粘度計と食品および飲料業界におけるその役割

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粘度は食品科学と食品産業において決定的な役割を果たします。 このパラメータは、品質管理とプロセス設計において重要であり、特に撹拌や均質化、ポンプ輸送や包装などの操作に影響を与えます。1 また、食品の食感の特徴であり、食品消費に影響を与える基本的な要素でもあり、2 風味の知覚において重要な役割を果たします。さらに、嚥下や消化などのプロセスにおいて健康と安全に影響を及ぼす可能性もあります。3

粘性の定義

粘度計とは何ですか?

粘度計はどのように機能するのですか?

一般的なタイプの粘度計 - 毛細管粘度計およびフローカップ (オリフィス粘度計) - 落下ピストン粘度計 - 落下ボール粘度計/転がりボール粘度計 - 回転粘度計 - 振動粘度計および振動粘度計 - その他の種類の機器

食品および飲料業界における粘度測定の用途

この記事では、粘度とは何か、その測定方法、および食品および飲料業界における粘度測定の応用について検討します。

流体に力や応力が加わると流体が流れ、内部摩擦が発生して流れに抵抗します。 したがって、粘度は流体の内部摩擦、言い換えれば流れに抵抗する流体の能力として定義されます。

流体を多数の層層と考えると、粘度を表す式は簡単で、センチポワ (cP) またはパスカル秒 (Pa s) で表されます。

せん断応力は流体の層を動かすのに必要な面積当たりの力であり、せん断速度は流体の 2 つの層間の速度の関係です。 これは、特定の温度で粘度がせん断速度の変化の関数として一定に保たれるニュートン流体 (たとえば、水) にのみ当てはまります。 ただし、大部分の流体はこのように挙動せず、非ニュートン流体と呼ばれるため、粘度を測定するには別の考慮事項が必要です。 これらの現象とその影響をより深く理解するには、さらに読むことをお勧めします。1

実際には、粘度の高い流体は、粘度の低い流体よりもゆっくりと流れ、より濃く見えます (図 1)。 この特性は、分子組成、溶質濃度、構造組織、密度などの材料の固有特性に大きく依存します。 さらに、粘度は絶対値として認識されるべきではなく、温度、せん断力、圧力などの外部要因の関数として認識されるべきであり、これらすべてが粘度に影響を与え、したがって食品の技術的および感覚的特性に影響を与えます。

図 1: 同じ温度における高粘度流体 (左) と低粘度流体 (右) の流量比較。

粘度計または粘度計は、流体の粘度を測定するために使用される機器です4。さまざまな流れ条件下で粘度を測定できるレオメーターと呼ばれる他のクラスの機器とは対照的に、これらのタイプの機器は 1 つの流れ条件下でのみ粘度を測定します。 。 粘度計は汎用性や精度が低いと考えられていますが、安価で持ち運びが容易で、操作が簡単で、迅速な測定が可能なため、生産および品質管理用途では最初に選択されています5。

粘度の測定は、測定対象物が静止していて流体が通過する、または流体が静止していて測定対象物が通過するなど、さまざまな方法に基づいて実行できます。 いずれの場合も、流れの状態は層流状態に維持される必要があります6。流体と測定対象物の表面との間の相対運動により抗力が生じ、粘度の測定が可能になります。 装置の相対運動と形状に基づいて、数種類の粘度計、その精度、対象用途を定義できます。 さまざまな粘度測定方法を考慮すると、粘度を表現するには絶対粘度または動粘度という 2 つの異なる方法があります。 絶対粘度または動粘度は、制御された外力の下での流れに対する流体の抵抗を観察することによって決定され、一方、動粘度は、重力の作用下での流体の流れを観察することによって決定されます。1 粘度を表すこれら 2 つの方法は、次のことを考慮することで相互変換できます。流体の密度、動粘度に流体の密度を乗算して絶対粘度を取得するか、絶対粘度を密度で割って動粘度を取得します。