介紹了旋轉(zhuǎn)流變儀的原理、測(cè)試夫具和常用流變學(xué)檢測(cè)方法，并綜述了自1996至今旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂黏度、油脂結(jié)晶、人造奶油、起酥油和巧克力中應(yīng)用研究的現(xiàn)狀，并展望了旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂研究中的應(yīng)用前景。以期為旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂中的應(yīng)用研究提供參考。

食品流變學(xué)是流變學(xué)的重要分支，是研究食品工業(yè)中原料、中間產(chǎn)品及成品的流動(dòng)和變形的科學(xué)。食品流變學(xué)的主要研究就是利用流變儀測(cè)量獲得大量參數(shù)，尋找流變學(xué)特性參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，總結(jié)規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型并為食品流變學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。由于人們對(duì)食品質(zhì)量要求的提高以及食品工業(yè)向大型化和自動(dòng)化方向的發(fā)展，食品流變學(xué)在工藝參數(shù)的優(yōu)化、設(shè)備選擇、質(zhì)量控制和分析等方面得到了廣泛的應(yīng)用，愈來愈受到人們的重視。

油脂是食品的主要成分之一，被廣泛應(yīng)用于餐飲、糖果、巧克力和烘焙食品中。食品具有不同的流變特性、質(zhì)構(gòu)特性和微觀結(jié)構(gòu)，除了受食品的加工工藝、儲(chǔ)藏條件和其他配料的影響外，與油脂種類和組成有一定的相關(guān)性。因此，研究油脂的流變特性并建立流變特性與產(chǎn)品組成、微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性的關(guān)系將對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝選取、新產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備選取和工程設(shè)計(jì)等具有重要意義。

本文介紹了旋轉(zhuǎn)流變儀的工作原理、測(cè)試夾具和主要流變學(xué)檢測(cè)，并綜述了旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂黏度、油脂結(jié)晶、人造奶油、起酥油和巧克力研究開發(fā)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1.旋轉(zhuǎn)流變儀簡(jiǎn)介

旋轉(zhuǎn)流變儀是流變學(xué)研究中Z為常用的流變儀，它是在旋轉(zhuǎn)蒙古度計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其主要部件一般包括馬達(dá)、光學(xué)解碼器、空氣軸承和測(cè)試夾具。

旋轉(zhuǎn)流變儀的主要工作原理是不同的測(cè)試夾具通過馬達(dá)的帶動(dòng)，采用旋轉(zhuǎn)或振蕩的模式對(duì)樣品作用，然后光學(xué)解碼器采集樣品反饋的應(yīng)力、應(yīng)變或扭矩，數(shù)據(jù)分析軟件再根據(jù)已知測(cè)試狀態(tài)參數(shù)計(jì)算其他流變參數(shù)并加以分析。

對(duì)比旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，旋轉(zhuǎn)流變儀具有如下優(yōu)勢(shì)：旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)只可以采用旋轉(zhuǎn)模式測(cè)定樣品的黏度特征，而旋轉(zhuǎn)流變儀還可采用振蕩的模式精確測(cè)定樣品的黏彈性質(zhì)，并且可據(jù)此分析樣品組成和結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)流變儀具有更寬的剪切速率范圍(6～9個(gè)數(shù)量級(jí))，基本可以涵蓋食品加工的剪切速率范圍；旋轉(zhuǎn)站度計(jì)只可采用同心圓筒夾具，而旋轉(zhuǎn)流變儀還可采用平板和錐板夾具，錐板夾具通常是測(cè)式的shou選，但是錐板夾具由于測(cè)試間隙固定(10~100μm)，要求樣品顆粒粒徑一般小于測(cè)試間隙的1/10。對(duì)于粗顆粒分散樣品宜采用平板夾具，由于其各個(gè)測(cè)試位置剪切速率不一致，平板不適宜測(cè)試黏度過低的樣品。

對(duì)于穩(wěn)定性差、易揮發(fā)和易沉淀分層的樣品宜采用同心圓筒夾具，但是其測(cè)試體間隙內(nèi)剪切速率不均勻、樣品質(zhì)量大和達(dá)到溫度平衡慢是其明顯的缺點(diǎn)，而錐板和平板夾具所需樣品量少，易達(dá)到溫度平衡，且均可實(shí)現(xiàn)非常高的剪切速率。

2.旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂黏度測(cè)定中的應(yīng)用

隨著食用油脂貿(mào)易往來的擴(kuò)大，植物油常常在海陸運(yùn)輸中經(jīng)歷不同氣溫的變化和在不同的容器之間轉(zhuǎn)移，而黏度則成為影響植物油運(yùn)輸和使用的關(guān)鍵因素。動(dòng)物油脂和部分高熔點(diǎn)植物油在常溫下一般呈現(xiàn)固態(tài)，黏度對(duì)其使用性能的影響較小，因此對(duì)于油脂黏度的研究主要集中在低熔點(diǎn)植物油黏度的測(cè)定。

植物油黏度的測(cè)定一般采用改變剪切速率來檢測(cè)樣品流動(dòng)曲線的方法。植物油在全部融化的狀態(tài)下呈現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)，即其黏度不隨剪切速率的改變而改變。平板夾具測(cè)定油脂樣品時(shí)，容易出現(xiàn)3個(gè)問題：①樣品隨探頭一起流動(dòng)，造成測(cè)試位置樣品量不一致；②存在邊界效應(yīng)，在剪切速率較大時(shí)探頭邊緣出現(xiàn)揣流；③探頭各位置剪切速率不一致。因此，油脂樣品一般使用同心圓筒或錐板，而且探頭選取直徑大的較好。

3.旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂結(jié)晶研究中的應(yīng)用

油脂結(jié)晶分為成核、生長(zhǎng)和聚集3個(gè)階段。油脂經(jīng)受過冷或過飽和等的驅(qū)動(dòng)，高熔點(diǎn)甘三酯首先結(jié)晶，而這些結(jié)晶起到晶種的作用，誘使更多的甘三酯在其表面進(jìn)一步結(jié)晶，促使晶體的生長(zhǎng)。晶體進(jìn)一步的生長(zhǎng)和聚集形成晶束，晶束間的相互作用形成空間填充的三維結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，這些晶體及結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的不同導(dǎo)致產(chǎn)品宏觀性質(zhì)的改變。油脂結(jié)晶研究包括油脂的結(jié)晶速率、同質(zhì)多晶、晶型轉(zhuǎn)化和結(jié)晶形態(tài)等。隨著流變學(xué)理論和科技的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)流變儀逐漸成為油脂結(jié)晶研究的重要手段之一。

4.旋轉(zhuǎn)流變儀在人造奶油和起酥油中的應(yīng)用

流變特性與人造奶油和起酥油類產(chǎn)品口感和應(yīng)用性能密切相關(guān)。旋轉(zhuǎn)流變儀在人造奶油和起酥油類產(chǎn)品中的應(yīng)用主要集中在研究不同乳化劑種類、加工工藝和儲(chǔ)藏條件等因素對(duì)流變特性的影響，即對(duì)Z終產(chǎn)品流變特性的比較與分析。

人造奶油和起酥油類產(chǎn)品的主要功能特性包括延展性、涂抹性、打發(fā)性和適口性等，通常利用傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)方法進(jìn)行檢測(cè)。但是，由于其評(píng)價(jià)粗獷且因人而異而使得研究樣品流變特性與功能特性的關(guān)系較為困難。利用旋轉(zhuǎn)流變儀模擬小刀涂抹餐用人造奶油的過程，靜態(tài)屈服值和動(dòng)態(tài)屈服值越小，涂抹性越好，觸變性越大，涂抹性也越好。

由于人造奶油和起酥油種類繁多，且其應(yīng)用也越來越專一化，因此建立流變特性與質(zhì)構(gòu)和功能特性的關(guān)系，通過旋轉(zhuǎn)流變儀實(shí)現(xiàn)對(duì)加工和Z終產(chǎn)品質(zhì)量的控制將是今后旋轉(zhuǎn)流變儀在人造奶油和起酥油中應(yīng)用的研究方向。

5.旋轉(zhuǎn)流變儀在巧克力中的應(yīng)用

巧克力的流變特性不僅可以用來控制巧克力的加工過程，而且對(duì)巧克力的涂層、脫模和澆鑄等應(yīng)用性能有較大的影響。巧克力漿料是一種剪切變稀的假塑性流體，其流變特性常用屈服應(yīng)力和塑性黏度來表征。屈服應(yīng)力是使樣品流動(dòng)的Z小的力，可以反映樣品開始流動(dòng)時(shí)所需要的能量大小，塑性黏度則反映了維持樣品流動(dòng)所需能量的大小，這兩個(gè)參數(shù)的控制對(duì)于巧克力的應(yīng)用非常重要。

塑性黏度的測(cè)定一般采用旋轉(zhuǎn)模式的剪切速率掃描。由于巧克力漿料是一種觸變性樣品，其黏度的變化具有一定的依時(shí)性，因此巧克力漿料的測(cè)定要保證穩(wěn)態(tài)測(cè)試。一般要求每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間大于剪切速率的倒數(shù)秒。屈服應(yīng)力測(cè)定方法主要有剪切速率掃描、剪切應(yīng)力掃描、多步蠕變和振蕩模式等。

6.總結(jié)與展望

研究油脂的流變特性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝選取、新產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備選取和工程設(shè)計(jì)等具有很重要的意義。旋轉(zhuǎn)流變儀由于其獨(dú)特的構(gòu)造和測(cè)試模式，在油脂研究中被廣泛應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)流變儀作為一種新的油脂研究手段是對(duì)傳統(tǒng)研究方法的重要補(bǔ)充，其應(yīng)用主要集中在不同油脂組成、配料、加工工藝和儲(chǔ)藏條件等因素對(duì)油脂流變特性的影響。

油脂組成復(fù)雜且以同質(zhì)多晶形態(tài)存在，加之分析手段和對(duì)油脂認(rèn)識(shí)深度的限制，使得油脂流變特性的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于旋轉(zhuǎn)流變儀在油脂研究中的應(yīng)用需做以下幾方面工作：

(1)研究流變特性與油脂組成、質(zhì)構(gòu)、感官和應(yīng)用特性的關(guān)系，以期用流變學(xué)的方法來拓寬油脂在食品中的應(yīng)用范圍；

(2)開發(fā)利用旋轉(zhuǎn)流變儀進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)過程及Z終產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控，并運(yùn)用到新產(chǎn)品研發(fā)中；

(3)建立起流變與常規(guī)分析方法的相關(guān)性；

(4)建立產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)與流變特性的關(guān)系，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)學(xué)方法發(fā)展和校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，為更?fù)雜流變現(xiàn)象的分析和應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。