Структурно-механічні властивості

Структурно-механічні властивості харчових продуктів характеризують їхню здатність протистояти дії зовнішньої енергії. Вони зумовлені будовою і структурою продукту.

До більшості продовольчих продуктів можна застосувати уявлення фізико-хімічної механіки про структури речовин. Академік П.О.Ребіндер запропонував поділити всі речовини за міцністю структури на три групи: речовини, які мають кристалізаційну структуру; речовини, що мають коагуляційну структуру; речовини, які мають змішану коагуляційно-кристалізаційну структуру.

Кристалізаційні структури - утворюються хімічними силами головних валентностей або безпосереднім зростанням кристалів нової фази, яка утворюється в процесі кристалізації розчинів (розплавів). Міцністю і характером кристалізації цих структур можна керувати на першій стадії виникнення і зростання нової фази, змінюючи дисперсність кристалів і створюючи умови для подальшого зростання кристалів і утворення міцного кристалізаційного каркасу. Кристалізаційні структури відзначаються великою міцністю, крихкістю і необоротним характером руйнування.

Серед продовольчих товарів практично немає таких, які мали б чисто кристалізаційну структуру.

Коагуляційні структури - формуються шляхом з'єднання новоутворень слабкими силами Ван-дер-Ваальса через тонкі прошарки дисперсійної фази. Такі структури утворюються при високій дисперсності і достатній анізометрії частинок при малій кількості коагуляційних центрів, які локалізуються на кінцях і ребрах частин. Тонкі прошарки рідкої фази в місцях контакту між частинками коагуляційної структури визначають її властивості: здатність до оборотного руйнування, відновлення властивостей (тиксотропія), низьку міцність, пластичність. Чим тонший прошарок рідкої фази, тим більші молекулярні сили взаємодії, тим міцніша структура. Механічні властивості коагуляційних структур можна регулювати, змінюючи концентрацію і первинну дисперсність твердої фази шляхом домішок коагуляторів і стабілізаторів.

Коагуляційні структури мають кондитерські креми, сметана, кефір.

Змішані коагуляційно-кристалізаційні структури - пластичні і тиксотропні властивості яких визначаються співвідношенням між коагуляційною і кристалізаційною структурами. У таких системах тверді частинки нової фази поділені дуже тонкими прошарками рідкої фази й утворюють коагуляційну структуру. Поряд з цим внаслідок процесу кристалізації формується жорсткий каркас, який пронизує майже всю коагуляційну структуру.

Співвідношення структур, характер взаємодії між частинками, що утворюють структури, визначаються хімічним складом сировини, умовами кристалізації, режимом механічної обробки та умовами подальшого зберігання. Механічна обробка системи при охолодженні прискорює процес охолодження, викликає інтенсивне утворення центрів кристалізації, перешкоджає виникненню великих кристалів або кристалічних агрегатів, дозволяє швидше досягнути рівноважного співвідношення твердої і рідкої фаз. Швидке і глибоке охолодження системи сприяє більшому виділенню твердої дисперсної фази, внаслідок чого підвищується твердість, але утворюються дрібні кристали. Знання і можливість регулювання структурно-механічних властивостей дають змогу одержати продукти високої якості і запобігти псуванню при подальшому зберіганні.

Серед харчових продуктів у морозиві, наприклад, переважає кристалізаційна структура, а в коров'ячому маслі і маргарині — коагуляційна.

Структурно-механічні властивості речовин чи продуктів - характеризуються такими показниками, як пластичність, пружність, еластичність, твердість, в'язкість, адгезія.

Пластичність — це здатність системи до необоротних деформацій, при яких внаслідок прикладення зовнішніх сил змінюється форма продукту, яка не відновлюється і після зняття напруги. Здатність сировини змінювати форму при переробці, а потім зберігати її використовується при виробництві хліба, макаронних виробів, карамелі, мармеладу тощо.

Пружність — це здатність тіл швидко відновлювати попередню форму або об'єм після зняття деформуючих сил. Показником, який характеризує здатність матеріалу чинити пружний опір деформації, є модуль пружності, який відповідно до закону Гука визначається за формулою:

де Е — модуль пружності при розтягуванні або стисканні, Па;

σв — межа пружності, Па; Е — відносне подовження, %.

Еластичність — це здатність системи поступово відновлювати форму або об'єм протягом певного часу. Властивості високої еластичності відіграють важливу роль у деформаційній поведінці харчових продуктів. Процеси емульгування, ціноутворення, збільшення об'єму структури при її збиванні залежать від властивостей еластичності і пружної післядії продуктів. Дані властивості характеризуються значенням еластичної деформації і довготривалістю її розвитку або спаду.

Твердість — це здатність матеріалу чинити опір укорінюванню в нього іншого, більш твердого тіла. Твердість можна характеризувати таким показником, як найбільша напруга зсуву. Цей показник використовується для оцінки стиглості плодів, овочів, якості цукру, тіста, морозива. Його визначають за рівнем напруги, яку треба докласти, щоб твердий наконечник, який може мати форму кулі, конуса, піраміди, зруйнував структуру продукту.

В'язкість - характеризує внутрішній опір рідини, який виникає при деформації течії. Ця властивість важлива для оцінки таких харчових продуктів, як мед, рослинні олії, сиропи. Розрізняють справжню і структурну в'язкість.

Справжня в'язкість характерна для ньютонівських рідин. Вона не залежить від напруги та швидкості деформації зсуву.

Для концентрованих розчинів, які мають просторову структуру, в'язкість є функцією напруги і швидкості деформації. З підвищенням напруги і швидкості деформації просторові структури руйнуються і в'язкість знижується. Це й є так звана структурна в'язкість.

В'язкість є показником якості багатьох харчових продуктів і іноді характеризує ступінь їх готовності у процесі виробництва (пюре, пасти, згущене молоко).

Адгезія — це здатність продукту проявляти певні сили взаємодії з іншим продуктом або поверхнею тари, в якій він міститься. Цей показник тісно пов'язаний з пластичністю і в'язкістю. Розрізняють два види адгезії — специфічну і механічну.

Специфічна адгезія — це результат зчіплювання між поверхнями матеріалів.

Механічна адгезія - виникає внаслідок проникнення затареного продукту у шпари матеріалу тари й утримання його внаслідок механічного заклинювання.

Адгезія визначається для таких харчових продуктів, як коров'яче масло, деякі кондитерські вироби, олії та тваринні жири, гливкий хліб. Вони прилипають до ножа при розрізанні, до зубів при розжовуванні.

Явище адгезії ускладнює технологічні процеси, збільшує втрати сировини і готових продуктів. Воно повинно враховуватися при виборі способів переробки продуктів, пакувальних матеріалів, умов зберігання.