Сдвиговые характеристики твердообразных пищевых продуктов

Из реологических свойств основными считают сдвиговые, т.к. они в большей мере отражают внешнее проявление внутренней сущности объекта. Величины и характер изменения структурно-механических свойств в первую очередь зависят от вида и энергии взаимосвязей между частицами и молекулами продукта, т.е. от структуры, которая обуславливает механическую прочность тела и его строение.

В твердообразном состоянии при обычных условиях могут находиться растворы и суспензии казеина, казеинатов, копреципитатов, белковые разнообразные массы из под сырной сыворотки и расплавленная сырная масса. Сдвиговые свойства этих продуктов оценивают главным образом предельным напряжением сдвига (ПНС) и показателями вязкости. Измерения проводят при напряжениях ниже и выше ПНС. Характеристики этих систем описываются различными реологическими параметрами, которые определяются выбранной математической моделью тела и ее соответствием реальным условиям течения.

Структурно-механические свойства в области практически неразрушенныхструктур можно характеризовать законом Гука.

Деформационное поведение продуктов при напряжениях, меньших предельного напряжения сдвига, обычно характеризуют кинетическими кривыми деформации, модулями упругости, периодами релаксации и наибольшей - эффективной вязкостью практически неразрушенной структуры.

При дальнейшем увеличении напряжения наблюдается ползучесть. После снятия напряжения деформации сначала уменьшаются мгновенно на величину начальной, а затем постепенно до некоторой остаточной величины, которая для всех напряжений при одном и том же времени после разгрузки постоянна. При наибольшем напряжении, близком к пределу текучести, происходит частичное разрушение структуры и начинается пластично-вязкое течение с малым градиентом скорости. Оно характеризуется наибольшей эффективной вязкостью (около 5·10⁵ Па·с). Эффективная вязкость, соответствующая состоянию ползучести, имеет величину, примерно в 3 раза большую (16·10⁵ Па·с), так как течение продукта происходит практически без разрушения структуры.

Структурно-механические свойства пластично-вязких продуктов от начала течения до предельного разрушения структуры характеризуются эффективной и пластической вязкостью и предельным напряжением сдвига. Поскольку эти характеристики определяются при сравнительно высоких градиентах скорости и напряжениях сдвига, они являются наиболее существенными по сравнению с другими для расчета перемещения продуктов в рабочих органах машин и аппаратов. Они же более глубоко характеризуют внутреннюю сущность объекта, т.е. его качественные показатели.

Вязкостные характеристики сладких творожных масс и творога различной жирности. Творог относится к структурированным дисперсным системам. В процессе производства он подвергается различным видам обработки, включая охлаждение, перемешивание, транспортирование по трубопроводам, прохождение через дозирующие устройства, насосы и др. При этом нередно происходит разрушение дисперсной системы, в результате чего структурно-механические свойства продукта значительно изменяются, что оказывает существенное влияние на протекание технологического процесса, работу машин и аппаратов, их энергозатраты и другие показатели работы оборудования.

Среди основных реологических свойств (пластичность, вязкость, прочность, упругость и др.) наиболее существенное влияние на тепловые и гидромеханические процессы при выработке творога оказывают его вязкостные свойства. С целью получения дополнительных сведений об эффективной вязкости обезжиренного творога, а также творога жирностью 9 % и 18 %, изготовленного по традиционной технологии и раздельным способом выполнены проф. Л.К. Николаевым.

Расчетным путем была определена толщина градиентного слоя :

= 2 π n R /γ*, (2.24)

где n – частота вращения ротора, c^-1; R – радиус ротора, м; γ* – градиент скорости, с ^-1.

Исследования эффективной вязкости обезжиренного творога проводили при температурах 10, 20, 30 и 50 ⁰С в диапазоне изменения градиента скорости от 0,33 до 145 с^-1.

Анализ результатов испытаний показывает, что при изменении температуры обезжиренного творога от 10 ⁰С до 50 ⁰С в интервале значений градиента скорости от 0, 33 с^-1 до 1,0 с^-1 эффективная вязкость его уменьшалась в 3-5 раз, в интервале от 1 с^-1 до 5,4 с^-1 – в 5-6 раз. При этом наибольшее снижение эффективной вязкости с возрастанием градиента скорости в указанных интервалах наблюдалась при температуре продукта 50 ⁰С. С увеличением градиента скорости от 9 с^-1 до 145 с^-1 эффективная вязкость творога при температуре 10 ⁰С снизилась в 5,4 раза, а при температуре 50 ⁰С – только в 4,2 раза, что можно объяснить более значительным разрушением его структуры при более высоких температурах.

В целом же с возрастанием градиента скорости от 0,33 с^-1 до 145 с^-1 при температуре 10 ⁰С эффективная вязкость творога уменьшилась в 110-120 раз, а при температуре 50 ⁰С – в 220 раз.

Исследование реологических характеристик полужирного творога с содержанием жира 9 %, изготовленного раздельным способом, проводили при температурах продукта 10, 15, 20, 25 и 30 ⁰С и градиенте скорости от 0,17 с^-1 до 8,1 с^-1.

Анализ результатов реологических исследований полужирного творога показывает, что при повышении температуры от 10 до 30 ⁰С эффективная вязкость полужирного творога при градиенте скорости 0,17 с^-1 уменьшилась в 5,8 раза, а при 5,4 с^-1 – в 8 раз. При возрастании градиента скорости от 0,3 до 5,4 с^-1 эффективная вязкость продукта при температуре 10 ⁰С снизилась в 15,8 раза, а при температуре 30 ⁰С – в 28 раз, т.е. на разрушение структуры продукта существенное влияние оказывает градиент скорости.

Исследование реологических характеристик жирного творога с содержанием жира 18 %, изготовленного традиционным способом, проводили при температурах продукта 12,5, 15, 20, 25 и 30 ⁰С и изменении градиента скорости от 0,17 с^-1 до 16,2 с^-1. Результаты исследований показали, что при температуре 15 ⁰С и изменении градиента скорости от 0,17 с^-1 до 13,5 с^-1 эффективная вязкость жирного творога с содержание жира 18 % уменьшалась в 59,4 раза, а при температуре 30 ⁰С – в 45,8 раза. При одном и том же значении градиента скорости (0,17 с^-1) и изменении температуры от 12,5 до 30 ⁰С эффективная вязкость снизилась в 5,1 раза, а при градиенте скорости 4,5 с^-1- в 4,7 раза.

Следовательно, как и в предыдущих исследованиях, уменьшение эффективной вязкости творога, т.е. разрушение его структуры, происходит главным образом с возрастанием градиента скорости. Это свидетельствует о том, что с целью уменьшения разрушения структуры творога процесс его обработки необходимо осуществлять при сравнительно небольших значениях градиента скорости.

Для обобщения результатов исследований эмпирически подобрали комплексный коэффициент К (кг/кг):

К = ж+U+б+ , (2.25)

где ж – жиросодержание, т.е. отношение массы жира к общей массе продукта без жира, кг/кг; U – влагосодержание, т.е.отношение массы влаги к массе сухого остатка, кг/кг; б – содержание белка и золы, т.е. отношение массы белка и золы к общей массе продукта без них, кг/кг; с – сахаросодержание, или отношение массы сахара к общей массе продукта без сахара, кг/кг.

Для расчета эффективной вязкости жирного творога и сладких творожных масс используют формулу:

η_эф = В (ω/ω₁)^-m = Вω_*^-m (2.26)

где В – эффективная вязкость, Па·с, при единичном значении окружной скорости; ω – окружная скорость боковой поверхности ротора коаксиально-цилиндрического вискозиметра, м/с; ω₁ – окружная скорость, равная единице ее измерения, т.е. 1 м/с; ω_* - безразмерная окружная скорость (ее числовое значение).

Механическое воздействие на сырковую массу ведет к разрушению ее структуры. Интенсивное мятие и перетирание продукта вызывает резкое снижение предельного напряжения сдвига.

В итоге из пластично-вязкого тела продукт превращается в жидкообразную систему без статического предельного напряжения сдвига. Аналогичные результаты наблюдаются при длительном перемешивании творога и особенно творожно-сырковой массы.

Формирование структурно-механических свойств сырной массы. Структурно-механические свойства сырной массы начинают формироваться еще до того момента, когда она станет монолитом, т.е. на стадии обработки зерна в ванне. По данным А.А. Майорова именно тут закладываются условия, определяющие ход процесса созревания, в том числе и динамику изменения структурно-механических характеристик. По мнению М.П. Щетинина созревание сыра заключается в превращении белков молока в различные формы азотистых соединений. При этом изменяется структура и реологические свойства сырной массы. Сыр приобретает соответствующие вкус, запах и рисунок. Происходит потеря массы бруска за счет испарения влаги с его поверхности и развития на ней плесени и слизи. Для очистки поверхности сыра, предотвращения появления на ней нежелательной микрофлоры используют мойку, последующую обсушку и нанесение полимерно-парафинового сплава. Снижения усушки добиваются применением различных защитных покрытий: полимерных пленок, дисперсий полимеров и уже названного выше, полимерно-парафинового сплава. Кроме того, в камерах созревания поддерживается определенный температурно-влажностный режим, что способствует нормальному протеканию биохимических процессов в сырной массе, созданию менее благоприятных условий для снижения усушки сыра.

Самым эффективным из действующих факторов является температура второго нагревания, определяющая в значительной степени гидрофильные свойства сырной массы и, соответственно, ее структурно-механические (реологические) характеристики.

Необходимость в повышении объективности оценки консистенции привела к появлению ряда методов измерения структурно-механических свойств сыра и, в первую очередь, полученных при его реологических испытаниях.

Наиболее обобщающее эмпирическое выражение для описания реологического показателя было предложено С. Блэром:

φ = Р S^-1t ^k, (2.27)

где φ – реологическая константа материала; Р – напряжение; S – деформация; t – время деформирования; и k – структурно-чувствительные коэффициенты

Исследователи применяли различные характеристики и приборы для измерения реологического показателя (Кучера Ф., Крамер А., Кестнер Г., Табачников В.П. и др.) и, по общему мнению, одной из наиболее универсальных характеристик консистенции сырной массы признана твердость.

Показатель твердости измеряется глубиной погружения в сырную массу конусного индикатора с углом раскрытия 30 ⁰ и весом 150 г. Глубина погружения индикатора за 5 с, выраженная в десятых долях миллиметра, представляет собой показатель пенетрации. Последний обратно пропорционален величине твердости, рассчитываемой по формуле:

Т = 95300П ,(2.28)

где Р – нагрузка, создаваемая весом конуса, н; Т – твердость, кПа; П – показатель пенетрации, усл. ед.

Поскольку твердость сыра зависит от его температуры, авторами (Табачников В.П., Тетерева Л.И.) предлагается формула для приведения значений твердости к унифицированному (стандартному) показателю, измеренному при 20 ⁰С:

П₂₀ = П + ,(2.29)

где П – показатель пенетрации при температуре измерений, усл. ед.; П₂₀ – величина показателя пенетрации, приведенная к 20 ⁰С, усл. ед.; К_N – коэффициент изменения показателя пенетрации при изменении температуры сыра на 1 ⁰С (от 2,0 % до 4,5 %); t – температура изменения.

Хорошо зарекомендовавшим себя показателем считается предельное напряжение среза сыра. Для его измерения необходимо использовать специальные консистометры-пробоотборники. Приборы компактны и могут быть использованы непосредственно в сырохранилищах. Отсчет показаний прибора проводится по шкале, на которой фиксируется максимальное (предельное) напряжение среза. Показания прибора так же, как и в случае измерения твердости, следует приводить к нормальным условиям (температура 20 ⁰С). Для этого используется формула

τ₂₀ = τ - , (2.30)

где τ – предельное напряжение среза при температуре измерений, кПа; τ₂₀ – предельное напряжение среза, приведенное к показателю 20 ⁰С, кПа; k_C – температурный коэффициент (от 5 % до 16 %) для разных видов сыров; t – температура измерения, ⁰С.

При созревании сыра из реологических показателей более всего меняется показатель вязкостных свойств, причем эта тенденция выражается сильнее у сыров с высокой температурой второго нагревания, менее – у мелких сыров, а у полутвердых либо вообще отсутствует, либо имеет обратную направленность.

Основным фактором является химический состав сырной массы, т.е. содержание в сырной массе влаги и жира. Установлено, что при содержании влаги в сырной массе менее 40 % ее дальнейшее снижение увеличивает твердость. Это однозначно относится ко всем видам сыров и отчетливо прослеживается в возрастании твердости корковых слоев. Влияние липидной фракции на реологические свойства заключается в снижении твердости сырной массы при увеличении массовой доли жира. Влияние массовой доли белков отдельно не рассматривается, поскольку она является остаточным компонентом трехкомпонентной системы «жир-белок-вода», которая и образует сыр.

Влияние массовой доли жира на консистенцию свежеотпрессованного сыра нелинейно и особенно сильно сказывается в диапазоне массовых долей жира от 0 до 20 %. При одинаковой массовой доле влаги увеличение доли жира снижает твердость сырной массы примерно на 8-10 % на каждые 10 % повышения массовой доли жира в сухом веществе. Поэтому для получения сыра с хорошей консистенцией его не вырабатывают с массовой долей жира ниже 20 % в сухом веществе. С целью обеспечения необходимых структурно-механических показателей сыры с низким содержанием жира вырабатывают с повышенной влагой.

Диапазон варьирования твердости свежеотпрессованной сырной массы лежит в пределах от 10 до 6 кПа. Нижнему значению соответствует состояние минимального содержания влаги и максимального содержания жира. После окончания прессования сыр имеет самое минимальное значение твердости за весь период созревания.

Твердость сырной массы у свежеотпрессованного сыра, как и на протяжении всего созревания, зависит от температуры. Повышение температуры вызывает снижение твердости сырной массы.

Наибольшие изменения реологических свойств сырной массы происходят на следующем этапе при посолке сыра. Температура рассола поддерживается в диапазоне от 6 % до 12 %, чаще всего 8-10 ⁰С.

Структурно-механические свойства сырной массы помимо того, что они напрямую влияют на оценку консистенции зрелого сыра, влияют еще и на характер развития рисунка в сыре.

Известно, что рисунок в сырах, состоящий из глазков круглой или овальной формы есть результат взаимодействия твердой и газообразной фазы сыра. При этом немаловажную роль играет способность сырной массы деформироваться под влиянием давления газов и впоследствии сохранять следы взаимодействия в виде полостей в сыре. Количественное описание этого процесса требует знания как минимум двух деформационных характеристик. Первая из них должна содержать информацию о величине деформации под действием приложенной силы, а вторая – о величине остаточной деформации после прекращения действия силы.

Измерение реологических характеристик сырной массы производится либо с помощью консистометра – пробоотборника ВНИИМС, либо с помощью пенетрометра АР4/1.

Полученные результаты приводят к значениям при температуре 20 ⁰С и соотносят с показателями, характерными для сыров различных групп.

Сырная масса, расположенная в корковой области сыров, имеет значения твердости, превышающие максимальные из приведенных в контрольной таблице. На практике это означает, что эта часть сырной массы не используется потребителем, идет в отход: для разных сыров этот показатель соответствия консистенции различен и зависит от распределения твердости сырной массы и геометрических размеров брусков сыра.

Сдвиговые свойства расплавленной сырной массы разной жирности. К структурно-механическим свойствам плавленого сыра как твердого тела относятся упругость, пластичность, твердость и пр. Твердые тела под влиянием приложенных сил изменяют свой объем и форму – деформируются до определенного предела пропорционально приложенному давлению; при снятии давления деформация исчезает. Это явление известно как упругая деформация. Для сложных структур, к которым относится и плавленый сыр, требуется ряд констант упругости.

При определенных условиях (повышение температуры, увеличение влаги и др.) плавленый сыр приобретает свойства текучести, что позволяет определять его вязкость, т.е. свойство оказывать сопротивление при перемещении одной частицы сыра относительно другой. Это свойство выражают в виде абсолютной, кинематической и относительной вязкости.

Если после снятия нагрузки деформация не исчезает полностью, она называется пластической. Остаточная деформация – изменение формы и размера тела, вызванное действием внешних сил, и не исчезающее после прекращения этого действия.

Белковые продукты, в том числе и плавленые сыры, являются высокополимерными веществами. Для них наиболее показательны структурно-механические свойства. Структурно-механические свойства плавленых сыров как твердого тела характеризуются под нагрузкой упругой и пластической деформацией. Процессы высокоэластичной деформации протекают главным образом внутри больших молекул и связаны с изменением формы цепей, а процессы пластической деформации вызывают взаимное перемещение гигантских молекул. Соотношения между нагрузками, вызывающими упругую деформацию, определяют, в конечном счете, силу связей между отдельными цепями полимера или внутри них.

В плавленых сырах со сравнительно высоким содержаниям влаги и жира, как показали исследования, процессы пластической деформации в значительной степени преобладают над процессами упругой деформации.

Для определения структурно-механических свойств плавленых сыров исследуют их деформацию под различными нагрузками, применяя консистометр Гепплера.

На вязкость плавленого сыра влияют вид, доза солей-плавителей, зрелость исходного сырья и активная кислотность готового продукта.

Во всех случаях с повышением дозы соли вязкость увеличивается. Больше всего влияет на вязкость сыра доза цитратов, в меньшей степени – метафосфатов и еще меньше – фосфатов.

Кроме того, имеет значение зрелость исходного сырья. Наибольшая вязкость у плавленых сыров, выработанных из незрелых сыров.

Также вязкость во многом зависит от активной кислотности сыра. В зоне рН от 5 до 6 с повышением активной кислотности сыра увеличивается и его вязкость. С повышением значения рН плавленых сыров их вязкость уменьшается, для метафосфатов активная кислотность соли является основным фактором, определяющим вязкость.

Для цитратов наряду с кислотностью вязкость зависит и от других факторов, например зрелости сыра. При снижении значений рН в зрелых сырах вязкость вновь повышается, но не достигает первоначальной величины, характерной для сыров из незрелого сырья.

Вязкость плавленых сыров при одинаковом содержании влаги, жира и белка повышается с увеличением дозы соли-плавителя и активной кислотности сырной массы. Повышение зрелости сырной массы снижает вязкость плавленого сыра. Вязкость сыров выработанных с цитратами- наибольшая, с дифосфатами – наименьшая.

Таким образом, на константу вязкости плавленого сыра влияют: скорость истечения сыра, его температура, содержание влаги и жира, реакция среды, вид и доза солей-плавителей, а также зрелость исходного сырья. Показатель вязкости (η) в известной мере может дать объективные представления о консистенции плавленого сыра по сравнению с органолептической оценкой.

Предельное напряжение сдвига сублимированных молочных продуктов. Эти продукты требуют оводнения при различном соотношении массы продукта и воды. Консистенцию продукта характеризовали предельным напряжением сдвига, определяемым на коническом пластометре. Наилучшее качество продуктов достигается в период, когда влага равномерно распределяется по всему объему и значение предельного напряжения сдвига становится максимальным.

Наилучшее качество продуктов достигается в период, когда влага равномерно распределяется по всему объему и значение предельного напряжения сдвига становится максимальным.

Сдвиговые свойства гелей. Эти свойства целесообразно определять с помощью прибора Вейлера-Ребиндера, формируя гель непосредственно в зазоре между плоскопараллельными пластинами прибора и затем снимая кривые его деформирования при постоянных нагрузках.

В данном случае определяют следующие реологические характеристики:

- модуль условно-мгновенной упругости (в Па):

G₁ = θ / γ , (2.31)

- эластический модуль упругости (в Па):

G₂ = θ / (γ_m – γ₀), (2.32)

- равновесный модуль (в Па):

G₃ = θ / γ_m, (2.33)

- вязкость истинного течения (в Па·с):

η₁ = (θ – θ _к1) /γ , (2.34)

- вязкость упругого последействия (в Па·с):

η₂ = θ/ (γ – γ ), (2.35)

- период истинной упругой релаксации (в с):

τ₁ = η₁ /G_1, (2.36)

- период эластической релаксации (в с):

τ₂ = η₂ /G₂, (2.37)

В зависимостях 2.31-2.37 приняты следующие обозначения: θ – напряжение сдвига; γ₀ - условно-мгновенная относительная деформация (условно принятая деформация за время 1 с); γ_m – обратимая составляющая общей деформации γ_, γ_m = γ – γ_ост, где γ_ост – остаточная деформация; γ_max – скорость сдвига в момент времени 1 с (после условно-мгновенной деформации); γ_min – скорость сдвига в момент начала необратимого течения сырной массы.

Сдвиговые свойства сыров. При исследовании сдвиговых характеристик сыров используют реологические методы, которые более быстродейственные и поэтому применимы для массовых измерений и контроля производства. Из таких экспресс-методов наибольшее применение получили методы пенетрации и реологического зондирования.

Пенетрацию осуществляют с помощью полуавтоматических пенетрометров «Лабор» (производства Венгрии) или АР4/1 (Германия). Измеряют в показателях пенетрации (1 ед. пенетрации равна 1·10^-4 м) глубину погружения в продукт конусного (угол конуса 30 ⁰С) или шарового (диаметр 0,0127 м) инденторов под действием полезной массы подвижной части прибора, равной соответственно 0,15 и 0,4 кг за 5 с. По величине показателя пенетрации конусом вычисляют пенетрационную твердость θ_т (в Па), пользуясь формулой Ребиндера для определения предельного напряжения сдвига.

Величина пенетрационной твердости тесно коррелирует (корэффициент 0,8-0,9) с предельным напряжением сдвига сыра θ₀, определенным методом конического пластометра Ребиндера.

Реологические характеристики сыра сильно зависят от его возраста и химического состава. Например, сыры голландской группы при одинаковой влажности имеют в 75-дневном возрасте величину пенетрационной твердости на 20-25 % ниже, чем в 10-дневном.

Особенно тесная корреляционная связь (0,7-0,9) наблюдается между влажностью и твердостью сыра.

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.).

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.

2.4 Компрессионные и прочностные характеристики пищевых
продуктов

Компрессионное уплотнение продуктов сопровождается, как правило, изменением их фазового состояния. Фазовое состояние высокобелковых молочных продуктов, являющихся пористыми дисперсными телами можно охарактеризовать фазовыми объемами (объемной пористостью), которые определяют по формулам:

_п = (V_г +V_ж)/V, (2.38)

_г = V_г /V, (2.39)

где _п - общая пористость продукта, м³/м³; _г - пористость продукта по газу, м³/м³; V, V_ж,V_г - соответственно объем всего продукта и объем пор (полостей), заполненных жидкой и газообразной фазой.

Пористость материалов часто характеризуют также коэффициентом пористости ε_п, который связан с общей объемной пористостью соотношением:

ε_п = /(1- ), (2.40)

Компрессионные свойства сыров оценивают также методом одноосного сжатия цилиндрической или прямоугольной пробы сыра с постоянной скоростью. При этом за показатель компрессии принимают выражаемое в процентах отношение высоты образца к его высоте до сжатия.

Существенный интерес представляют работы В.П. Табачникова и др. по определению компрессионных характеристик сыров, в том числе в условиях наложения вибраций и использования ультразвука для оценки структурно-механических свойств. В частности, определена скорость распространения ультразвука, которая составляет в среднем для сыров различных видов: российского – 1365 м/с, пикантного – 1535, костромского -1645 и голландского брускового – 1650 м/с. Резонансную частоту датчика меняли от 50 до 300 кГц. С уменьшением температуры скорость распространения ультразвука повышается. Она зависит также от длительности хранения сыра, достигая максимума к 30-40 дням.

Плотность молока и молочных продуктов. Плотность является существенной характеристикой при расчете ряда машин и процессов. Она зависит как от давления, действующего на продукт, так и от химического состава его.

Плотность молока ρ (в кг/м³) с содержанием жира 0,03 кг/кг (3 %) и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) 0,087 кг/кг (8,7 %) при температуре от 10 до 45 ⁰С подчиняется зависимости:

ρ = 1035 – 0,358t + 0,0049t² – 0,0001t³, (2.41)

а плотность обезжиренного молока [φ= 0,0002 кг/кг (0,02 %), СОМО – 0,089 кг/кг (8,9 %)] в том же интервале изменения температуры:

ρ = 1036,6 – 0,146t + 0,0023t² – 0,00016t³, (2.42)

Плотность творожно-сырковых масс определена при давлениях (0,1 16)·10⁵ Па и продолжительности воздействия давления 180 с:

ρ = 1430 – 250 К + (60 К – 100) lg р, (2.43)

где К – вычисляется по уравнению 2.32. Ошибка не превышает 6 %.

Плотность кисломолочных продуктов (ацидофилина, кефира, простокваши) практически не отличается от плотности исходного молочного сырья до заквашивания.

Плотность сливок в зависимости от температуры определяется по зависимости:

ρ/ρ_пр = 1,125 – 0,15Т/Т_ПР, (2.44)

Плотность сгущенных молочных продуктов понижается с повышением температуры и повышается с увеличением концентрации сухих веществ.

Плотность сгущенного молока с сахаром и какао со сгущенным молоком и сахаром в зависимости от температуры может быть вычислена по формуле

ρ/ρ _пр = 1,19 – 0,19 Т/Т_ПР, (2.45)

при Т_ПР = 308 К и Q _пр = 1295 кг/м³.

Формула (2.45) действительна при 293 .

Плотность высокобелковых молочных продуктов зависит от содержания в них сухих веществ. Величину плотности последних можно определить по формуле адитивности (1.43, в), принимая плотность белка 1280 кг/м³, жира – 930, лактозы – 1530, минеральных веществ – 2400 кг/м³. Средние значения плотности сухого вещества сыров при 45 % жира в сухом веществе составляют 1189 кг/м³, при 50 % жира – 1165 кг/м³.

Плотность сгустка зависит от количества внесенного фермента, температуры свертывания и кислотности молока. Изменяя температуру и продолжительность свертывания, регулируют плотность сгутка. Свойства сгустка существенно влияют на поведению сырного зерна в последующей обработке его.

Компрессионные характеристики фарша при объемном сжатии. Для определения деформационного изменения фарша от давления предложено общее уравнение для объемных деформаций вида:

, (2.46)

где , - коэффициенты, зависящие от механического, физико-химичес-кого состояния мясного фарша, его состава и особенностей исходного сырья; р - давление, Н/м²; - длительность, с.

Общую деформацию фарша рассматривают как состоящую из трех зон. При напряжениях, меньших предела упругости, который в среднем прини-мается равным 10⁵ Па, наблюдается зона мгновенно-упругих деформаций. Для нее модуль упругости составляет 0,6^.10⁷ Па. Величина упругой относительной деформации достигает максимального значения и составляет 1,6^.10^-2, при увеличении нагрузки она остается постоянной. Вторая - зона упругого последействия, лежит в пределах напряжений (1÷3,5)^.10⁵ Па. Третья - зона пластических деформаций, лежит в области напряжений, превышающих 3,5^.10⁵ Па. При этом общая деформация зависит не только от напряжения, но и от длительности его действия.

Компрессионные характеристики фарша при осевом сжатии между двумя пластинами. Предлагается величину относительной деформации сжатия фарша вычислять по зависимости вида:

, (2.47)

где = - абсолютная деформация слоя продукта за время , с, при скорости сжатия , м/с; - величина прогиба тензобалки прибора в момент измерения, м; Н ₀ – начальная высота слоя продукта, м.

Прочностные характеристики целых тканей мяса и мясопродуктов. В табл. 2.1 приведены значения прочностных характеристик мяса и мясопродуктов по усилию резания на единицу длины лезвия ножа. При этом лезвие ножа установлено нормально скорости его перемещения, заточено под малым углом, тонкое и движется со скоростью 1 м/с.

Таблица 2.1

Прочностные характеристики целых тканей мяса и мясопродуктов

Продукт	Сопротивление резанию р ·10-3, н/м	Предел прочности ·10-5, н/м2
сырых	вареных	растяжение	сжатие
Мускулы разные Волокна: коллагеновые эластиновые Парное мясо Плотная часть кости Поверхностный жир (филейный) Шкура	1,3-8,8 41,0 27,5 5-8 - 4,2 -	2,7-4,8 7,3 14,4 - - 1,0 -	10-20 2000-6500 1000-2000 - 500-1200 - 100-400	- - - 400-900 - -

Плотность мяса и мясопродуктов. Плотность, как одно из фундаментальных свойств, является существенной характеристикой при расчете машин и аппаратов и оценке качества продукта. Среднюю плотность продукта , кг/м³, для сравнительно небольшого объема определяют по формуле

= m / V, (2.48)

где m - масса продукта, кг; V - объем продукта, м³.

Плотность смеси из нескольких компонентов, когда они не вступают во взаимодействие, при котором меняется состав или объем смеси, вычисляют по формуле

, (2.49)

где - содержание одного из компонентов смеси, кг на 1 кг смеси; - плотность компонента, кг/м³; i - количество компонентов.

Плотность жидкообразных систем при изменении температуры вычисляют по формуле

, (2.50)

где - плотность при температуре , кг/м³; - коэффициент температурного расширения, 1/К; - плотность при более высокой температуре t, кг/м³.

Плотность жидкообразных белковых систем (мясной бульон, кровь и др.), содержащих большое количество воды, вычисляют по зависимости

, (2.51)

где - плотность при фиксированной температуре t иконцентрации с, кг су-

хого вещества на 1 кг продукта; - плотность при концентрации, равной нулю, и той же температуре, кг/м³, (обычно равна плотности воды); а - эмпирический коэффициент, кг/м³.

Для вязко-пластичных (мясной фарш и др.), кусковых, сыпучих и порошкообразных продуктов плотность зависит от давления, иногда даже в большей мере, чем от температуры. Для конкретного продукта определяется по расчетным зависимостям.