Сдвиговые свойства представляют особую группу структурно-механических свойств. Их величины можно использовать для самых различных целей, начиная от оценки дисперсности систем и качества продуктов до расчета машин и аппаратов.
Для описания течения дисперсных систем широкое распространение получило уравнение Гершеля-Балкли, связывающее напряжение сдвига с тремя константами продукта:
, (3.1)
где - предельное напряжение сдвига, Па; - коэффициент, пропорциональный вязкости, Па·с п; - градиент скорости () или скорость деформации сдвига (), с-1; п - индекс течения; и - скорость движения элементарного слоя, м/с; r - линейный размер по нормали к вектору скорости, м; - относительная деформация; - время, с.
П.А. Ребиндер и Н.В. Михайлов делят реологические тела на жидко- и твердообразные системы в зависимости от характера кривой и периода релаксации .
Сдвиговые характеристики жидкообразных мясных продуктов. К жидкообразным продуктам (телам) относятся ньютовские жидкости и структурированные системы, не имеющие статического предельного напряжения сдвига.
|
|
Характеристики этих систем описываются вязкостью или эффективной вязкостью и не имеют статического предельного напряжения сдвига. Жидкообразные системы обладают слабой структурной сеткой, которая разрушается при течении в рабочих органах машин с высокими значениями градиентов скорости при изменении температуры. К жидкообразным продуктам относятся: кровь, животные жиры, мясокостный бульон, клеевые и желатиновые бульоны и др.
Вязкость крови. Значения вязкости крови убойных животных от концентрации сухих веществ и температуры, представленны в табл. 3.1.
Вязкость крови измеряют с помощью вискозиметра Гепплера и реовискозиметра Ротовиско.
Из результатов табл. 3.1 следует, что вязкость крови убойных животных зависит от концентрации сухих веществ и температуры. При этом, как при снижении концентрации сухих веществ, так и при повышении температуры вязкость крови значительно уменьшается.
Вязкость топленых животных жиров. Значения вязкости для разных видов топленых животных жиров представлены в табл. 3.2.
Таблица 3.1
Зависимость вязкости крови от концентрации сухих веществ и температуры
(градиент скорости 380 с-1)
Концентрация сухих веществ, кг на 1 кг крови | Вязкость 103, Па·с, при температуре, ºС | |||
0,261 | ||||
0,213 | ||||
0,182 | ||||
0,152 |
Таблица 3.2
Зависимость вязкости топленых животных жиров от температуры
Жир | Вязкость .103, Па·с, при температуре, ºС | ||||||
Говяжий | - | 29,0 | 21,0 | 15,8 | 12,5 | 10,0 | 8,4 |
Бараний | - | 30,4 | 22,0 | 17,3 | 13,7 | 11,2 | 9,4 |
Свиной | 39,0 | 26,7 | 19,5 | 15,0 | 12,0 | 9,7 | 8,2 |
Костный | 36,2 | 25,1 | 18,6 | 14,5 | 11,6 | 9,6 | 8,1 |
Результаты показывают, что с увеличением температуры от 0 до 100 ºС, вязкость всех видов топленых жиров уменьшается и имеет свое максимальное значение при температуре, близкой к температуре затвердевания причем, для говяжьего и бараньего она не определена, так как жиры переходят в другое аномальное состояние, переставая быть как таковыми жидкостями. Среди жиров наибольшей вязкостью при одном значении температуры имеет жир бараний.
|
|
Таблица 3.3
Зависимость мясокостного бульона от концентрации и температуры
Концентрация сухих веществ, кг на 1 кг бульона | Вязкость 103, Па·с, при температуре, ºС | |||||
0,20 | 11,99 | 9,23 | 7,45 | 6,22 | 5,32 | 4,63 |
0,18 | 8,94 | 6,92 | 5,62 | 4,71 | 4,04 | 3,53 |
0,16 | 6,67 | 5,19 | 4,23 | 3,56 | 3,07 | 2,69 |
0,14 | 4,98 | 3,89 | 3,19 | 2,69 | 2,33 | 2,05 |
0,10 | 2,77 | 2,19 | 1,81 | 1,54 | 1,34 | 1,19 |
0,06 | 1,54 | 1,23 | 1,03 | 0,88 | 0,77 | 0,69 |
0,02 | 0,86 | 0,70 | 0,59 | 0,51 | 0,45 | 0,40 |
0,01 | 0,74 | 0,60 | 0,51 | 0,44 | 0,39 | 0,35 |
0,64 | 0,52 | 0,44 | 0,38 | 0,34 | 0,30 |
Вязкость мясокостного бульона, величины вязкости мясокостного бульона при различной концентрации и температуре приведены в табл. 3.3. Данные получены на капиллярных вискозиметрах и вискозиметре Гепплера.
Результаты таблицы показывают, что при повышении температуры вязкость мясокостного бульона уменьшается, а также отмечается резкое снижение вязкости при уменьшении сухого остатка.
Сдвиговые характеристики твердообразных мясных продуктов. В отличие от жидкообразных, твердообразные и твердые системы имеют сравнительно прочную структуру, которая до начала разрушения характеризуется определенной прочностью (предельным напряжением сдвига, пределом прочности, модулями упругостей, релаксацией и т.д.), а после разрушения - соответствующими сдвиговыми и другими характеристиками. Они определяются выбранной математической моделью тела и ее адекватностью реальным условиям деформирования.
Сдвиговые характеристики продуктов в области практически неразрушенных структур определяют по кинетическим кривым деформации с помощью коаксиально-цлиндрического вискозиметра, сдвиговых приборов с двумя параллельными пластинами, а также различными инденторами (конус, сфера, пластина и т.д.).
Значения сдвиговых характеристик сосисочного фарша в области практически не разрушенных структур представлены в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Структурно-механические характеристики сосисочного фарша
Показатель | Пределы измерения напряжения, Па | Значение величины |
Модуль мгновенной упругости, Па Эластический модуль упругости, Па Эффективная вязкость при деформации ползучести, Па.с Статическое предельное напряжение сдвига, Па Наибольшая эффективная вязкость, Па.с | Меньше 100 100-150 150-200 - 250-350 | 1,23.104 0,8.104 16.105 5.105 |
Сдвиговые характеристики продуктов в области лавинного разрушения структуры определяют с помощью приборов, допускающих сколь угодно большие скорости деформаций, например, ротоционные вискозиметры и др. Значения сдвиговых характеристик используют для расчета перемешивания продуктов в рабочих машинах, аппаратах и т.д. Эти характеристики являются наиболее существенными, по сравнению с другими, и более глубоко характеризуют внутреннюю сущность объекта, т.е. его качественные показатели.
Значения основных сдвиговых характеристик для ряда мясных продуктов, измеренные при температуре 10 ºС с помощью ротационного вискозиметра РВ-8, представлены в табл. 3.5.
Из таблицы видно, что величины реологических характеристик различных видов фарша отличаются довольно существенно. В определенной мере они показывают качественное различие структур продуктов, т.е. его состав, степень механической обработки и прочие.
|
|
Таблица 3.5
Сдвиговые характеристики различных видов мясного и колбасного фарша
Наименование фарша | Предельное напряжение сдвига, Па | Пластическая вязкость, Па.с | Коэффициенты | ||
В, Па.с | , Па.с | m | |||
Говядина куттерованная (с водой) Свинина полужирная куттерованная (с водой) Колбаса: любительская докторская чайная ливерная при t, 0С Сосиски свиные Котлеты | 18-20 19-22 18-28 16-19 - - - 9-11 9-14 | 6,1 6,0 5,0 4,3 3,5 6,0 3,0 3,0 3,5 | 0,73 0,72 0,79 0,75 0,79 0,80 0,80 0,77 0,76 |