Mật ong chảy chậm, nước chảy nhanh; sữa chua uống phải đủ sánh nhưng không quá đặc; tương ớt phải đứng trên muỗng nhưng dễ bóp ra khỏi chai. Đặc tính quyết định tất cả những điều này là độ nhớt. Đây là chỉ tiêu kiểm tra hằng ngày ở phòng QC của hầu hết nhà máy đồ uống, sữa, sốt, gia vị lỏng.

Độ nhớt là gì?

Độ nhớt là thước đo khả năng chống lại sự chảy của chất lỏng, hay nội ma sát giữa các lớp chất lỏng khi chúng trượt lên nhau. Về mặt định lượng, độ nhớt động lực học (dynamic viscosity, ký hiệu η) là tỷ số giữa ứng suất trượt (lực trên một đơn vị diện tích) và tốc độ trượt (tốc độ biến dạng).

Đơn vị đo

  • Pascal giây (Pa·s) là đơn vị SI; thường dùng millipascal giây (mPa·s).
  • Centipoise (cP) là đơn vị cũ vẫn phổ biến: 1 cP = 1 mPa·s.
  • Độ nhớt động học (kinematic viscosity) bằng độ nhớt động lực học chia cho khối lượng riêng, đơn vị mm²/s (centistokes), thường dùng với nhớt kế mao quản.

Giá trị tham khảo ở khoảng 20 °C: nước khoảng 1 mPa·s, sữa tươi khoảng 2 mPa·s, dầu thực vật khoảng 50–80 mPa·s, siro đường đặc hàng trăm đến hàng nghìn mPa·s, mật ong khoảng 2.000–10.000 mPa·s tùy độ ẩm và loại.

Chất lỏng Newton và phi Newton

Chất lỏng Newton có độ nhớt không đổi dù khuấy nhanh hay chậm, chỉ phụ thuộc nhiệt độ và thành phần. Ví dụ: nước, sữa, dầu ăn, nước ép trong, siro đường.

Chất lỏng phi Newton có độ nhớt thay đổi theo tốc độ trượt hoặc thời gian, chiếm phần lớn thực phẩm có cấu trúc:

  • Giảm nhớt khi trượt (shear-thinning, giả dẻo): càng khuấy, bơm, lắc càng loãng. Ví dụ: tương cà, mayonnaise, nước sốt có hydrocolloid như xanthan gum, nước ép có thịt quả. Đây là tính chất rất được ưa chuộng: sản phẩm đặc khi đứng yên nhưng dễ rót, dễ bóp.
  • Tăng nhớt khi trượt (shear-thickening, giãn nở): hiếm gặp, ví dụ hỗn hợp tinh bột ngô đậm đặc với ít nước.
  • Có ứng suất chảy (dẻo Bingham, Herschel–Bulkley): cần lực tối thiểu mới bắt đầu chảy. Ví dụ: tương cà không tự chảy khỏi chai úp ngược, kem đánh răng, sô-cô-la nóng chảy.
  • Phụ thuộc thời gian (thixotropic): độ nhớt giảm dần khi khuấy liên tục và phục hồi khi để yên, như sữa chua khuấy, một số loại sốt.

Với chất lỏng phi Newton, một giá trị độ nhớt duy nhất là “độ nhớt biểu kiến” và chỉ có ý nghĩa khi ghi kèm điều kiện đo. Việc mô tả đầy đủ thuộc về lưu biến học.

Yếu tố ảnh hưởng

  • Nhiệt độ: yếu tố quan trọng nhất. Với hầu hết chất lỏng, độ nhớt giảm mạnh khi nhiệt độ tăng; mật ong ấm chảy dễ hơn hẳn mật ong lạnh. Vì vậy phép đo độ nhớt phải được thực hiện ở nhiệt độ cố định (thường 20 °C hoặc 25 °C).
  • Nồng độ chất khô: đường, protein, chất béo, tinh bột càng nhiều thì càng nhớt; với nước ép cô đặc, độ nhớt tăng rất nhanh khi độ Brix vượt ngưỡng nhất định.
  • Kích thước và hình dạng phân tử: polysaccharide mạch dài (xanthan, guar, CMC) tạo độ nhớt cao ở nồng độ rất thấp.
  • Xử lý cơ học: đồng hóa làm giảm kích thước hạt béo, thường làm tăng độ nhớt của sữa và kem; khuấy mạnh làm phá vỡ cấu trúc gel.
  • pH và muối: ảnh hưởng đến cấu hình của protein và hydrocolloid tích điện.
  • Enzyme: pectinase làm giảm độ nhớt nước ép, amylase làm loãng dịch tinh bột.

Cách đo độ nhớt

  • Nhớt kế quay (Brookfield): thông dụng nhất trong QC. Trục quay (spindle) xoay trong mẫu ở tốc độ cố định, máy đo mô-men xoắn và quy ra độ nhớt. Cần ghi rõ loại spindle, tốc độ, nhiệt độ, thời gian quay.
  • Nhớt kế mao quản (Ostwald, Ubbelohde): đo thời gian chất lỏng chảy qua ống mao quản; phù hợp chất lỏng Newton loãng.
  • Nhớt kế bi rơi: đo thời gian viên bi rơi qua mẫu.
  • Cốc đo độ nhớt (cốc Ford, cốc Zahn): đo thời gian chảy hết qua lỗ, nhanh nhưng kém chính xác.
  • Bostwick consistometer: đo quãng đường mẫu chảy trong 30 giây; dùng phổ biến cho tương cà, thức ăn trẻ em.
  • Lưu biến kế (rheometer): đo độ nhớt trên dải tốc độ trượt rộng, phân tích tính chất phi Newton và đàn hồi nhớt; dùng trong R&D.

Vai trò trong thực phẩm

  • Cảm quan: độ nhớt quyết định độ sánh, độ “đầm” và cảm giác trong miệng. Khi giảm đường hoặc chất béo, sản phẩm thường bị “loãng miệng”, cần bổ sung chất tạo độ nhớt để bù.
  • Độ ổn định: theo định luật Stokes, tốc độ lắng hoặc nổi của hạt tỷ lệ nghịch với độ nhớt pha liên tục. Tăng độ nhớt giúp chống tách lớp nhũ tương, chống lắng thịt quả, ca cao trong sữa.
  • Thiết kế quá trình: độ nhớt quyết định chọn bơm, đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt, vòi chiết rót, và ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt khi thanh trùng.
  • Kiểm soát chất lượng: độ nhớt là chỉ tiêu nhanh để phát hiện sai công thức, sai lượng chất khô, sai nhiệt độ xử lý giữa các mẻ.
  • Dinh dưỡng y học: thực phẩm cho người khó nuốt được phân loại theo độ đặc, ví dụ hệ thống IDDSI, nhằm giảm nguy cơ sặc.

Chất tạo độ nhớt phổ biến

Tinh bột và tinh bột biến tính (độ nhớt hình thành nhờ hồ hóa), xanthan gum, guar gum, gum Ả Rập, CMC, pectin, carrageenan, protein sữa và protein thực vật. Mỗi loại cho kiểu chảy, độ trong, độ bền nhiệt và axit khác nhau, nên thường được phối trộn.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao kết quả đo độ nhớt giữa hai phòng thí nghiệm khác nhau? Với sản phẩm phi Newton, chỉ cần khác spindle, tốc độ quay, nhiệt độ hoặc thời gian nghỉ của mẫu là kết quả đã khác. Hai bên phải thống nhất phương pháp chuẩn trước khi so sánh.

Độ nhớt và độ đặc có giống nhau? Trong đời thường hai từ thường dùng thay nhau. Về kỹ thuật, độ nhớt là đại lượng đo được trong điều kiện xác định, còn “độ đặc” là cảm nhận tổng hợp gồm cả độ nhớt, ứng suất chảy và tính đàn hồi.

Thuật ngữ liên quan

Đọc thêm: Ngành Công Nghệ Thực Phẩm Là Gì? Tổng Quan A-Z