液体咸蛋清的流变性质及其在工程设计中的应用

刃一 争f 第16卷 第 4期 无 锡 轻 工 大 学 学 报 】OURNAL OF WUXI UNIVERSITY OF LIGHT INDUSTRY Vo1．16 1997NO．4 液体咸蛋清的流变性质及其在工程设计中的应用 塑 塑 (无锝轻工大学食品学院，无锡214036) 弓 ／ 摘要 用旋转粘度计研完j液体成蛋清在温度 5～45℃范围内，剪切速率在 1 73～ 2770 s r。范围内的流变行为。推导出相应剪切应力作为剪切速率函数的幂律模型， 并导出流变参数K和n．参数K和 是温度的函数。 茎 皇8兰 l'鎏里 堑 ；至整主 { 垒 中囝分娄 ,gg2． 1TS253 I’’ ’ 『 0 前言 在工程设计中．流体的流变特性数据对估计泵所需能量以及流体搅拌所需动力等方面 十分必要。多年来发表了一些关于鸡蛋清粘度方面的研究结果，但对成鸭蛋蛋清的流变性质 尚未见报道。前人的研究结果不能方便迅速地推广到一般的工程设计中，再者，随条件而变 的通常意义的粘度数据在非牛顿流体的研究中很少使用。因此，以剪切应力一剪切速率表示 的流变曲线图能更好地反映咸蛋清的流变性质。这对加工成蛋清及其类似产品所进行的工 程设计以及涉及到流变性质对产品深加工过程的影响均有十分重要的意义。 I 与方法 1．I 咸蛋清 ． 实验用咸蛋清来自江苏高邮蛋厂。总固形物含量为(12．085：0．32) ．采用水分含量测 定仪(Moisture Balance EB一330 MOc日本岛津)测定。 1．2 剪切应力和粘度 采用 Haake旋转式粘度计(Rotovisco RV 12)、NV套筒测定。 I．3 变量确定和数据处理 剪切速率和温度是独立变量，剪切应力是应变量。独立自变量的水平分别为；剪切速率 173，346，692，1385，2770 s ；温度 5，15，25，35，45c．数据结果采用计算机处理。 2 结果与讨论 。 2．1 流动行为 流体的流动行为是指剪切应力 r与剪切速率t的关系。在物料性质不变下，影响流动行 收稿日期：1996—05—21 第一作者-王海鸥．女，1956年 12月出生．工学学士，讲师 D 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 王海鸥等：液体成蛋清的流变性质及其在工程设计中的应用 39 为的主要因素是温度。根据实验，得到的不同温度下成蛋清的流动行为(r—K ，“-见嚣 l， 温度恒定时 ．剪切应力随剪切速率 的增加而增大；而在一定的剪切速率下 ，剪切匾力随温度 的升高而喊小。根据实验数据，推导出符合该流动行为的流变指数为 。和稠度指数K随温 度而变的函数关系式： 一 0．789+ 0．006t一 0．00006t K — exp(一 3．16— 0．0454t+ 0．16 lg t+ 0．0001 1 图 2，图 3分别为温度对成蛋清的流变指数 n和稠度指数 的影响。温度对表现粘度的 影响 由图 4给出。由图 2可知，成蛋清属于假塑性流体 <1)，故其表观粘度随剪切速率的 增大而降低，见图 4． 0 0 _- 0 0 t／℃ 圈 1 剪切遣率与剪切应力的关系 田 2 温度对藏变指数 n的影响 圈3 温度对稠度指数 K的影响 田 4 沮度对裹观粘度的影响 (剪切速率分别为 173 346，692．1385，2770 s-I) 2．2 漉变特性在工程设计上的应用 流动行为曲线(r一 ，)推导的方程表明，流变指数 和稠度指数 K 均为温度的函数n可 以直接用于管内流动的工程计算中。Metzer和 Reed(1955)~ 6',，管壁处的剪应力 可描述 为 ： 一 一 (警 ㈨ 4L 一＼D』 式中；U 为流体的平均流速；D为管子内径；△尸为压力降；L为管长 指数 K，、 与 K和 的关系如下(Wilkinsm，l 960)： 0 0 0 O 0 0 O 0 口 竹 加 ￡1 0 4 0 ． 日 ．∈ ～ ～ 维普资讯 http://www.cqvip.com 40 无 锡 轻 工 大 学 学 报 第 l6卷 一； =K( ) 将其代^方程(1)，剐并 =K也联立解得 = 碱一 ( 警} ㈦ 一 【 J1警) 当求一定的剪切速率水平下的能量损失时，方程(3)限定了一定管径内流体的平均流 速。管径在 3～7 enl的管子，流体的流率为 5～700 L／rain． 根据方程(2)，按一般流体摩擦系数式，可推导出通用雷诺准数 N ，它适用于所有的牛 顿流体和非牛顿流体。 Ⅳ = ⋯ 对于非牛顿流体，临界雷诺准数可由下式估算(S．S．H．Rizvi andG．S．Mittal，1992)： N 一 21⋯ ㈣ 可以发现，假塑性流体的N 值略高于牛顿 流体的．Ⅳ m值。当流率、流体温度和管路参 数已知时，其管 内流动的压力降可从方程 (2)中计算出。对于超出层流范围的流动情 况，压力降 AP可用范宁摩擦系数方程较好 地近似得出。在层流以外的区域 ，摩擦系数 可由Metzner和 Reed(1955)推导的公式算 得： ，= 0．0~314+ (0．125)(N， )一。32 瘴事儿’ 。 基于 上述 ，图 5，6，7，8，9中所示 的曲 田5 流体漉率与艟■损失的关系(管径3 cm) 线，可以预测咸蛋清在一定温度和流率下，不同管径光滑管的最大压头损失。由图可知，当温 度下降、流率增大时，管路酊压头损失均增大。 ． t 趟 窖 * 事 田6 流体漉率与瞎■{置失的关系(管径 4 cm) 麓事 ／L-roll‘‘ 田7 藏体藏率与瞳■{置失的关系(管径 5 cm) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 王海鸥等：液体成蛋清的流变性质及其在工程设计中的应用 4l S 、 世 出 蓝 出 缸 * 晰 壤阜 几 ·min ‘ 田 8 流体藏率与艟■损失的美系(蕾径 6 cm) ． 1500 盘1200 墨。0o 出 4OO * 审 0 瘴率 几 ·田in i 田 9 流体流率与艟■损失的美系(蕾径 7 cm) 3 结 论 根据不同温度下剪切速率与剪切应力的关系可知，在恒定的剪切速率下，成蛋清的剪切 应力在一定温度范围(15～45℃)内随温度的升高而减小 。成蛋清的流变指数 和稠度指数 K是温度的函数，当温度升高时， 增大而K减小。将流变参数( 、K)方程运用于流体管内 流动阻力计算，得出不同温度下常用管径内成蛋清流动的能量损失图。在恒定的温度和管径 下，物料流率增大则能量损失亦随之增加。 ◆ 考 文 t 1 Scalzo A M ．Dic rsoB R W et al The viscosity of egg products Food Tech，1970．24：1 301～ 1307． 2 MetznerAB．Reed JC Plow ofnon-Newtoaianflulds-correlation ofthelaminar．transition andturblent—tlaw regions． AICHE J．1955．434～ 440 3 Beveridge T．Nakai S Effects ot sulp dryl blocking on the thinning of egg white J Food SCi，1975．40：864~868 4 Cunningham F E·Cotteriil 0 J Factors affecting acid coagulation of egg white Poultry SCi．1984，43：53~59． 5 高福成 食品工程原理．北京 轻工业出版杜．1985 On Rheologieai Behavioar of Salted Egg W hite and its Application in Engineering Design W ang Haiuo Pu Pingping (School ot Food Science 8L Technology，Wuxi University ot Light Industry，Wuxi．214038) Abstract The theological behaviour of salted liquid white was investigated by means of rotary vlscosimeter at the temperature 5～ 45℃ and at the shear rate 17342770 S-1~The corresponding power law model was derived．which expressed shear stress as a function of temperature．and in which two rheological parameters K and n were intoduced，K．n were expressed as functions of temperature． Key—words salted egg white：theological characteristics：power law equation (责任犏辑：陈 娇) 维普资讯 http://www.cqvip.com