7.1. Типы приборов и оборудования для изучения реологических свойств пищевых продуктов

В зависимости от формы пространства (зазора), в котором происходит деформирование, приборы для изучения реологических свойств продуктов питания подразделяются на группы:

– приборы с плоскопараллельным зазором (Вейлера – Ребиндера, Нико-лаева);

– приборы с кольцевым зазором (ротационные вискозиметры);

– приборы с зазором в виде капилляра или узкой трубки (капиллярные и шариковые вискозиметры).

Прибор Вейлера–Ребиндера

Предназначен для изучения механической прочности систем по предель-ному напряжению сдвига Р.

Напряжение (Р) определяют по усилию, необходимому для вырывания (сдвига) пластинки, помещенной в исследуемую пищевую систему (рис. 7.3.)

Рис. 7.3.Схема прибора Вейлера–Ребиндера в двух (а и б) модификациях:

1 – плоскопараллельная кювета; 2 – пластинка; 3 – съемный груз; 4 – микрошкала; 5 – микроскоп

Прибор действует следующим образом:

В средней части кюветы устанавливают пластину и заполняют исследуе-мой системой.

Через 30 мин включают одновременно прибор и секундомер.

Подвижный столик с помощью электромотора равномерно опускается со скоростью 1 см/мин. Усилие, необходимое для сдвига пластинки, определяют по растяжению откалиброванной пружины. Растяжение (деформация), наблю-даемое во времени в микроскоп, служит основой для построения кривой кине-тики деформации.

Предельное напряжение сдвига:

, (7.9)

где F_m – усилие, необходимое для сдвига пластины в исследуемой системе, г (кг);

F – усилие, необходимое для сдвига пластины в дисперсионной среде (воде), г (кг);

S – площадь пластины, см² (м²).

Модуль сдвига:

, (7.10)

где Р – напряжение, г/см² (кг/м²);

ε – отношение деформации сдвига к ширине зазора l между пластинкой и стенками кюветы.

Эффективная вязкость:

, (7.11)

где D – скорость сдвига, c^–1;

, (7.12)

где V – скорость движения пластины, cм/с.

Прибор используется для определения прочности различных пищевых масс, влияния температуры и вносимых добавок на прочность, а также для оценки ряда характеристик, отвечающих за изменение консистенции продукта (продолжительность перемешивания масс при изготовлении продукта, опти-мальная дозировка).

Ротационный вискозиметр

Принцип действия прибора заключается в следующем:

Исследуемая масса (помадная масса конфет, сахарокрахмальный студень, желатин) помещается в зазор между двумя соосными (коаксиальными) цилинд-рами и при вращении одного из них вязкая жидкость, прилипшая к стенкам цилиндров, вовлекается в движение, создавая препятствие для вращения другого цилиндра .

Измеряют:

– усилие Р, необходимое для продолжения вращения;

– величина, характеризующая скорость движения массы.

При этом к прибору на нити подвешивают груз – после загрузки внешнего цилиндра анализируемым веществом.

Кривые течения часто строят в координатах «угловая скорость вращения внутреннего цилиндра – груз, вызывающий вращение» (рис. 7.4).

I

II

III

Рис. 7.4. Кривые течения для ньютоновской (1) и структурированной (2) жидкостей

Для ньютоновской жидкой среды (рис. 7.4) кривая течения есть прямая, проходящая через начало координат. Вязкость пищевой среды определяется котангенсом угла наклона зависимости (1) к оси абсцисс:

η = сtg α (α – угол наклона к оси абсцисс).

Для структурированной жидкой среды (2):

на участке I: η = сtg α₁; (7.13)

на участке III: η = сtg α₂; (7.14)

на участке II: . (7.15)

Данный тип приборов позволяет определить условия формирования устой-чивых наружных корпусов продуктов без разрушения их внутренней структуры при любых температурах, исследовать процесс формования изделий из теста.

Капиллярные вискозиметры

В основе их использования лежит метод фиксации времени истечения (τ) испытуемой жидкости через капилляр определенного диаметра (d).

Методика анализа пищевых продуктов (ликеро-водочные изделия, нату-ральные соки, мясо – костный бульон) сводится к следующему.

1. Раствор анализируемого продукта заливают в правое колено прибора (рис. 7.5), после чего термостатируют 20–25 мин;

2. С помощью резиновой трубки или груши засасывают жидкость в левое колено выше метки а;

3. При опускании мениска жидкости до уровня метки а включают секундо-мер и фиксируют время прохождения между метками а и б.

Вязкость анализируемой жидкости (пуаз; 1 Пз = 1 Н · с/м²):

, (7.16)

где τ₀, τ и d₀, d – соответственно времена истечения и плотности стандартной и исследуемой жидкостей;

η₀ – вязкость стандартной жидкости, пуаз.

Рис. 7.5. Вискозиметр Оствальда

В качестве стандартной жидкости (эталона) используют воду, глицерин, касторовое масло и др.

Практически аналогично устройство вискозиметра Уббелоде, где жидкость течет через капилляр, однако не под действием собственного веса, а за счет давления (разрежения), возникающего в одном из колен.

Этот тип приборов используют для анализа относительно низковязких сис-тем [4].