2. Сдвиговые характеристики твердообразных пищевых продуктов

Из реологических свойств основными считают сдвиговые, т.к. они в большей мере отражают внешнее проявление внутренней сущности объекта. Величины и характер изменения структурно-механических свойств в первую очередь зависят от вида и энергии взаимосвязей между частицами и молекулами продукта, т.е. от структуры, которая обуславливает механическую прочность тела и его строение.

В твердообразном состоянии при обычных условиях могут находиться растворы и суспензии казеина, казеинатов, копреципитатов, белковые разнообразные массы из под сырной сыворотки и расплавленная сырная масса. Сдвиговые свойства этих продуктов оценивают главным образом предельным напряжением сдвига (ПНС) и показателями вязкости. Измерения проводят при напряжениях ниже и выше ПНС.

Характеристики этих систем описываются различными реологическими параметрами, которые определяются выбранной математической моделью тела и ее соответствием реальным условиям течения.

Структурно-механические свойства в области практически неразрушенных структур можно характеризовать законом Гука.

Деформационное поведение продуктов при напряжениях, меньших предельного напряжения сдвига, обычно характеризуют кинетическими кривыми деформации, модулями упругости, периодами релаксации и наибольшей - эффективной вязкостью практически неразрушенной структуры.

При дальнейшем увеличении напряжения наблюдается ползучесть. После снятия напряжения деформации сначала уменьшаются мгновенно на величину начальной, а затем постепенно до некоторой остаточной величины, которая для всех напряжений при одном и том же времени после разгрузки постоянна. При наибольшем напряжении, близком к пределу текучести, происходит частичное разрушение структуры и начинается пластично-вязкое течение с малым градиентом скорости. Оно характеризуется наибольшей эффективной вязкостью (около 5·10⁵ Па·с). Эффективная вязкость, соответствующая состоянию ползучести, имеет величину, примерно в 3 раза большую (16·10⁵ Па·с), так как течение продукта происходит практически без разрушения структуры.

Структурно-механические свойства пластично-вязких продуктов от начала течения до предельного разрушения структуры характеризуются эффективной и пластической вязкостью и предельным напряжением сдвига. Поскольку эти характеристики определяются при сравнительно высоких градиентах скорости и напряжениях сдвига, они являются наиболее существенными по сравнению с другими для расчета перемещения продуктов в рабочих органах машин и аппаратов. Они же более глубоко характеризуют внутреннюю сущность объекта, т.е. его качественные показатели.

Вязкостные характеристики сладких творожных масс и творога различной жирности. Творог относится к структурированным дисперсным системам. В процессе производства он подвергается различным видам обработки, включая охлаждение, перемешивание, транспортирование по трубопроводам, прохождение через дозирующие устройства, насосы и др. При этом нередно происходит разрушение дисперсной системы, в результате чего структурно-механические свойства продукта значительно изменяются, что оказывает существенное влияние на протекание технологического процесса, работу машин и аппаратов, их энергозатраты и другие показатели работы оборудования.

Среди основных реологических свойств (пластичность, вязкость, прочность, упругость и др.) наиболее существенное влияние на тепловые и гидромеханические процессы при выработке творога оказывают его вязкостные свойства. Некоторые данные об эффективной вязкости обезжиренного творога приведены в работе.

С целью получения дополнительных сведений об эффективной вязкости обезжиренного творога, а также творога жирностью 9 % и 18 %, изготовленного по традиционной технологии и раздельным способом выполнены проф. Л.К. Николаевым.

Вязкостные свойства творога определяли с помощью ротационного вискозиметра типа RV. Для каждого опыта брали новую порцию продукта и по достижении заданной температуры термостатировали ее в течение 20 мин., после чего измеряли эффективную вязкость творога, при возрастающих значениях частоты вращения ротора вискозиметра.

Опыты проводили при различных температурах с интервалом 5 и 10 ⁰С и различных градиентах скорости. В зависимости от диапазона изменения эффективной вязкости творога, касательного напряжения и градиента скорости использовали один из роторов Н, S1, S2 и S3 вискозиметра. Роторы подбирали с таким расчетом, чтобы градиентный слой распространялся на всю толщину слоя продукта, размещенного в кольцевом зазоре измерительного устройства вискозиметра.

Кроме того, расчетным путем была определена толщина градиентного слоя :

= 2 π n R /γ*, (31)

где n – частота вращения ротора, c^-1; R – радиус ротора, м; γ* – градиент скорости, с ^-1.

Погрешность измерения прибора при определении эффективной вязкости творога не превышала 4 %.

Исследования эффективной вязкости обезжиренного творога проводили при температурах 10, 20, 30 и 50 ⁰С в диапазоне изменения градиента скорости от 0,33 до 145 с^-1.

Анализ результатов испытаний показывает, что при изменении температуры обезжиренного творога от 10 ⁰С до 50 ⁰С в интервале значений градиента скорости от 0, 33 с^-1 до 1,0 с^-1 эффективная вязкость его уменьшалась в 3-5 раз, в интервале от 1 с^-1 до 5,4 с^-1 – в 5-6 раз.

При этом наибольшее снижение эффективной вязкости с возрастанием градиента скорости в указанных интервалах наблюдалась при температуре продукта 50 ⁰С. С увеличением градиента скорости от 9 с^-1 до 145 с^-1 эффективная вязкость творога при температуре 10 ⁰С снизилась в 5,4 раза, а при температуре 50 ⁰С – только в 4,2 раза, что можно объяснить более значительным разрушением его структуры при более высоких температурах.

В целом же с возрастанием градиента скорости от 0,33 с^-1 до 145 с^-1 при температуре 10 ⁰С эффективная вязкость творога уменьшилась в 110-120 раз, а при температуре 50 ⁰С – в 220 раз.

Исследование реологических характеристик полужирного творога с содержанием жира 9 %, изготовленного раздельным способом, проводили при температурах продукта 10, 15, 20, 25 и 30 ⁰С и градиенте скорости от 0,17 с^-1 до 8,1 с^-1.

Анализ результатов реологических исследований полужирного творога показывает, что при повышении температуры от 10 до 30 ⁰С эффективная вязкость полужирного творога при градиенте скорости 0,17 с^-1 уменьшилась в 5,8 раза, а при 5,4 с^-1 – в 8 раз.

При возрастании градиента скорости от 0,3 до 5,4 с^-1 эффективная вязкость продукта при температуре 10 ⁰С снизилась в 15,8 раза, а при температуре 30 ⁰С – в 28 раз, т.е. на разрушение структуры продукта существенное влияние оказывает градиент скорости.

Исследование реологических характеристик жирного творога с содержанием жира 18 %, изготовленного традиционным способом, проводили при температурах продукта 12,5, 15, 20, 25 и 30 ⁰С и изменении градиента скорости от 0,17 с^-1 до 16,2 с^-1. Результаты исследований показали, что при температуре 15 ⁰С и изменении градиента скорости от 0,17 с^-1 до 13,5 с^-1 эффективная вязкость жирного творога с содержание жира 18 % уменьшалась в 59,4 раза, а при температуре 30 ⁰С – в 45,8 раза. При одном и том же значении градиента скорости (0,17 с^-1) и изменении температуры от 12,5 до 30 ⁰С эффективная вязкость снизилась в 5,1 раза, а при градиенте скорости 4,5 с^-1- в 4,7 раза.

Следовательно, как и в предыдущих исследованиях, уменьшение эффективной вязкости творога, т.е. разрушение его структуры, происходит главным образом с возрастанием градиента скорости.

Это свидетельствует о том, что с целью уменьшения разрушения структуры творога процесс его обработки необходимо осуществлять при сравнительно небольших значениях градиента скорости.

Реологические свойства творожно-сырковых масс и творога жирного определяли на вискозиметрах «Реотест» и РВ-8, получив при одинаковых способах обобщения совпадающие результаты.

Массу готовили по технологии особой творожной массы, но с различным содержанием составляющих компонентов с целью выяснить их влияние на реологические свойства.

Реологические характеристики для творожных масс и химический состав приведены в табл. 31.

Таблица 31