Сдвиговые свойства пищевых материалов

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