Основные структурно-механические свойства пищевых продуктов ( Сдвиговые характеристики) 1. Сдвиговые свойства пищевых масс: эффективная и пластическая вязкость, предельное напряжение сдвига, период релаксации и др. 2. Сдвиговые характеристики жидкообразных мясных продуктов. 3. Сдвиговые характеристики твердообразных мясных продуктов.

Сдвиговые свойства Сдвиговые свойства - характеризуют поведение объема продукта при воздействии на него касательных (под углом к продукту) сдвиговых напряжений. Вязкость, Па·с - это способность тела оказывать сопротивление относительному смещению его слоев. Вязкость пищевых продуктов уменьшается при повышении влажности, температуры, жирности и возрастает с увеличением концентрации растворов, степени их дисперсности.

Исаак Ньютон И.Ньютон разработал теорию движения жидкостей и твердых тел, движущихся в сопротивляющейся среде, открыв линейный закон вязкого сдвигового течения жидкостей: θ - касательное напряжение сдвига, Па; η – ньютоновская (эффективная) вязкость ɣ· – скорость деформации сдвига; где Исаак Ньютон (Isaac Newton) ( ) английский учёный- энциклопедист,

F 2 F 1 ΔnΔn n ΔV Вязкость - это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу её слоёв, Па·с F1- сила сдвигающая 1-й слой относительно второго F2 -сила трения между слоями, обусловленная вязкостью, которая оказывает сопротивление сдвигу. Где V-относительная скорость сдвига слоев, м/с; n- элементарная толщина слоя, м; V/n- градиент скорости характеризуется значением tg α S-площадь соприкосновения слоев; (м²) μ- коэффициент динамической вязкости, или просто вязкость, (ПаС) Где V-относительная скорость сдвига слоев, м/с; n- элементарная толщина слоя, м; V/n- градиент скорости характеризуется значением tg α S-площадь соприкосновения слоев; (м²) μ- коэффициент динамической вязкости, или просто вязкость, (ПаС) Физический смысл коэффициента вязкости μ состоит в том, что он численно равен силе трения между слоями движущейся жидкости толщиной n=1 м, c площадью соприкосновения S=1 м 2 силе относительной скорости сдвига слоёв V =1 м/с. α

Сдвиговые свойства Динамическая вязкость μ - характеризует внутреннюю силу трения среды, которую необходимо преодолеть для перемещения единицы поверхности одного слоя относительно другого при градиенте скорости смещения равном единице. За единицу динамической вязкости принята вязкость такой среды, у которой один слой при действии силы в 1Н на квадратный метр, перемещается со скоростью 1 м/с относительно другого слоя, находящегося на расстоянии 1 м. Измеряется динамическая вязкость в Нс/м 2. или Па·с Кинематическая вязкость ν – это величина равная отношению динамической вязкости к плотности среды и выражается в м 2 /с. Величина обратная вязкости называется текучестью.

Вязкость

Сдвиговые свойства Текучесть – величина, обратная вязкости. Текучесть - способность изменять форму за малое время под действием даже малой силы. Благодаря этому свойству все жидкости льются в виде струй, разбрызгиваются каплями, принимают форму того сосуда, в который их нальют.

Деформация твердого тела Деформация жидкости где G – модуль Юнга, который связан с жесткостью твердого тела; τ – напряжение сдвига; γ=dL/dy – относительная деформация; y – высота твердого тела. сдвиговое напряжение в твердом теле пропорционально деформации сдвиговое напряжение в жидком теле пропорционально скорости деформации Под действием усилия твердые тела деформируются, а жидкие – текут. Параметры G и η в свою очередь в уравнении играют роль коэффициента, характеризующего главным образом природу тела, подвергаемого сдвигу.

Сдвиговые свойства Течения пищевых дисперсных систем описывается уравнением Гершеля-Балкли, связывающего напряжение сдвига с тремя константами продукта: = η эф ·, откуда η эф = где - предельное напряжение сдвига, Па; - коэффициент, пропорциональный вязкости, Па·с, - градиент скорости ( du|dr) или скорость деформации сдвига (d /dr ), с -1 ; n - индекс течения; и - скорость движения элементарного слоя, м/с; r - линейный размер по нормали к вектору скорости, м; - относительная деформация; - время, с.

Сдвиговые характеристики Предельное напряжение сдвига Ө 0 (Па) – это усилие, приходящееся на единицу площади поверхности продукта, при превышении которого продукт начинает течь, т.е. минимальное усилие при котором начинается сдвиг., где k – коэффициент, зависящий от угла конуса m – масса конуса с грузом h – глубина погружения конуса

Сдвиговые характеристики жидкообразных продуктов Зависимость вязкости мясокостного бульона от концентрации и температуры t, ºС η ·10 3, Па·с Клеевые и желатиновые бульоны при одной и той же концентрации имеют различную вязкость, т.к. отличаются размерами частиц продуктов распада глютина. Зависимость вязкости крови от концентрации и температуры η ·10 3, Па·с Вязкость крови наибольшая у свиней, затем крупный и мелкий рогатый скот t, ºС

Сдвиговые характеристики жидкообразных продуктов Зависимость вязкости топленых животных жиров от температуры η·10 3, Па·с t, ºС Зависимость вязкости топленых животных жиров от температуры а 1 и а 2 – эмпирические коэффициенты, представлены в таблице, t – температура жира Вид жира Коэффициенты к уравнению а 1, Па·са 2 а 2 Говяжий 33,41,8 Свиной 21,51,71 Бараний 23,61,7 η эф =a 1 t -a 2,

Сдвиговые характеристики жидкообразных продуктов t, оСt, оС η·10 3, Па·с Зависимость вязкости цельного молока от температуры Добавление к молоку сахара или соли повышает его вязкость, которая становится ещё больше после пастеризации молока при высокой температуре Сгущенное молоко является псевдо эластичными неньютоновскими жидкостями. Вязкость сгущенных молочных продуктов уменьшается с повышением температуры, но увеличивается с повышением концентрации сухих веществ. Высокотемпературная обработка также приводит к повышению вязкости.

Сдвиговые характеристики жидкообразных продуктов Вязкость сливок можно определить по формуле: Вязкость расплавленного сливочного масла: η эф =K· n-1 Вязкость кисломолочных продуктов зависит от вида закваски, стабилизатора, разрешенности структуры и ряда других параметров. Средние значения коэффициента динамической вязкости для этих продуктов следующие: сметана жирностью 20% η·10 3 = 22 – 84 Па·с; кефир нежирный – η·10 3 =10 – 16 Па·с; простокваша η·10 3 =9,5 – 13 Па·с. Т, 0 С Градиент скорости ,, с -1 nK 160, , , ,3350,2

Сдвиговые характеристики твердообразных продуктов Вязкость твердообразных мясопродуктов можно рассчитать по формуле: η эф = Наименование фарша Предельное напряжение сдвига, Па Пластическая вязкость, Па. с Коэффициенты В, Па. с, Па. сn Говядина куттерованная (с водой) Свинина полужирная куттерованная (с водой) Колбаса: любительская докторская чайная ливерная при t, 0 С Сосиски свиные Котлеты ,1 6,0 5,0 4,3 3,5 6,0 3,0 3, ,73 0,72 0,79 0,75 0,79 0,80 0,77 0,76

Сдвиговые характеристики Влияние рН. Исследование сдвиговых характеристик фарша в интервале рН от 3,0 до 10,0 показало, что наименьшее значение вязкости и ПНС (наибольшая текучесть) фарша при рН ок.5,0. При изменении рН на 1,0 приводит к увеличению вязкости и ПНС фарша как при увеличении, так и при снижении рН от 5,0. Жесткость цельных тканей мяса после тепловой обработки в течение 1 ч при С с увеличением рН от 5,6 до 6,9 снизилась в 3 раза, при этом пропорционально рН уменьшались потери при термообработке, а рН вареного мяса было выше, чем сырого до термообработки на 0,2-0,5 единиц. Влияние температуры. При исследовании сдвиговых характеристик в области от 2 до 35 0 С, установлено, что повышение температуры вызывает снижение значений всех реологических характеристик, за исключением темпа разрушения структуры, т.к. при этом ослабляются связи в водно- белково-солевых прослойках, что приводит к уменьшению вязкости и ослаблению прочности структуры.

Влияние температуры на сдвиговые характеристики мясных систем Зависимость ПНС (а) и пластической вязкости (б) от от температуры и длительности выдержки.

Влияние влажности на сдвиговые характеристики мясных систем Повышение влажности фарша приводит к двум противоположным процессам: утолщению жидкостных прослоек дисперсионной среды между частицами, снижению концентрации белков в этих прослойках, что приводит к уменьшению прочности структуры и снижению вязкости. В то же время одновременно происходит увеличение диаметра и набухание мышечных волокон из-за осмотического перераспределения влаги, что приводит к увеличению их поверхности, связыванию влаги и возрастанию прочности структуры. Суммарное действие этих процессов приводит к незначительному снижению прочности структуры фарша. Влияние уровня добавления воды на вязкость фарша зависит также от содержания в нем жира: чем больше жира, тем меньше снижается вязкость.

Влияние влажности на сдвиговые характеристики мясных систем Зависимость ПНС (а) и пластической вязкости (б) от содержания влаги (U) и жира (φ)

Влияние куттерования на сдвиговые характеристики мясных фаршей В начальный период куттерования (1 фаза) размер частиц уменьшается незначительно, добавление в куттер воды или льда приводит к образованию толстых прослоек вокруг этих частиц, что приводит к снижению и минимальному значению ПНС. Во 2-й фазе происходит интенсивное измельчение частиц, резкое увеличение их общей поверхности (площади), влага из свободной переходи в поверхностно- связанную, что приводит к возрастанию сдвиговых характеристик и достижению их максимального значения. Продолжение процесса куттерования (3 фаза) приводит к перекуттерованию фарша, в результате чего ПНС снижается. Влияние давления. При увеличении давления происходит перераспределение дисперсионной среды в фарше и изменение размера частиц (их деформирование, сокращение количества и объема воздушных пустот), что приводит к упрочнению структуры и возрастанию сдвиговых характеристик, за исключением пластической вязкости, которая практически не зависит от давления.

Влияние куттерования на сдвиговые характеристики мясных фаршей Зависимость ПНС (а) и пластической вязкости (б) от длительности куттерования фарша (τ, мин).

Сдвиговые характеристики сыров По предельному напряжению сдвига (среза) можно судить о консистенции сыра Консистенция Предельное напряжение сдвига, советский, швейцарс- кий костромской, голландский бескорковый (армянский) рассольный Отличная< 73< 14-21< 26< 23 Хорошая Удовлетвори- тельная Твердая, грубая >110>45>55>45

Сдвиговые характеристики сыров Предельное напряжение сдвига θ 0, Па, различных сыров Виды сыров Температура t, о С 51013,521,5 Сибиряк Радонежский Орбита Колбасный