楊春英 劉學(xué)銘 陳智毅 王思遠(yuǎn)

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣州 510610)

植物油是人們生活的必需品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。植物油因其種類不同、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不同而價(jià)格差異顯著[1]。部分生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者為了獲取暴利，在高價(jià)植物油中摻入廉價(jià)植物油，有的還將過(guò)期變質(zhì)油摻入合格油中以次充好，甚至有廠家將有毒、非食用油(地溝油、潲水油等)摻入食用油以降低生產(chǎn)成本[2－3]。摻偽食用油不僅影響其衛(wèi)生品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)成分，還嚴(yán)重危害消費(fèi)者的健康，必須重視食用油的品質(zhì)鑒定和摻偽檢測(cè)技術(shù)的研究。目前，食用油摻偽檢驗(yàn)方法主要有理化檢驗(yàn)法[4]、氣相色譜法[5]、高效液相色譜法[6]、近紅外光譜技術(shù)[7]和同位素法[8]等，但這些方法基本立足于植物油的化學(xué)組成，測(cè)定過(guò)程需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，所使用的化學(xué)試劑也對(duì)環(huán)境造成一定污染。

流變學(xué)(Rheology)是研究物質(zhì)的流動(dòng)和變形的科學(xué)，通常用流變儀研究物質(zhì)的流變性能。旋轉(zhuǎn)流變儀是現(xiàn)代流變儀中的重要組成部分，依靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生剪切流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定材料的黏性、彈性等各方面的流變性能。流動(dòng)一般通過(guò)一對(duì)夾具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生，常用夾具主要包括同軸圓筒、椎板和平板等。引入流動(dòng)的方法有兩種(圖1)，一種是施加一定的扭矩，測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)變或旋轉(zhuǎn)，稱應(yīng)力控制型；另一種是驅(qū)動(dòng)一個(gè)夾具，測(cè)定產(chǎn)生的扭矩，稱應(yīng)變控制型。

食品流變學(xué)是研究食品在力作用下變形或流動(dòng)的科學(xué)。食品流變學(xué)實(shí)驗(yàn)可用于鑒別食品原材料、控制產(chǎn)品的質(zhì)量、評(píng)定食品的品質(zhì)以及鑒別食品的優(yōu)劣[9]，現(xiàn)已成功應(yīng)用于蜂蜜的鑒定[10]。黏度(η)是食品流變常用的測(cè)試項(xiàng)目，表示流體的流動(dòng)難易程度或黏稠程度的物性常數(shù)，是液體流動(dòng)時(shí)由分子之間的摩擦產(chǎn)生。因此，可定義η為流體承受剪切力時(shí)，剪切力與剪切速率(剪應(yīng)變隨位置的變化率)的比值，數(shù)學(xué)表述為:

式中:τ為剪切力；γ為剪切速率；u為速度場(chǎng)在x方向分量；y為與x垂直的方向坐標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于食用油的流變學(xué)特性研究較少，從流變學(xué)角度鑒評(píng)食用油幾乎是空白，因此作試探性研究，探索食用油的流變學(xué)特征，開展食用油流變學(xué)鑒偽技術(shù)研究。

圖1 旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量原理

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料:茶籽油(金龍魚)、花生油(金龍魚)、葡萄籽油(楓葉)、大豆油(金龍魚)、菜籽油(金龍魚)、玉米油(金龍魚)、葵花籽油(金龍魚)、橄欖油(魯花)、芝麻油(金龍魚)、調(diào)和油(廚藝)、花椒籽油(長(zhǎng)康)、辣椒油(紅味齋)、芥末油(嘉豪)、姜油(鄉(xiāng)王)和大蒜油(鄉(xiāng)王)；花生油品牌包括金龍魚、百佳、龍大、胡姬花、名師傅、鷹嘜、金穗花、魯花、沙土地、鴻禧、福臨門和刀嘜；均購(gòu)買于廣州大型連鎖超市。

AR1500ex旋轉(zhuǎn)流變儀，配Peliter板溫控系統(tǒng):美國(guó)TA Instruments－Waters LLC

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 黏度的剪切速率依賴(流動(dòng)曲線)

60 mm椎板(1deg，58 min 30 s，gap＝59μm)，剪切速率范圍:0.1～1 000 s－1，溫度:25℃，穩(wěn)態(tài)模式，每10倍頻率取10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。測(cè)定黏度及剪切力隨剪切速率的變化。

1.2.2 黏度的溫度依賴(黏溫曲線)

60 mm椎板(1deg，58 min 30 s，gap＝59μm)，剪切速率50 s－1，溫度變化范圍:0～50℃，升溫速率5℃/min，每10 s取1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。測(cè)定黏度隨溫度的變化。

為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，測(cè)試前樣品均在設(shè)定的初始溫度下恒溫30 min，每個(gè)樣品測(cè)試3次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 黏度的剪切速率依賴(流動(dòng)曲線)

圖2和與圖3分別為植物油黏度隨剪切速率變化、剪切力隨剪切速率變化曲線。選定的剪切速率范圍內(nèi)植物油的黏度(25℃)測(cè)定結(jié)果和剪切力(τ)與剪切速率(γ)曲線方程結(jié)果見表1。

由表1可見，在恒定的溫度下，隨著剪切速率的增大，植物油的黏度基本保持不變(RSD≤1.83%)；剪切力與剪切速率成良好的正比例關(guān)系(r＝1.00)，說(shuō)明植物油呈牛頓流體特性。根據(jù)牛頓黏性規(guī)律，可判斷植物油屬于牛頓流體。

圖2 植物油黏度隨剪切速率變化曲線

圖3 植物油剪切力隨剪切速率變化曲線(25℃)

表1 植物油黏度測(cè)定結(jié)果及τ與γ曲線方程

植物油品種不同其黏度也有所不同。純品植物油中，橄欖油黏度最大(0.065 50 Pa·s)，其次是茶油，葡萄籽油黏度最小(0.047 80 Pa·s)，約為橄欖油的76%。6種調(diào)和(味)油黏度相對(duì)較小，其中芥末油的黏度最小(0.047 96 Pa·s)，小于其他14種植物油。調(diào)和(味)油之間的黏度差異性較大，可能與其植物油組成及添加的辛香料不同有關(guān)?？梢?，植物油黏度在品種之間存在顯著差異，可能與其營(yíng)養(yǎng)組成不同有關(guān)。

2.2 黏度的溫度依賴(黏溫曲線)

試驗(yàn)考查了0～50℃溫度范圍內(nèi)15種植物油黏度隨溫度改變的變化情況，結(jié)果見圖4。可見，隨著溫度的提高，植物油黏度呈非線性降低。這是由于溫度的提高加劇了分子熱運(yùn)動(dòng)，植物油成分的分子間作用力減小，降低了植物油的黏度[11]。研究對(duì)植物油的黏溫曲線進(jìn)行了指數(shù)方程擬合，結(jié)果表明，在選定的溫度范圍內(nèi)，除花生油外，其余14種植物油的黏溫曲線符合阿倫尼烏斯方程模型:

式中:η表示植物油黏度；A為指前因子；Ea為活化能；R為氣體摩爾常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。經(jīng)計(jì)算，14種植物油的活化能和指前因子結(jié)果見表2?；罨芊从澄镔|(zhì)材料對(duì)溫度的敏感度(溫敏性)，其值越大，該物質(zhì)的溫敏性越高。可見，橄欖油的活化能最高，溫度變化對(duì)其黏度影響最顯著，其次是茶油，葡萄籽油黏度對(duì)溫度的敏感度最小。由研究結(jié)果可以判斷:植物油的流變學(xué)特性為溫度敏感，并非剪切敏感。

花生油黏溫曲線偏離阿倫尼烏斯方程模型可能由于花生油低溫(＜10℃)凝結(jié)，發(fā)生相變，黏度急劇增大。

圖4 植物油黏度隨溫度變化曲線

表2 植物油的阿倫尼烏斯方程參數(shù)

2.3 花生油黏溫曲線

根據(jù)阿倫尼烏斯方程的對(duì)數(shù)式:lnη＝lnA－Ea/RT，作食用植物油的 lnη與1/T曲線(圖5)，除花生油外，其余食用植物油的lnη與1/T在選定溫度范圍內(nèi)有良好線性關(guān)系，r≥0.999 4；由于花生油的黏溫曲線在選定溫度范圍內(nèi)偏離阿倫尼烏斯方程，故其lnη與1/T非線性相關(guān)。試驗(yàn)收集了12個(gè)不同品牌的純品花生油和1個(gè)直接壓榨自提純的花生油樣品進(jìn)行比較，考察了花生油的lnη與1/T曲線(圖6)，13種純品花生油的lnη與1/T均呈非線性相關(guān)，與上述結(jié)果一致。試驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同品種花生油lnη隨1/T的變化速率不同，可能與花生原料品種、產(chǎn)地及制取工藝不同有關(guān)?？梢?，黏溫曲線(0～50℃)不符合阿倫尼烏斯方程模型純品花生油的流變學(xué)特征之一，也是其區(qū)別于其他純品植物油的重要特征。因此，可將黏溫曲線(lnη與1/T)非線性特征作為判別純品花生油的依據(jù)。

圖5 植物油lnη與1/T相關(guān)性曲線

圖6 不同品牌花生油lnη與1/T曲線

3 結(jié)論與展望

本研究用旋轉(zhuǎn)流變儀分析了15種食用植物油的流變學(xué)行為，結(jié)果表明:室溫下(25℃)食用植物油均屬于牛頓流體，食用植物油的流變學(xué)特性為溫度敏感；植物油的黏度和溫敏性與植物油種類有關(guān)。純品花生油的黏溫曲線lnη與1/T非線性相關(guān)，顯著區(qū)別于其它植物油的線性相關(guān)特性。

對(duì)食用植物油的流變學(xué)特性做了較系統(tǒng)的研究，研究結(jié)果為食用油的質(zhì)量控制與鑒別提供了依據(jù)，也為食用油流變學(xué)鑒偽技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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