4.7. Пищевой топленый свиной жир

Животные жиры: говяжий, бараний, свиной и костный – в промышленных условиях получают вытопкой из соответствующего животного жирового сырья. Животные жиры представляют собой смесь триглицеридов высших жирных кислот, поэтому не имеют строго определенной температуры плавления и застывания; переход жира из твердого состояния в жидкое совершается в пределах некоторого интервала температур. При производстве животных жиров в целях получения однородной структуры и снижения их потерь в процессе упаковки в тару свиной, говяжий и бараний жиры охлаждают в трубчатых и других охладителях. На свойства жиров влияет быстрота охлаждения. При медленном охлаждении жиров высокоплавкие глицериды образуют более крупные кристаллы, жир получается крупнозернистым, жидкая фаза не удерживается кристаллами и легко отделяется. В случае быстрого охлаждения жиры превращаются в более однородную массу, так как глицериды при высокой температуре плавления образуют сравнительно мелкие кристаллы, которые удерживают жидкую фазу. Жиры с мелкими размерами кристаллов обладают более пластичными свойствами, что является положительным фактором с точки зрения вкусовых качеств.

Для обработки животных жиров наиболее широко применяются поточные трубчатые аппараты с вращающимися роторами, в которых жиры быстро охлаждаются. Характерной особенностью свиного жира является то, что его вязкость при нагревании и охлаждении не имеет одинаковых значений, что связано с аномалией, обусловленной наличием дисперсной фазы в виде кристалликов жира при нагревании [4].

По данным А. В. Горбатова [4], в интервале температур от 40 до 90 °С вязкость животных жиров может быть рассчитана по уравнению

, (4.19)

где t – температура жира, °С; M, m – коэффициенты, зависящие от вида жира:

Жир	M	m
Говяжий	33,4	1,80
Свиной	21,5	1,71
Бараний	23,6	1,70
Костный	14,8	1,63

Вместе с тем отмечается, что точнее физическую сущность температурных изменений вязкости жира описывает уравнение Френкеля–Эйринга

, (4.20)

где А – постоянная, которая без точного количественного соотношения трактуется как произведение модуля объемной упругости на период колебания молекулы; Е – энергия активации, кДж/кмоль; R – газовая постоянная, R = 8,32 кДж/(кмоль·К); Т – абсолютная температура жидкости, К.

Применительно к топленому свиному жиру 1-го сорта в интервале температур 40–100 °С получены следующие значения постоянных уравнения (4.20):

Температура жира, °С	А · 108, Па·с	Е, кДж/кмоль
40–65	32,5	30500
65–100	1000	20800

При этом каждый интервал температур характеризуется своей величиной энергии активации Е, которая с увеличением температуры уменьшается. Граница между температурными интервалами обусловлена плавлением значительной части триглицеридов жирных кислот.

И. А. Рогов и А. В. Горбатов [24], используя уравнение Бачинского, получили расчетное уравнение, описывающее температурные изменения вязкости свиного жира при высоких температурах, выше точки его плавления:

, (4.21)

где – удельный объем жидкости, м³/кг, здесь ρ – плотность жидкости, кг/м³.

В работах [4, 12] и других приведены данные по вязкости жиров в зависимости от температуры в интервале от 40 до 90 °С. Вместе с тем животные жиры охлаждают до более низких температур (10–15 °С) при расфасовке их в мелкую тару. В интервале температур 10–40 °С вязкость свиного жира существенно зависит не только от температуры, но и от градиента скорости. В связи с этим были проведены исследования вязкости пищевого топленого свиного жира в зависимости от упомянутых факторов. Исследования проводили на вискозиметре с цилиндрами H, S1, S2 и S3. Определяли вязкость пищевого топленого свиного жира высшего сорта: в интервале температур 12–42 °С и при изменении градиента скорости от 0,167 до 4,5 с^–1; при t = 46 °С и 24  437 с^–1; при t = 4850 °С и 219 1312 с^–1.

Исследование реологических свойств жира проводили при следующих температурах: 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 и 50 °С (табл. 4.55).

Результаты исследований показывают (рис. 4.14), что начиная с температуры застывания и ниже у жиров появляется значительная аномалия вязкости, т. е. они текут как неньютоновские жидкости и их вязкость зависит не только от температуры, но и от градиента скорости. При этом в интервале температур от 12 до 24 °С вязкостно-скоростные характеристики изменяются сравнительно равномерно при изменении температуры жира и градиента скорости.

Начиная с 28 °С вязкостно-скоростные характеристики жира изменяются от температуры в значительно большей степени, что объясняется началом плавления жира, температура плавления которого находится в интервале 28–48 °С. По абсолютной величине наибольшее изменение вязкости жира имеет место при температурах 12–42 °С и значениях 0,167 4,5 с^–1. При температурах 46–48 °С изменение вязкостных свойств жира в зависимости от градиента скорости происходит в меньшей степени, а при t = 50 °С вязкость свиного жира практически мало зависит от и в интервале 437 1312 с^–1 уменьшается всего лишь с 0,0278 до 0,0271 Па·с, т. е. аномалия течения жира при указанной температуре весьма незначительна.

Полученные данные по вязкости свиного жира при t = 50 °С удовлетворительно согласуются с известными [4]. При этом расхождение не превышает 7–10 %.

Рис. 4.14. Вязкостно-скоростные характеристики

пищевого топленого свиного жира при температурах, °С:

1 – 12; 2 – 16; 3 – 20; 4 – 24; 5 – 28; 6 – 30;

7 – 32; 8 – 38; 9 – 42; 10 – 46; 11 – 48; 12 – 50

На рис. 4.15 изображены кривые течения свиного жира для температур 12, 16, 20, 24, 28, 30, 32, 38, 42, 46, 48 и 50 °С. При этом угол наклона кривых – индекс течения, характеризующий показатель неньютоновского поведения жира, увеличивается с возрастанием температуры. При температуре свиного жира 50 °С индекс течения приближается к единице, т. е. при этой температуре свойства жира приближаются к свойствам ньютоновских жидкостей, однако аномалия течения жира существует и при 50 °С.

А. В. Горбатов [4] отмечает, что начавшееся разрушение структурной сетки жира в интервале температур, соответствующих температурам его плавления, заканчивается при температурах, значительно превышающих температуры плавления свиного жира (28–48 °С). Практически полное разрушение структурной сетки происходит только при температурах 62–67 °С, когда плавятся наиболее тугоплавкие глицериды. Это позволяет объяснить наличие, хотя и незначительной, аномалии течения жира при температуре 50 °С и несколько выше.

Рис. 4.15. Кривые течения пищевого топленого свиного жира при температурах, °С:

1 – 12; 2 – 16; 3 – 20; 4 – 24; 5 – 28; 6 – 30;

7 – 32; 8 – 38; 9 – 42; 10 – 46; 11 – 48; 12 – 50

Для определения вязкости свиного жира при любых промежуточных значениях температуры и градиента скорости, имевших место при проведении исследований, экспериментальные данные обработали в виде зависимости масштабной вязкости от температуры и безразмерной вязкости от градиента скорости .

При обработке опытных данных в координатах (рис. 4.16) установлено, что в интервале температур от 26 до 40 °С профиль кривой резко изменяется. Это можно объяснить тем, что в указанных интервалах температур некоторые триглицериды жиров переходят из твердого состояния в жидкое, т. е. имеет место изменение агрегатного состояния. При обработке результатов исследований в координатах (рис. 4.17) получена температурно-инвариантная характеристика пищевого топленого свиного жира [25]. Средние значения безразмерной вязкости при различных значениях градиента скорости приведены в табл. 4.56.

В целях получения расчетной зависимости для определения эффективной вязкости пищевого топленого свиного жира результаты экспериментальных данных в координатах (см. рис. 4.16) обработали в интервале температур от 12 до 26 °С. Опытные данные кривой в этом интервале температур аппроксимируются следующей формулой:

. (4.22)

Кривая температурно-инвариантной характеристики жира (см. рис. 4.17) аппроксимируется формулой

. (4.23)

При получении расчетных зависимостей (4.22) и (4.23) результаты экспериментальных данных обрабатывали на ЭВМ. Вероятная относительная погрешность при доверительном интервале с на-дежностью α = 0,95 для значений составляет ±6,8 %, а для не превышает 4,2 %.

Рис. 4.16. Зависимость масштабной вязкости

пищевого топленого свиного жира от температуры

Рис. 4.17. Температурно-инвариантная характеристика пищевого топленого свиного жира

Имея расчетную зависимость (4.23), значение эффективной вязкости свиного жира можно определить по формуле

. (4.24)

Масштабное значение эффективной вязкости можно оп-ределить с помощью графической зависимости (рис. 4.18). С учетом уравнения (4.22) расчетная зависимость для определения эффективной вязкости имеет вид

. (4.25)

Уравнения (4.24) и (4.25) позволяют определять значения эффективной вязкости пищевого топленого свиного жира.