Глава 13 структурно-механические характеристики продукции общественного питания

Механические свойства любой системы теснейшим образом связаны с ее структурой. Структурно-механические свойства изучает наука реология.

Реология (от греч. rheos — течение, потоки logos — слово, учение) — наука о деформациях и текучести веществ, сформиро­вавшаяся как самостоятельная часть физико-химической меха­ники. Она изучает течение и деформации различных веществ и материалов, широко используя при этом многие положения ме­ханики и теории упругости.

Приготовление блюд и кулинарных изделий связано с пере­работкой пищевых продуктов, представляющих собой структу­рированные системы, обладающие упругопластично-вязкими свойствами. Знание структурно-механических свойств сырья и полуфабрикатов необходимо для создания новых конструкций машин и аппаратов, выбора рациональных режимов работы обо­рудования и оптимальных технологических схем производства, использования их в качестве контролируемых параметров при создании автоматизированных систем управления технологи­ческими процессами при непрерывном контроле качества продукции.

Знание реологии необходимо в таких технологических про­цессах, как измельчение и перемешивание пищевых масс, прес­сование, формование и т. д.

Важнейшие реологические характеристики пищевых матери­алов — предельное напряжение сдвига, вязкость и адгезионно-когезионная прочность (адгезия), знание которых позволяет рас­считать процессы течения пищевых масс в рабочих органах машин, судить о степени отклонения реологических свойств от оптимальных значений.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ РЕОЛОГИИ

Все реальные тела способны деформироваться под воздейст­вием внешних сил, т. е. изменять свою форму и размеры.

Под деформацией понимают относительное смещение частиц тела, при котором не нарушается его непрерывность. Деформа­ция называется упругой, если она исчезает после снятия нагруз­ки, и остаточной, если после снятия нагрузки она сохраняется. Величина и характер деформации обусловлены свойствами мате­риала тела, его формой и способом приложения внешних сил.

При деформировании тела возникают внутренние силы взаи­модействия его отдельных частиц. Меру интенсивности этих внутренних сил называют напряжением.

После прекращения воздействия на тело внешних сил напря­жения частично или полностью рассасываются вследствие теп­лового движения молекул и других элементов структуры. Про­цесс убывания напряжений во времени называется релаксацией. Время релаксации — важная структурно-механическая характе­ристика тела.

К важнейшим реологическим свойствам тела относятся вяз­кость, упругость, эластичность и прочность.

Прочность — свойство материалов в определенных усло­виях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воз­действия. Критериями прочности для различных случаев служат предел текучести, предел ползучести и др.

Упругость — способность тел мгновенно восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил. Упругие свойства определяются предельным напряжением сдви­га и другими механическими характеристиками.

Под напряжением сдвига понимают сопротивление те­ла действию касательной составляющей приложенной силы. Напряжение сдвига равно отношению этой силы к поверхности сдвига. Минимальная сила, необходимая для осуществления сдвига (перемещение слоев на площади сдвига), определяется величиной предельного напряжения сдвига. Если при всесто­роннем равномерном давлении изменяется только объем тела, а форма остается неизменной, то при сдвиге изменяется форма те­ла при постоянном объеме.

Если деформации изменяются во времени, то они характери­зуются скоростью деформации (например, скоростью де­формации сдвига).

Вязкость — способность жидкости оказывать сопротивле­ние перемещению одной ее части относительно другой под дей­ствием внешней силы. Величина, обратная вязкости, называется текучестью. Вязкость зависит от температуры, давления, влажности или жирности, концентрации, степени дисперсности и т. п. Различают вязкость эффективную и пластическую.

Пластичность — способность тела сопротивляться изме­нению формы под действием внешних воздействий.

Эластичность — свойство тел восстанавливать форму или объем постепенно в течение некоторого времени.

Релаксация напряжений (давления) — процесс постепен­ного рассеивания запасенной в теле энергии упругой деформа­ции путем превращения ее в теплоту. Релаксация напряжений делится на два периода: первый характеризуется резким умень­шением напряжения в условиях быстро затухающей скорости релаксации; второй определяется замедленным снижением на­пряжения с весьма низкой скоростью релаксации.

Для практики формования пищевых продуктов наибольший интерес представляет первый период релаксации, так как на до­вольно короткий промежуток времени приходится ббльшая часть напряжения.

Ползучесть — свойство материала непрерывно деформи­роваться под воздействием постоянной нагрузки. В пищевых материалах ползучесть проявляется очень быстро, с чем необхо­димо считаться при их обработке.

Тиксотропия — способность некоторых дисперсных сис­тем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием. Она свойственна дисперсным сис­темам и обнаружена у многих полуфабрикатов и пищевых продуктов.

СТРУКТУРА ПИЩЕВЫХ СИСТЕМ

Реологические свойства продукта во многом определяются его структурой и текстурой. Структура — от лат. structura — совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе; текстура — от лат. textura — ткань, связь, строение.

Многие пищевые массы помимо твердого и жидкого состоя­ний обладают структурами, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К ним относятся белко­вые и углеводные студни, суспензии разной концентрации (пас­ты, эмульсии, пены и др.).

Наличие внутренней структуры придает таким системам оп­ределенные механические свойства — упругость, пластичность, вязкость, прочность, которые объективно характеризуют их кон­систенцию. Механические свойства зависят от природы входя­щих в систему веществ и их соотношения, а также от сил взаимо­действия между ними.