全 文 ：2006年 8月
第 21卷第 4期
中国粮油学报
Jou rnal o f the Chinese C erea ls andO ilsA ssocia tion
Vo .l 21, N o. 4
Aug. 2006
甘薯淀粉粉团的流变行为研究
谭洪卓 1, 2　谷文英1　谢岩黎 1, 3　陆建安 1
(江南大学食品学院食品科学与安全教育部国家重点实验室 1 ,无锡　214036)
(湖南农业大学食品科学技术学院2 ,长沙　410128)
(河南科技学院食品学院3 ,新乡　453003)
摘　要 　通过考察甘薯淀粉粉团在不同温度 (20℃, 30℃, 40℃, 50℃和 60℃)、不同含水量 (41%,
44%, 47%和 50%)、不同淀粉糊含量(0%, 12%, 24%, 36%和 50%)、不同剪切速率 (0. 1s-1 , 1s- 1 , 10s- 1 ,
100s
-1和 500s- 1)和分别恒定剪切速率 10 s-1和 100 s-1从 20℃到 70℃连续升温扫描的条件下的流变特性 ,得
出含水量 44%,含淀粉糊量 24%的粉团在温度为 50℃,剪切速率在 10 ～ 100 s- 1范围内最适合在甘薯粉丝生
产中淀粉粉团的搅拌 、输送和漏粉垂丝;同时用幂律方程 、C ross方程来描述粉团的流变特性 ,发现 C ross方程
比幂律方程拟合精度更高 ,而 Hersche l- Bulk ley方程则适于描述纯淀粉浆团的流变状态 。在固定剪切速率下
对甘薯淀粉粉团从 20℃到 70℃连续升温扫描的结果证明甘薯淀粉粉团对温度是敏感的 ,可以用 A rrhenius方
程来描述。在流变曲线图上 ,不同条件下分别呈现出不同滞后面积大小的具有屈服应力的开口型滞后回路 ,
说明甘薯淀粉粉团是典型的触变性流体。
关键词　甘薯淀粉粉团 流变行为 C ross方程 A rrhenius方程 Hersche l- Bulk ley方程
　　甘薯粉丝是我国传统的淀粉食品 ,它的生产工
艺流程是:淀粉打糊→和面→抽真空→漏粉→煮熟
→冷却→成恍→理水→冷冻→干燥→成品。其中和
面是整个工艺中最重要的工序之一 ,它是用一定比
例的甘薯淀粉加适量水搅拌均匀 ,再在沸水浴中糊
化 。将该淀粉糊倒入和面机 ,将剩余的甘薯淀粉和
适量温水倒入和面机 ,搅拌均匀。搅拌好的粉团能
从漏粉机的小孔中自然流成细条丝 。粉团能否顺利
的流成粉丝 ,关键在于粉团的质量 ,如果搅拌好的粉
团达不到一定的质量标准 ,在漏粉时会产生粗细不
均 、断条甚至无法流出等问题[ 1] 。
从流变学理论来看 ,和面实际上是利用粉团的
触变特性通过剪切作用以降低其黏度而增大其流动
性的过程。随着搅拌时间的延长 ,粉团流动性逐渐
增大 ,搅拌一段时间后 ,粉团可从漏粉机的小孔中自
然流成粉丝。粉团的触变性显著与否 ,直接影响到
搅拌速度的高低和搅拌时间的长短以及粉丝的漏制
质量。粉丝生产中的淀粉粉团是淀粉糊和生淀粉浆
的混合物 ,是一种黏弹性体和非牛顿流体 ,具有独特
收稿日期:2005 - 09 - 28
作者简介:谭洪卓 ,女 , 1976年出生 ,博士 ,讲师 ,天然药食科学
的流变特性。其黏滞性随剪切速率变化而呈动态改
变 ,故不同的剪切速率下测定的表观黏度值之间无
可比性 ,难以标准化 。
随着食品工业的发展 ,食品流变学的研究愈来
愈广泛 ,对各种淀粉糊的黏度随温度和浓度的变化
研究很多 , [ 2 - 5]而有关淀粉粉团流变特性的研究报道
较少 ,因此需要对淀粉粉团的流变行为进行分析 ,寻
求其在粉丝加工过程中各流变参数的变化规律 ,以
量化各参数来取代经验性的感官标准。本文针对甘
薯淀粉粉团在剪切过程中的黏度变化情况 ,对粉团
的流变行为进行了研究 ,考察了甘薯淀粉粉团的剪
切温度 、含水量 、含淀粉糊量 、剪切速率和剪切时
间对流变特性的影响 ,并用相应的流变本构方程
来拟合其流变特性 ,为粉丝粉团搅拌机的研制及
科学的粉丝加工工艺的建立提供了初步的理论
依据 。
1　实验材料和方法
1. 1 实验材料和仪器
甘薯淀粉 (南京农业科学研究所提供的甘薯 (徐
薯 18), 实验室自制淀粉 ), 恒温水浴锅 , 流变仪
(AR1000 , TA Ltd. UK)。
第 21卷第 4期 谭洪卓等　甘薯淀粉粉团的流变行为研究
1. 2　实验方法
1. 2. 1　不同温度下粉团的流变规律
取 1g甘薯淀粉加 10g水在沸水浴中糊化 ,再加
入 25g甘薯淀粉和适量水调制成总含水量 44%的粉
团 。将淀粉粉团放入 AR1000流变仪测定平台 ,选择
直径为 40mm的平板模具和稳态测试程序 ,启动流变
仪 ,设置间隙 (1mm),刮去平板外多余淀粉粉团 ,加
上盖板 ,并加入硅油防止水分蒸发。分别在 20℃、
30℃、40℃、 50℃和 60℃下 , 剪切速率 (γ)从 0 ～
500s
-1递增 ,再从 500 ～ 0 s- 1递减 ,测定粉团上升和
下降时的剪切应力(τ)或黏度 (η)。
1. 2. 2 不同含水量粉团的流变规律
按 1. 2. 1方法分别调制成含水量 41%、44%、
47%和 50%的粉团。将淀粉粉团放入 AR1000流变
仪测定平台 ,测定程序同 1. 2. 1 ,恒定温度 40℃,剪切
速率 (γ)从 0 ～ 500 s-1递增 ,再从 500 ～ 0 s- 1递减 ,分
别测定粉团上升和下降时的剪切应力 (τ)或黏度
(η)。
1. 2. 3 不同含淀粉糊量粉团的流变规律
按 1. 2. 1方法分别调制成含淀粉糊量分别为
12%、24%、36%和 50%,且总含水量为 44%的粉团 ,
将淀粉粉团放入 AR1000流变仪测定平台 ,测定程序
同 1. 2. 2,分别测定粉团上升和下降时的剪切应力
(τ)或黏度(η)。
1. 2. 4 连续升温下粉团的流变规律
按 1. 2. 1方法分别调制成总含水量 44%和淀粉
糊量 24%的粉团。将淀粉粉团放入 AR1000流变仪
测定平台 ,分别在剪切速率 10s- 1和 100 s- 1下 ,选择
温度 20 ～ 70℃范围 ,升温速率 2℃ /m in,测定粉团升
温扫描时的剪切应力(τ)或黏度 (η)。
2　实验结果与分析
2. 1 不同条件下粉团的流变行为
不同温度 、不同含水量和不同含淀粉糊量的粉
团随剪切速率的上升(上行线 )和下降 (下行线)的 η
～γ关系曲线见示意图。表 1是甘薯淀粉粉团分别
在这些条件下的流变曲线中的滞后面积和流变形为
(C ross方程)参数表 。从图 1和表 1能看出 ,甘薯粉
团流变的一个整体趋势是:随着剪切速率的递增 ,粉
团的表观黏度下降;随着剪切速率的递减 ,粉团的表
观黏度上升。但因粉团在各种条件下内部结构破坏
和恢复的速率不同 ,从而表现出表观黏度只能有不
同程度的回升 ,在短时间内不能完全恢复到原有黏
度。所以在流变曲线图上 ,都呈现出不同滞后面积
大小的具有屈服应力的开口型滞后回路 ,很显然 ,甘
薯淀粉粉团是典型的触变性流体 。
从表 1可以看出 ,在 20 ～ 50℃范围 ,随着温度的
升高 ,在 0 ～ 500s- 1剪切速率内 ,屈服黏度(正比于屈
服应力)下降 ,滞后曲线面积逐渐减小 ,以 50℃时滞
后曲线面积最小。但在 60℃下考察其流变特性时 ,
发现屈服黏度最高 ,滞后曲线面积最大 ,说明温度高
于 50℃后 ,粉团黏度太高 ,流动性下降。因此我们能
确定 ,在不改变粉团基本组成的前提下 ,在 50℃的环
境温度下搅拌 、漏粉 ,其流动性和黏性处于最佳状
态。不同水分含量和不同淀粉糊含量的粉团流变特
性测量都选择在最佳温度 50℃下进行。
表 1　甘薯淀粉粉团的滞后面积和 C ross方程关键参数及其拟合情况
条件 粉团 总滞后面积(s - 1 Pa s)
零切黏度 η0
(Pa s)(上 /下)
极切黏度 η∞
(Pa s)(上 /下)
标准误差 S–x
(上 /下)
20℃ 2360 9013 /122. 4 1. 7E - 3 /3. 5E - 3 39. 15 /16. 36
不同 30℃ 1723. 4 6741 /221. 8 1. 8E - 3 /1. 1 20. 45 /5. 43
温度 40℃ 1195. 2 6258 /213. 9 1. 78 /0. 78 10. 88 /9. 75
50℃ 1175. 5 6188 /672. 5 1. 79 /0. 68 751 /10. 84
60℃ 3906. 3 11932 /108 4. 9E - 4 /0. 3 44. 13 /11. 23
不同 41% 2041. 1 27780 /1. 8E 7 7. 2E - 6 /0. 48 39. 77 /16. 39
水分 44% 1195. 2 6258 /213. 9 1. 78 /0. 78 10. 88 /9. 75
含量 47% 418. 0 1147 /1. 9E 5 0. 97 /0. 67 8. 38 /9. 82
50% 167. 5 107 /1. 75E 5 0. 20 /0. 32 9. 67 /6. 08
不同 12% 386. 8 5708 /24880 1. 95E - 3 /0. 19 44. 15 /37. 78
淀粉 24% 1195. 2 6258 /214 1. 78 /0. 78 10. 88 /9. 75
糊含 36% 2566 16730 /372 0. 40 /5. 39 10. 19 /6. 21
量 50% 20740 2. 0E5 /17. 94 3. 9E - 8 /8. 0E - 3 23. 85 /7. 07
　　注:上 /下 ,分别指上行线和下行线。
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中国粮油学报 2006年第 4期
图 1 粉团流变形为示意图
随着水分含量的增加 ,即淀粉浓度降低 ,屈服应
力降低 , 滞后环面积减小 。而在水分含量较低
(41%)时 ,在 0 ～ 500s- 1递增范围黏度呈急剧下降趋
势 ,而且下降 4 ～ 5个数量级。零剪切速率时的黏度
达到 27780Pa. s ,这使得在生产中初始搅拌粉团时所
需剪切力太高 ,很难搅动;且在漏粉时打锤的速度和
力度也要求大 ,耗能高 。只有在水分含量高于 44%
以后 ,随着剪切速率的递增 ,黏度下降趋势降到 3个
数量级之内 ,才适应于生产时的搅拌和漏粉。
在淀粉糊含量较高(50%)时 ,在 0 ～ 500s-1递增
范围黏度呈急剧下降趋势 ,而且下降 7 ～ 8个数量
级 ,零剪切速率时的黏度达到 2. 042E5Pa. s。淀粉糊
含量降到 24%以后 ,随着剪切速率的递增 ,黏度下降
趋势降到 4个数量级之内。淀粉糊含量降到 12%
时 ,整个剪切过程中 ,黏度都很低 ,滞后环面积最小 ,
流动性最大。由于淀粉糊在粉团中起黏稠剂的作
用 ,其含量越高 ,粉团越黏稠 ,屈服应力增加 ,滞后环
面积增大。其含量太低或没有 ,则粉团内部结构呈
松散状 ,虽然流动性很好 ,但黏性差或无黏性 ,漏粉
时容易断条。因此在考虑粉团含淀粉糊量时 ,既要
考虑粉团有一定的黏性 ,又要考虑有较好的流动性 。
2. 2　甘薯淀粉粉团的流变行为模型拟合
为了描述甘薯淀粉粉团流变行为 ,用幂律方程
(τ=kγn)来拟合各种条件下测得的流变数据 ,结果
发现(表略),大部分流变曲线拟合的标准误差都较
高 ,说明幂律方程并不适合甘薯淀粉粉团的流变行
为描述 。简单的幂律方程虽然是工程上应用最广泛
的流变模型 ,但它只适合于描述一些具有很小屈服
应力且流变行为没有依时性 ( time - dependent)的物
质 [ 6] 。当流体承受的剪切速率无限大或无限小 (如
趋于 0)时 ,幂律方程无法描述。从图 1 ～ 3可以看
出 ,当剪切速率 0. 1以下或 100以上时 ,甘薯淀粉粉
团流变曲线的变化并不是十分规则 ,而且有些曲线
变化很陡 ,所以由幂律模型得出的粉团流动本构方
程只适于某段剪切速率范围 ,而不能用来预计低剪
切速率和高剪切速率下的黏度 ,而零剪切速率黏度
及无限大剪切速率黏度又是所有假塑性流体的物理
特征 ,这些极限黏度的表征对于粉团的搅拌 、输送 、
漏粉和粉丝成型的设计和机制调控具有相当大的指
导作用。因此为了克服幂律模型的局限性 ,能更好
地反映粉团实际的流变行为 ,并且能表征触变性流
体的流变特性在整个剪切速率范围内表观黏度的变
化规律 ,在理论估算与实验验证的基础上 ,我们引用
能适应更广泛剪切速率范围的 C ross流变模型 ,如下
所示 [ 7] :
(η-η∞) /(η0 -η∞)=1 /[ 1+(kγ)m ] (1 -1)
式中 η0和 η∞分别为极低和极高剪切速率时黏
度的渐进值 , k为具有时间量纲的常数 , m为无量纲
常数 ,反映流体非牛顿性的强弱。
用 C ross方程对不同温度 、不同含水量和不同含
淀粉糊量的粉团流变曲线进行拟合 ,得出如表 1所
示的粉团在不同加工条件下的流变本构方程及其参
数。同样用标准误差表示拟合精度 ,其值越小 ,表示
拟合精度越高 。
图 2 连续升温下甘薯粉团的黏度变化对数图
从表 1看出 , C ross方程对甘薯粉团流变曲线的
拟合精度明显高于幂律方程 。用 C ro ss模型拟合粉
团流动曲线的最大优点就是 ,能得到粉团在零剪切
速率和极大剪切速率时的黏度值 。零剪切速率黏度
能预示粉团屈服应力的强与弱 ,也就能够说明粉团
搅拌启动过程中克服启动阻力所需功的大小 ,这将
为粉团搅拌系统的设计提供有力的参考 。极大剪切
速率时的黏度表征粉团稀化过程可能达到的最低限
度 ,极大剪切速率时的黏度越小 ,则粉团的稀化程度
越显著 ,这将为粉团通过剪切梯度场降低黏度提供
理论依据 ,有助于实现粉团降黏增流的目的。一般
地 ,零切黏度 (η0)较低 , 可降低粉团初始搅拌的难
度;极切黏度 (η∞)较高 ,可确保粉团在加速搅拌后
还能保持一定的黏度有利于粉丝的黏结成型 。滞后
面积也应偏低为好 ,以确保粉团在降速搅拌时黏度
能尽量恢复到原始黏度而不至于使粉团成松散状
态。综合这三者权衡考虑 ,我们能从表 1看出 ,含水
量 44%, 含淀粉糊量 24%的甘薯粉团在温度为
50℃,滞后面积较小 , η0较低 , η∞最高 ,适合于搅拌
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第 21卷第 4期 谭洪卓等　甘薯淀粉粉团的流变行为研究
和粉丝的成型。
2. 3　甘薯淀粉粉团的温度敏感性
图 2是连续升温下甘薯粉团的黏度变化对数
图 。实验在 100s-1和 10s-1两个最佳剪切速率下和
20 ～ 70℃范围内进行。粉团的黏度 η是其流动阻力
的一个表征 ,在温度范围不宽的情况下 ,黏度与温度
的关系一般以 A rrhen ius方程表示 (在恒剪切应力
下 ):
η=A exp (ΔEη /RT)
式中 ,其中 A———常数;ΔEη———黏流活化能 ,它
是 ———摩尔分子向孔穴跃迁时克服周围分子的作用
需要的能量 (kca l /mo l);R———气体常数 (1. 987cal /
mo.l ℃);T———绝对温度(K)。
表 2　甘薯淀粉粉团在 100 s- 1和 10 s -1下的 A rrhen ius方程参数
剪切速率(s -1) 常　数
A(pa s)
活化能
ΔEη(kJ /m ol)
S–x
标准误差
100 s- 1(20 - 58℃) 9. 13E - 12 16302. 0 15. 45
10 s- 1(20 -58℃) 2. 76E - 14 18209. 2 11. 52
　　表 2是甘薯淀粉粉团在 100 s-1和 10s-1下的 A r-
rhenius方程参数 ,从表 2和图 4可以看出 , A rrhenius
方程只适合于粉团的 20 ～ 58℃范围 ,温度升高 ,分子
热运动能提高 ,提供分子跃迁的孔穴增多 ,流动阻力
减小 ,黏度下降。温度升到 60℃以上时 ,甘薯淀粉颗
粒开始膨胀将要糊化 ,此时黏度急剧上升 ,粉团变黏
而失去良好的流动性 ,已不适合生产。黏流活化能
ΔEη的大小表明黏度对温度变化的敏感程度 。两种
剪切速率的 ΔEη都较高 ,说明黏度对温度变化很敏
感 ,又以 10s-1下搅拌更敏感 ,因此生产中以 100s-1
下搅拌粉团更适宜 ,并且要保持粉团温度尽量恒定 。
3 结论
3. 1 从各种不同的粉团流变实验的流变曲线图 ,得
出含水量 44%,含淀粉糊量 24%的甘薯粉团在温度
为 50℃,剪切速率在 10 ～ 100 s-1范围内最适合甘薯
粉丝生产中淀粉粉团的搅拌 、输送和漏粉垂丝 。
3. 2　甘薯淀粉粉团是由流变特性复杂的淀粉糊和
生淀粉浆组成 ,使得其成为流变特性更为复杂的触
变黏流体 ,用简单的幂律方程已不能满足大部分条
件下粉团流变曲线的变化规律 ,而引用 C ro ss模型来
描述粉团的流变特性得到了较高的拟合精度 ,并以
此作为甘薯淀粉粉团的流变状态方程 。同时用 A r-
rhenius方程来描述甘薯淀粉粉团的温度敏感性 。
参　考　文　献
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中国粮油学报 2006年第 4期
Rheological Property of Sweet Potato S tarch Dough
Tan Hongzhuo
1, 2
GuW enying
1
X ie Yan li
1, 3
Lu Jianan
1
(Schoo l o f Food Science and Techno logy, Southern Yang tze Unive rsity1 ,W uxi　214036)
(Schoo l o f Food Sc ience and Technology, Hunan ag ricultu re University2 , Chang sha　410128)
(Schoo l o f Food Science and Techno logy, H enan Institu te of Science and Techno logy3 , X inxiang　453003)
Abstract　The rheological properties of sw ee t po tato starch dough a t various tempe ra tures(20℃, 30℃, 40℃,
50℃ and 60℃), variousmo isture conten ts(41%, 44%, 47% and 50%), various starch paste con tents(0%, 12%,
24%, 36% and 50%), various shea r rates(0. 1s- 1 , 1s-1 , 10 s-1 , 100s-1 and 500s- 1) and tempe ra tu re ramp from
20℃ to 70℃ at a fixed shear ratew ere studied. The resu lts showed that the sw eet pota to sta rch dough w ith moistu re
conten t 44%, starch paste con tent 24%, over the range of shear rate 10 ～ 100 s-1 at 50℃ we re regarded as the op ti-
ma l dough tom ix round, feed, hang inmaking starch noodles. The rheo log ica l properties o f sw eet po tato starch dough
w ere exp lained by C ross equa tion, while H resche l - Bulkley equation w as suitable to rheological prope rty o f pu re
sw eet pota to sta rch slurry. The resu lts illum ina ted that sweet pota to starch dough w as temperature - sensitive and suit-
able fo rA rrhenius equa tion. Swee t po tato starch dough w as a typic thixotropic fluid because its every flow curve ex-
h ib ited unclosed hy steresis loops w ith variousm agn itude of a rea and hav ing y ield stress.
Key words　sw eet po tato starch dough, rheological property, C ross equation, H reschel - Bu lk ley equation , A r-
rhenius equation
(上接第 70页 )
macropo rous resin co lumn chromatog raphy, SS - Ⅰ and SS -Ⅱ , we re in v itro studied by measuring the MDA con-
tents produced by ra t liver homogenate spon taneously, induced by Fe2+ -H2O 2 , and by m itochondria. The results
show that SS - Ⅰ and SS -Ⅱ exhibit inhibitory effects on the lipid perox ida tion in the rat live r and m itochondria;
they also pro tect liver from perox idation damage induced by Fe
2+
-H2O2. In the same concentration, the an ti - lipid
- pe roxidation effect of SS - Ⅰ is stronger than that of SS -Ⅱ. It is considered that the functional components and
configurations o f SS - Ⅰ and SS -Ⅱmay affect the ir an tioxidation activity.
Key words　soyasaponins, liver homogenate, m itochondria, lipid pe roxida tion
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