4.15. Кетчуп «Шашлычный острый»

Одной из основных структурно-механических характеристик, влияющих на протекание тепловых процессов и расходуемую энергию при производстве вязких пищевых продуктов, является их эффективная вязкость.

При производстве кетчупа шашлычного острого имеют место как тепловые, так и механические процессы, протекание которых зависит от ряда факторов, в том числе от эффективной вязкости и касательных напряжений. Кетчуп шашлычный острый обладает свойствами псевдопластичной среды. Его вязкостные свойства и касательные напряжения могут изменяться, в ряде случаев существенно, как при возрастании градиента скорости, так и при изменении температуры продукта. С учетом отмеченных свойств этого продукта его вязкость при данном градиенте скорости сдвига называют эффективной, или кажущейся. Чаще применяется термин «эффективная вязкость».

Величина градиента скорости сдвига зависит от конструкции перемешивающего устройства, его геометрических размеров и частоты вращения. Существенное влияние на величину градиента скорости оказывает частота вращения перемешивающего устройства. Поэтому нередко для определения градиента скорости сдвига приводится зависимость [1]

= (1113) n, (4.35)

где  – градиент скорости сдвига продукта, с^–1; п – частота вращения перемешивающего устройства, с^–1.

В зависимости от конструктивных, геометрических и кинематических параметров структурно-механические свойства кетчупа шашлычного острого, в особенности его эффективная вязкость и касательные напряжения, могут изменяться. Это обстоятельство необходимо учитывать при определении оптимальных условий работы и создании нового оборудования. Были проведены исследования по определению эффективной вязкости и касательных напряжений кетчупа шашлычного острого. Исследования проводились при изменении градиента скорости сдвига продукта в широком диапазоне и разных температурах кетчупа. При этом диапазон изменений градиента скорости сдвига составлял от 0,5 до 437,4 с^–1, т. е. изменялся более чем в 870 раз.

Значительный диапазон изменения градиента скорости сдвига охватывает настолько широкую область, что полученные результаты по реологическим характеристикам кетчупа шашлычного острого позволяют использовать их при расчете практически в любых тепловых и гидромеханических процессах.

Исследования структурно-механических свойств кетчупа шашлычного острого проводились на ротационном соосно-цилиндрическом вискозиметре типа «Реотест».

Состав исследуемого продукта: томатная паста; вода; сахар; соль; модифицированный крахмал Е 1422; уксус; стабилизаторы Е 412, Е 415; паприка красная; перец черный молотый; перец красный молотый; ароматизатор, идентичный натуральному. В 100 г продукта содержалось: белков – 0,8 г; углеводов – 16,3 г. Калорийности – 66 ккал в 100 г продукта.

Результаты исследований эффективной вязкости и касательных напряжений кетчупа шашлычного острого приведены в табл. 4.100. Реологические характеристики продукта использовались при температурах 9,6; 16,6; 23,8; 30,3; 37,3; 44,1 и 50,2 °С. Как видно из приведенных в таблице данных, при всех температурах продукта с возрастанием градиента скорости сдвига уменьшается эффективная вязкость продукта. Это дает основание считать, что кетчуп шашлычный острый обладает свойствами псевдопластичной среды. Вязкостные свойства этого продукта, при прочих равных условиях, зависят от его температуры и величины градиента скорости сдвига.

Поведение продуктов, обладающих свойствами псевдопластичной среды, к числу которых относится и кетчуп шашлычный острый, характеризуется тем, что по мере возрастания градиента скорости асимметричные молекулы подвергаются упорядочению, располагаясь по более длинной оси в направлении течения потока. В результате уменьшается напряжение сдвига и, соответственно, эффективная вязкость продукта [1].

О значимости одной из структурно-механических характеристик – эффективной вязкости – академик А. В. Горбатов высказывается так: «Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости сдвига считается основной характеристикой структурно-механических свойств дисперсных систем, поскольку эффективная вязкость является итоговой характеристикой, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры» [4]. С учетом отмеченного реологические характеристики кетчупа шашлычного острого, а именно эффективная вязкость и касательное напряжение, исследовались при различных значениях градиента скорости, а также температуры продукта.

Анализ экспериментальных данных показывает следующее. Наибольшее значение эффективной вязкости при одних и тех же значениях градиента скорости сдвига продукта имеет место при низких температурах кетчупа. Так, при градиенте скорости сдвига 2,7 с^–1 эффективная вязкость продукта при его температуре 9,6 °С составляет 8,963 Па·с, а с повышением температуры продукта до 50,2 °С и том же значении градиента скорости сдвига эффективная вязкость понижается до 4,481 Па·с, т. е. уменьшается в два раза. При больших значениях градиента скорости сдвига, например при 243 с^–1, и тех же температурах продукта, т. е. 9,6 и 50, 2 °С, значения эффективной вязкости кетчупа соответственно составляют 0,498 и 0,253 Па·с. Следовательно, при большом значении градиента скорости сдвига продукта вязкость с увеличением температуры уменьшается в той же пропорции, что и при малых значениях градиента скорости сдвига.

Сравнительно большие значения эффективной вязкости кетчупа шашлычного острого наблюдаются при малых величинах градиента скорости сдвига продукта в интервале от 0,5 до 3,0 с^–1. Это можно объяснить малым разрушением структуры продукта, которое имеет место, например, при медленном вращении перемешивающего устройства, когда значение градиента скорости незначительно. Сказанное подтверждается формулой (4.35), из которой следует, что при медленном вращении рабочего органа значение градиента скорости сдвига, при прочих равных условиях, незначительно, так как оно прямо пропорционально частоте вращения перемешивающего устройства.

Для целого ряда вязких пищевых продуктов важное значение имеет сохранение структуры продукта, как одного из показателей его качества. Рассматривая вопрос о сохранении структуры продукта, необходимо иметь в виду, что любое механическое или тепловое воздействие на него вызывает большее или меньшее разрушение структуры. На основании сказанного правомернее говорить не вообще о сохранении структуры продукта, а о максимальном сохранении его структуры с учетом геометрических, конструктивных и кинематических параметров перемешивающего устройства, а также с учетом температуры продукта.

Приводимые результаты реологических исследований кетчупа шашлычного острого могут быть использованы: при расчете теплового оборудования в целях определения теплопередающей поверхности и производительности агрегатов; при расчете расходуемой мощности перемешивающего устройства; при расчете трубопроводной системы, по которой транспортируется продукт; при расчете дозирующих устройств и т. д.

Анализ экспериментальных данных показывает, что кетчуп шашлычный острый обладает свойствами псевдопластичной среды, в связи с чем его эффективная вязкость и касательные напряжения изменяются, и весьма существенно, с возрастанием градиента скорости сдвига продукта, а также при изменении его температуры. При этом сравнительно большие значения эффективной вязкости кетчупа шашлычного острого наблюдаются при малых величинах градиента скорости сдвига продукта, т. е. в интервале от 0,5 до 3,0 с^–1. Выявлено влияние частоты вращения перемешивающего устройства на структуру продукта и намечены пути максимального сохранения структуры.

В заключение необходимо отметить, что исследования реологических характеристик жиросодержащих пищевых продуктов, которые не нашли отражения в учебном пособии, продолжаются. Результаты исследований таких продуктов, выполненных по окончании работы над данным учебным пособием, опубликованы в периодической печати [53–55] и др. Это обусловлено необходимостью иметь данные о реологических характеристиках жиросодержащих продуктов как при разработке новых видов оборудования, так и при тепловых и гидродинамических расчетах существующего технологического оборудования. Такие сведения нужны также при расчете систем трубопроводов и запорной арматуры, используемых для транспортирования жиросодержащих продуктов, обладающих аномалией вязкости.