Свойства жидкостей

К жидкостям относятся вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига 0 наблюдается течение (деформация е) с постоянной или переменной скоростью. Свойства жидкостей могут проявляться и у пластичных тел после превышения предела текучести.

При простом течении ньютоновской жидкости с напряжением 0 возникает деформация с определенной скоростью сдвига у. Отношение напряжения сдвига к скорости деформации сдвига является реологической константой жидкости и называется ньютоновской вязкостью.

Для неньютоновских жидкостей вязкость является функцией скорости сдвига, поэтому ее называют «кажущейся» или эффективной вязкостью, которая достаточно полно характеризует поведение текучего материала.

Определение эффективной вязкости предусматривает измерение значений в широкой области для построения кривой течения и функции вязкости.

Для характеристики жидкостей используют кривые течения — реограммы, представляющие собой графическую зависимость напряжения сдвига от скорости деформации в условиях простого сдвига.

Свойства твердых тел

Твердые тела в зависимости от упругости бывают гуковскими и негуковскими.

Гуковское тело — это идеально упругое тело, состояние которого описывается уравнением Гука

После снятия нагрузки, отдавая накопленную энергию, гуковское тело без запаздывания возвращается в исходное состояние.

Однако среди твердых тел встречаются такие, поведение которых не соответствует поведению идеально упругого тела. Такие тела называются негуковскими.

При этом модуль сдвига является функцией деформации, что характерно, например, для пористых пенообразных пищевых материалов. В связи с этим, как и для неньютоновских жидкостей, вводят понятие эффективного модуля упругости. Если напряжение не превышает предела текучести (или прочности) твердого тела, соотношение между напряжением сдвига и деформацией описывается уравнением.

Адгезия

Адгезия (от лат. adhesio — прилипание) — это сцепление разнородных тел, соприкасающихся своими поверхностями. Она относится к поверхностным свойствам пищевых продуктов, играет важную роль в различных технологических процессах, где существует контакт между продуктом и поверхностью обрабатывающей машины, и, как правило, нежелательна.

На адгезию пищевых масс оказывают влияние свойства используемого сырья и особенности технологии. Например, адгезия дрожжевого теста зависит от способа приготовления (опарное, безопарное, сорт муки, количество дрожжей, добавки ПАВ и др.).

До настоящего времени природа адгезии полностью не выяснена и существует несколько теорий ее существования (адсорбционная, термодинамическая, диффузионная, электрическая, химическая и др.).

По адсорбционной теории адгезия связана с действием межмолекулярных сил: физических — ван-дер-ваальсовых, ковалентно-ионных. При взаимодействии двух тел вследствие броуновского движения молекул и их перегруппировки на границе контакта устанавливается адсорбционное равновесие.

Диффузионная теория, развиваемая С. С. Воюцким, объясняет адгезию полимеров диффузией макромолекул в поры и трещины металлической поверхности, а также результатом диффузии в аморфный слой гидроксида, образующегося на поверхности металла.

Согласно электрической теории Б. В. Дерягина и Н. А. Кротовой адгезия объясняется контактной электризацией на границе разнородных тел, т. е. возникновением в зоне контакта своеобразного электрического молекулярного конденсатора, обусловленного двойным электрическим слоем.

Химическая теория связывает явление адгезии с химической активностью контактирующих тел. В месте контакта происходит химическое взаимодействие контактирующих материалов, в результате которого на поверхности металла образуются мономолекулярный слой продуктов реакции взаимодействия.

Таким образом, хотя механизм адгезии недостаточно изучен и не существует единой теории этого процесса, каждая из вышеприведенных теорий определенным образом объясняет явление адгезии.

С понятием адгезии тесно связано понятие когезии. Когезия означает связи внутри данного тела. Соотношение адгезии и когезии в значительной степени определяет условие после удаления структурированных пищевых масс (тесто, фарши и др.) при нарушении их контакта с твердой поверхностью.

В большинстве случаев силы адгезии превышают силы когезии и отрыв от поверхности субстрата происходит полностью или частично в объеме адгезива. В этом случае отрываемая поверхность полностью или частично оказывается покрыта адгезивом, а вид отрыва называют когезионным или смешанным. Например, для мучного теста это означает прилипание части теста к внутренней поверхности различных емкостей, к деталям технологического оборудования. Повышенная по сравнению с когезией адгезия теста приводит к потерям пищевого сырья и снижению производительности оборудования.

На величину адгезии оказывают влияние различные факторы: влажность продукта, площадь, давление и продолжительность контакта с поверхностью, вид поверхности, скорость отрыва и др.

ТЕМА № 6 Активность воды как фактор стабилизации качества продукции общественного питания

Лекция 1. Активность воды как фактор стабильности качества продукции общественного питания. Формы связи воды в пищевых продуктах. Понятие об активности воды. Активность воды некоторых видов продукции общественного питания.

Активность воды как фактор стабильности качества продукции общественного питания

Вода — составная часть всех пищевых продуктов. Технологические свойства, интегральный показатель качества и сроки хранения пищевых продуктов во многом зависят от свойств, количества и состояния (форма и энергия связи, активность) содержащейся в них воды.

Отечественные стандарты на пищевые продукты и кулинарные изделия содержат только количественную характеристику — «массовая доля влаги», которая не отражает важную роль воды в таких сложных гетерогенных и биологически активных системах, какими являются пищевые продукты.

Формы связи воды в пищевых продуктах

Вода — уникальная жидкость, свойства которой резко отличаются от свойств всех известных веществ на Земле. Изучению свойств воды, ее взаимодействию с другими веществами и поверхностью сухого каркаса посвящено большое число фундаментальных работ отечественных и зарубежных ученых: А. В. Лыкова, П. А. Ребиндера, А. В. Киселева, А. С. Гинзбурга, И. А. Рогова, Г. А. Егорова, Е. Д. Козакова, Р. В. Дакуорта, С. Брунауэра, У. Скотта и др. Показано, что формы и энергия связи воды являются одной из основных характеристик качества продукта.

Классификации форм связи воды в материале большое внимание уделяли отечественные ученые. А. В. Лыков предложил все твердые материалы разделить по физическим свойствам на три группы (капиллярно-пористые, коллоидные, капиллярнопористые коллоидные), что имело большое практическое значение для изучения процесса сушки различных материалов, в том числе и пищевых продуктов.

Классификация форм связи воды в материалах, учитывающая природу образования связи и энергию взаимодействия, предложена П. А. Ребиндером. Все формы связи воды он разделил на три группы: химическая, физико-химическая, физико-механическая. В соответствии с этой классификацией различают следующие виды связанной воды: химически связанная, адсорбционно связанная, вода макро- и микрокапилляров; осмотически связанная и вода, свободно удерживаемая каркасом тела (им- мобилизационная). Данная классификация была существенно дополнена и расширена Е. Д. Козаковым с учетом роли воды в биологических и биохимических процессах.

Таким образом, вода в материале или продукте может находиться в свободном и связанном состоянии. Свободная вода по своим свойствам приближается к обычной воде. Она легко удаляется из материала или продукта при высушивании, отжимании, прессовании, замерзает при температуре около О °С.

Химически связанная вода имеет очень прочную связь и не удаляется при высушивании, она входит в состав молекул. Ее можно удалить только в результате реакций, сопровождающихся выделением воды (меланоидинообразование, карамелизация и др.).

Физико-химически связанная вода подразделяется на воду, связанную моно- и полимолекулярной адсорбцией.

Влажность на уровне мономолекулярной адсорбции (3...6 %) имеют продукты сублимационной сушки — быстрорастворимый кофе и др. Считается, что вода, связанная мономолекулярной адсорбцией, не является растворителем и не участвует в химических реакциях, не замерзает при температурах, близких к абсолютному нулю.

Влажность на уровне полимолекулярной адсорбции (6... 14 %) характерна для многих сухих продуктов (пищевые концентраты, мука, крупы и т. п.). В продуктах с влажностью на уровне полимолекулярной адсорбции невозможен микробиологический рост, но могут происходить ферментативные процессы и реакции меланоидинообразования (потемнение, изменение запаха и др.).

Осмотическая связь воды обусловлена тем, что давление пара над раствором ниже, чем над растворителем (свободной водой). Осмотически удерживаемая вода диффундирует в виде жидкости через полупроницаемые мембраны живых клеток вследствие разности концентраций внутри и вне клетки. К осмотически связанной воде относят и воду набухания, и структурную воду, удерживаемую при формировании гелей.

К физико-механически связанной воде относят воду микро- и макрокапилляров. Капиллярно связанная вода удерживается за счет возникновения адсорбционной связи мономолекулярного слоя у стенок капилляра и снижения давления пара над вогнутым мениском в капилляре по сравнению с давлением пара над плоской поверхностью свободной воды.

Некоторые пищевые продукты и материалы хорошо поглощают из окружающей среды или выделяют пары воды и летучие вещества. Этот процесс называется сорбцией. Частные случаи: адсорбция — поглощение веществ из растворов или газов поверхностью твердого тела; абсорбция — поглощение веществ из смеси газов жидкостью во всем объеме; десорбция — обратный процесс перехода веществ из поверхностного слоя в окружающую среду.