食品中的非牛顿流体特性与厨艺创新

非牛顿流体在食品领域呈现出诸多特殊表现，例如挤压时会显著膨胀，受力搅拌时粘度会增大，受力搅拌时粘度会减小，以及能够被拉成细丝等现象。这些非凡的特质，不仅让我们的饮食生活更加多彩有趣，也在制造过程中扮演着关键角色。

01非牛顿流体的特性

挤出膨大效应

做面条时，常发现用细孔工具压出的面条，实际直径比工具孔径大得多。这种现象的成因，与某些特殊流体的性质紧密相连。面粉所含的蛋白质、淀粉及纤维素这类大分子物质，会产生一种被挤压时体积膨胀的现象。这些高分子材料在承受外力时，分子链会顺着受力方向拉长，进而使面条在挤压时出现反弹现象，造成其横截面比模孔尺寸要宽。所以，在规划面条成型设备时，必须把这种特性纳入考量范围，以便让面条的规格符合预期标准。同样，在制作裱花蛋糕时，我们也能注意到，用于挤出奶油或奶酪的小孔非常细，然而，流出的条状物却比小孔的直径要大得多，这也证明了挤出时产生的膨胀现象。

图2描绘了奶酪挤压时的体积膨胀现象。高分子制造领域，这种挤压膨胀现象不容忽视，尤其关乎产品模具的构思。以高分子线材制造为例，模具的孔洞尺寸设定极为关键。依据挤压材料的膨胀比例，模具孔洞必须小于成品线材的横截面，方能确保制造出达标物品。按照设计线材直径制作模具的话，实际得到的线材直径会偏大。同时，在制造矩形截面制品时，聚合物熔体流经矩形模具出口，长边方向的膨胀现象比短边更为突出，特别是在长边的中部区域膨胀得最为明显。所以，要想制造出矩形截面的产品，模具的轮廓需要做些改变，不能是普通的矩形开元棋官方正版下载，而应该设计成四边中心略微向内凹的样式（图3）。

剪切变稠现象

肉末在混合时，尤其是羊末，会慢慢变得粘稠，混合的难度也会慢慢变大。这是因为肉末属于非牛顿流体，确切地说，它是一种受剪切影响而变稠的流体。这种流体的粘性会随着速度变化的梯度而增强。当颗粒密度大，接近最紧密的堆叠状态时，层与层之间的相对移动会使颗粒偏离这种紧密堆叠，因此需要更多的能量来对抗这种运动阻碍。流速变大时，颗粒的活力就增强，接着会出现聚结现象，然后导致粘稠度变得更高。

图4呈现了英国BAE系统公司研制的液体防弹衣，该防弹衣精妙地应用了剪切变稠原理，融合了“剪切增稠液”（Shear Thickening Fluid，简称STF）的先进材料，当受到撞击时可以快速汲取力量并变得坚固，以此实现对佩戴者的有效防护。此外，它触感温和体感安逸，让活动者在平日活动时不受拘束。这一创新举措，无疑为防弹衣生产行业开创了崭新的局面。

剪切变稀现象

我们经常注意到，新购买的酸奶比较粘稠，用吸管喝起来有些吃力。但是，只要用小勺稍微搅动一下，酸奶就会变得不那么稠，这就是所谓的剪切稀化效应。实际上，这种剪切稀化效应并不仅仅出现在酸奶里，它还常见于许多其他食品，比如冰淇淋、蛋黄酱、番茄酱以及植物蛋白饮料等等。另外，一种具有剪切稀化特性的润滑脂广受瞩目，这种润滑脂在外部力量施加时，其流动性能会慢慢提高，显现出的粘稠度因此下降。不过当外力停止作用后，这种润滑脂能在短时间内快速恢复到本来的粘稠状态。

拉丝效应

春节期间的宴席上，炸汁菠萝、炸汁香蕉、炸汁苹果等美味总令人驻足欣赏。这些菜品里的糖丝清澈透亮，极易引发食欲。其内在的物理现象源于非牛顿质体的拉丝特性。蔗糖在油脂里加热到特定热度，就能形成这些漂亮的细丝。节日期间去逛庙集，小家伙们常会买来团状的白糖球边逛边嚼。糖块在升温后，会变成粘稠的糖液，依靠旋转的力道把糖体拉成细长的丝线，由此变成我们常见的棉花糖形态。制作糖葫芦时，同样运用了拉丝的技巧。裹着热糖液的果串在接触湿润的木板后，通过按压和反复揉动，果串接触木板的部位会扯出薄薄的糖层。

图7描绘了糖葫芦表面那些薄如蝉翼的糖层。说到拉丝现象开yun体育官网入口登录app，不得不提蚕和蜘蛛，它们堪称丝线生成的顶尖代表。蚕的丝腺里盛满了丝蛋白的胶状液体，也就是丝液。其中，“后部丝腺”负责制造丝蛋白，“中部丝腺”则用来积存丝液。当丝液流过蚕头部由“角质蛋白”构成的“调节口”时，通过精准控制流量，蚕就能吐出细长又漂亮的丝线。这些丝线的细度非常小，直径仅有0.002毫米，长度也十分可观开yun体育app入口登录，大约有1200米长。这种高超的拉丝工艺，不仅造就了“春蚕到死丝方尽”的著名诗句，还为现代化学纤维制造业提供了启示。人们效仿蚕的拉丝方式，借助拉丝方法生产了尼龙、涤纶等人造纤维。不过，同蚕类的高超编织手法对照，我们的拉丝工艺尚需改进，仅靠牵引难以打造出既雅致又牢固的丝线。

结语

力学与人们的日常生活息息相关。衣、食、住、行各个方面都需要力学原理作为基础。工业制造也离不开力学知识的运用。我们通过仔细观察和深入思考，可以发现许多力学规律和有趣现象。从中能够体会到探索日常的乐趣。这些力学原理还为科技领域的进步提供了重要支持。