第四章-食品物性：食品的流变特性
物性学——精选推荐
食品物性学复习材料第一章：食品的主要形态与物理性质1、食品物性学是研究食品物理性质的一门科学。
2、食品形态微观结构按分子的聚集排列方式主要有三种类型：晶态、液态、气态，其外，还有两种过渡态，它们是玻璃态和液晶态。
各自特点：晶态：分子(或原子、离子)间的几何排列具有三维远程有序;液态：分子间的几何排列只有近程有序（即在1-2分子层内排列有序)，而远程无序;气态：分子间的几何排列不但远程无序，近程也无序。
玻璃态（无定形）：分子间的几何排列只有近程有序，而无远程有序，即与液态分子排列相同。
它与液态主要区别在于黏度。
玻璃态粘度非常高，以致阻碍分子间相对运动液晶态：分子间几何排列相当有序，接近于晶态分子排列，但是具有一定的流动性(如动植物细胞膜和一定条件下的脂肪)。
4、粒子凝胶：球状蛋白、脂肪晶体等5、分子分散体系是一种单相体系。
6、表面活性物质是由亲水性极性基团和疏水性非极性基团组成的，能使溶液表面张力降低的物质，具有稳定泡沫的作用。
蛋白质是很好的界面活性物质。
7、影响泡沫稳定的主要因素：气泡壁液体由于重力作用产生离液现象和液体蒸发，表面黏度和马兰高尼效果。
8、果胶作为细胞间质，与纤维素、半纤维素、糖蛋白一起发挥细胞壁的作用。
二、判断1、制作食品泡沫时，一般都是先打发泡，然后再添加糖，以使泡沫稳定。
三、名词解释1、离浆：凝胶经过一段时间放置，网格会逐渐收缩，并把网格中的水挤出来，把这种现象称为离浆2、马兰高尼效果：当气泡膜薄到一定程度，膜液中界面活性剂分子就会产生局部的减少，于是这些地方的表面张力就会比原来或周围其它地方的表面张力有所增大。
因此，表面张力小的部分就会被局部表面张力大的部分所吸引，企图恢复原来的状态。
这种现象称作马兰高尼效果。
四、简答与分析1、淀粉糊化过程中的粘度变化：淀粉糊化过程中的粘度变化颗粒代表支链淀粉，曲线代表直链淀粉答：天然淀粉是一种液晶态结构。
在过量水中加热时，淀粉颗粒吸水膨胀，使处于亚稳定的直链淀粉析出进入水相，并由螺旋结构伸展成线形结构。
食品流变学
且不可压缩，与虎克固体一样，完全的牛顿液体是不存在的。 然而，有很多实际液体在剪切应力在很宽的作用范围内呈现出牛顿液体的性质，流变学家也就把这些液
塑性流体的流动状态方程为:
σ − σ0 = μ ⋅ ε& n 对于塑性流动来说，当应力超过屈服应力σ0时，流动特性符合牛顿流动规律的，称为宾汉流动，流动
特性不符合牛顿流动规律的流动称为非宾汉塑性流动，这些流体的剪切黏度随剪切速率的变化而变化。 把具有宾汉流动特性的液体称为宾汉流体，具有非宾汉流动特性的液体称为非宾汉流体，称为 H-B
（Herschel-Bulkley）流体。 流动特性曲线不通过坐标原点。
表观黏度：
触变性：当液体在振动、搅拌、摇动时黏性减少，流动性增加，但静置一段时间后，又变得不易流动的 现象。
触变性流体的机理：随着剪切应力的增加，粒子间结合的结构受到破坏，黏性减少。当作用力停止时粒 子间结合的构造逐渐恢复原样，但需要一段时间。因此，剪切速率减少时的曲线与增加时的曲线不重叠，形 成了与流动时间有关的履历曲线(滞后曲线)。
食品流变学特性
流变学的基本内容：作用于物体上的应力和由此产生的应变规律，是力、变形和时间的函数主要是弹性力学 和黏性流体力学。
食品流变学研究的对象：各种食品和食品材料的力学性质。
食品流变学研究的目的：要解决实际食品加工中出现的问题。
研究食品流变学时，首先把食品按其流变性质分成几大类，如固体、液体、黏弹性体等，然后再对每种 类型的物质，建立起表现其流变性质的力学模型，从这些模型的分解、组合和解析中，找出测定食品力学性 质的可靠方法，或得出有效控制食品品质(力学性质)的思路。
食品的力学性质和流变学基础课件
食品力学性质是影响食品品质和消费者接受度的重要因素。
在食品加工过程中，了解和掌握食品的力学性质有助于优化工艺参数、提高产品质量和开发新产品。
目前，食品力学性质研究涉及多个学科领域，如物理学、化学、生物学和工程学等，研究方法和技术不断更新和完善。
食品流变学作为食品力学性质研究的重要分支，在食品加工、食品质量和食品安全等领域具有广泛的应用前景。
缺乏系统性的理论框架
食品种类多样性考虑不足
食品品质与安全关联性不明确
发展多学科交叉研究方法
未来研究应注重发展多学科交叉的研究方法，结合物理学、化学、生物学等多学科理论，深入探讨食品的力学性质和流变学机制。
建立系统性的理论框架
通过整合现有研究成果和理论，逐步建立食品的力学性质和流变学的系统性理论框架，为研究提供统一的理论指导。
包装结构的设计
通过研究食品的流变学性质，可以优化包装结构的设计，提高包装的阻隔性能和保护性能，保证食品的新鲜度和安全性。
06
CHAPTER
展望与未来研究方向
研究方法的局限性
当前对食品力学性质和流变学的研究主要依赖于实验室测试，这种方法难以模拟实际食品加工过程中的复杂环境和条件，导致实验结果与实际情况存在偏差。
食品的力学性质和流变学涉及多个学科领域，目前尚未形成完整、系统的理论框架，这使得研究者在探讨相关问题时缺乏统一的理论指导。
不同食品具有不同的组成、结构和加工特性，当前研究对食品种类多样性的考虑不足，导致研究结果难以广泛应用于各类食品。
食品的力学性质和流变学与食品品质和安全之间的关联性尚不明确，需要进一步深入研究以揭示其内在联系。
食品的力学性质和流变学基础课件
目录
食品力学性质概述食品的力学性质食品流变学基础食品加工过程中的力学与流变学问题食品力学性质与流变学基础的应用展望与未来研究方向
食品物性学【精选文档】
绪论：1）食品的质量因素：营养特性、感官特性、安全性。
2）流变学：流变学( Rheology）是研究物质在力的作用下变形和流动的科学。
3）食品流变学：食品流变学是在流变学基础上发展起来的, 它以弹性力学和流体力学为基础，主要应用线性粘弹性理论, 研究食品在小变形范围内的粘弹性质及其变化规律，测量食品在特定形变情况下具有明确物理意义的流变响应。
食品流变学的研究对象是食品及其原料的力学性质。
(了解）通过对食品流变学特性的研究，可以了解食品的组成、内部结构和分子形态等，为产品配方、加工工艺、设备选型及质量控制等提供方便和依据。
4）其他几个性质稍作了解.第一章1)物质的结构：是指物质的组成单元（原子或分子）之间相互吸引和相互排斥的作用达到平衡时在空间的几何排列.分子内原子之间的几何排列称为分子结构,分子之间的几何排列称为聚集态结构。
食品物质：聚集态结构2)高聚物结构研究的内容：1 高分子链的结构：近程结构（一级结构）、远程结构（二级结构）;2 高分子的聚集态结构又称三级或更高级结构。
3)高分子内原子间与分子间相互作用：吸引力（键合原子之间的吸引力有键合力，非键合原子间、基团间和分子间的吸引力有范德华力、氢键和其他力。
）和推拒力（当原子间或分子间的距离很小时，由于内层电子的相互作用,呈现推拒力。
）键合力包括共价键、离子键和金属键。
在食品中,主要是共价键和离子键。
范德华力包括静电力、诱导力和色散力。
范德华力是永远存在于一切分子之间的吸引力，没有方向性和饱和性。
作用距离0.26nm，作用能比化学键能小1一2个数量级。
氢键:它是极性很强的X一H键上的氢原子与另一个键上电负性很大的Y原子之间相互吸引而形成的（X一H…Y).氢键既有饱和性又有方向性.氢键的作用能为12一30kJ/mol氢键作用半径一般为0。
17一0。
20nm。
氢键可以在分子间形成,也可以在分子内形成。
疏水键并不是疏水基团之间存在引力，而是体系为了稳定自发的调整。
食品物性学(精品PPT)
1、组成的复杂性 多成分、多形态、易变性、有些有细胞结构。 2、多样性（从加工的角度看） 有初级产品：谷物、水果、蔬菜、肉类等等； 有一次加工的食品材料：油、面粉、奶粉、蛋粉 等等； 有半成品、成品：面团、面包、米饭等等。
食品的力学性质
力学性质包括食品在力的作用下产生变形、振动、流 动、破断等的规律，以及其与感官评价的关系。具体 体现 （1）食品的力学性质是食品感官评价的重要内容。对有 些食品，是决定品质好坏的主要指标。 （2）食品的力学性质与食品的生化变化、变质情况有着 密切的联系，通过力学性质的测定，可以把握食品的 以上品质变化。 （3）食品的力学性质与加工的关系也十分密切。
式中，I1、I2两种分子的电离能。 色散力的作用能一般为0.8一8kJ/mol。 范德华力是 永远存在于一切分子之间的吸引力，没有方向性和饱 和性。作用距离0.26nm，作用能比化学键能小1一2个 数量级。
氢键 它是极性很强的X一H键上的氢原子与另一个 键上电负性很大的Y原子之间相互吸引而形成 的(X一H…Y)。氢键既有饱和性又有方向性:X 一H只能与一个Y原子形成氢键,而且X一H一Y 要在同一直线上，氢键的作用能比化学键小得 多，但比范德华力大一些，为12一30kJ/mol, X, Y的电负性愈大，Y的半径愈小，则所形成 的氢键愈强，氢键作用半径一般为0.17一 0.20nm。氢键可以在分子间形成，也可以在 分子内形成，聚酸胺、纤维素和蛋白质等都有 分子间的氢键。
2.1.1.2.范德华力和其它介观力 非键合原子间和分子间的相互作用力包 括范德华力、氢键力和其他力。其中范 德华力包括静电力、诱导力和色散力。
(1)静电力是极性分子间的相互作用力，由极性 分子的永久偶极之间的静电相互作用所引起。 作用能为12~20kJ/mol，与分子偶极矩的大 小、分子间的距离和热力学温度之间的关系如 下:
食品物性学绪论
可见液体的流动也是一个不断变形的过程。用应变大小与 应变所需时间之比表示变形速率。上式表示的剪切应变速 率 就是液体的应变速率，也称剪切速率或速度梯度，单 位为:s-1。 另外，剪切应力σ可定义为
剪切应力σ实际是截面切线方向的应力分量，单位为Pa 牛顿粘性定律指出:流体流动时剪切速率与剪切应力成正比 关系，即
食品流变性质对食品的运输、传送、加工工艺、 产品的开发设计以及人在咀嚼食品时的满足感 等都起非常重要的作用。通过对流变性质的研 究不仅能够了解食品组织结构的变化情况，还 可以找出与加工过程有关的力学性质的变化规 律，从而可以控制产品的质量，鉴别食品的优 劣，还可为工艺及设备和产品的开发设计提供 有关数据。
(3)流变学理论已经广泛应用于与食品加工有关的工艺设备设计开发。 (4)与感官评定相结合，定量地评定食品的品质，鉴定和预测顾客对 某种食品是否满意。
(5)在食品制作过程中利用调节中间产品的流变特性方法 可达到调节食品组织结构的目的。 (6)可用于食品产品货架期的预测。
(7)为研究食品分子论提供实验依据。随着对食品品质研 究的深入，食品内部分子结构的研究己成为食品科学的重要 组成部分。但分子水平的结构变化，很难用化学分析的方法 了解，
(2) 分散相的影响 (3) 分散介质的影响 (4) 乳化剂的影响
3
液态食品流变性质的测定
对液态食品来讲，最重要的流变特性是黏度。 黏度测量是研究液态食品物性的重要手段。黏度 测量也就是对液体流动性质的测量，常见的测定 方法有毛细管测定法、圆筒回转式测定法、落球 式测定法测定法等。
由流动力学可知，当流体在一定速度范围内流动时，就会产生 与流动方向平行的层流流动。以流体平行流过固定平板为例， 紧贴板壁的流体质点，因与板壁的附着力大于分子的内聚力， 所以速度为零，在贴着板壁处形成一静止液层，而越远离板壁 的液层流速越大。液体内部在垂直于流动方向就会形成速度梯 度。层与层之间存在着粘性阻力。
食品物性学-食品流变特性 3-4章
食品流变特性
姓 名：邢亚阁 西华大学生物工程学院
本章主要内容
第一节 概述 第二节 液体食品的流变性 第三节 固体/半固体食品的 流变性
第一节 概述
1 食品流变学的定义及研究目的
1.1 食品Βιβλιοθήκη 变学流变学(Rheology)是研究材料的流动和变 形的科学，它与物质的组织结构有密切关系。 食品流变学主要研究作用于食品的应力和由此 产生的应变的规律，并用力、变形和时间的函 数关系来表示。
剪切应变ε用它在
剪切应力作用下转过 的角度(弧度)来表示， 即ε=θ=dx/dy。则剪切 应变的速率为：
dx / dy dx / dt du
dt dt
dy dy
剪切应力σ=F/A
牛顿粘性定律：
(2) 粘性流体的分类及特点
• 理想流体: 粘度为零的流体 • 牛顿流体： 服从牛顿粘性定律的流体 • 非牛顿流体：不服从牛顿粘性定律的流体
分散体系的特点:1) 分散介质和分散相都以各自独立 的状态(非平衡)存在；2) 每个分散介质和分散相之间 都存在着接触面，整个分散体系的两相接触面面积很 大，体系处于不稳定状态。
按分散粒子的大小分为如下三种:
1)分子分散体系:分散的粒子半径小于10-7cm,相当于 单个分子或离子的大小。此时分散相与分散介质形 成均匀的一相。因此分子分散体系是一种单相体系。 与水的亲和力较强的化合物，如蔗糖溶于水后形成 的“真溶液”。
（5）在食品制作过程中利用调节中间产品的流变特 性方法来达到调节产品组织结构的目的。如通过面 团粘弹性测定了解面筋的网络形成。
第二节 液态食品的流变特性
5.2.1 粘性流体的流变学基础理论
(1)粘性及牛顿粘性定律
食品物性学习题(附答案)
一、名词1. 触变性：指当液体在振动、搅拌、摇动时粘性减少，流动性增加，但静置一段时间后，又变得不易流动的现象(45页)。
2. 应力松弛：指试样瞬时变形后，在变形不变情况下，试样内部的应力随时间的延长而减少的过程(72页)。
3. 蠕变：把一定大小的应力施加于粘弹性体时，物体的变形随时间的变化而逐渐增加的现象(72页)。
4. 食品感官检验：以心理学、生理学、统计学为基础，依靠人的感觉(视、听、触、味、嗅觉)对食品进行评价、测定或检验的方法(106页)。
5. 散粒体的离析：粒径差值大且重度不同的散粒混合物料，在给料、排料或振动时，粗粒和细料以及密度大和密度小的会产生分离，这种现象称为离析(171页)。
7. 假塑性流动：非牛顿流体表观粘度随着剪切应力或剪切速率的增大而减少的流动(42页)。
8. 塑性流体：当作用在物质上的剪切应力大于极限值时，物质开始流动，否则，物质就保持即时形状并停止流动，具有这种性质的流体称为塑性流体(44页)。
9. 分辨阈：指感觉上能够分辨出刺激量的最小变化量(110页)。
10. 刺激阈：指能够分辨出感觉的最小刺激量(110页)。
11. 食品分散体系：(32页)第二章食品的主要形态与物理性质1. 构成物质的分子内原子之间的几何排列称为分子结构，分子之间的几何排列称为聚集态结构。
(4页)2. 食品材料的质构和流变性是其内部分子和原子间相互作用力的宏观表现。
键合原子间的吸收力有键合力；非键合原子间、基团间和分子间的吸收力有范德华力、氢键和其它作用力。
(5页)3. 键合力包括共价键、离子键和金属键，在食品中主要是共价键和离子键。
(5页)4. 蛋白质构象容易发生变化，是由于连接氨基酸的肽键键能较高。
5.范德华力包括静电力、诱导力和色散力。
永远存在于一切分子之间的吸引力，没有方向性和饱和性。
静电力：极性分子间的相互作用力，由极性分子的永久偶极之间的静电相互作用引起。
诱导力：当极性分子与其它分子相互作用时，其它分子产生诱导偶极。
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μ——塑性流体的稳定性系数； n——流动特性指数； σ0——屈服应力。
流动特性曲线不通过坐标原点!
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塑性流体的流动特性曲线：
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塑性流体分类
对于塑性流动来说，当应力超过σ0时： 流动特性符合牛顿流动规律的——宾汉流动； 不符合牛顿流动规律的流动——非宾汉塑性流动。
胀塑性流体：在非牛顿流体的流动状态方程中，如果1＜ n ＜∞，表观粘度随剪切速率的增大而增大， 表现为胀塑性流动的流体为胀塑性流体。胀 塑性流动也被称为剪切增稠流动。
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典型食品及现象
比较典型的胀塑性流体：生淀粉糊。
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塑性流体
塑性流体：当作用在物质上的剪切应力大于极限值时， 物质开始流动，否则，物质就保持即时形状 并停止流动。
剪应力的极限值定义为屈服应力，指使物体发生流动的 最小应力，用σ0表示。
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塑性流体的流动状态方程为:
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4.2.2 液态食品分散体系的流变特性
1 食品分散体系的分类
分散体系：指数微米以下，数纳米以上的微粒子在气体、液 体或固体中浮游悬浊(即分散)的系统。
在这一系统中:
微粒子称为分散相；
分散的气体、液体或固体称为分散介质。
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测定温度
n
K
25℃ 45℃
0.227 0.267
187 160
65℃
0.299
113
σ0/pa
32 24 14
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触变性流体
触变性是指当液体在振动、搅拌、摇动时粘性减少，流 动性增加，但静置一段时间后，又变得不易流 动的现象。
如：番茄酱、蛋黄酱
“在容器中放置一段时间后倾倒时则不易流动，但将容 器猛烈摇动或用力搅拌即可变得容易流动，再长时间放置 时又变得不易流动。”
分散体系的一般特点是：
1） 分散体系中的分散介质和分散相都以各自独立的状态 存在，所以分散体系是一个非平衡状态。
2） 每个分散介质和分散相之间都存在着接触面，整个分 散体系的两相接触面面积很大，体系处于不稳定状态。
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按照分散程度的高低（即分散粒子的大小），分散体 系可大致分为如下三种：
咀嚼食 品时的 满足感
食品的 烹饪、
加工
工艺及 设备的
设计
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4.1.2 食品流变学的研究目的
1
2
3
4
1 鉴别食品的 原材料、中 间产品，也 可用于控制 生产过程；
2 提高食品质 量、调节生 产工艺过程
1 用食品流变 仪测定法来 代替感官评 定法，定量 地评定食品 的品质；
牙膏——包含的流变学问题
要求：使用时挤出要容易， 挤出后要维持形状，在牙刷 上不能下陷，刷牙时又要轻 松，那就要求牙膏遇到剪切 时黏度迅速下降，静止时又 要一定的屈服应力，以保持 坚挺。
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食品流变学作用
食品的运 输、传送、 加工工艺
食品流变学在食品物 性学中占有重要地位
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牛顿流体的流动特性曲线
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需要注意：
严格地讲，理想的牛顿流体没有弹性，且不可压缩，各 向同性。
自然界中理想的牛顿流体是不存在的。
在流变学中只能把在一定范围内基本符合牛顿流动定律 的流体按牛顿流体处理。
内容
作用于物体上的应力和由此产生的应变规律，是力、 变形和时间的函数。
对象
食品物质
固态 主要具有固 体性质的食
品物质
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液态
主要具有流体性质的食品物质。 分为牛顿流体和非牛顿流体。 具有弹性的粘性流体归属于塑
性流体。 南京农业大学食品科技学院
半固态 同时表现出 固体性质和 流体性质的 食品物质4
流体、假塑性流体、胀塑性液体、宾汉流体各自的特征；
2
液态食品分散体系的粘度表示方法以及影响液态食品粘
度的因素；
3
粘弹性的力学模型，掌握单要素和多要素模型；
4
应力松弛、蠕变和滞后曲线实验。
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4.1 食品流变学的定义及研究目的
定义
流变学(Rheology)是研究物质的流动和变形的科学，它与 物质的组织结构有密切关系。
ηa=tanθi（i=1,2,3,…)
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现象解释
有假塑性流动性质的液体食品，大多含有高分子的胶
体粒子，这些粒子多由巨大的链状分子构成。
在静止或低流速时，它们互相勾挂缠结，粘度较大，
显得粘稠。
但当流速增大时，也就是由于流层之间的剪应力的作
用，使比较散乱的链状粒子滚动旋转而收缩成团，减少了
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a 假塑性流体
假塑性流体：在非牛顿流体流动状态方程中，当0＜n＜1 时，即表观粘度随着剪切应力或剪切速率 的增大而减少的流动，符合假塑性流动规 律的流体。因为随着剪切速率的增加，表 观粘度减少，故也称为剪切稀化流动。
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分别称为宾汉流体或非宾汉流体。
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部分食品的屈服应力值及流态特性参数
宾汉流体食品的屈服应力值
名称 融化的巧克力 橘子汁（60%浓度）
屈服应力值/Pa 1.2 0.7
名称 番茄酱 番茄酱 番茄酱
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非宾汉流体食品的流态特性参数
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4.2 液态食品的流变特性
4.2.1 黏性流体的流变学基础理论
1) 黏性及牛顿黏性定律 2) 黏性流体的分类及特点 3) 塑性流体 4) 触变性流体
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流体的分类
粘性流体
流
体
塑性流体
牛顿流体 非牛顿流体
相互勾挂，这就出现了剪切稀化现象。
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示例
食品工业中的一些高分子溶液、悬浮液和乳状液。
酱油、菜汤、番茄汁、浓糖水、淀粉糊、苹果酱等都是 假塑性流体。
大多数非牛顿流体都属于假塑性流体。
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b 胀塑性流体
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上式中设： a kn1
非牛顿流体的流动状态方程可写成与牛顿流体相似的形式：
a
ηa称为表观粘度。
与η不同的是：ηa与浓度系数k和流动指数n有关，且 是剪切速率的函数。也就是ηa是非牛 顿流体在某一特定剪切速率下的粘度。
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牛顿流体
牛顿流体：剪切应力与剪切速率之间满足牛顿黏性定律 （剪切力与剪切速率之间满足线性关系）的流体。
例如：水（最典型）/糖水溶液/低浓度牛乳/油/其他透明溶液
牛顿流体的特征：剪切应力与剪切速率成正比，黏度不随 剪切速率的变化而变化。即：在层流状 态下，黏度是一个不随流速变化而变化 的常量。
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剪切应力σ可定义为： F
A
（单位Pa）
牛顿黏性定律指出：流体流动时剪切速率与剪切应力成 正比关系，即：
式中：比例系数η称为黏度，是液体流动时由分子之间的 摩擦产生的。
黏性是物质的固有性质。上式也是黏性的基本法则。
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第四章 食品的流变特性
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南京农业大学食品科技学院来自1内容提要食品流变学的定义及研究目的； 液态、固态、半固态食品的流变特性； 食品流变性质的测定方法和食品流变学的应用。
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重点难点
1
粘性流体的流变学基础理论，包括牛顿粘性定律，牛顿
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以从流流体体平的行层流流过流固动定沿平平板行为于例流：动紧方贴向板取壁一的流流体体微质元点，，微因元 上与下板两壁层的流附体着接力触大面于积分为子A的(m内2聚), 两力层，距所离以为速d度y 为(m零), ，两在层贴间 着板壁处形成一静止液层，而越远离板壁的液层流速越大。 黏液性体阻内力部为在F垂(N直),于两流层动的方流向速就为会别形为成u和速u度+梯du度(m，/s层）与。层之 间存在着黏性阻力。
是多相体系 。
如蔗糖溶于水后形成 的“真溶液” 。
与水亲和力差的难溶性 固体物质高度分散于水 中所形成的胶体分散体
系为“溶胶” 。
悬浮液(泥浆)和乳状 液(牛乳) 。