儀器教室 Instrument Stories

酒精飲料的成分對黏度的影響

酒精飲料的黏度

1. 目標：
      本篇文章將透過Rheosense m-VROC®測量含有不同比例糖分和酒精的酒精飲料，因為我們發現這些飲料的黏度取決於液體中的水、酒精和糖的量，並且這些飲料的黏度隨著溶液中乙醇量的增加呈抛物線關係，將糖加入酒精飲料也會增加這些飲料的黏度，下列實驗中我們會通過剪切速率掃描(也就是不同剪切速率下的黏度測試)確認在測試範圍內酒精飲料的牛頓行為。

2. 背景介紹:
      酒精飲料的成分通常是由水、乙醇和糖組成，這些成分中的每一個都會影響飲料的黏度，反過來說，測量飲料的黏度可以反推飲料的組成比例，了解這些成分對樣品黏度的貢獻可以用以優化飲料配方的開發，並可以設定關鍵指標，例如在甜酒、利口酒和調酒中的糖分含量，以及像威士忌和小米酒這樣的烈酒中的酒精含量，更棒的是，黏度被認為對於飲料的口感有所貢獻，可以藉由控制黏度提升品酒者的體驗。

​      本篇文章中，我們測量了許多常見的酒精飲料黏度，我們看到所有被測試的飲料在測量的剪切速率範圍內都是牛頓流體，此外，我們展示了飲料的乙醇含量與流體黏度之間存在著抛物線關係(Belda et al. 2004)，並利用這種關係來預測飲料的黏度，並得出結論為與此預測模型偏離的情況表明飲料中的糖分含量增加，在最後，我們亦測量了蔗糖對糖水溶液黏度的貢獻。

3. 實驗:
      本次實驗使用m-VROC®對不同類型的酒精飲料，包括紅酒、白酒、利口酒和烈酒進行了測量，這些飲料的酒精百分比範圍從8.5%到60%，實驗目的為測量不同剪切速率下且25°C時這些樣品的黏度，使用A05晶片（深度=50mm，Pmax=10±2kPa），剪切速率範圍從500s-1到20,040s-1 (但由於黏度差異，樣本的可獲取剪切速率範圍會有所不同），每個樣本的加載體積約為1mL，每種飲料測試至少進行了7次測量，另一方面，乙醇水溶液和蔗糖水溶液在VROC® initium上使用E02芯片（深度=20µm，Pmax=1600±200kPa），使用自動模式進行測量（此模式下測量感壓約為最大壓力上限的50%），對應剪切速率範圍為24,860s-1到148,100s-1，載入樣本體積約為70µL。

4. 數據解讀:
    在25°C下使用m-VROC®測試了九種酒精飲料，包括紅酒、白酒、烈酒和利口酒，這些飲料中的乙醇含量（體積/體積百分比）範圍從8.5%到60%，詳見下表一。

 
表一、測試的酒精飲料資料表包括乙醇百分比、平均測得的黏度以及基於乙醇百分比(v/v)的預測黏度(σ表示標準差) 

       本次實驗進行了從500 s-1到20,040 s-1的剪切速率掃描，剪切速率範圍取決於樣本的黏度，例如黏度較低的流體（< 2cP）無法使用低剪切速率（500 s-1）進行測量，而黏度較高的流體（> 3cP）則無法使用高剪切速率（20,040 s-1）進行測量，剪切速率掃描的結果顯示在下圖1A中。

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圖1、(A) 9種酒精飲料的剪切速率對黏度作圖 (B) 9種酒精飲料平均黏度對酒精含量作圖 

      黏度與剪切速率的數據表明，這些飲料基本為牛頓流體，意即在本研究中測試的剪切速率范圍內，流體的黏度不隨剪切速率的變化而改變，接著我們將每種飲料在這些剪切速率下的平均黏度作為酒精百分比（v/v）的函數繪製到圖1B中，值得注意的是，飲料的黏度並非僅僅與酒精百分比相關，例如，Triple Sec的平均黏度為4.99±0.10（3σ）cP，而grain alcohol的平均黏度為2.51±0.03cP，但Triple Sec只含有13.75%的酒精，而grain alcohol卻含有60%的酒精。

      為了研究商業飲料中蔗糖和其他添加劑對黏度的影響，我們還測量了乙醇水溶液的黏度，共測得了8種乙醇水溶液，其酒精百分比範圍從5%到60%（v/v），然後在圖2A中繪製了這些數據。

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