Принципові етапи інструментальної оцінки якості товарів за допомогою реологических методів дослідження продуктів
1. Визначають різні реологічні властивості продукта, в залежності від видів і інтенсивності механічної дії (навантаження в часі), з яких вибирають найбільш чутливі до зміни структури продукту при його деформації). Обрані реологічні властивості є реологічним показником (вимірюваною величиною) для даного продукту.
Попередньо проводять визначення «еталонного значення реологічних властивостей для кожного виду продукту, за існуючими методиками оцінки якості продукту. При цьому в якості «еталонного» значення приймають реологічні властивості продукту вищої якості.
Порівнюють величину обраного реологічного показника для досліджуваного зразка продукту з «еталонним» для нього значенням реологічного показника. За їх різницею судять про якість продукту.
У залежності від поставленої задачі отримані результати можуть бити використані для визначення якості готового продукту, регулювання параметрів технологічного процесу виробництва, служити вихвдними данннми при конструюванні технологічного устаткування й т.п.
3. Вимірювальні методи й прилади.
У методах контролю якості продуктів за зрушувальними характеристиках найчастіше використовують віскозиметрію.
Для контролю якості харчових продуктів за компресійними характеристиках використовують: щільність, пружність, консистенцію
При дослідженні поверхневих характеристик найчастіше звертаються до визначення адгезії.
Віскозиметрія
В'язкість є найважливішою реологічною властивістю, яка характеризує стан більшості харчових продуктів у процесі їхнього виробництва, транспортування і збереження.
Метод визначення в'язкості називається віскозиметрією
Віскозиметрія - використовується для виміру рідких продуктів, сиропів, пастоподібних харчових мас.
В залежності від характеру продукту, який досліджується, принцип методу, пристрій віскозиметрів і техніка виміру можуть істотно розрізнятися.
Для оцінки якості продуктів з порівняно невеликою ŋ (в'язкістю) використовують капілярні і кулькові віскозиметри
За допомогою капілярних і кулькових віскозиметрів визначають в'язкість топлених (пряжених) тваринних жирів, рослинної олії, олії какао, м’ясокістних бульйонів, виноградного соку, патоки і цукрово-паточних сиропів, кондитерських жирів і інших продуктів.
Найбільш часто у товарознавстві використовуються Капілярні віскозиметри
Капілярні віскозиметри – Оствальда й Убеллоде - являють собою U-подібні скляні трубки. В одному з колін трубки мається калібрований капіляр. Діаметр капіляру може коливатися до 2-3 мм. Оба коліна мають порожні кульки для визначеного об’єму рідини. У віскозиметрі Убеллоде вони розташовані симетрично, а у віскозиметрі Оствальда - на різній висоті. Рушійною силою витікання рідини через капіляр з однієї кульки в іншу у віскозиметрі Оствальде є гідростатичний тиск (Р), а в Убеллоде для протікання рідини необхідно створювати тиск Р (), або розрідження. Визначення в’язкості (ŋ) при використанні цих приладів зводиться до визначення часу протікання через капіляр визначеного об”єму стандартної рідини (вода, гліцерин і ін.) й рідину, яку досліджують при постійних тиску (Р) та те мпературі (Т).
Рис.3. Принципові схеми віскозиметрів для визначення в'язкості ньютоновських рідин і рідинноподібних систем:
Будова віскозиметрів Освальда (а)і Убеллоде(б)
1. кулька для виміру обсягу рідини, що протікає через капіляр; 2— капіляр; 3 — кулька для збору рідини.
Модифікацією віскозиметра Убеллоде є горизонтальні віскозиметри. В горизонтальних віскозиметрах для забезпечення плину рідини через капіляр створюється розрідження.
Ці віскозиметри використовують не лише для дослідження продуктів, але й для вивчення інших біологічних рідин. Зокрема для вивчення в'язкості крові й ін. біологічних рідин тварин і людини (як потенційних сировини і споживача).
Рис. 4 Горизонтальний віскозиметр з двома паралельно працюючими капілярами
: 1 — широка трубка; 2 – капіляр; 3 – водяна сорочка
Частина горизонтальних віскозиметрів має власну водяну баню наприклад горизонтальний віскозиметр типу ВК-4.
Кулькові віскозиметри
З кулькових віскозиметрів застосовується віскозиметр Гепплера. У ньому рідина, що досліджується помщається в скляну трубку, нахилену під кутом 10° й термостатується. По трубці рухається кулька, при цьому рідина продавлюється через щілину (зазор) між стінкою трубки і кулькою. Принцип методу полягає у вимір часу проходження кулькою строго визначеного відрізка шляху в досліджуваній і стандартній рідинах та їх порівнянні.
Р
ис.
4. Віскозиметр Гепплера.
Пристрій Віскозиметра Гепплера з ковзним кулькою: 1 – кулька; 2 – трубка з рідиною; 3, 4, 5 – кільцеві мітки на трубці;6. – термостатуюча рідинна лазня; 7 – термометр; 8 – штуцер для приєднання приладу до термостату; .9 – рівень
Ротаційні віскозиметри
Призначені для виміру зрушувальних характеристик харчових продуктів з помірною і великою в'язкістю.
За допомогою цих віскозиметрів досліджують рідиноподібні продукти та твердо подібні продукти.
1. Рідиноподібні слабокоструктуйовані продукти (вершки, жирністю від 20 до 40%, кефір, йогурт, кисляк, ряжанка, ацидофілін, кисломолочні продукти, як збагачені білком, так і зі стабільною консистенцією, сир (творог), сирний згусток.
2. Твердоподібні молочні продукти : твердий сир, сирні вироби, вершки, жирністю більш 40%, морозиво, пудинги та інші молочні десерти.
Крім того, ротаційні віскозиметри використовують для контролю за технологічними процесами і якістю готової продукції (за реологічними характеристиках) у хлібопекарській, кондитерській, консервній, цукровій, крохмально-паточній, м'ясній, молочній і інших галузях промисловості.
Робочим органом у цих віскозиметрах служать коаксіальний (коліноподібний) циліндр, сфера чи півсфера, конус, пластини, кільце чи комбінації типу циліндр – напівсфера, циліндр – диск, циліндр – конус і т.п.
Віскозиметр
з вільно плаваючим циліндром: 1.– мотор
з редуктором; 2. - роторна насадка; 3
–циліндр, що вільно плаває;
4.– нерухомий циліндр; І – передатна
рідина; ІІ –рідина, яка випобовується.
Рис 5. роторний віскозиметр
У харчових лабораторіях в основному застосовуються віскозиметри з коаксіальними циліндрами
Недоліком ротаційних віскозиметрів є необхідність тепловідводу від випробуваного середовища при великих швидкостях зрушення чи внесення відповідних виправлень у результати експерименту для обліку тепловиділення..
Компресійні характеристики продтоварів
Пружно-в’язкі властивості притаманні багатом твердим харчовим продуктам: (м'ясо, риба, плоди, овочі, хліб)..
Вони виявляються лише при конктерних значеннях прикладеного навантаження, що викликае оборотні деформації.
Пружно - в’язкі властивості визнаяають з допомогою приладів пластометрів (сдвигомерів ).
Прилади з плоскопаралельною щілиною (зазором) використовуються для визначення структурно-механічних властивостей крохмального клейстеру, цукеркових мас, томат-продуктів, маргарину, м'ясного фаршу
Пластометр (чи сдвигомер) має плоскопаралельну робочу щілину, що може бути розташована вертикально, горизонтально чи під кутом.
Пластометри з вертикальною плоскопаралельною щілиною використовують для виміру в'язкості, пружності, періоду релаксації й інших характеристик для мас із практично не зруйнованою структурою.
Є кілька модифікацій пластомерів:
В одній модифікації кювету з досліджуваним матеріалом встановлюють нерухомо й розміщують пластинку, підвішена на нитці. Нитка через рухливий блок зв'язана з площадкою для навантаження. Між пластинкою і блоком на нитці закріплена мікрошкала. При навантаженні площадки, пластинка переміщається в середовищі, яке досліджується. За допомогою мікроскопа за шкалою визначають деформацію.
В іншій модифікації кювету встановлюється на рухливий столик, а пластинка через мікрошкалу прикріплюється ниткою до тарованої пружини. При опусканні кювети пружина деформується й реєструється за шкалою її розмір.
Також деформацію можна реєструвати, вимірюючи застосовувані для деформації зусилля (силу). У цьому випадку деформація виміряється тензорезисторами, показання якого записуються на осцилографі (прилад Д.М. Толстого). Серійно випускається конічний пластометр КП-3
Пенетрація (проникнення) чи зондування
Зрушувальні характеристики можуть бути виміряні також методом пенетрації (проникнення) чи зондування
Прилади з допомогою який виконуються ці дослідження називаються пенетрометрами й консистометрами.,
Прилади містять силовий вузол з наконечником і пристрій, що вимірює глибини його занурення. Робочим органом у цих приладах звичайно є конус з кутами при вершині від 30 до 120°, але можуть бути також диски, напівсфери. Основною величиною, одержуваної на цих приладах, є гранична напруга зрушення.
Існують різні моделі приладів.
Ареометрія (денситометрія) вимір щільності
За щільністю оцінюється і контролюється якість сировини, напівфабрикатів й готової продукції в молочному, лікеро- горілчаному, бродильному й інших харчових виробництвах. За допомогою цього методу оцінюються молоко і молочні продукти, лкерогорілчані вироби, вино, соки, сиропи, рослинні олії, тваринні жири й ін).
Оскільки абсолютну щільність вимірити; важко, визначають відносну щільність — відношення маси продукту до маси води в тому самому об’ємі при одній температурі (звичайно 20°С).
Для оцінки щільності традиційно використовується метод ареометрії (денситометрії). В основі цього методу лежить закон Архімеда.
Основним приладом для визначення щільності є щільно мір (плотномер) чи ариометр чи денситометр.
В ареометрії використовуються щільноміри різних конструкцій з термометрами й без них, розраховані на визначення різних щільностей.
Щільність однорідних рідких продуктів вимірюють зануренням ареометра-денсиметра в рідину, налиту в широкий циліндр. Відлік за шкалою щільностей роблять через 2 – 3 хв після занурення.
Щільність залежить від температури, при якій проводиться вимір. У зв'язку з цим показники щільності визначають за таблицями еталонних продтоварів, доведених до 20 °С.
Найпростішим і найбільш розповсюдженим щільноміром є скляний ареометр-денсиметр постійної ваги. Він являє собою скляний поплавець, на нижній розширеної частини якого (корпусі) розташований вантаж для занурення поплавця, а в середині вузької верхньої частини (стрижень) – паперова шкала щільностей. Сучасні ареометри-денсиметри поєднуються з термометром. (В цих приладах до дна корпуса припаяний резервуар термометра, а над шкалою щільностей знаходиться температурна шкала).
Щільність неоднорідних і в’язких рідин визначається ваговим пікнометричним методом.
Щільність сипучих і твердих продуктів можна визначати ваговим методом, а також реологічним – на приладах для об'ємного стискання.
Стискання
Для виміру осьового стиску продукту використовуються дефометри: дефометри МТИИМПа, прилад Б. А. Миколаєва й А. С. Шпигельтляса прилад універсальний, ВНИИМПа.
Принцип роботи цих приладів полягає в тому, що продукт, який досліджується, поміщають між двома плоскими рівнобіжними пластинами, одна з яких рухлива. До цієї пластини додається зусилля стискання. Конструкція приладів відрізняється способом приводу пластини і реєстрацією прикладеного зусилля.
Розтягання
В приладах вісьового розтягнення зразок продукту який досліджується фіксується між двома затискачами, один із яких переміщують., Зразок розтягується й розривається. По навантаженню яке прикладають й видовженню зразка визначають межу міцності , модуль пружності й ін. характеристики.
Вісьове розтягання вимірюється на приладах екстенсографах. В цих приладах зразок який досліджується фіксується у вигляді джгута, прямокутника чи циліндра двома затискачами, один із яких за переміщається з допомогою вантажа гвинта, чи електродвигуна.
Об'ємний стиск харчових продуктів вимірюють на консистометрах, компресійному акалорнметрах. Є спеціально для цього розроблені прилади: Гепплера, МТИИМПа, прилади Ю. А. Мачіхина й А. С. Максимова.
Робочим органом у цих приладах є циліндр з одним (при однобічному стиску) чи двома (при двосторонньому стиску) рухливими поршнями, між якими розмішають продукт, який досліджують. Поршні навантажуються за допомогою вантажу чи гвинта. Виникаюча деформація вимірюється індикатором годинникового типу чи самописцем.
Міцність
Характеристики міцності (межа міцності, відносне подовження й ін.) звичайно отримують при вісьових й об'ємних деформаціях.
Останнім часом, у зв'язку зі спробами об'єктивно оцінити якість продуктів через консистенцію (ніжність) приділяється велика увага саме вимірам характеристик міцності.
Запропоновано декілька модифікації приладів для виміру міцності за опором розрізання струною, лезом, пластиною, опору при продавлюванін через отвір, зусиллю при розжовуванні і т.д.
Методи контролю якості продуктів за поверхневими характеристиками
Основний метод –Адгезіометрія
Адгезія є непрямим показником якості технологічної обробки й готової продукції (липкість хлібної м'якушки, ковбасного фаршу, карамелі, сирної маси й ін.)
Величину адгезії звичайно характеризують мінімальною силою відриву, тобто зусиллям, необхідним для відриву однієї поверхні від іншої. Цю силу прийнято називати адгезійною міцністю
Для оцінки адгезії вимірюють: адгезійний тиск, тиск прилипання, питоме прилипання)
Основний метод вимірів –Адгезіометрія
Величину адгезії характеризують мінімальною силою відриву, тобто зусиллям, необхідним для відриву однієї поверхні від іншої. Цю силу називають (адгезійною міцністю)
Для виміру адгезійних властивостей застосовуються різні адгезіометри. За способом прикладання зусилля для відривання, розрізняють вдгезіометри рівномірного й нерівномірного нерівномірного відриву і зрушення.
Конструкція приладів відрізняється способом прикладення сили, швидкістю відриву, способом реєстрації зусилля.
Робочим органом адгезіометрів є одна чи дві пластини, що контактують з дослідним зразком. Контакт й відрив пластини від продукту здійснюються пристроями типу мікрометричного гвинта, вантажа, який переміщається, електродвигуна.
У товарознавстві й технології створення та оцінки якості продтоварів набули застосування такі прилади, як універсальний адгезіометр МТТИМПА, адгезиометр Ю. У. Клаповского.