2015-10-22
2024
Предметом изучения инженерной реологии являются пищевые материалы, которые рассматриваются как реальные тела и занимает конкретное место в разделах технической механике сплошной среды. Общая классификация реальных тел представлена в табл. 2.1.
Согласно классификации, пищевые продукты могут быть представлены в различных сочетаниях основных так называемых «первичных» тел - упругого (тело Гука), идеально-вязкого (тело Ньютона) и идеально-пластичного (тело Сен-Венана) тела, комбинируя которые можно моделировать деформационные характеристики множества реальных пищевых продуктов. При этом поведение реологических тел описываются не простыми, а более сложными - нелинейными и эмпирическими уравнениями, чаще всего степенными, связывающими деформации и скорости деформаций.
С помощью основных «первичных» тел можно в различных сочетаниях и комбинациях моделировать деформационные характеристики любых реальных пищевых продуктов.
Виды дисперсий. В инженерной физико-химической механике, на кото- рую опирается инженерная реология, классическими объектами изучения являются дисперсные системы.
|
|
|
Дисперсная система - система, состоящая из двух и более фаз, в которой условно принято называть: непрерывную (слошную) фазу - дисперсионной средой, а другую, раздробленную, состоящую из частиц, не контактирующих друг с другом - дисперсной фазой. С этой точки зрения, пищевые продукты в большинстве случаев, состоящие из двух и более компонентов, представляют собой дисперсные системы. Отличием дисперсной системы от гомогенной является то, что в первой - частички дисперсной фазы состоят не из отдельных молекул, а из конгломератов, которые обладают термодинамическими свойствами фазы. Основным условием существования дисперсных систем является нерастворимость или малая растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Дисперсные системы с целью их систематизации классифицируют по ряду существенных признаков и для этого используют тот или иной критерий, отражающий одно определенное свойство. Наиболее известной и широко применяемой является классификация дисперсных систем, предложенная В. Освальдом, которая основана на различии агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды, представлена в табл. 2.2. Данная классификация позволяет охватить практически все дисперсные системы мясных продуктов.
Таблица 2.1
Классификация реальных тел
| Идеально твердое тело, Эвклидово | Упругое тело, Гуково | Пластичное тело, Сен-Венаново | Реологическое тело | Истинно-вязкая жидкость, ньютоновская | Идеальная жидкость, пасскалевская |
| При любых нормальных касательных напряжениях деформация равна нулю | Напряжение пропорционально деформации | При достижении предельного напряжения сдвига начинаются пластические деформации | Линейные - сотавные из тел по графам 2, 3, 5 и нелинейные - эмпирические | Напряжение пропорционально градиенту скорости в первой степени | Вязкость и сжимаемость равна нулю |
| Теоретическая механика | Сопротивление материалов | Сопротивление материалов | Реология | Гидравлика | Гидравлика |
Кроме названной выше классификации, дисперсные системы разделяют по структуре: на свободнодисперсные и связнодисперсные системы. К свободнодисперсным относятся дисперсные системы, в которых частицы фазы могут перемещаться свободно в дисперсионной среде (суспензии, эмульсии, золи), а к связнодисперсным - дисперсные системы, в которых одна из фаз структурно закреплена и не может свободно перемещаться (эмульсии, гели, пасты, студни).
|
|
|
Таблица 2.2
Классификация дисперсных систем
| Дисперсионная среда | Дисперсная фаза | Система | Примеры системы |
| Газ | твердая жидкая газообразная | аэрозоли аэрозоли-туманы атмосфера | Коптильный дым, пыль, дисперсия крови, молока; атмосфера земли |
| Жидкость | твердая жидкая газообразная | суспензия эмульсия пена | бульон, колбасный фарш, паштеты; кровь, жир в воде, молоко; крем, взбитый белок |
| Твердое тело | твердая жидкая газообразная | твердая суспензия - сплав капиллярные системы, твердая эмульсия пористые тела, твердые пены | замороженная мышечная ткань; замороженное сливочное масло, нативная мышечная ткань, жидкость в пористых телах; кость, сыр, изоляционный материал, взбитый и коагулированный меланж |
|
В зависимости от размера частиц дисперсной фазы, системы подразделяются: на грубодисперсные и высокодисперсные.
Типы структур и их классификация. Для представления материла как такового, а также для проведения схожести или разделения с другими материалами, вводится понятие структура.
Структура - внутреннее строение продукта (материала) и характер взаи-модействия между отдельными ее элементами (частицами), которую определяют: химический состав, биохимические показатели, температура, дисперсность, агрегатное состояние и ряд технологических факторов.
Академик П.А. Ребиндер, применяя к дисперсным системам феноменологический подход, условно разделил все материалы (массы) на два вида, на золи - вещества, ведущие себя как жидкости и гели - вещества, обладающие свойствами твердых тел.
Согласно классификации, предложенной академиком П.А. Ребиндером, структуры пищевых продуктов разделяют: на коагуляционные и конденсационно-кристализационные.
Коакуляционные структуры образуются в дисперсионных системах взаимодействием между частицами и молекулами через прослойки дисперсной среды за счет Ван-дер-Ваальсовых сил сцепления. В таких структурах частицы связаны между собой молекулярными силами сцепления, образуя сплошную сетку или каркас. Прочность каркаса зависит от наличия сольватного (гидратного) слоя на поверхности частиц. Отличительными признаками таких структур являются: сравнительно небольшая прочность связи между частицами; способностью к самопроизвольному восстановлению структуры после разрушения т.е. тиксотропией; обладают упругостью, пластичностью, вязкостью и др. свойствами. При обезвоживании прочность их повышается, и после определенного предела они перестают быть обратимотиксотропными. Типичными представителями систем с коагуляционной структурой являются сырые мясные и ливерные фарши колбас и др.
|
|
|
Конденсационно-кристализационные структуры. Они присущи натуральным продуктам (мясо и мясопродукты с сохраняющимся клеточным строением и др.), но могут образоваться из коагуляционных при удалении дисперсионной среды или срастании частиц дисперсной фазы при термообработке (коакуляции или денатурации белков), а также при охлаждении расплавов или увеличении концентрации растворов. Отличительными признаками такого типа структур являются: большая прочность по сравнению с коагуляционными; отсутствие тиксотропии и необратимый характер разрушения; высокая хрупкость и упругость из-за жесткости скелета структуры; наличие внутренних напряжений, возникающих в процессе образования фазовых контактов и влекущих в последующем перекристаллизацию и самопроизвольное понижение прочности вплоть до нарушения сплошности, например растрескивание при сушке.
В последующем, на основании исследований мясных и молочных продуктов, классификация была дополнена А.В. Горбатовым еще двумя переходными типами структур, которые получили название: коагуляционно-кристал-лизацонные и коагуляционно-конденсационные.
Таким образом, тип структуры продуктов обуславливает его качественные и технологические показатели и поведение в процессах деформирования. Для описания деформационного поведения структур используют кривые течения - реограммы, которые связывают между собой напряжение и скорость деформации (деформацию). Характер реограмм, как правило, дает возможность отнести реальный продукт к тому или иному виду реологических тел.
