ SS- 1 2. 18, ex ch an ge in teg ra l J w a s fo u n d to b e cm in d ica t in g th a t th e re is a ve ry w eak fe r rom ag2 ( ) ( ) 2.n e t ic sp in ex ch an ge in te rac t io n b e tw een th e C u IIan d th e Gd IIIio n s ( ) ( ) : ; 2; ; Keyword so x am ido b r idgeC u IIL n IIIfe r rom agn e t ic in te rac t io nch em ica l syn2 th e sis ()上接第 396 页 Y ie ld Stre ss an d Its Tem pera ture D epen den ce of Choco la te Pa ste s Com po sed of Cocoa Butter Rep lacer s 3 ,F a n g T u n a n Z h a n g H u i (), 200237 D ep a r tm en t ofC h em ica l E n g in ee r in g E CU S T S h a n g h a i W u X ia n gp in g (), 200433 S h a n g h a i A ca d em yof L ig h t I n d u s t ry S h a n g h a i A bstra c t: T h e v isco sity an d y ie ld st re ss o f cho co la te p a ste s co n sist in g o f th ree co co a b u t2 () . te r rep lace r s CBR an d co co a pow de r w e re m ea su red an d stu d iedA ll te sted p a ste s ex h ib it 20. 2. ?sh ea rth in n in g b eh av io r w h en vo lum e f rac t io n o f p a r t ic le Υth e sh ea r v isco sity fo llow s a gen e ra l m o de l w h ich redu ce s to C a sso n equ a t io n if y ie ld st re ss ex ist s w h en Υb eyo n d a c r it i2 . ca l va lu eT h e re la t io n sh ip b e tw een y ie ld st re ss an d Υcan b e rep re sen ted b y a equ a t io n w ith 4 . . p a ram e te r sA ll m o de l p a ram e te r s w e re de te rm in ed b y exp e r im en t sT h e tem p e ra tu re de2 p en den ce o f y ie ld st re ss o f th e p a ste s w a s o b ta in ed acco rd in g to th e co llisio n th eo ry o f f in e .p a r t ic le s in d isp e r sed m ed ium Keyword s: sh ea r v isco sity; co co a b u t te r rep lace r; rh eo lo g ica l b eh av io u r; y ie ld st re ss;