斯托克斯stokes定律在混浊型饮料中的应用

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1、·24·郑其良等:斯托克斯(Stokes)定律在混浊型饮料中的应用　　　　　　　第1卷第1期斯托克斯(Stokes)定律在混浊型饮料中的应用X郑其良　钱志伟河南省农业学校食品加工专业科摘　要　依据颗粒在溶液中沉降为层流时的速度公式———斯托克斯定律,分析了混浊型饮料沉淀和分层的原因,并阐述了解决混浊型饮料沉淀及分层的方法和措施,为解决混浊饮料经常出现的沉淀和分层现象提供了理论依据。关键词　斯托克斯(Stokos)定律　混浊饮料　沉降速度　粘度　层流　　颗粒所受的浮力是它的体积乘以流体密度1　前言ρ与重力加速度g而得之积:随着人们

2、生活水平的提高、营养观念的改π3浮力=dρg变,风味纯正、营养丰富的新型饮料越来越受6到消费者的欢迎,它不仅能提供人体需要的水　　颗粒在流体中沉降时,还有一种流体对颗分,而且还供给人体必需的蛋白质、氨基酸、粒的阻力。令δ为阻力系数,uo为颗粒的沉降维生素、矿物质等营养成分。例如:果蔬汁、速度,A为颗粒在垂直于沉降方向的平面上的2植物蛋白饮料(花生奶、豆奶、杏仁露、核桃投影面积A=πd/4,则2ρu2乳等)、动物蛋白饮料(酸奶及酸奶饮料等)、阻力πdo=δ·42含果肉的悬浮饮料等。这些饮料除了水分以　　当颗粒达到恒定的沉降速度时,

3、阻力的大外,还存在固相成分,是一种复杂的分散体小应等于重力与浮力之差。于是得系,外观呈不透明状,故称为混浊饮料。因为2在这些混浊饮料中除以溶解状态存在的可溶性π3π2ρuod(ρs-ρ)g=δd·642物质外同时还有以悬浮液状态、乳浊液状态存　　解出:在的固体,所以它们共同存在的质量问题是沉4d(ρs-ρ)gduρ淀和分层现象,解决这些问题的关键应从斯托uo=Re=3ρδμ克斯定律入手。　　雷诺数是反映流体流动中惯性力与粘性力[1]的对比关系,用Re表示,即Re=duρ/μ是2　斯托克斯(Stokes)定律判断流体型态的参数。斯

4、托克斯定律是流体流动为层流时球形颗uo———沉降速度,m/s粒在液体中的沉降公式。当直径为d的球形d———颗粒直径,m颗粒在液体中沉降时,颗粒所受的重力是其体3ρs———颗粒密度,•/†积(πd/6)乘以密度ρs和重力加速度g而得ρ———流体密度,•/†之积:δ———阻力系数,无因次π3重力=dρsg6Re———雷诺数,无因次X收稿日期　1996-10-29©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cn

5、ki.net第1卷第1期　　　　　　　　　　　　饮料工业　199811·25·μ———粘度,•/m·s015mm。对于其他原料采取浸泡后打浆(如根据实验阻力系数δ与雷诺系数的关系,豆奶、花生奶类等)、过滤,使颗粒直径小于当流体流动为层流时(Re<013)01147mm,对于蔬菜类可采用粉碎、压榨的4d(ρs-ρ)g方法。δ=24/Re　代入uo=得3ρδb胶体磨和均质机处理　粉碎过滤后的溶液中,由于颗粒直径较大,需采用胶体磨和均2d(ρs-ρ)g质机处理进一步使悬浮颗粒和液滴微粒化。目uo=18μ前饮料在生产中多采用先用胶体磨,

6、然后再用2　　上述公式uo=d(ρs-ρ)g/18μ称为斯均质机经1～2次均质。利用机械作用和高压托克斯定律。挤压作用使微粒直径低于1μm。根据产品特点,不同的产品利用不同的压力和温度,一般3　斯托克斯定律在混浊型饮料中的应用乳化均质温度上限根据原料的热敏性而定。通混浊型饮料中悬浮粒子的稳定性接近于球常乳制品、植物蛋白饮料乳化均质温度可高达形颗粒在层流区域的自由沉降过程,所以可以70℃,而含蛋黄的制品则在较低的温度下乳根据斯托克斯定律稳定产品的质量。要保证混化。果蔬汁均质温度不宜超过40℃,以防止浊型饮料不分层、不沉淀,关键问题

7、是使颗粒高温使果蔬汁褐变。均质机的压力可高达619沉降速度uo=0,只有当ρs=ρ时才能达到,×107N/–,具体均质压力可通过有关准数方即颗粒密度与液体密度相等。而对于某一种混程[2]计算。例如花生乳不同均质压力下品质浊饮料来讲,由于产品的风味、口感的要求,比较:一般情况下很难达到这一条件。根据斯托克斯[3]表1　花生乳不同均质压力下品质比较定律,若ρs>ρ,则uo>0,就会出现饮料均质压力(MPa)的沉淀。若ρs<ρ,则uo<0,就会出现颗口　感15202530粒上浮,发生分层。g是重力加速度为918m/2有粗较细细腻细腻s

8、是不变的。根据斯托克斯定律可知:颗粒的比质样糙感腻爽口爽口沉降速度(uo)与颗粒的直径平方成正比,与对照样较粗糙分散介质和悬浮颗粒的密度差(ρs-ρ)成正比,与溶液的粘度(μ)成反比,即颗粒直径312　增加分散介质的粘度增大,分散介质和悬浮液密度差增大,沉降速通