一、 引言：食品工業(yè)中的粘度測量

在食品飲料行業(yè)中，產(chǎn)品的粘度是一項至關(guān)重要的流變學(xué)參數(shù)。它直接影響產(chǎn)品的口感、穩(wěn)定性、加工性能以及最終品質(zhì)。對于果汁類產(chǎn)品而言，了解其在不同溫度下的粘度行為，對于優(yōu)化生產(chǎn)工藝（如泵送、過濾、殺菌）、保證產(chǎn)品批次間的一致性以及提升消費者體驗具有重要意義。

蘋果汁作為一種常見的牛頓流體或近似牛頓流體，其粘度測量相對直接，但對儀器的精度和穩(wěn)定性要求較高，尤其是在接近純水粘度的超低粘度范圍內(nèi)。本文旨在闡述一種基于Brookfield DVNext流變儀和ULA超低粘度適配器的測量方案，用于精確表征蘋果汁的粘度-溫度關(guān)系。

二、 測量原理與實驗配置

為準(zhǔn)確捕捉蘋果汁在低粘度范圍內(nèi)的變化，需要高精度的測量系統(tǒng)。本方案采用旋轉(zhuǎn)粘度測量原理，通過同軸圓柱形轉(zhuǎn)子在樣品中旋轉(zhuǎn)所受到的阻力來計算粘度值。

1. 主要儀器設(shè)備

• 流變儀： Brookfield DVNext 流變儀。該儀器提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速控制和高精度的扭矩感應(yīng)。

• 測量附件： ULA（Ultra Low Adapter）超低粘度適配器。該附件專為測量低粘度樣品設(shè)計，其獨特的轉(zhuǎn)子與樣品杯幾何結(jié)構(gòu)能夠有效提高測量靈敏度。

• 溫控系統(tǒng)： TC-550 恒溫水浴槽。用于精確控制樣品在整個測試過程中的溫度。

• 控制與數(shù)據(jù)采集： Rheocalc T 軟件。實現(xiàn)儀器的自動控制、參數(shù)設(shè)置和實時數(shù)據(jù)采集。

2. 實驗方法

1. 樣品準(zhǔn)備：取適量澄清蘋果汁樣品作為測試對象。

2. 安裝附件：將ULA適配器的樣品杯直接浸入TC-550水浴槽中，確保水浴液面高于樣品液面，以實現(xiàn)高效熱交換。

3. 連接系統(tǒng)：將安裝好轉(zhuǎn)子的ULA適配器連接至DVNext流變儀主機(jī)，并通過軟件建立通信。

4. 設(shè)置參數(shù)：在Rheocalc T軟件中設(shè)定兩個目標(biāo)測試溫度：4°C（模擬冷藏飲用溫度）和25°C（模擬常溫環(huán)境）。在每個溫度下，分別設(shè)置50 rpm、75 rpm和100 rpm等多個旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行測量。

5. 執(zhí)行測量：待溫度穩(wěn)定后，啟動測試程序。軟件自動記錄在不同轉(zhuǎn)速和溫度下蘋果汁的粘度值。

三、 結(jié)果與討論

1. 牛頓流體特性驗證

測量結(jié)果顯示，在4°C和25°C兩個溫度下，當(dāng)轉(zhuǎn)速（對應(yīng)剪切速率）從50 rpm變化到100 rpm時，蘋果汁的粘度值分別基本穩(wěn)定在約2.5 cP和1.4 cP左右。這種粘度不隨剪切速率發(fā)生明顯變化的流動行為，被稱為牛頓流體行為。該特性表明蘋果汁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、均勻，其流動阻力主要取決于分子間的相互作用，而非復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。

2. 溫度對粘度的影響

數(shù)據(jù)清晰地表明，溫度是影響蘋果汁粘度的關(guān)鍵因素。在4°C的低溫下測得的粘度顯著高于在25°C常溫下的粘度。這一現(xiàn)象符合液體粘度的普遍規(guī)律：溫度升高，液體分子動能增加，分子間作用力減弱，從而導(dǎo)致粘度下降。對于蘋果汁而言，粘度對溫度的敏感性直接影響其在不同儲存和飲用條件下的口感濃稠度。

四、 結(jié)論

本實驗通過使用Brookfield DVNext流變儀、ULA超低粘度適配器、TC-550水浴槽及Rheocalc T軟件構(gòu)成的測量系統(tǒng)，成功對蘋果汁的粘度進(jìn)行了精確表征。該方案不僅驗證了蘋果汁的牛頓流體特性，還定量分析了溫度對其粘度的影響。

這種方法所需樣品量少，溫控精確，數(shù)據(jù)重復(fù)性好，為食品行業(yè)進(jìn)行液體產(chǎn)品的質(zhì)量控制、配方研發(fā)和工藝優(yōu)化提供了可靠的技術(shù)支持。該配置同樣適用于其他低粘度飲料、溶劑或油品的流變學(xué)分析。