Text
                    СТРУКТУРНО -
МЕХАНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПИЩЕВЫХ
ПРОДУКТОВ
СПРАВОЧНИК
Под редакцией проф., д-ра техн.
наук А. В. Горбатова
ПРОЛШШЛЕННОСТЬ-> 10S2


ББК36 Г" 87 УДК 664.017.002.64(035) А. В. Горбатов, С. А. Мачихин, А. М. Маслов, В. П. Табачников Ю. А. Мачихин, В. Д. Косой Структурно-механические характеристики пище- С87 вых продуктов/А. В. Горбатов, А. М. Маслов, Ю. А. Мачихин и др.; под ред. А. В. Горбатова.— М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. — 296 с. В справочнике изложены научные и практические сведения о структурно-механических характеристиках пищевых продуктов как объ- ектов инженерной физико-химической механики. Приведенные данные отражают исследования авторов, а также работы советских и зару- бежных ученых в этой области. Эти сведения дадут возможность заранее рассчитывать технологи- ческие процессы н аппараты, в которых они осуществляются, созда- вать предпосылки для нх механизации и автоматизации, объективно оценивать качество продуктов и получать высококачественные продук- ты при стабилизированных выходах. Справочник предназначен для научных и инженерно-технических работников различных отраслей пищевой промышленности. Может быть использован также преподавателями и студентами пищевых вузов. . 2901000000-103 „„ oft С 103—82 ББК 36 044(01)—82 6П8 Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В. С. БАРАНОВ, д-р хим. наук, проф. Н, Б. УРЬЕВ © ттзлате.— с—■ "-—— ч и пищевая про- мышленность», 19$2
ВВЕДЕНИЕ Одной из задач, поставленных партией и правительством перед народным хозяйством страны, является повышение качества продук- тов и эффективности производства путем строгого соблюдения ре- цептур, сокращения доли ручного труда, комплексной механизации и автоматизации производства. В связи с этим перед научными и производственными работниками пищевой промышленности стоят проблемы создания н освоения прогрессивных технологических про- цессов с применением физических методов обработки; создания но- вых видов оборудования, обеспечивающих повышение эффективности производства; разработки объективных научных методов оценки качества сырья и продуктов и т. д. При решении этих вопросов су- щественное значение имеют реологические методы как научный фундамент для практических и теоретических разработок. Пищевые продукты сложны по химическому составу [6] и об- ладают комплексом различных свойств, которые составляют в сово- купности качество продукции и должны быть учтены при расчете процессов и аппаратов и их совершенствовании. Существующие в настоящее время методы оценки качества продукции часто субъек- тивны и далеки от совершенства. При проектировании машин и ап- паратов не всегда верно учитываются важнейшие физические свой- ства пищевых продуктов. Для научно обоснованного учета этих свойств в различных областях техники и технологии пищевых про- изводств необходима систематизация данных о структурно-механи- ческих характеристиках продуктов. Наиболее полное представление о некоторых существенных ас- пектах качества продукта может дать группа физических свойств, которая проявляет зависимость от биологического и химического состава (рецептуры) и внутреннего строения (структуры продукта). Небольшие изменения этих определяющих характеристик должны вызывать значительные изменения величин свойств, которые регист- рируются приборами. При этом характеристики сырья предопреде- ляют основные показатели готовых продуктов-. К одной из гр.упп таких свойств относятся структурно-механические. Успехи реологии пищевых продуктов, достигнутые советскими и иностранными исследователями, обусловливают все более широкое использование реологических методов в промышленности на качест- венно ноной основе. Они применяются v<* тляч/п в традиционных случаях, та^иХ, .сак изучение (^.о.^сскил .,.....• а расчет движения продуктов в рабочих органах машин, но и для оценки ряда техноло- 3
гических, в том числе и качественных, показателей продуктов, уп- равления ими и получения заранее заданных технологических харак- теристик. Оба направления имеют существенное значение в совер- шенствовании техники и технологии. При этом первоначальной, главной задачей является изучение и определение значений струк- турно-механических характеристик в широком диапазоне изменения основных определяющих технологических, механических и других параметров. Качественное развитие реологии, которая играет важную роль в инженерной физико-химической механике, видно из следующих этапов ее изменения. Классическая реология [7] как наука о течении и деформации реальных тел (техническая механика реальных тел или дисперсных систем) ставит своей задачей изучение свойств существующих про- дуктов и разработку методов расчета процессов течения их в рабо- чих органах машин. Физико-химическая механика [2, 3] как наука о способах и за- кономерностях формирования структур дисперсных систем с заранее заданными свойствами ставит своей задачей: а) установление суще- ства образования и разрушения структур в дисперсных и нативных системах в зависимости от совокупности физико-химических, биохи- мических, механических и других факторов и б) исследование, обо- снование и оптимизацию путей получения структур с заранее задан- ными технологическими (в самом широком понимании этого слова) свойствами. В задачу управляющей реологии [5] входит исследование и обоснование такого сочетания различных видов воздействий, при которых обеспечивается заданный уровень реологических характери- стик в течение всего технологического процесса. Инженерная физико-химическая механика [1] решает перечис- ленные выше задачи и, кроме того, разрабатывает способы приложе- ния установленных закономерностей для расчета машин и аппара- тов и оперативного контроля основных показателей качества по значениям величин структурно-механических характеристик. Реализация исследований методами инженерной физико-химиче- ской механики позволяет стабилизировать выход изделий, получать готовые продукты постоянного, заранее заданного качества, научно обосновать понятие качества продуктов, рассчитывать, совершенст- вовать и интенсифицировать технологические процессы, «конструи- ровать» те или иные виды пищевых продуктов и т. д. Это показы- вает, что реология и инженерная физико-химическая механика пище- вых продуктов превратились из пассивных отраслей знания в производительную силу, позволяющую активно вмешиваться в про- изводственные процессы с целью разработки новых и совершенствова- ния существующих. В справочнике приведены результаты научно обоснованных иссле- дований, полученные с использованием возможно простых теоретиче- ских положений и расчетных зависимостей, пригодных для решения перечисленных выше задач. При этом было принято во внимание [7], что одним из серьезных ограничений теоретической реологии яв- ляется то обстоятельство, что простые и понятные модели, как пра- '1П годятся для практического использования, тогаа как прием- лемые для практики модели оказываются чрезвычаипо сложными, ^то полностью относится к белковым и другим пищевым продуктам, 4
которым кроме сложнейшего физико-химического строения присущи биохимические особенности, зависящие от изменения внешних факто- ров. Для точного описания процессов течения и деформирования этих продуктов понадобились бы составные комплексные модели теорети- ческой реологии и соответствующие дифференциальные уравнения, что, несомненно, неприемлемо для практических целей. Аналогичную идею относительно механики сплошной среды вы- сказывает акад. Л. И. Седов [4]: «...даже в простейших случаях ма- тематически поставленные задачи механики сплошной среды получа- ются очень трудными и неразрешимыми эффективно современными средствами математики. Поэтому приходится видоизменять постанов- ки задач и находить приближенные решения на основе различных механических гипотез и соображений». Для продуктов пищевой промышленности к настоящему времени накоплен обширный фактический материал, относящийся к инженер- ной физико-химической механике. Однако не все исследования выпол- нены^на должном научно-теоретическом и методическом уровне, что резко снижает их ценность, а иногда делает непригодными для прак- тического использования, за исключением ограниченного количества частных задач. По объему и полноте изложения не все разделы спра- вочника равноценны, что объясняется качественным и количествен- ным наличием фактического материала. Основные структурно-механические свойства можно классифици- ровать по характеру приложения к продукту внешних усилий и вы- зываемым имн деформациям: сдвиговые свойства проявляются при воздействии касательных усилий, компрессионные — прн воздейст- вии нормальных усилий и поверхностные — при сдвиге или отрыве продукта от твердой поверхности. При этом поверхностные явления, возникающие в межфазных разделах дисперсных гетероген- ных систем и характеризующие внутреннюю структуру продукта, в последней группе свойств рассматриваются только частично, т. е. в данное понятие вложен смысл, несколько отличающийся от традици- онного. В зависимости от принятой модели реального тела в каждой группе свойств может существовать множество показателей: вязкость, пределы текучести, периоды релаксации, модули упругости, коэффи- циенты внешнего трения и т. п. Для измерения величин характеристик разработаны н используются самые различные приборы периодиче- ского и непрерывного действия. Любой процесс, как непрерывную смену явлений во времени, следует рассматривать не только комплексно, но и по наиболее ха- рактерным признакам. Прн этом описания явлений, которые выра- жают внешнюю форму внутренней природы материала, должны объективно отражать характерные внутренние связи. Для получе- ния уравнений, применяемых в технических расчетах, в большинстве исследований и выводов из них основываются на .гипотезах, рас- сматривающих материал с макроскопической точки зрения в каче- стве сплошной деформируемой среды, мерами подвижности частиц которой являются амплитуда н скорость смещения, с непрерывным распределением основных физических свойств и деформаций. Такой подход позволяет не рассматривать сложные молекуляр- ные движения в телах и использовать для описания процессов аппа- матического анализа, применяемого к непрерывным функ- циям. Однако наряду с признанием феноменологического способа реализация обработки продуктов физическими методами невозмож- 5
на без изучения молекулярных взаимодействий в реальных систе- мах. Например, классификация пищевых дисперсных систем учиты- вает ряд основных факторов: дисперсность, агрегатное состояние и тип контактов между дисперсными фазами [5]. Большую роль при этом играют фундаментальные положения органической, физиче- ской и коллоидной, биологической химии. Любые измерения, как бы тщательно они ни проводились, не могут дать двух абсолютно тождественных результатов. Как пока- зала практика экспериментальных исследований, при измерении ве- личин структурно-механических характеристик пищевых продуктов удовлетворительной считается ошибка ±2% Для жидкообразных и до ±10% для твердообразных систем. В отдельных случаях, напри- мер при измерении плотности, ошибки могут быть на порядок меньше. Приведенные в справочнике сведения помогут заранее рассчитать и в ряде случаев по-новому организовать технологические процессы; интенсифицировать их с целью обеспечения производства необходи- мого объема продуктов с одновременным улучшением их качества; создать предпосылки для механизации и автоматизации процессов при постоянном контроле некоторых определяющих процесс харак- теристик (например, реологических свойств) и наличии обратной связи с обрабатывающим аппаратом; выбрать оптимальные парамет- ры процесса; проводить динамические, кинематические и геометриче- ские расчеты некоторых рабочих органов машин. Кроме того, среди комплекса физических свойств реологические (структурно-механиче- ские) являются главнейшими; они часто предопределяют поведение продуктов в самых разнообразных технологических процессах и энер- гетических полях, являются внешним выражением внутренней сущ- ности объектов, т. е. характеризуют агрегатное состояние, дисперс- ность, строение, структуру и вид взаимодействий внутри про- дукта. Отдельные разделы справочника могут быть использованы при дальнейших исследованиях в области изучения структурно-механиче- ских свойств пищевых продуктов и различных устройств для их ме- ханической, термической, электрической и других видов обработки, а также при разработке методов оценки качества продуктов. Порядок построения справочника следующий: теоретические осно- вы инженерной физико-химической механики; методы и приборы для измерения структурно-механических свойств; фактический материал — значения структурно-механических характеристик пищевых продук- тов; примеры использования данных в инженерном деле. Разделы содержат сведения о сдвиговых, компрессионных и поверхностных характеристиках пищевых продуктов. Основные расчетные формулы приведены без вывода. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 1) Геометрические величины: / —длина, м; d — диаметр, м; г — текущее значение'радиуса, м; h — высота, м; . —площадь, м2 (переменная величина): V —объем, м3 (постоянная и переменная величины);,- v — удельный объем, м3/кг или м3/м3;
е — относительная деформации при сжатии — растя- жении (осевом, объемном); у — относительная деформация при сдвиге. 2) Кинематические величины: и — скорость точки, элементарного слоя, м/с; w — среднеобъемная скорость потока, м/с; т—время (длительность измерения), с; Y — скорость сдвиговой деформации, с-1; dujdr—градиент скорости (для установившегося тече- ния), с"1; dyjdx — скорость деформации (для неустановившихся про- цессов деформирования), с~!; е — скорость осевой (объемной) деформации, с-1; Ус — объемный расход в секунду, м3/с; со —текущее значение угловой скорости, рад/с; п — частота вращения, об/мин. 3) Динамические и энергетические величины и реологические ха- рактеристики: Р — сила, нагрузка, Н; М — масса, кг; р — плотность, кг/м3; ротн — относительная (к воде при 4° С) плотность; р — гидростатическое дазление, Па; Ро — адгезия, липкость, Па; ртр — удельная сила трения, Па; рк —удельная сила контакта, Па; о—напряжение одноосного растяжения — сжатия, Па; 9 — напряжение сдвига, среза, Па; г| — вязкость ньютоновской жидкости или Бингамова тела, Па-с; т]—вязкость, Па-с, с индексами: «эф» — эффективная, «о» — наибольшая практически неразрушенной структуры, «пр» — предельно разрушенной струк- туры и т. д.; BQ — эффективная вязкость, Па-с, при фиксированном (единичном) значении скорости деформации; т—темп разрушения структуры (безразмерный), т = = 1—л; В—эффективная вязкость, Па-с, при фиксированном (единичном) значении окружной скорости; п —-индекс течения (безразмерный); К — константы приборов с соответствующим индексом; Et G — модули упругости, Па, при растяжении — сжатии и сдвиге; р — коэффициент объемного сжатия, 1/Па; pt — коэффициент температурного расширения, 1/К; if — коэффициент внешнего трення; а — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль-К). 4) Ппочие характеристики: * „ -температура, ~С; Г — абсолютная температура, К;
де> — относительная влажность, кг влаги на 1 кг про- дукта; U —влагосодержание (абсолютная влажность), кг вла- ги на 1 кг сухого продукта; ф — жирность, кг жира на 1 кг продукта; с — концентрация сухого вещества, кг сухих веществ на 1 кг продукта; Д — разность двух однородных величин (давлений, температур и т. д.); л,, а2, ^ и т. д. или Ь\у Ъъ, Ьг —эмпирические коэффициенты.
Раздел I Основы инженерной физико-химической механики пищевых продуктов 1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ТЕЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Классификация реальных тел. Место реологии как одного нз раз- делов технической механики сплошной среды среди других ее раз- делов видно нз табл. 1—1. Таблица Ы Классификация реальных тел Идеально твердое тело, Эвклидово 1 Упругое тело, Гуково 2 Пластичное тело, Сен- Венаново 3 Реологическое тело 4 Истннно-вяз- кая жидкость, ньютоновская 5 Идеальная жидкость, паскалев- ская 6 При лю- бых нор- мальных и каса- тельных напря- жениях деформа- ция рав- на нулю Напря- жение пропор- циональ- но де- форма- ции При дости- жении прв- дельного напряжения сдвига на- чинаются пластиче- ские дефор- мации Линейные — составные из тел по по графам 2, 3, 5, не- линейные— эмпириче- ские Теорети- Теория Теория Реология ческая упругое- пластичнве- механика ти ти Напряжение Вязкость пропорцио- и сжи- нально гра- маемость диенту ско- равны рости в нулю первой сте- пени Гидравлика С помощью основных, «первичных» тел — упругого (модель — пружина), пластичного (модель — пара трения скольжения) и вяз- кого (модель — поршень с отверстиями и цилиндр)—в различных сочетаниях и комбинациях можно моделировать деформационные характеристики множества реальных пищевых продуктов [18, 19, 21]. П~ч этом г*ы'то 7еф~•"'••"•" ' 'орости дефор^ггмш связаны ли- нейно. Группа нелинейных реологических тел описывается по пре- имуществу эмпирическими..зависнмостямн, в которых деформации и 9
скорости деформаций связаны степенными или более сложными за- кономерностями. Реологические уравнения, как видно нз предыдущего, по своему характеру являются наиболее общими. Большинство уравнений тео- рии упругости, пластичности, гидравлики могут быть получены в виде частных случаев из реологических. Классификация дисперсных систем. Классическими объектами инженерной физико-хнмнческой механики являются дисперсные си- стемы, состоящие из двух н более фаз [4, 21]. В них дисперсионной средой является непрерывная фаза, дисперсной фазой — раздроблен- ная фаза, состоящая нз частиц, не контактирующих друг с другом. При этом под фазой понимается совокупность гомогенных частей системы, ограниченных от других частей физическими поверхностями раздела. Упрощенная классификация дисперсных пищевых продуктов, не учитывающая дисперсности и типа контактов между фазами, приве- дена в табл. 1—2. Прн этом характер взаимодействия между эле- ментами структуры рассмотрен отдельно (см. ниже). При определе- нии реологического поведения продукта приведенные в таблице данные позволяют отнести его к той нли иной группе: сыпучим, жидко- и твердообразным (в зависимости от концентрации дисперс- ной фазы) или твердым. Таблица 1-2 Классификация пищевых дисперсных систем Дисперси- онная среда Дисперсная фаза Название системы Примеры Газ Жид- кость Твердая Жидкая Жидкая Газообразная Твердое Твердая тело Жидкая Газообразная Пыль, дым Туман Газообразная — Твердая Суспензия Эмульсия Пена Твердая сус- пензия, сплав Твердая эмуль- сия Пористое тело Примечание. В справочнике рассмотрены в и твердой дисперсионной средой. 10 ' • Сухой порошок (молоко, мука) в воздухе Дисперсия крови, молока в распылительной сушил- ке Плодоовощные соки с мякотью, бульон, рас- плавленный жир с бел- ковыми частицами, кол- басный фарш, сырковая масса Масло в воде, молоко при высоких температу- рах Крем, взбитые сливки • Замороженная мышеч- ная ткань ■ Сливочное масло, натив- ная мышечная ткань Сыр, взбитый н коагули- рованный МО "Я "'К, КОСТЬ основном системы с жидкой
В качестве примера в таблице приведены только некоторые про- дукты. Причем продукт отнесён к той или иной системе по главней- шим признакам. Например, колбасный фарш после куттерования представляет собой суспензию, насыщенную воздушными пузырька- ми, т. е. трехфазную систему. Один и тот же продукт (животный жир, сливочное масло) в зависимости от температуры может быть отнесен к разным системам. Механическое воздействие (резание, взбивание, перемешивание) также может вызвать переход нз одного вида дисперсий в другой. Классификация структур дисперсных систем. Структура, т. е. внутреннее строение продукта, и характер взаимодействия между отдельными ее элементами (частицами) определяются химическим составом, биохимическими показателями, температурой, дисперсно- стью, агрегатным состоянием и рядом технологических факторов. По классификации акад. П. А. Ребиндера [10, 17] структуры пищевых продуктов можно разделить на коагуляционные и конден- сационно-кристаллизационные. Коагуляционные структуры образуются в дисперсных системах путем взаимодействия между частицами и молекулами через про- слойки дисперсионной среды за счет Ван-дер-Ваальсовых сил сцеп- ления. Толщина прослойки соответствует минимуму свободной энергии системы. Термодинамически стабильны системы, у которых с поверхностью частиц прочно связаны фрагменты молекул, способ- ные без утраты этой связи растворяться в дисперсионной среде. В свою очередь дисперсионная среда находится в связанном состоя- нии. Обычно эти структуры обладают способностью к самопроизволь- ному восстановлению после разрушения (тиксотропия). Нарастание прочности после разрушения происходит постепенно, обычно до пер- воначальной прочности. Толщина прослоек в определенной мере за- висит от содержания дисперсионной среды. При увеличении ее со- держания значения сдвиговых свойств обычно уменьшаются, а си- стема из твердообразной переходит в жидкообразную. Прн этом степень дисперсности, т. е. преобладающий размер частиц, даже при постоянной концентрации фазы оказывает влияние на состояние си- стемы и ее прочность. При обезвоживании коагуляционных структур (прн увеличении содержания дисперсной фазы) прочность их повышается, но после определенного предела они перестают быть обратимо-тиксотропными. Восстанавливаемость структуры сохраняется в пластично-вязкой сре- де, когда разрушение пространственного каркаса происходит без на- рушения сплошности. При наибольшей степени уплотнения структуры и наименьшей толщине прослоек жидкой среды восстанавливаемость и пластичность исчезают, кривая прочности в зависимости от влажности дает излом. Такая предельная влажность была определена [5] для некоторых ви- дов колбасного фарша. При этом контакты частиц остаются еще точечными; они могут переходить в фазовые путем спекания или срастания при значительном повышении температур. Для описания долговечности структуры, например, желатина, альбумина под нагрузкой П. А. Ребиндер с сотрудниками [10] ис- пользовали экспоненциальную зависимость С. Н. Журкова. Процесс разлучения рассм°т- т^тсг "** " '">ханический, когда благода- ря тепловому воздействию преодолевается энергетический барьер 11
(энергия активации), ослабленный действием механического напря- жения. При образовании коагуляционных структур во многих продуктах пищевой промышленности существенную роль играют поверхностно- активные вещества и растворенные в воде белки, которые выступают в качестве эмульгаторов и стабилизаторов образуемых систем [4, 10] и могут существенно изменять их структурно-механические характе- ристики. Конденсационно-кристаллизационные структуры присущи нату- ральным продуктам, однако могут образовываться из коагуляционных при удалении дисперсионной среды или при срастании частиц дис- персной фазы в расплавах или растворах. В процессе образования эти структуры могут иметь ряд переходных состояний: коагуляционно- кристаллизационные, коагуляционно-конденсационные; их образование характеризуется непрерывным нарастанием прочности. Основные от- личительные признаки структур такого типа следующие: большая по сравнению с коагуляционными прочность, обусловленная высокой прочностью самих контактов; отсутствие тиксотропии и необрати- мый характер разрушения; высокая хрупкость и упругость из-за жесткости скелета структуры; наличие внутренних напряжений, воз- никающих в процессе образования фазовых контактов и влекущих за собой в последующем перекристаллизацию и самопроизвольное понижение прочности вплоть до нарушения сплошности, например растрескивание при сушке. Таким образом, вид структуры продукта обусловливает его ка- чественные и технологические показатели и поведение в процессах деформирования. Для их описания используются кривые течения или деформирования (реограммы), которые связывают между собой напряжение и скорость деформации (деформацию). Характер рео- грамм, как правило, дает возможность отнести данный реальный продукт к тому или иному виду реологических тел. Формы связи влаги с продуктом. Большинство продуктов пище- вой промышленности в тех или иных количествах содержат воду [55]. Она, являясь в большинстве систем дисперсионной средой, в значительной мере определяет структуру продукта. Поэтому вид или форма связи влаги с продуктом определяют технологические по- казатели продукта и его структурно-механические характеристики [3, 4]. Выделяют три основные формы связи: химическую, физико- химическую и физико-механическую [22]. Химическая связь обусловлена ионными или молекулярными взаимодействиями в точных количественных соотношениях; удаля- ется эта влага из продукта прокаливанием или в результате хими- ческих реакций. Она резко отличается по своим свойствам от сво- бодной. Физико-химическая связь обусловлена адсорбцией влаги в гид- ратных оболочках или осмотическим удерживанием в клетках в нестрого определенных соотношениях; удаляется из материала испа- рением, десорбцией (адсорбционная) или вследствие разности кон- центраций (осмотическая). Адсорбционная влага может иметь иные, чем вода, свойства и способствует диспергированию частиц и плас- тификации системы, она присуща обычно структурам коагуляцион- ного типа, хотя может существовать и в структурах других типов. Осмотическая влчга вызывает ir ">уханг т ~уща нативньг* и дисперсным клеточным структурам. 12
Физико-механическая связь обусловлена удержанием влаги в ячейках структуры (иммобилизационная), в микро- и макрокапил- лярах и прилипанием ее к поверхности частиц или тела (смачивание) в неопределенных соотношениях; удаляется из материала испарени- ем или механическими способами (отжатие, центрифугирование и т. д.). Основная масса воды находится в свободном состоянии и не меняет своих свойств. При увеличении содержания влаги ее избыток перестает быть связанным с продуктом и самопроизвольно отделяется от него (от- стаивание, расслаивание и т. п.). По преобладанию формы связи влаги продукты можно разде- лить [22] на коллоидные (физико-химически связанная влага), ка- пиллярно-пористые (физико-механически связанная влага) и колло- идные капиллярно-пористые, имеющие качества, присущие первым и вторым, например мясной фарш, творожно-сырковая масса и т. п. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ РЕАЛЬНЫХ ТЕЛ Структурно-механические свойства (CMC) характеризуют пове- дение продукта в условиях напряженного состояния и позволяют связать между собой напряжения, деформации или скорости дефор- маций в процессе приложения усилий. Они не являются «чистыми» константами материала и существенно зависят от формы и разме- ров тела, скорости нагружения, состояния поверхности, влияния ок- ружающей среды, температуры, структуры и множества других факторов [16]. При известных характеристиках можно вычислить значения на- пряжений или деформаций и в итоге получить необходимые парамет- ры процесса или аппарата, т. е. выполнить прочностные и технологи- ческие расчеты. Кроме того, свойство продукта как объективная реальность позволяет охарактеризовать его качество. Поэтому особое значение в реологии имеет вид уравнения, которое связывает между собой посредством постоянных величин — свойств — напряжения и деформации для каждого конкретного продукта [20]. Выбор такого уравнения из множества других обусловлен соответствием теоретиче- ской или эмпирической дифференциальной или интегральной зависи- мости течения продукта реальной кривой течения, т. е. реальным ус- ловиям. Нередко ошибки при определении свойств и их использовании для расчета заключаются в том, что для обобщения опытных данных принимают модели, не соответствующие течению реального объекта. По виду приложения усилия или напряжения к продукту реоло- гические свойства можно разделить на три связанные между собой группы. Сдвиговые свойства характеризуют поведение объе- ма продукта при воздействии на него сдвиговых, касательных напря- жений. Изучение их занимает основное место в реологии — внутрен- ней механике потоков жидкостей или дисперсий. Компрессион- ные свойства характеризуют поведение объема продукта при .воздействии иа него нормальных напряжений в замкнутой форме, между двумя пластинами или при каком-либо другом способе растя- жения — сжатия образна продукта. Поверхностные свойст- ва характеризуют поведение п л^хно.м. ..^.^...~ на границе раз- дела с другим, твердым материалом при воздействии нормальных
(адгезия или липкость) и касательных (внешнее трение) напряжений. В отличие от распространенного понятия «поверхностные явления», которое рассматривает явления на межфазиых границах внутри все- го объема системы, поверхностные свойства в принятой интерпрета- ции учитывают только один аспект взаимодействий, рассмотренный выше. В последнее время в связи с попытками объективно оценить ка- чество изделий, в частности нежность, консистенцию, определяют са- мые разнообразные механические характеристики: сопротивление ре- занию струной нли лезвием, продавливаемость через отверстие, растя- жимость, разжевываемость и т. п. Рассмотрим некоторые основные физико-механические и матема- тические понятия, широко используемые в реологии [4, 8, 21, 26]. Деформации — это изменение формы или линейных размеров тела под действием внешних сил, при изменении влажности, темпера- туры и пр., при котором частицы или молекулы смещаются одна от- носительно другой без нарушения сплошности тела [16]. Относитель- ная деформация е при одноосном растяжении — сжатии (свободном или в форме) представляет собой отношение абсолютной Д/ (в м) к первоначальным размерам тела / (в м), т. е. е=А///. (1—1) Относительная деформация у при.сдвиге—отношение абсолют- ной величины сдвигового смещения слоя под действием касательных сил к его толщине. • Скорость деформации (градиент скорости) учитывают, если деформации изменяются во времени т (в с) при неустановив- шемся процессе; при установившемся процессе деформирования из- менение деформации в единицу времени постоянно. Все это описы- вается понятием «скорость деформации» — е (в с-1) при растяже- нии — сжатии и у (в с-1) при сдвиге: е = rfe/rfr, Y = d\/dx. (1—2) Если деформация при сдвиге под действием конечных сил уве- личивается непрерывно и неограниченно, то материал начинает течь. Установившийся режим течения характеризуется градиентом скоро- сти, который по смыслу аналогичен скорости деформации: y = dufdz, (1—3) где и — линейная скорость элементарного слоя, м/с; z — координата по нормали к вектору скорости, м. В зависимости (1—3) не конкретизировано понятие «градиент скорости». Это может быть средний градиент — консистентная пере- менная. Например: при ламинарном движении в прямой трубе Y = &w/d = Aw/R = 32Vc/(jtd*) = 4Ус/(яЯ3), (1—За) где w = 4Vn/(nd2) = Vcl(nR2) — среднеобъемная скорость, м/с: Ус— °^c-mu;i подача жидкости 4ерез живое сечение тр>(ж, mj/c; u = = 2/? — внутренний диаметр и радиус трубы, м; 14
при ламинарном движении в коаксиальном зазоре ротационного вискозиметра Y = 2Q/[1-(*b/*h)2L (1-36) где Q = w/RB = 2nN — угловая скорость вращения ротора, рад/с; R*> Ru — внутренний и наружный радиусы кольцевого зазора виско- зиметра, м; w — окружная скорость ротора вискозиметра, м/с; N — частота вращения ротора вискозиметра, об/с. В общем случае градиент скорости и скорость связаны соотно- шением [4]: Y = aw, (1—Зв) где а — коэффициент, зависящий от толщины градиентного слоя и способа вычисления градиента скорости, 1/м. При описании процессов течения в дифференциальной форме обычно учитывают значение градиента скорости для какого-либо слоя, находящегося на расстоянии г от оси ротора вискозиметра или трубы. Тогда истинное значение градиента скорости будет Y„CT= —da Id г. (1—Зг) Наибольшее значение градиент скорости приобретает на стенке трубы или у поверхности вращающегося ротора. Напряжение о (в Па)—мера внутренних сил Р (в Н), возникающих в теле под влиянием внешних воздействий на единицу площади F (в м2), нормальной к вектору приложения силы [16]: G=P/P. (1—4) Напряжение в точке с= Vim (ЬР/&Р). (I— 4а) Формально сдвиговые или касательные напряжения (0), нор- мальные напряжения (о), давление, или гидростатическое давление (р), п адгезия, или давление прилипания (р0), описываются зависи- мостью (1—4), где сила и площадь будут иметь соответствующий физический смысл. Гидростатическое давление (давление) представ- ляет собой-отношеиие силы, равномерно распределенной по нормаль- ной к ней поверхности, к площади этой поверхности [16]. Давление в точке в истинно-вязких жидкостях или в жидкообразных системах не зависит от ориентации площадки, в пластично-вязких системах, имеющих структурный каркас, — зависит. Если на тело, заключенное в определенном объеме, действует гидростатическое давление р (в Ла), то в нормальном направлении будет действовать меньшее дав- ление р? (в ifla). Их отношение характеризуется коэффициентом бо- кового давления £: который для истинно-вязкой жидкости равен единице, для абсолют- но тела — --ул] - В случае, когда иендеальное тело, у которого 0<£<1, не заклю- чено в жесткую обойму и подвергается действию одноосно растяги- 15
ваюшего или сжимающего напряжения, происходит изменение его формы. При условии постоянства объема, например при одноосном сжатии, происходит уменьшение высоты тела и увеличение его по- перечных размеров, что характеризуется соответственно относитель- ными деформациями е и ег. Они связаны между собой посредством коэффициента (Пуассона \i: цг=ег/е. (1—6) При одноосном сжатии пластично-вязких тел, не заключенных в жесткую форму, наряду с упругими деформациями возможны необ- ратимые пластические, связанные с уменьшением объема; тогда объ- емная деформация ev будет представлять собой отношение изменения объема тела (AV=V—Уи) к его первоначальному объему (V): tv=AV/V. (1-7) Она с точностью до бесконечно малых высшего порядка пред- ставляет собой сумму относительных деформаций по трем перпенди- кулярным осям: tv = е — 2ег = е (1 — 2р.), (1—8) что наглядно видно при рассмотрении одноосного сжатия цилиндра или параллелепипеда. (Начальное и конечное состояние системы пр'Н объемном сжатии в форме можно связать первым началом термодинамики [161*. А{?=А£/ + АЛ, (1—9) где AQ — количество тепла, подведенное к системе или отведенное от нес, Дж: Д£/— изменение внутренней энергии системы, Дж; Д/4 — механическая работа, совершаемая системой против внешних сил, Дж. Для адиабатического процесса AQ = 0: Д£/ = —ДЛ, а работа внешних сил равна работе внутренних с обратным знаком, т. е. АЛ = pAV + VAp, (I—,9a) где р — давление, Па; V — объем продукта, м3. При постоянном давлении (Др=0) получается зависимость для расчета удельной (на единицу объема) работы Луд (в Дж/м3): АЛ AV V—V(pyx) Ауя=± -^- = Р-у~ = Р у •=/»(/>, -с), (1-10) где V—начальный объем системы, м3; V(p, т) —объем при воздей- ствии давления р (в Па) в любой момент времени т (в с); г{ру т) — относительная объемная деформация в любой момент времени [см. формулу (1—7)1- Для ряда пластично-вязких тел применимо кинетическое уравне- ние деформации: «(A t) = <*./>*" О+*2lgi:). О—П) где ае, аи h - - коэффициента згвис ':i\j тетрнческ1г: ч мо- ханических факторов, физико-химического состояния продукта, его состава и особенностей исходного сырья. 16
Кинетическое уравнение является основным для расчетов, свя- занных с определением энергии деформации и величины самой дефор- мации. Упавнение (1—11) применимо также и для описания процессов слр* i'. ього деформирования: Y(6, T0 = a76a'(l-fa2lgT). (1-1 la) Гидростатическое давление при одноосном сжатии продукта по высоте формы или трубы изменяется [6, 13]. Это явление необходи- мо учитывать, например, при набивке в гильзу пластично-вязкого продукта, при прессовании порошкообразных материалов и т. д. При сжатии продукта поршнем с одного торца в узкой трубке диаметром d приложенное к поверхности давление р по высоте бу- дет уменьшаться и на расстоянии h будет иметь значение ph. Для расчета осевого и бокового (горизонтального) давлений уравнения имеют вид [6] ph = р ехр (- did-^fi); prh = t.phi (1—12) где aj и a2 — эмпирические коэффициенты (для мясного фарша а{ = 0,115, а2=0,33). Для порошкообразных материалов [13] />А = />ехр(-4&*-1/Л), (1-12а) где / — коэффициент трения. Эти уравнения подобны по форме записи и показывают, что чем больше диаметр цилиндра, тем меньше уменьшение давления по вы- соте. Упругость — способность тела после деформирования полно- стью восстанавливать свою первоначальную форму нлн объем, т. е. работа деформирования равна работе восстановления. Упругость тел характеризуется модулем упругости первого (£, Па) или второго (G, |Па) рода, соответственно при растяжении — сжатии и сдвиге. Величины деформаций определяются законом Гука: a = e£, 6 = YG. (1—13) Физическую модель Гукова тела как при растяжении — сжатии, так и при сдвиге представляет собой пружина (рис. 1 — 1, а). При объемном сжатии напряжения и деформации связаны по- средством объемного модуля упругости К (в Па): a=/CeK. (1-H) где ev вычисляется по зависимости (1—7), модуль объемной упру- гости — по выражению /C=£/[a (l — 2fi)]. (1—14а) При одноосном деформировании тела в замкнутом объеме а=\, при трехосном деформировании с приложением одинаковых напря- жений а = 3. Если в уравнение (1—14) подставить значения по урав- нениям (1—8) и (1 — 14а). то -'Ю про- ^. (\ —13). Объем ним модуль упругости может быть вычислен т;:кжс по формуле K = EG[(E+G). (1-146) 17
Часто для описания упру- гих свойств продуктов в раз- личных зонах деформирования оказывается недостаточно клас- сических понятий о модулях упругости. Тогда могут быть ис- пользованы получившие рас- пространение в реологии моду- ли упругости: условно-мгновен- ный, эластический н др. Коэффициент объ- емного сжатия Р (в 1/Па) может быть использован как некая интегральная характери- стика сжатия продукта в форме = e(/vn)/A/>, (I-I4b) где Ар — изменение давления, Па. ■ Коэффициент характеризует относительное изменение объ- ема продукта при изменении давления на единицу его измерения. Для ньютоновских жидкостей он практически не зависит от величины давления и времени его дейст- вия; для пластично-вязких систем с увеличением давления он умень- шается. Адгезия ро (в Па)—слипание разнородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями. Аутоге- зня — самопроизвольное слипание однородных тел. Формально адге- зия (липкость) определяется по уравнению (1—4) как удельная сила нормального отрыва пластины от продукта Д> = Л>/Л>. 0-15) где Я0 — сила отрыва, Н; F0 — геометрическая площадь пластины, м2. ц Отрыв может быть трех видов: по границе контакта — адгезион- ный, по слою продукта — когезионный и смешанный — адгезионно- когезионпый. Часто адгезионного отрыва не происходит, поэтому удельную силу при любом виде отрыва называют липкостью, адге- зионным давлением или давлением прилипания [15, 19]. Внешнее трение — взаимодействие между телами на гра- нице их соприкосновения, препятствующее относительному их пере- мещению вдоль поверхности соприкосновения. Оно зависит от уси- лия нормального контакта 'и липкости, определяется по двучленному закону Б. В. Дерягина [9]: ^тр = /(Лс+А)Л)). (1—15а) где / — истинный коэффициент внешнего трения; Як —сила, нор- мальная поверхности сдвига (усилие контакта): ч Если величины в уравнении (I —15а) разделить на площадь,, то ,,;у4нть -—■ *» Рто = / (рк -г А))> или ртр = /рк + 8*. (1—156) 18 Рис. 1—1. Механические модели простейших реологических тел: с —упругого (пружина); б—пластич- ного (пара трения скольжения); в — вязкого (цилиндр и поршень с отвер- стиями); г — упруго-вязкого с релакса- цией деформаций; д — то же, с релак- сацией напряжений; е — пластнчно- вязкого
В ряде случаев удобнее оперировать эффективным коэффициен- том внешнего трения, который вычисляется по зависимости /,ф=-£2- (1-15в) и может быть связан с величиной истинного коэффициента трения /эФ=/(1 +Ро/Рк). (1-15г) Уравнение (1—156) можно применить для вычисления как чис- то внешнего трения, так и трения в поверхностной пленке материала. Тогда б0 можно отождествить с предельным напряжением сдвига в пленке, fpK представляет собой касательное напряжение, вызван- ное внешним давлением рк; коэффициент трения характеризует сколь- жение в сдвигаемой пленке. * Пластичность — способность тела под действием внешних сил необратимо деформироваться без нарушения сплошности. Плас- тическое течение начинается при величине напряжения, равной пре- делу текучести. В реологии в этом смысле при сдвиговых деформа- циях используется понятие «предельное напряжение сдвига», обо- значенное Э0. Модель этого, Сен-Вена нова, тела в виде пары трения скольжения показана на рис. 1—)1, б. Вязкость — способность тела оказывать сопротивление отно- сительному смещению его слоев. Вязкое течение реализуется в 1ис- тинно-вязких, ньютоновских жидкостях при любых, сколь угодно малых' напряжениях сдвига 0. Это течение описывается уравнением Ньюто-на б — TjY иди Р —^\Fduldz, (1—16) где X] — коэффициент динамической, или абсолютной, вязкости, Па-с; характеризует величину усилий, возникающих между двумя элементарными слоями жидкости при их относительном смещен-ии; у — скорость деформации, с-1; Р — сила сопротивления между дву- мя элементарными слоями, Н; F — площадь поверхности соприкосно- вения этих слоев, м2; du/dz — градиент скорости, т. е. интенсивность изменения скорости по нормали к ее вектору, с-1. Модель Ньютонова тела в виде поршня с отверстиями показана на рис. 1 — 1, е. Полная вязкость движущейся жидкости складывается из лами-. нарной (ньютоновской), турбулентной и объемной вязкости. .При течении неньютоновских (аномально-вязких) жидкостей вяз- кость не остается величиной постоянной; она зависит от напряже- ния сдвига и градиента скорости. Тогда пользуются понятием «эффек- тивная вязкость», которая вычисляется по зависимости (1 —16) для фиксированных значений напряжения н градиента скорости: Ъф=0/У. (1—16а) где напряжение сдвига и скорость деформации могут быть представ- нгпттч - -"т**>еренциальной или интегральной форме, "аппимер как KuncvA-rcnTiiLie переменные длл цилиндрической трубы, кил. .вого за- зора коаксиального вискозиметра и др. 19
Эффективная вязкость является итоговой характеристикой, кото- рая описывает равновесное состояние между процессами восстановле- ния и разрушения структуры в установившемся потоке [14]. Комбинируя названные выше три основные модели, можно полу- чить уравнения напряжений и деформаций для различных реальных тел, причем количество таких комбинаций практически не ограниче- но. Однако полученные уравнения, часто имея линейный характер, недостаточно точно описывают течение и деформирование пищевых продуктов. Линейные уравнения напряжений и деформа- ций для моделей, представленных на рис. 1 — 1, широко используют- ся для описания деформационного поведения пищевых продуктов [4, 12, 21] как при сдвиговых, так и при нормальных напряжениях. Процессы в релаксирующей жидкообразной среде (Максвеллова вязко-упругая жидкость), когда вызванные внешним воздействием напряжения уменьшаются во времени (рис. 1, г), описываются урав- нением Максвелла. Под действием напряжения 8 в теле возникает деформация у, имеющая во времени определенную скорость у= = dy/dx, которая складывается из упругой уупр и вязкой увяз состав- ляющих. Упругую составляющую находят дифференцированием по времени закона Гука {dy/dx)ynp = d§j(Gdx) = 8/G. (1 — 17) Вязкую составляющую определяют из уравнения Ньютона (dy/d%)m = */i\. (l-17a) Суммируя две составляющие, получают уравнение Максвелла dy/dx = d%l(Gdx) + 8/г„ т,у =Гг,В/</ -f С (1—18) которое можно проинтегрировать для частных случаев. Если предположить, что деформация постоянна, т. е. у~0, то можно наблюдать процесс рассасывания, релаксации напряжений, причем при т=0 напряжение равно какому-то начальному значению 0 = 0]. При интегрировании в пределах от 8] до Э и от 0 до т получа- ют уравнение 6 = 8! ехр( — Gt/tj), (1—19) называемое экспоненциальным законом релаксации напряжений. Если в этом уравнении tj/G обозначить через тр, то уравнение примет вид 8 = 81ехр( — т/Тр), (1—20) где тр — период релаксации, с. Период релаксации характеризует быстроту процесса перехода системы из неравновесного термодинамического состояния, вызван- го внешним воздействием, в состояние термодинамического равно- есия [16]. За этот период напряжение убывает в 2,7 раза, ко многофазной реальной системе может протекать одновремен- 3 "есколько процессов с различными периодами релаксации. После ст ршения процессов с наименьшим пеоиодом наступает неполное ическое равновесие, поведение те.;а ..и ж но on,,, .чрг.зой рас- селения периодов релаксаций [8, 19]. 20
При сложении упругих и вязких напряжений для упруго-вязкого твердого тела Фойгта — Кельвина (рис. 1, д) получают следующее уравнение: 6 = yG + rfiy/dv, или 6 = G [у + (tj/G) Y]- 0—21) При снятии напряжения (6 = 0) и интегрировании в пределах от Ymax до у и от 0 до т получают экспоненциальную функцию для ре- лаксации деформации Y = YmaXexp(~ Gx/rt), или Y = Ymaxexp( — т/tp). (1—22) Если среду, подчиняющуюся уравнению Фойгта — Кельвина, на- грузить постоянным напряжением 02 при т>0, то интегрирование дает Y = (h/O) [1 - ехр (- t/Tp)], (I—22а) т. е. деформация во времени постепенно увеличивается, стремясь к значению уос^бг/б при т->оо. Комбинация уравнений для моделей Максвелла и Фойгта — Кель- вина, выполненная в определенной мере произвольным приравнивани- ем правых частей (1 —18) и (1—21), приводит к математической зави- симости для модели стандартного линейного тела [4, 7, 19]: 6+tTe = G^(Y+tev), (I-23) где Gr — релаксационный модуль упругости, определяемый соотно- шением между упругими и пластичными характеристиками продукта; т. —период релаксации напряжения при постоянной деформации; те^—период релаксации деформации при постоянном напряжении. Модификация уравнения (1—23) для малых скоростей сдвига была получена Фрелихом и Заком, а также Олдроидом [4]. В качест- ве модели они приняли упруго-вязкое тгло, которое представили в виде упругих шариков, взвешенных в вязкой жидкости. Лри течении системы форма шариков изменяется и в них накапливается энергия упругих деформаций. Это уравнение имеет вид e+-cTe = rl0(Y+-oev), (1-24) где т)о — наибольшая вязкость практически неразрушенной структу- ры, Па-с; y=d2y/dxz— вторая производная относительной деформа- ции по времени, 1/с2. При сложении напряжений, соответствующих пластическому и вязкому течениям (рис. 1', е), получают уравнение Шведова — Бинга- ма для пластично-вязкой среды 6 = 0О +r{dyld%. (1—25) Это уравнение неоднократно использовали для описания дефор- мационного поведения многих пищевых продуктов (колбасный фарш, тесто, пралиновые массы для конфет и т. п.). В большинство приведенных уравнений входит величина периода релаксации, которая имеет большое значение при исследовании физи- ко-механических свойств, особенно при малых напряжениях и вре- мени действия напряжения того же порядка, как период релаксации. Из уравнений рела;. ацпи вид!;о, по ,,.. 6l . u..^.i^ . . ремени после разгрузки тела напряжения или деформации полностью релак- 21
сируют. Однако для рассматриваемых тиксотропных систем напряже- ния обычно не релаксируют до нуля. Поэтому Д. С. Великовский ГЦ] считает, что процессы старения, которые являются следствием коагуляции и упрочнения структурной сетки в результате слипания блнзрасположенных частиц, увеличивают прочность структурного кар- каса во времени. Длительное измерение развития процесса релакса- ции невозможно, так как конечные условия не будут соответствовать начальным. В отечественной и зарубежной литературе по реологии довольно длительный период наблюдалось увлечение . составлением механиче- ских моделей. Для большего приближения к реальным продуктам они непрерывно усложнялись,-что делало их практически непригодными для расчета деформационного поведения реальных тел. С критикой такого направления в реологии неоднократно выступали акад. П. А. Ребиндер, проф. М. П. Воларовнч и др. Нелинейные эмпирические уравнения напря- жений и деформаций широко используются в реологии в связи с тем, что нередко классические реологические модели не по- зволяют достаточно точно описать кривую течения. Этот пробел ин- тенсивно восполняется публикациями различных эмпирических и по- луэмпирических уравнений, которых к настоящему времени появи- лось несколько десятков [4, 12, 26, 27]. При этом они могут содержать несколько (три—пять) констант, определяемых из опыта, что делает их ненадежными и сложными для практического исполь- зования. Значимость этих уравнений также оценивается по-разному. Ниже приведены два. основных уравнения, используемых для описа- ния течения пищевых масс; ряд других можно получить из них в виде частных случаев. Уравнение Шульмана [26] (ffV*_eyY==TiV. (1-26) где а, Ь — экспериментально определяемые коэффициенты; при а — =Ь=2 это уравнение превращается в уравнение Кэссона [12] б1/2 = DJ/2 + (% Y)1/2> или в1/. = а0 + а^Р. (1—26а) Уравнение Гершеля— Балкли [4] е-е0 = Б*7", (1-27) где #х —коэффициент, пропорциональный вязкости при градиенте скорости, равном единице, Па-с"; п — индекс течения. При 0О=О уравнение приобретает вид степенного уравнения Ост- вальда де Вале •е = ^7л; (i-27a) при п=\—Шведова — Бингама, тогда Вх представляет собой пластическую вязкость. Таким образом, приведенные математические зависимости по- воляют описать поведение пищевых продуктов в пазличных усло- "ях деформирозанпя при приложили i.jL-.u... .-..* > касательных напряжений. 22
РЕОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Принадлежность реального тела к тому или иному виду «иде- ального» реологического тела, выявленная на основе предваритель- ных экспериментов, позволяет верно выбрать прибор для исследова- ния и определить свойства, подлежащие изучению. Феноменологиче- ская классификация пищевых продуктов при сдвиговых деформациях, основанная на уравнениях Максвелла, Фойгта — Кельвина, Бингама и др. и распространенная в настоящее время, обращает внимание на различие в макроскопических свойствах материалов, но может оста- вить в тени характерные особенности, общие для многих тел. Эти осо- бенности становятся часто несущественными, если придерживаться классификации, основанной на молекулярном строении* Однако при- менение такой классификации ограничено для реологических исследо- ваний гипотезами сплошности и непрерывности. Кроме того, многие пищевые продукты имеют сложное строение и в процессе измерения или перемещения могут разделяться по фазам и следовать тому или иному закону в зависимости от уровня напряжений и деформаций, температуры и давлений. Феноменологический способ классификации на основе математи- ческих моделей дан в предыдущем подразделе. Если взять упругое и истинно-вязкое тела в качестве крайних, то все остальные, описан- ные выше, будут располагаться между ними. Сдвиговые свойства. Сдвиговые свойства представляют собой ос- новную группу свойств, которые широко используют как для расчета различных процессов движения в рабочих органах машин, так и для оценки качества пищевых продуктов. В связи с этим наибольшее рас- пространение получили способы классификации пищевых и других реологических тел по сдвиговым характеристикам. Классификация реальных тел [4, 18] по величине отношения Gc/(p#) (р — плотность продукта, кг/м3, g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с2), которое представляет собой меру способности ве- щества сохранять свою форму, представлена ниже. 9o/(pg). м Менее 0,005—0,02 0,02—0,15 Более 0,15 0,005 Наименование Структур- Жидкие Густые Твердые вещества ные жид- пасты пасты тела кости Б. А. Николаев [15] предлагает обобщенную классификацию (от твердого до истиижьвязкого состояния) по величине механических свойств: модулей упругости, вязкости и пр, К первой группе относят- ся твердые и твердообразные тела (твердый жир,- целые ткани мяса, сухари, печенье и пр.), ко второй — твердо-жидкие (мясной фарш, творог, студни, мучное тесто и пр.), к третьей — жндкообразные н жидкости (расплавленный жир, бульоны, молоко, мед, вода и пр.). Представляет и11 "Срес ктасспфт. лмя и ~, t еальных тел с помощью степенного уравнения (1—27). Для этого преобразуем пра- вую часть уравнения (1—27) с тем, чтобы коэффициенту В\ придать 23
щ щ а 1 .6 *9t 6 tg* Рис. 1—2. Зависимости для различных реологических тел: а — между напряжением сдвига и градиентом скорости в равномерных шка- лах; б — то же, в логарифмических шкалах; в — между эффективной вязко- стью и градиентом скорости в логарифмических шкалах; / — упругое (Гуко- во); 2 — пластичное (Сен-Венаново); 3 — пластично-вязкое (Бингамово); 4 — псевдопластичное; 5—дилатантное; 6 — истинно-вязкое (ньютоновское); 7 — идеальная жидкость (паскалевская) вполне определенный физический смысл — эффективной вязкости В0 (в Па-с), при градиенте скорости, равном единице, т. е. npHYi=l с-1: 0-6о = В*0 у" у[~П «= В* (у / Vi)" Vi = К (Y/Yi)"-1 (Y/Vi) Yi- (1-28) Обозначив т=\—п темп разрушения структуры и y/Yi = Y* без- размерный градиент скорости (его числовое значение), получим откуда (1-29) (1—29а) гДе 1];,ф — эффективная вязкость, Па-с. В общем случае Yi может иметь любое фиксированное значение, однако для удобства вычислений и расчетов ему придают-значение, равное единице. Ранее [4, 19] для вычисления эффективной вязкости по результа- там измерений с помощью ротационного вискозиметра была предло- жена формула для случая, когда неизвестен закон изменения гради- ента скорости: т(Эф= B(w/wl)-m = Bw7 (1-30) где В — эффективная вязкость, Па-с, при единичном значении окруж- ной скорости; w — окружная скорость боковой поверхности ротора ^оакснально-цилиндрнческого вискозиметра, м/с; W\ — окружная ско- рость, равная единице ее измерения, т. е. 1 м/с; до* — безразмерная окпуж"1<т пкппость (ее числовое значение). ^lu А^ цюрмула может бьпь использована для интерпретации Р^\льтатов капиллярной вискозиметрии, тогда w — среднеобъемная ярость или консистентная переменная [см. формул-у (1—За)]. 24
Для пересчета эффективной вязкости, полученной с помощью ротационно-цилиндрических вискозиметров, при единичных значени- ях градиента скорости и окружной скорости нами предложена формула р*-р[ Vi*b[1-(*«/*h)2] 0 \ 2тг где /?в и RB — соответственно внутренний и наружный радиус коль- цевого зазора вискозиметра, м. При этом градиент скорости вычисляется по формуле (1—36). Если в уравнении (1—27) 0О=О и п—1, то оно описывает тече- ние истинно-вязкой, ньютоновской жидкости (см. 1—16), коэффици- ент Вг принимает значение ньютоновской вязкости (угол наклона на рис. 1—2, б 45°). При 0О = О и п>\ уравнение соответствует дила- тантным жидкостям, при 0О=О и п<\—псевдопластичным. Для пластично-вязких тел Бингама 0О>О и п—\. В исходной форме за- писи уравнение описывает поведение «степенных» жидкостей, обла- дающих истинным или кажущимся предельным напряжением сдвига [4, 27]. Кроме названных четырех видов тел на графике показаны: упругое тело, у которого при любых напряжениях течение отсутст- вует, следовательно, вязкость бесконечна; пластичное тело, эффектив- ная вязкость которого характеризуется линией с углом наклона 45° (см. рис. 1—2, е), и идеальная жидкость, при течении которой внут- ренние сопротивления равны нулю. Перечисленные в таблице системы не меняют своих свойств во времени. Выделяют еще группу систем с переменными во времени свойствами: тиксотропные, у которых напряжение сдвига и эффектив- ная вязкость уменьшаются во время сдвига, и реопексные, у которых напряжение сдвига и эффективная вязкость увеличиваются со време- нем в случае воздействия на систему касательных напряжений при постоянном градиенте скорости [4, 12, 27]. Кривые течения названных выше «степенных» жидкостей в равно- мерных шкалах (см. рис. 1—2, а) спрямляются в логарифмических (см. рис. 1—2, б). Исключение составляет кривая течения Бингамова тела, которая выходит в прямую при высоких напряжениях (градиен- тах скорости), значительно превышающих предельное напряжение сдвига. .Показатель степени — индекс течения — в уравнении (1—27) определяется выражением n = (d\gb)/(dlgyi). (1-32) Если эффективную вязкость вычислить по уравнению Ньютона (1 — 16а) для определенных напряжений и градиентов скорости, то темп разрушения структуры по уравнению (1—29а), характеризующий угол наклона линии эффективной вязкости на рис. 1—2, в, будет вычисляться по зависимости d\gr^ 4(lg6— lgy) rfige щ= —т:—:—= ^i • = :—— I = /г — l. rflgY *lgY d\gy (1-33) (1-31) 25
Рис. 1—3. Реологические кривые для твердообразных систем: а — зависимость градиента скорости от на- пряжения сдвига; 6 — зависимость логарифма эффективной вязкости от напряжения сдвига; 0—1 — зона упругих деформаций; 1—2 — зона начала течения с наибольшей эффективной и пластической вязкостью; 2—3 — начало зоны лавинного разрушения структуры; 3—4 — зона лавинного разрушения структуры (течение с наименьшей пластической вязкостью); 5 и выше — зона ньютоновского течения с посто- янной вязкостью предельно разрушенной структуры k Для псевдопластичных систем 0<я<1, следовательно, —Kmi<(X Для удобства преобразований, как принято выше [см. формулы (1—28) и (1—29)], обозначим т~—т{. Таким образом, изменение эффективной вязкости в зависимости от скорости дефор- мации в логарифмических шкалах следует прямой "линии, угол на- клона которой определяется темпом разрушения структуры. При рассмотрении графиков бив рис, 1—2 следует учитывать, что в логарифмических шкалах -нулевые значения величин лежат в бесконечности вниз и влево относительно нанесенных осей ординат. Логарифмы числовых значений величин равны нулю, когда сами ве- личины равны единице. Поэтому на графиках рис. 1—2, б и 1—2, в кривые течения тел 1 и 7 не показаны. П. А. Ребиндер и Н. В. Михайлов [14] делят реологические тела на жидкообразные и твердообразные (рис. 1—3) в зависимости от характера кривой т)Эф(0) и периода релаксации [см. формулу (1— 19)]. К жидкообразным телам относятся ньютоновские жидкости и структурированные системы, не имеющие статического предельного напряжения сдвига, т. е. 0ОСТ = О (см. рис. 1—3). К твердообразным относятся упруго-пластичные и другие тела, обладающие статиче- ским и динамическим предельным напряжением сдвига. Зависимость эффективной вязкости от напряжения или скорости сдвига считают основной характеристикой структурно-механических свойств дисперс- ных систем, так как эффективная вязкость является итоговой харак- теристикой, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке. В общем виде кривая течения у{$) (см. рис. 1—3) имеет S-образный характер и отсекает на оси абсцисс отрезок, в пределах' которого воз- действующие на тело напряжения вызывают только упругие или эластические деформации. Важнейшими сдвигозь...ш свойствами ^rp>KT\rW,. __. .. л jhctcm являются пластическая и эффективная вязкость т|Эф(6) и период ре- 0 всг еЛ вт В 26
лаксации тр(0); наибольшая вязкость (х\0) неразрушенной структуры при «скольжении» мест контакта и вязкость предельно разрушенной структуры (Tim); модули упругости сдвига (С); пределы текучести условно-статическкй (0Ст) и динамический — предельное напряжение сдвига (0О); прочность структуры при упруго-хрупком или эластич- ном разрыве (0т) и при пластично-вязком разрушении (0г). Эти ха- рактеристики показаны на рис. 1—3. В ряде случаев при исследова- нии и расчете конкретных явлений оказывается возможным игнориро- вать одни существенные свойства тел и, напротив, учитывать другие [20], Важное значение для характеристики дисперсных систем имеют модули упругости и периоды релаксации [10]. Условно-мгновенный модуль упругости представляет собой отношение напряжения к мгно- венно-упругой составляющей деформации сдвига у0\ эластичный мо- дуль— отношение напряжения к упругой (эластической) деформации за вычетом мгновенно-упругой ут—Yo; равновесный модуль вычисля- ют как отношение напряжения к общей деформации ут, когда нельзя разграничить упругую и эластическую деформацию. Периоды релаксации могут быть определены и для случая осе- вого или объемного деформирования продукта, для этого могут быть использованы уравнение (1—23), а также названные выше. Релаксационные характеристики и модуль упругости при_ объемном и осевом растяжении — сжатии нередко описываются в различных комбинациях теми же уравнениями и моделями, которые использу- ют для изучения сдвиговых свойств (см. рис. 1—1). В связи с этим компрессионные характеристики в этом разделе специально не рас- смотрены. При обработке экспериментальных данных часто не удается всю кривую течения описать одним уравнением, тогда реологиче- ские характеристики вычисляются для определенных интервалов напряжений или деформаций. В тех случаях, когда опытная кривая не «спрямляется», ее либо разбивают на участки (см. рис, 1—3, а, участки 1—2 и 3—4), либо аппроксимируют одной ли- нией. Для вычисления значений величин структурно-механических ха- рактеристик при сдвиговых и нормальных деформациях по экспери- ментальным данным строят основные реологические зависимости: де- формация— время; напряжение — деформация; градиент скорости — напряжение (см. рис. 1—2, а и 1—3, а) и др. Г. М. Бартенев и Н. В. Ермилова [1] классифицируют дисперс- ные системы на твердо- и жидкообразные по характеру изменения эффективной вязкости с увеличением градиента скорости (рис. 1—4). Для тиксотропно-коагуляционных дисперсных структур они вводят понятие о двух типах реологических кривых течения. К I типу относят кривые течения, у которых вязкость и градиент ско- рости являются однозначными функциями напряжения (см. рис.. 1—2 и 1—3). Эти кривые характерны для многих исследованных пищевых продуктов: мясных фаршей, конфетных масс и т. п. Ко II типу относят кривые течения, у которых зависимость вязкости или скорости деформации представляется неоднозначными функ- циями от напряжения сдвига (см. рис. 1—4). Для них характерно наличие некоторой области уменьшения -*аттт)я>т*~''т-~ 1 при увеличении градиента скорости. Такие кривые бь..|П получены для некоторых концентрированных суспензий глин, консистентных сма- 27
Рис. 1—4. Кривые течения второго типа: а — зависимость эффективной вязкости от градиента скорости; б — зависи- мость эффективной вязкости от напряжения сдвига; в — зависимость гради- ента скорости от напряжения сдвига зок, полимерных дисперсий; применительно к пищевым продуктам изучены они недостаточно. Существенный интерес для реологии представляют продукты, характеристики течения которых зависят от длительности воздей- ствия напряжения [28]: тиксотропные и реопексные (рнс. 1—5). По своему поведению они взаимно противоположны, так же как взаим- но противоположны псевдопластичные и дилатантные. У псевдопластичных и дилатантных систем изменение эффектив- ной вязкости с увеличением градиента скорости происходит доста- точно быстро и влияние продолжительности деформирования на вяз- кость не может быть обнаружено при обычных измерениях. Умень- шение эффективной вязкости псевдопластичных систем обусловлено в основном разрушением структурной сетки и агрегатов частиц и ориентацией частиц вдоль вектора скорости. Увеличение эффектив- ной вязкости дилатантных систем обусловлено их «расширением» (набуханием частиц), что вызывает уменьшение толщины прослоек дисперсионной среды и увеличение силы сопротивления. не. 1—5. Кривые течения, характеризующие: дойств?ИС"МОСТЬ напРяжения сдвига и эффективной вязкости от длительности cuiponi ^. ,1.Т"П^яжег'"1 ] -"""пом градиенте г'-простн для счетам: .'— тпк- m,-.. h,itr; - оеипок»_,11,..:: и — реограммы таксогроп ;мых систем: / ■ грузк*. L ~~ прн Разгрузке; в — реограммы реопексных систем: 2 — при J *е, г — при разгрузке 28 при па- на-
Тиксотротшым системам присущи восстановление структуры после разрушения и непрерывное ее разрушение (до определенного предела) при деформировании (рнс. 1—5, а, б). Реопексные систе- мы способны структурироваться, т. е. образовывать контакты меж- ду частицами в результате ориентации или слабой турбулизации при механическом воздействии с небольшими градиентами скоро- сти (рис. 1—5, а, в). По сравнению с тиксотропными они встре- чаются редко. Если за основу принять график на рис. 1—5, а, ха- рактерный для тиксотропных и реопексных систем, то эти два свойства могут проявляться у псевдопластичных и дилатантных систем. Тогда соответственно на рис. 1—5, б, в направления всех стрелок меняются на обратные. Наглядное представление о виде течения продуктов дают точки одинаковой конфигурации, нанесенные на рнс. 1—5, а, б, в. При этом следует иметь в виду, что кривые на рис. 1—5, а построены для постоянного значения градиента скорости, который на рис. 1—5, б, в выражается горизонтальным отрезком между кривыми 1—1' и 2—2', - Особенностью многих псевдопластичных и пластично-вязких структурированных дисперсных систем коагуляциоиного типа явля- ется наличие петель гистерезиса при нагрузке и разгрузке (см. рис. 1—5). Материал начинает течь, когда напряжение достигает величины предельного или условно-предельного. В дальнейшем, с увеличением напряжения, повышается градиент скорости и разру- шается структурная сетка, разрушаются агрегаты и ориентируются частицы. Каждому значению градиента скорости соответствует опреде- ленное равновесное состояние системы, которое достигается при медленных изменениях градиента скорости. В действительности опыт протекает быстро, возможны местные накопления деформаций или напряжений, которые не успевают релаксировать при переходе к следующему измерению, когда накладываются новые напряжения. Неоднократное прохождение зоны исследуемых напряжений в пря- мом и обратном направлениях позволяет добиться равновесного состояния продукта, при котором петли ц гистерезиса практически исчезают. Для тиксотропных псевдопластичных систем каждая по- следующая кривая располагается левее и выше предыдущей (см. рис. 1—5, б), в пространственной системе координат т]эф (т, 0) все экспериментальные точки образуют криволинейную поверхность [18, 19]. Площадь реограммы (см. рис. 1—3, а и 1—5, б) между кривой Y(0) и осью ординат представляет собой (в соответствующем мас- штабе) удельную мощность (на единицу объема в Вт/м3) [4]. Она складывается из мощности ньютоновского течения (площадь между осью ординат и линией О—5 на рис. 1—3, а) и мощности, требую- щейся при том же градиенте скорости для достижения данной сте- пени разрушения структуры. Мощность, пропорциональная площади между двумя кривыми, образующими петли гистерезиса (см. рис. 1—5, б), характеризует степень приближения системы к равновес- ному состоянию. Во многих npoTTDccov "nn,,v"T подвергается интенсивным меха- ническим воа,ленств1ь.м ум насисах, мешалках и л\).), т. е. его струк- тура достигает частичного или практически предельного разруше- 29
Поэтому "при использовании результатов вискозиметрических исследований для практических расчетов следует хотя бы прибли- женно выбирать ту кривую течения, которая соответствует данной степени разрушения структуры. В соответствии с этим при расчете зличных процессов необходимо использовать характеристики, оп- ределенные в соответствующем интервале напряжений и деформа- ций. Качественную оценку продукта также необходимо проводить по наиболее существенным ^для данного процесса характеристикам. Компрессионные свойства. Эти свойства используются для рас- чета рабочих органов машнн и аппаратов и для оценки качества продукта, например при растяжении — сжатии. К ним относятся коэффициент бокового давления, коэффициент Пуассона, модули упругости н др. [см. формулы (1—4) —(1—14)]. Кроме того, ряд приведенных выше моделей — Максвелла, Кельвина и др. (см. фор- мулы (1—17)—(1—23)] —могут описывать поведение продуктов при осевом или объемном деформировании. Плотность [20], как одно из компрессионных свойств, является существенной характеристикой при расчете ряда машин и аппара- тов и при оценке качества продукта. Среднюю плотность р (в кг/м3) для сравнительно небольшого объема определяют из соотношения p = Af/7, (1-34) где М — масса продукта, кг; V — объем продукта, м3. Истинная плотность равна пределу отношения массы к объему1 когда последний стремится к нулю [20]. Между плотностью и удельным весом у (в Н/м3) существует простая зависимость Y = P£. (l-34a) Плотность смеси из нескольких компонентов, когда они не всту- пают во взаимодействие, при котором меняется состав пли объем смеси, можно вычислить по зависимости р = 2d С<Р< или Р = ]/2d (c*/pi)i (1—346) где а — концентрация одного из компонентов в смеси, кг на 1 кг. смеси; pi —плотность компонента, кг/м3; ' t — число компонентов. Поверхностные свойства (адгезия, липкость, коэффициент тре- ния). Эти свойства занимают особое место среди структурно-меха- нических свойств. Они характеризуют усилие взаимодействия между поверхностями конструкционного материала и продуктом при нор- мальном отрыве или сдвиге [см. уравнение (1—15)]. При этом для большинства продуктов пищевой промышленности липкость .(адге- зия) обусловливает величину усилия внешнего трения [см. уравнение (1—15а)]. Теоретически, особенно на молекулярном уровне, вопросы ад- гезии и внешнего трення не имеют еще должного завершения, а для пищевых продуктов такие разработки практически отсутствуют. Для объяснения адгезии существует несколько теорий [2, 9]: адсорб- ционная, ^..ектрическая, з»лектрома1..1г:пая, дпффу; ■ .^.., ;к динамическая и др. 30
В ряде случаев для двух- или многофазных систем установить границу разрушения затруднительно. Поверхность пластины после отрыва может быть смочена дисперсионной средой, либо на noj- верхности может находиться тончайшая пленка тонкодисперсной фракции исследуемого продукта [15, 23]. В явлениях адгезии, как видно из предыдущего, участвует це- лый ряд механизмов на молекулярном и надмолекулярном уровне, поэтому их детальный учет весьма затруднителен. Для практиче- ских целей достаточно описать общие макроскопические закономер- ности явления. Для этого можно провести расчеты на заранее вы- бранной модели, которая представляет собой образец «сложной жидкости» между двумя жесткими цилиндрическими пластинами; она обладает одинаковой чс продуктом адгезией [4, 23]. Математи- чески процесс отрыва пластины от продукта описывается следующим уравнением, если р0 (в Па) представляет собой адгезию (липкость): \lp0~hl2a+ClwCl (1-35) где h — толщина слоя продукта между пластинами, м; а — коэффи- циент, аналогичный коэффициенту поверхностного натяжения, Н/м; С — коэффициент пропорциональности, ' зависящий от состава про- дукта, активности контактирующих групп, размера частиц; харак- теризует темп убывания площади контакта, м2/с; wc — скорость увеличения силы отрыва, Н/с, которая представляет собой отноше- ние текущего значения силы к времени ее действия. Уравнение (1—35) линейно и хорошо описывает адгезионное взаимодействие достаточно концентрированных дисперсных систем, дисперсионная среда которых состоит из водных прослоек (в про- слойках могут быть растворены белки, соли и т. п.). Внешнее трение пищевых продуктов зависит от липкости и ряда других факторов. Трение может быть статическим — до нача- ла смещения и динамическим — при движении продукта по поверх- ности. Для теоретического обоснования внешнего трения предложены молекулярно-кинетическая, механическая, физическая и другие тео- рии, аналогичные теориям, объясняющим адгезию. Однако имею- щиеся теоретические разработки пока не нашли воплощения для анализа внешнего трения пищевых продуктов. Влияние технологических факторов (температуры, влажности и др.) на структурно-механические характеристики. Влияние этих факторов весьма существенно [4, 19]. Обобщение в теоретическом плане сделано для описания изменения в зависимости от темпера- туры и влажности (содержания сухих веществ) двух фундамен- тальных свойств: плотности и вязкости [4, 10, 12, 21, 24]. Плотность жндкообразных систем при изменении температуры можно вычислить с помощью коэффициента температурного расши- рения Р* (в 1/К), который показывает, на какую величину от пер- воначальной изменится объем системы V (в м3) при изменении тем- пературы t на 1 К: h = {\lV)(dVldt). (1-36) Если г-. г:ъ коэффициент температур лого расширения величи- ной постоянной в определенном интервале температур, то приве- 31
иная зависимость преобразуется в следующие расчетные фор- мулы: 1 Рс—Р/ ?с ,, ос ч Р/ == Т~Г или 9t = 1.п/—7Т' (1—36а) где Рс — плотность при температуре tc, кг/м3; р/ — плотность при более'высокой температуре t, кг/м*. Среднее значение коэффициента температурного расширения для многих водно-белковых систем в интервале температур 40— 95° С такое же, как и для воды: 56-10~5 1/К- Плотность жидкообразных белковых систем рс (в кг/м3) (мяс- ной бульон, кровь, молоко, соки и т. п.), содержащих большое ко- личество воды^ может быть вычислена по зависимости Рс = Ро/+яс> ~ (1—366) где рс — плотность при фиксированной температуре tc (в К) и кон- центрации су кг сухого вещества на .1 кг продукта; ро< — плотность при концентрации, равной нулю, и той же температуре, кг/м3; а — эмпирический коэффициент, кг/м3. Вязкость жидкообразных систем при изменении температуры описывают уравнением Френкеля — Эйринга [2, 24], имеющим тео- ретическое обоснование: т| = Л exp[£/(/?7-)L (1-37) где А — постоянная, Па «с; Е — энергия активации, кДж/кмоль; R — универсальная газовая постоянная, 8,32 кДж/(кмоль-К); Т — абсолютная температура жидкости, К. Для неньютоновских степенных жидкостей [4] уравнение (1—37) принимает вид, аналогичный (1—29а), т. е. т|эф= Л {ехр[£/(/?Г)]} (Y/Yi)"m. (1—37а) Уравнение Бачинского [18] имеет некоторые теоретические обоснования, сделанные А. С. Предводителевым, М. Ф. Широковым и др. Уравнение связывает температурные изменения вязкости с изменением удельного объема: Yj = \>/(V— со) ИДИ 1/tj = u/v— co/v, (1—38) Где„ v -~" Удельный объем жидкости, и=1/р, м3/кг; со и v — предель- ный объем и модуль вязкости, зависящие от свойств жидкости, м3/кг и м2/с соответственно; предельный объем лежит в пределах между удельным объемом жидкости и твердого тела. Хорошие результаты при обобщении экспериментальных данных дают простые эмпирические зависимости Y] - ахГа; или y| = ах (tftnvr**, (1-39) гДе а{ и а2 — эмпирические коэффициенты, в первом уравнении а\ имеет размерность Па-с-К32, во втором —- Па -с; коэффициент а2 6а^пязмерныи; f —температура жидкости, К" 1~п — те"перят\7~1 'фпвсдення, К. 32
Темлературно-инвариантные характеристики вязкости по пред-, ложению А. М. Маслова широко используют для некоторых пище- вых продуктов [12]:. j ВрЛфР.ф _ _ fl(r— r"P> (I—40) ^о„р^Р Ь+(Т-Тпр)' где £0, В0пр— эффективная вязкость при единичном значении градиента скорости [см. уравнение (1—29а)] или ньютоновская вяз- кость, Па-с; Г, ГПр — абсолютная температура жидкости, К; р, рпр — плотность жидкости, кг/м3; а, Ь — эмпирические коэффици- енты; а—1,975, 6 = 162 К; индекс «пр» означает, что вязкость и плотность отнесены к некоторой температуре приведения, которая подбирается эмпирически. Для выполнения расчетов уравнение (1—40) можно предста- вить в виде „ _ в*0тпр9пр .. lgar==_ "(Г-гпр) ^ (}_40а) В0пр7-р 6+(Г-Гпр) затем вычислить \gaT> определить антилогарифм, т. е. найти ат, и далее — вязкость при заданной температуре. Уравнение (1—40) в широком температурном диапазоне может не быть линейным, тогда для определения вязкости следует пользо- ваться графическими зависимостями нли аппроксимировать отдель- ные участки кривой прямолинейными отрезками. Температурные из- менения предельного напряжения сдвига иногда можно описать аналогичными зависимостями, а в малом диапазоне температур ока- зываются справедливы линейные уравнения. Температурные зависимости других реологических характери- стик иногда могут не иметь монотонного изменения и описываются для каждого продукта своими уравнениями. Например, при. повы- шении температуры липкость колбасного фарша увеличивается, достигает максимума и затем начинает уменьшаться. Узеличение влажности (W, кг влаги на 1 кг продукта), или, что то же самое, уменьшение концентрации сухих веществ (с, кг сухих веществ на 1 кг продукта), приводит к монотонному умень- шению сдвиговых свойств, однако липкость при определенной влаж- ности может иметь максимальное значение. Эти изменения могут быть описаны экспоненциальными, степенными илн линейными зави- симостями и др. [4]. Существенный интерес представляют формулы Эйнштейна — Гатчека [4], имеющие теоретическое обоснование; " -Ч = -Чд.с(1+4>д.ф); (1-41) ,-у. <■»*«>"-_ 3"_ «,-42) ■ [0/»1.ф>-I]1* 0-<ф)"' где г)д.с — вязкость дисперсионной среды, Па-с; Уф/У=Од.ф— объ- емная концентрация дисперсной фазы в системе, м3/м3; Уф — объ- :рсной фазы, гключая объем сользатнь.х оболочек, м-;; V — объем системы, м3. &*441В 33
Применимость формул для того или иного продукта определя- ется экспериментально; например, формула (1—41) хорошо описы- вает зависимость вязкости молока от количества дисперсной^ белко- во-жировой фазы [4]. Злияние влажности на другие структурно-механические свой- ства может быть неоднозначным. Например, при увеличении влаж- ности мучного теста, колбасного фарша значения липкости проходят через максимум." Влияние на структурно-механические свойства различных техно- логических факторов, например продолжительности хранения, сте- пени механической обработки и дисперсности, кислотности и рН, специфично для каждого продукта и будет рассмотрено в соответ- вующих разделах. 2. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК Приборы для измерения значений каждой группы свойств (сдвиговых, компрессионных и поверхностных) имеют свою специ- фику. Однако общими будут следующие, не считая температуры и технологических характеристик, четыре переменные [12]: сила, мо- мент или напряжение; расстояние, деформация, площадь или объем; время, скорость деформации или линейная скорость; энергия, В со- ответствии с этим механические измерительные приборы содержат устройства для регистрации усилий, деформаций, времени; энергия вычисляется по этим показателям либо измеряется специальными приборами. По ,виду измеряемой величины [32] реологические приборы де- лят на четыре группы (табл. 2—1). Эта классификация в опреде- ленной мере условна, так как некоторые приборы позволяют варьи- ровать две величины при постоянной третьей. Первые два метода получили наибольшее распространение, осо- бенно в вискозиметрии. Первый метод — постоянной скорости сдви- га— реализуется обычно путем применения электромеханического или гидравлического привода, сила измеряется различными динамо- метрами. Второй метод — метод постоянной нагрузки — конструктивно значительно проще, так как скорость перемещения или вращения легко измерить обычным секундомером или записать на диаграм- мной ленте. • . При третьем м?тоде измерения постоянная сила нагружения обусловлена неизменной массой подвижной части прибора, время измерения обычно постоянно (180—30Q' с) и принимается несколь- ко больше, чем пепчол релаксации. В прибопах ттчмрпяют глубину погружения при у:> -.-...иающыся ckv,-„wj, ..otu^.i ., . ,еделе. до- стигает нуля. ■ , 34
Таблица 2-1 Классификация методов измерения реологических, характеристик Измеряемая величина Постоянные величины Пример прибора Динамическая (сила, момент, напряжение) Кинематическая (вре- мя, скорость) Геометрическая (дли- на, площадь, объем) Энергия (мощность) Геометрические, кинематические Динамические, геометрические Динамические, ки- нематические (вре- мя) Геометрические, кинематические Вискозиметр «Реотест»; универсальный прибор ВНИИМПа; сдвигомер Симоняна Вискозиметры: РВ-8, Оствальда, Уббелоде, Гепплера Пенетрометры (кониче- ский пластометр КП-3 и др.) Фаринограф Брабенде- ра, прибор Большако- ва — Фомина; - приборы, дающие диаграмму си- ла — расстояние Четвертый метод позволяет по площади диаграммы определить энергию деформирования, а ордината на диаграмме показывает усилие. Кроме того, в приборах этой группы энергия может быть вычислена по мощности, если прибор снабжен самопишуш,им или показывающим ваттметром или счетчиком. Вискозиметры Капилляр\ ныв т {Спадающим иариком Г Сдододни- \го исг:?- чсния IL Истечения под доёшием постоянно] Ротацион\ ные JL Скоакси-1 альными ; цилиндрами Переменно- го upoS/iH Злектро- ыаушпшь:с\ Оптичес- кие Бидрацион\ ные С дращшо- щимея телом С парал- лельными дисками з_ Юсноданные \на других мсп/ода/ _£ Же лоб- кобые Колеба- тельные \Осноданше на регис- трации пузырьков Ротамет- ри чес кие Рад'иа- иипипж Спадающие поршнем Низсочас тошные Ультра - 5ые Рис. 2—1. Классификация вискозиметров 2* 35
' В некоторых случаях измерение СМХ.одного продукта различ- ии способами дает неодинаковые результаты. Способ измерения - нЬ_аКтерИЗуется определенными геометрическими, кинематическими ^динамическими параметрами прибора и условиями проведения опы- та при постоянных исходных технологических показателях продук- та Указанные параметры и условия обусловлены теоретическими положениями, которые не всегда могут быть достаточно корректно учтены. При' тщательной научно разработанной методике экспери- мента измеряемые величины должны иметь одинаковые значения независимо от способов измерения (см., например, подраздел 3: данные о вязкости топленых животных жиров, полученные с по- мощью шарикового вискозиметра Гепплера и капиллярных виско- зиметров Оствальда и Уббелоде; данные о вязкости колбасного фарша, полученные А. В. Горбатовым и М. В. Горбанем). Классификация вискозиметров представлена на рис. 2—1. Наи- большее распространение в исследованиях пищевых продуктов по- лучили следующие вискозиметры: ротационные, капиллярные, с па- дающим шариком. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Сдвиговые свойства проявляются при касательном смещении слоев продукта. Приборы для измерения указанных свойств по принципу действия делят на следующие группы: ротационные, ка- пиллярные, пенетрометры, приборы с плоскопараллельным смеще- нием пластин и др. Основной предпосылкой научной обоснованности -и объектив- ности полученных данных на ротационных и капиллярных вискози- метрах является отсутствие турбулизации потока. При работе на капиллярных вискозиметрах критерий Рейнольд- са не должен превышать 150 [12], при движении шарика в жидкости ламинарный режим наблюдается при числовых значениях критерия Рейнольдса меньше 0,2; ориентировочно при работе на ротационных вискозиметрах: если вращается внутренний цилиндр, то комплекс QD/v не должен превышать 70-104 м~2; если вращается наружный Цилиндр то комплекс QH/v не должен превышать значения 0,19/[Ян(Ян—Я»)]. - Ротационные вискозиметры Ротационные вискозиметры обладают рядом преимуществ по сравнению с другими. Подробный обзор рассматриваемых приборов Дан в книге [6], в которой -приведены также основы теории. Наряду со многими преимуществами ротационных вискозиметров по срав- нению с другими типами возникают затруднения, которые вызывают тепловыделения в слое испытуемой массы, находящейся в узком коЛЬЦеВ°М зазоРе- Поэтому необходимо работать в условиях, при ^ торых выделение теплоты заведомо ничтожно, либо нужно поль- иаться методами пересчета экспериментальных данных с учетом TemoRi,i делений. Принципиальные схемы ротлчшыных вискозиметров показаны рис. 2—2. Они могут иметь одну геометрическую форму: коак- 36
Рис. 2—2. Принципиальные схемы ротационных вискозиметров спальные цилиндры (рис. 2—2, а), сферы или полусферы (рис 2—2, б), два конуса (рис. 2—2, в), две плоскопараллельные пласти- ны (рис. 2—2, г), два плоских кольца (рис. 2—2, д) или два кони- ческих кольца (рис. 2—2, к). Рабочий зазор или рабочий орган может быть комбинированным, т. е. состоять из двух различных поверхностей: цилиндр —диск (рис. 2—2, е), цилиндр — полусфера (рис. 2—2, ж), конус —диск (рис. 2—2, з), цилиндр — конус (рис. 2—2, и), цилиндр — конус — диск (рис. 2—2, л) и др. Между ра- бочими поверхностями находится исследуемый продукт, сила сопро- тивления внутри которого при вращении одной из поверхностей измеряется. Момент сопротивления можно измерять двумя спосо- бами: на вращающейся поверхности, тогда вторая поверхность за- крепляется жестко, и вращая одну поверхность, тогда другая со- единяется с динамометром. Наибольшее распространение в пищевой промышленности полу- чили коаксиально-цилиндрические комбинированные поверхности для измерения характеристик вязких и пластично-вязких продуктов (см. рис. 2—2, а, ж, л). Известны два основных варианта прибора с коаксиальными ци- линдрами. В первом испытуемое вещество помещается в цилиндр, приводимый в равномерное вращательное движение. Подвешенный на упругой нити второй цилиндр находится коаксиально с первым. Вязкость вычисляется по величине скорости вращения первого ци- линдра и по углу поворота второго цилиндра от его первоначаль- ного положения. Этот метод применяется для исследования жидко- стей и газов. Второй вариант: внешний цилиндр неподвижен, внутренний кре- пится на оси, вмонтированной для уменьшения трения в шариковых подшипниках, и приводится во вращение с помощью падаюшего гручз. ртз ротационных приборах г перцмелталыю г.~ 1уч...от .. спмостл крутящих моментов от утлозой скорости вращения изме- рительной поверхности. 37
При исследовании пищевых масс часто применяют ротаци- онные вискозиметры РВ-4, РВ-7, РВ-8, разработанные М. П. Воларовичем (рис. 2—3). Для случая, когда сдвиг рас- пространяется на всю толщину ис- следуемой массы, заключенной между • двумя цилиндрами, М. П. Воларовичем предложены формулы для определения квази- ньютоновской (эффективной) вяз- кости г)Эф (в Па-с) и предельного напряжения сдвига 60 (в Па) по модели Шведова — Бингама (1-25): Ъф= KM/N, 0О = К0Мо, (2-1) где К и /Со — константы прибора, зависящие от его геометрических размеров и высоты, на которую за- гружается исследуемый продукт, м-1-с-2, м-1-с-2; М — масса вра- щающих ротор грузов, кг (за вы- четом величины, компенсирующей трение в подшипниках); N — час- тота вращения ротора, об/с; Л10 — масса' грузов, при которой начи- нается сдвиг, кг. Постоянные в приведенных формулах определяют по зависи- мостям, в которые входит поправка на сферический торец ротора: £Яшк ' . Рнс. 2—3. Вискозиметр РВ-8 системы М. П. Воларовича: / — шкив; 2 — блоки; 3 — устано- вочная гайка; 4—стакан для термо- статирующей' Жидкости; 5 — ротор; 6 — стакан; 7—спираль электрона- грева; 8 — изоляция; 9 — стопор; 10 — шкала; 11— стрелка /с = к0= 8л2 я2Х h + . #А Rl-& gRn 2я^ (А + я/?в/4) (2-2) гДе ^шк —радиус шкива, м (ЯШк = 0,02235 м); #н — внутренний Радиус стакана, м (Ян = 0,019 м); RB — радиус ротора, м (#в = U,01605 м); h — глубина погружения ротора в продукт, м; g— Ускорение свободного падения, м/с2. • В скобках даны размеры деталей РВ-8; для различных выпу- сков прибора возможны некоторые изменения размеров. дл комбинированных измерительных поверхностей, например счи ЛОлУсФеР°"ЦИЛИНДРическ°й, вязкостную константу К можно тзть по цилиндрической поверхности: К = gR* >2г>2 8я2 RiR, (2-3) Rl-Rl -^np где h « н в "р = h + аэкв; Лэкв = (Дв + Дн)/з. 38
Рис. 2—4. Ротационный виско- зиметр МТИММПа для изме- рения реологических свойств при повышенном давлении: / — станина; 2 — шкивы; 3 — бара* баи; 4 — хвостовик ротора; 5 — ро- тор; 6 — теизодатчики давления; 7 — неподвижный стакан; 8— поршень; 9—мембрана с манометром; 10— контрольный краник Рис. 2—5. Вискозиметр МТИПП РМ-1: / — стоика; 2 — плита; 3 — стойка; 4 — перфорированный диск; 5 — шкив; 6 — блок; 7 — фиксатор; 8 — ротор; 9 — пор- шень: Ю- груз; // — нить; 12 — блок; 13 — рукоятка; 14 — винт; 15 — плита; 16 — термостатнрующая рубашка; 17 — тензометрические датчики давления; 18 — рабочая камера; 19 — рифленая втулка; 20 — основание; 21 — опорный узел; 22— приводной валик; 23 — крон- штейн При соотношении радиусов 0,7 и более общая ошибка при опре- делении константы по приближенному значению эквивалентной дли- ны ие превышает 0,5% [121. Для исследования структурно-механических свойств при повы- шенных давлениях в МТИММПе на базе вискозиметра РВ-4 (рис. 2—4, позиции 1, 2, 3) сконструирован новый измерительный узел (позиции 4—10). Размеры вискозиметра: диаметр ротора 32 мм, внутренний диаметр стакана 38 мм. Новый измерительный узел от- личается от РВ-4 следующим. Стакан (статор) неподвижен, вра- щается рифленый ротор, который выточен вместе с хвостовиком из одной-заготовки. Давление в стакане создается за счет ввинчивания поршня, ко- то.-": .- упругой мембраной и манометром для i;::-..рения давления. 3 рабочем зазоре давление измеряется тензометрически- 39
рис 2—6..Вискозиметр МТИППа РМ-2: / — наружный цилиндр; 2 — манометр; 3 — герметичный кожух; 4 — измерительный сель- син; 5 — силовой сельсин; 6 — муфта; 7 — дви- гатель; 8 — измерительный блок; 9 — внутрен- ний цилиндр Рис. 2—7. Рабочая головка вискозимет- ра В. П. Павлова: 1 — внутренний ротор; 2 — ручной пресс; 3 — внешний цилиндр; 4 — шестерня; 5 — торсион- ный подвес ми датчиками. Для измерения при высокой частоте вращения при- бор может подключаться к гидроприводу. В МТИППе создан ротационный вискозиметр РМ-1 (рис. 2—5). На основании установлены рабочая камера и опорный узел. Внутри камеры запрессована рифленая втулка 19 (Ян = = 22- Ю-3 м), наличие которой устраняет возможность проскальзы- вания продукта. Сменный ротор 8 [#В=(Ю; 12,5; 15; 18) 10"3 м, h = — 0,05 м] установлен на приводном валике. Давление в исследуемой массе создается посредством поршня с уплотнительными кольцами. Регистрация избыточного давления осуществляется . тензометриче- скими датчиками. Угол поворота ротора измеряется при помощи фотоэлектрического датчика. Угловая скорость ротора регистрируется самопишущим прибо- ром. Обработка экспериментальных данных проводится по описан- ной выше методике (поправка вводится на дисковый торец). Техническая характеристика: пределы измерения— эффективная вязкость Ю2— Ю7 Па-с; напряжение сдвига 10-М-10* Па; скорость сдвига 0—100 с-1; избыточное давление 0—ЫО5 Па; „габаритные Размеры, м: 0,53X0,255X0,69. . ^Для исследования реологических свойств ма£0вязких пищевых ••атерпалов под , ^членнем или вак; мом г. М""т ^здан рота- д*°Нный вискозиметр РМ-2 (рис. 2—6), который состоит 3 наружного неподвижного цнлиндра (Ла-0,03 м) с рубашкой для
поддержания необходимой температуры и внутреннего цилиндра (рогора) (#в =0,025 м, Л=0,09 м), связанного с валом измеритель- ного сельсина. Вращение измерительного сельсина происходит бла- годаря электромагнитной связи с силовым сельсином, жестко через муфту связанным с двигателем. Напряжение, возникающее при тор- можении измерительного сельсина, пропорционально углу рассогла- сования сельсинов, т. е. пропорционально моменту сопротивления, приложенному к внутреннему цилиндру от исследуемого материала, находящегося в зазоре между цилиндрами 1 и 9. Сигнал рассогла- сования поступает - в измерительный блок 8. Измерительный сельсин крепится в кожухе, который герметично соединен с наруж- ным цилиндром. В герметическую камеру поступает сжатый воздух или газ под давлением, которое контролируется манометром. Если подключить камеру к вакуум-насосу, то можно создавать в ней раз- режение. ^ • ' • , Техническая характеристика: пределы измерения — эффективная вязкость 10—2*10* Па-с; напряжение сдвига 5—50 Па; скорость сдвига 6—ЮС с-1; габаритные размеры, м: 0,25X0,4X0,6. На рис. 2—7 представлена схема вискозиметра системы В. П. Павлова. Вискозиметр имеет постоянную скорость враще- ния, ступенчато изменяемую при помощи коробки передач. Враще- ние от синхронного электродвигателя передается внутреннему рото- ру вискозиметра. В зазор шириной 0,25 мм, образованный ротором и внешним цилиндром, подается при помощи ручного пресса иссле- дуемая масса. Цилиндр 3 посредством шестерни 4 связан с торси- онным проволочным подвесом 5; напряжение, создаваемое крутя- щим моментом, уравновешивает напряжение, возникающее в де- формируемом материале. Скорость сдвига может изменяться от 0,4 до 3000 с-1. ••• Кроме отечественных приборов в пищевой промышленности для -исследовательских целей все более широко применяют ротационные вискозиметры производства ГДР. Одной из моделей является «Р е о т е с т RV», выпускаемый фирмой «Прюфгеретеверке» (Me- дйнген, ГДР). Схема этого ротационного прибора представлена на рис. 2—8. Внутри станины прибора установлен синхронный электродвига- тель, соединенный с двенадцатиступенчатой коробкой передач, ко- торая позволяет изменять частоту вращения внутреннего цилиндра от 0 до 1500" об/мин. Крутящий .момент от коробки передач пере- дается ведущему валу 6 и далее через спиральную пружину — ве- домому валу 4, соединенному с внутренним цилиндром 2 муфтой. Отсчет величины крутящего момента производится по шкале при- бора 5, "скорости вращения — по указателю 9. Показания прибора 8 прямо пропорциональны измеряемому моменту, а также напряжению сдвига и вязкости исследуемого ма- териала. Частота вращения синхронного электродвигателя зависит от напряжения тока в сети и ее нагрузки. Отклонения от номиналь- , ной частоты 50 Гц фиксируются прибором 7. Методика расчета при- ведена в паспорте. . Техническая характеристика: пределы измерения — вязкость 10~2—104 Па-с; ско- гть деформац. .; (0,1—'7:- ._, ^^-с-1; на-ч пряжение сдвига 12—3-103 Па; температура — 30-f- + 150°C; по- грешность измерений ±3% (для ньютоновских жидкостей). 41
Рис. 2—8. Вискозиметр «Рео тест RV»: 1 — станина; 2— внутренний ци- линдр; 3 — наружный цилиндр; 4 — ведомый вал; 5 — спиральная пру- жина; 5 —ведущий вал; 7 — измери- тель частоты; 8 — измеритель кру- тящего момента; 9 -г указатель ско- рости вращения Рис. 2—9. Вискозиметр типа RN: / — крышка; 2 — запорная гайка; 3 — вращающийся ротор; 4—рычаг; 5 —муфта; 6 — термометр; 7 —вы- ключатель; 8 — рукоятка; 9 — изме- рительный прибор; 10 — штатив; 11 — кронштейн; 12 — зажимной винт; 13 — упор; 14 — рукоятка из- менения скорости вращения; 15 — зажимной рычаг; 16 — термостати- рующий сосуд; /7 — неподвижный цилиндр Эффективную вязкость определяют как отношение напряжения к скорости деформации [см. формулу (1—16а)]. Для использования принятой в отечественной литературе мето- дики обобщения данных ротационной вискозиметрии " прибор сле- дует градуировать по крутящему моменту, который легко может быть приложен к ротору с помощью падающих грузов. Эта же фирма выпускает ротационный вискозиметр типа RN (рис. 2—9). Вискозиметр состоит из измерительного при- ора, измерительной головки с вращающимся ротором и термоста- тирующего сосуда. Рукоятка 14 служит для установки требуемой астоты вращения ротора. Изменение скорости может производить- как при остановке, так и во время работы вискозиметра. Тем- Ратура контролируется по термометру. м^ля расширения диапазона измерения вязкости для вискози- нз фирма поставляет три измерительные системы, состоящие ди ДВУХ измерительных цилиндров, отличающихся размерами ра- козч°*- И ДЛх"Н ЦИЛИНДР0В- Кроме измерения т взятием пробы вис- ние^КИ И ■ Писанный вискозиметр может применяться и при свободном 42 - КОЗИМетп DM кРыш может применяться 1.ез tcp.\i.........^wOiuero сосуда, «... к5 и запорной гайки, т. е. для измерения вязкости погруже-
погружении ротора непосредственно в сосуд с измеряемым веще- ством без неподвижного цилиндра. Вычисление результатов измерений производится по методике, аналогичной описанной выше для вискозиметра «Реотест». Техническая характеристика: пределы измерения — вязкость от Ю-12 до 420. Па-с (включая применение свободно вращающегося ро- тора), напряжение 5,0—1500 Па; скорость сдвига 5—492 с-1; часто- та вращения ротора 16, 40, 80 и 160 об/мин; температура от —30 до +120° С; погрешность (для ньютоновской жидкости)—измери- тельные устройства N и М: ±3%; Н: ±5%; габаритные размеры со штативом, м: 0,25X0,28X0,44. 13 ис коз и метры капиллярные и с падающим шариком Принципиальные схемы капиллярных вискозиметров для ньюто- новских и неньютоновских продуктов показаны на рис. 2—10. Об- щим для всех приборов этого типа является наличие капилляра, устройства "для измерения расхода или объема жидкости и системы, обеспечивающей создание гидростатического давления. В качестве капилляра может быть использована трубка диаметром от долей миллиметра до 2—3 мм для измерения вязкости ньютоновских и маловязких неньютоновских жидкостей. Получаемые результаты, как правило, инвариантны, т, е. ие зависят от диаметра трубки. Для неньютоновских жидкостей с более высокой вязкостью и пластично- вязких систем диаметр капилляра может достигать нескольких де- сятков миллиметров, а результаты измерений часто зависят от диа- метра, т. е. неинвариантиы. Диаметр капилляра входит в теорети- чески полученные формулы для соответствующих моделей тел. Наиболее простые, традиционные и вместе с тем универсальные капиллярные вискозиметры Оствальда (рис. 2—10, а) иУббелоде (рис. 2—10, б) имеют капилляр и два по- Рис, 2—10. Принципиальная схема капиллярных вискозиметров для вязких жидкообразных продуктов: а—Оствальда; б — Уббелоде; / — шарнк для измерения объема протекающей через капилляр жидкости; 2— капилляр; 3 — шарик для сбора жидкости для пластично-вязкнх (неньютоиовских) продуктов; в — вискозиметр Горбатова, Сухановой и др.; / — магистральный трубопровод; 2—подвижный капилляр; 3 — упругие элементы (сильфоны, пружины); 4 — индукционный датчик пере- мещения капилляра с регистрирующим прибором; 5—импульсный подогрева- тель для удаления жировой пленки; г — вис^озим^п постоянного расхода Г. В. Виноградова а др.: / -буфери.,. .:идк .т.. .. .. ;)ення перепада давления; 2 — мембрана; 3 — капилляр; 4 — цилиндр с поршнем для продукта 43
JL-J Ж 1Щ2 Т 1 Hid I Г^ ^П. I a- рис 2—11. Стенды для измерения вязкости: а — при различных температурах; / — вискозиметр; 2 — сосуд для термоста- тирующей жидкости; 3 — ультратермостат; б — прн различных напряжениях сдвига: / — воздушный насос; 2—бутыль-моностат; 3 — трубка к вискозимет- ру; 4 —ловушка Для жидкости; 5— жидкостный манометр лых шарика для жидкости. Движущая сила процесса истечения — перепад давлений — в вискозиметре Оствальда обусловлена раз- ностью высот жидкости, в вискозиметре Уббелоде — вакуумом или давлением в одном колене трубки. При измерениях приборы поме- щают в водяную баию. Вискозиметр А. В. Горбатова, С. И. Сухановой и др. (рис. 2—10, в) встраивается в. технологический трубопровод для пластично-вязких продуктов. При прохождении продукта через капилляр под действием сил внутреннего трения — напряжения на стенке трубы —происходит его ..осевое смещение, которое регистри- руется датчиком перемещений и записывается прибором. Внутрен- няя сила, вызывающая перемещение, компенсируется пружинами или сильфонами, которые могут иметь разную жесткость. Вискозиметр постоянного давления Г. В. Вино- градова и др. (рис. 2—10, г) обеспечивает протекание жидко- сти по капилляру при постоянном давлении, которое обеспечивает буферная ^жидкость, отделенная от исследуемого продукта упругой мембраной. Продукт в капилляр подается из цилиндра с поршнем. Методы капиллярной вискозиметрии нашли широкое применение и при исследовании реологических свойств высоковязких веществ (различные пластмассы, конфетные массы и т. п.). Теоретические основы капиллярной вискозиметрии для ньютоновских и неньюто- a?BxKIIX ЖиДкостей даны в работах Г. Барра, Б. Рабиновича, М. Муни, А. Метцнера и У. Рида. Методики измерения и расчета сдвиговых свойств для большин- ства приборов этого типа подобны. Измерительный стенд (рис. 2—11, а) состоит из вискозиметра, помещенного в открытый или герметический сосуд, и ультратермо- тата Термостатирование исследуемой жидкости в приборе зани- т^ет Ю—30 мин, что определяется ее объемом. За это время ее. ШеРатУра достигает температуры жидкости из термостата и вос- темпаВЛИВаетСЯ стРУктУРа- При кратковременном термостатировании и».„ еРатУРные ошибки дают существенные отклонения вязкости от исгинных ее значений. Афи измерениях вискозиметрами Уббелоде необходимо о одно*, 44
стороны капилляра создавать давление или вакуум. Для этого ис- пользуют установку (рис. 2—11, б), состоящую из воздушного на- соса, который может работать как компрессор или вакуум-насос; бутыли-моностата объемом 8—10 л с пробкой; U-образиого жид- костного манометра или микроманометра; сосуда, который являет- ся ловушкой жидкости, выбрасываемой из манометра, и трехходо- вого краиа для регулирования подачи воздуха. Перед началом из- мерения давление во всех емкостях должно быть выравнено. Ис- пользование избыточного давления при течении жидкости по ка- пилляру создает возможность турбулизации потока, поэтому необ- ходимо проводить проверку на ламинарность по критерию' Рей- иольдса. При вычислении констаит прибора по уравнению Пуазейля pd/(4l) = rfiw/d, (2—4) где р — гидростатическое давление, Па; d.— внутренний диаметр капилляра, м; / — длина капилляра, м; т\ — динамическая вязкость, Па-с; w — средняя скорость жидкости, м/с, следует иметь в виду, что геометрические измерения необходимо проводить с чрезвычайно- высокой точностью. Поэтому предпочтительнее капиллярные виско- зиметры градуировать по эталонной жидкости. Для определения полной относительной ошибки измерения вяз- кости жпдкообразных продуктов в связи с размерами капилляра используют диаграмму Г. Барра [4]. Она построена для оптималь- ной длины капилляра 0,1 м и среднего напора, т. е. разности высот жидкости в двух резервуарах 0,05 м [12]. • Температурные изменения объема и плотности жидкости в ви- скозиметре сказываются на результатах измерения. Поэтому виско- зиметр заполняют всегда одинаковым объемом жидкости при одной и той же температуре. Вискозиметр Оствальда используют как относительный прибор. Расчетная формула имеет вид *) = Kt?*, (2—5) где Kt — водная константа прибора при температуре измерения, м2/с2; р — плотность жидкости при температуре заливки, кг/м3; т — время истечения, с. Вискозиметр Уббелоде можно использовать как относительный и абсолютный. В первом случае его градуируют по эталонной жид- кости; во втором — в соответствии с уравнением Пуазейля опреде- ляют константы; их можно определить комплексно, исходя из дан- ных предварительной, градуировки и непосредственных геометриче- ских измерений. Для вычисления вязкости используют формулы (2—4) и (1—За) или т) = riBpr/(patB), , (2—6) где индекс «в» относится к данным, полученным при градуировке прибора по воде или какой-либо другой жидкости. Меняя давление истечения рв, можно построить градуировоч- ные реограммы, которые позволяют, вычислить константы для рабо- чих измерений. Аналогичные графики строят для результатов изме- рений исследуемой жидкости. Существенное значение имеют гра- фики рт—f(r>, которые для каждой темпеоатуры в области лействия закона Пуазейля дают горизонтальные линии. Когда начинав!ся гур- 45
булнзация и закон Пуазейля перестает объективно отражать про- цесс, линии отклоняются вверх. Если жидкость обладает аномалией вязкости, то прямые могут иметь частичное искривление или не вы- ходить из начала координат, отсекая на оси абсцисс отрезок, про- порциональный предельному напряжению сдвига. Горизонтальный вискозиметр ВК-4 в работе и гра- дуировке подобен вискозиметру Уббелоде. Он предназначен для измерения вязкости крови и имеет две калиброванные трубки. Каждая трубка состоит из двух широких капилляров с миллимет- ровой шкалой, которые служат резервуарами для жидкости. Меж- ду ними помещен узкий измерительный капилляр. Для термостати- рования исследуемой жидкости обе трубки помещают в широкую стеклянную трубу, закрытую с торцов пробками, через которые вы- ходят трубки. В трубу подается термостатирующая жидкость. Преимущество такой конструкции: малое количество жидкости и поэтому небольшое время термостатирования; отсутствие поправок на изменение гидростатического давления и объема; устойчивый ламинарный режим в широком диапазоне давлений; сравнительно большие время истечения жидкости. Так же как у вискозиметра Уббелоде, измерения можно проводить при прямом и обратном движении, жидкости в капилляре. Это очень существенно для бел- ковых структурированных жидкостей (кровь, молоко, бульон и др.), так как позволяет избежать разрушений структурных связен при холостом ходе. Для измерения предельного напряжения сдвига может быть использован прибор А. А. Симоняла, у которого вдвигание поршня в трубу с одной стороны вызывает свободное истечение продукта с другой стороны, а усилие, необходимое для истечения, воспринимается мембраной и определяется по ее деформации. Пла- стическое течение начинается, когда усилие на поршень равно со- противлению цилиндрического слоя вдоль стенки трубы. Устойчивость показаний прибора обеспечена достаточной площадью поверхности сдвига (около 170 см2). В момент начала движения градиент скорости равен нулю, тогда условие равновесия продукта в цилиндре запишется в виде равенства сил — вдоль стенки поверхности трубы и движущей силы давления, прикладываемой к поршню [левая часть уравнения (2—6)]: e0=/w//(40=:W, (2-7) где /С —константа прибора, учитывающая его размеры и градуиро- вочные показатели мембраны, Па/м; 6 — величина прогиба мембра- ны, м. F Общая ошибка измерений не превышает 10%. Широкое распространение получили автоматические вискозиметры АКВ-3 и АКВ-5. Прибор (рис. 2—12) состоит камеРы> заполняемой исследуемой массой и заканчивающейся к илляР0М. В камеру входит шток, проталкивающий массу через зст"ЛЛЯР' шток движется вниз под давлением пружины. В шток пе ^'1ЯеТСЯ Держатель карандаша, последний производит запись ние еЩеНИЯ штока н.а барабане 9, который приводится в движе- коТ01?Т СННхР0НН0Г0 Двигателя. При записи получают кривые, по ма^ЫМ'<0пределяют пластично-вязкие характеристики исследуемой L>- Методика экспериментов тт обработки лаинг " npir'ic прилагаемом к прибору. °иисап'| 1 46
Способ измерения вязкости с помощью падающего шарика в широкой трубке, реализующий закон .Стокса, успешно используется для ньютоновских или слабоструктурированных жидкостей. Однако он неприменим для изучения свойств пластично-вязких, структури- рованных систем. Реализуя двухмерный метод, за один опыт мож- но измерить температурную зависимость вязкости. Для этого жид-, кость в цилиндре нагревают сверху, охлаждают снизу, по вертикали пускают шарик. Зная скорость его движения в каждом слое и рас- пределение температур по слоям, можно построить график измене- ния вязкости в зависимости от температуры. При измерении шариковыми вискозиметрами отсчеты произво- дят в зоне равномерного движения шарика. Из шариковых вискозиметров, выпускаемых промышленностью, наиболее распространены вискозиметры Гепплера (рис. 2—13). Хотя закон Стокса, которым описывается движение шарика, здесь соблюдается частично, они позволяют довольно точно изме- рять вязкость. Шарик движется в наклонной трубке, образуя узкую щель со стенкой. У структурированной жидкости* при проходе через щель структурные связи разрушаются, поэтому точного воспроизве- дения результатов в двух последовательных замерах может и не Рис. 2—12. Вискозиметр АКВ-5: / — капилляр; 2 —камера; 3 — шток; 4 — дер- жатель карандаша; 5— пружина; 6— винт; 7 —ручка; 8 — втулка; 9 — барабан; 10 — син- хронный электродвигатель Рис. 2—13. Шариковый вискозиметр Геп- плера: / — стеклянная трубка; 2 — шарик; 3 — ци- линдр для термостатирующей жидкости; 4 — термометр; 5 — резиновый колпачок для отво- да избытка жидкости из трубки; 6 — прижим- ная гайка; 7.— полость для сбора излишней жидкости; 8 — уплотиительное кольцо; 9 — крышка; 10 — подставка; // — установочный винт; 12 — штуцер для подвода жидкости 47
Основные характеристики вискозиметра Тепплера Таблица 2-2 S о. о я КЗ диаметр d-109, м Масса т>\03, кг Плотность Р.,,» кг/мз Постоянная шарика К"Ю* Пределы измере- ния вязкости, Па-с 15,805 15,630 15,452 15,385 15,248 11,805 4,9692 4,8338 15,6567 15,0490 12,6496 6,9910 2404 2418 8110 8110 8120 8120 0,009747 0,080 0,234 0,555 3,850 27,400 (0,3-5-5)10-3 (3-5-30)10-3 (15-4-150)10-3 0,115—1,15 1-10 6-60 быть. Прибор проградуирован для измерения вязкости ньютонов- ских или слабоструктурированных жидкостей в диапазоне от 3-10~4 до 60 Па-с. Паспортная ошибка измерения не превышает 0,5% для лабораторной модели. Прибор неприменим для систем, имеющих предельное напряжение сдвига. Расчетная формула для вычисления вязкости где /( — константа прибора, м2/с2; рш — плотность материала ша- рика, кг/м3; р — плотность жидкости при температуре измерения, кг/м3; т —время перемещения шарика на участке h, с. Расчет проводят с учетом данных табл. 2—2. Размеры шариков выбраны так, чтобы каждая область измере- ния перекрывалась соседней примерно на 30%. Время падения ша- рика должно составлять 30—300 с. Приборы с плоскопараллельным зазором Они служат для измерения сдвиговых характеристик в области практически неразрушенных структур при^ малых, величинах дефор- мации. Приборы такого типа для исследования различных свойств: вязкости, упругости, периода ре* лаксации и т. д.— были пред- ложены П. А. Ребиндером, Д. М. Толстым, Б> А. Николае- вым. В приборах плоскопарал- лельный зазор может быть рас- положен вертикально, горизон- тально и наклонно. Прибор с Рис. 2—14. Прибор С. Я. Вей- лера и П. А. Ребиндера (а) и его модификация (б): / — и.истина; _ — ЛЮ1.4...1, J — мик- роскоп; 4 — мнкрошкала; 5 — груз (а) нли пружина (6)
вертикальным расположением С. Я?Л В &й л ер а;.'.- и П. А. Ребиидера бывает двух видов; в первом (рис>2-Ч41, а) кювета с исследуемым материалом устанавливается неподвижно^ в" нее помещается пластинка, приводимая в движение грузом. Между пластиной и нитью установлена микрошкала, по которой с помощью микроскопа измеряют деформацию. Время отсчитывают по секундо- меру. В модификации прибора (рис. 2—14, б) пластина через микро- шкалу прикрепляется к заранее тарированной пружине. При опуска- нии кюветы пружина удлиняется, что измеряется микроскопом. Напряжение сдвига 8 вычисляют по деформации пружины, со- ответствующей этой деформации нагрузке Р и боковой поверхности пластины F: б = P/(2F). (2-9) Предельное напряжение сдвига 0q определяется по наибольшей нагрузке Ртах* во = ^max/(2F). (2-10)- Метод тангенциального смещения пластины позволяет находить не только Эо, но и модули упругости, эффективную вязкость,. изу- чать процесс релаксации, а также снимать полные деформационные кризые y(9) при разных скоростях деформации. Приборы, основан- ные на этом методе, обладают большой чувствительностью и при- менимы для исследования свойств в большом диапазоне— от слабо- струкгурированных: золей и суспензий до твердообразных систем с высокопрочной структурой. Пластом етр Д. М. Толстого с горизонтально смещаю- щейся пластиной служит для нахождения констант упруго-пластично- вязких свойств масс с практически неразрушенными структурами. Определяют модуль быстрой эластической деформации сдвига Git модуль медленной эластической. деформации G2, наибольшую пластическую вязкость ^0 и условный статический предел теку- чести: Ga = ел/дл0, с?2 = ел/(лл/л - лл0)> % = (е - bt)/y. (2~i О где 0 — напряжение сдвига, Па; к— толщина слоя продукта, м; А/io — начальная (условно-мгновенная) деформация, м; Л/гт — эла- стическая деформация, м; у — скорость сдвига, с_!. Основными деталями пластометра (рис. 2—15) являются пла- стины, между которыми помещается образец продукта. Размеры пластин: длина 0,05 м. ширина 0,02 м, толщина 0,006 м. Плоскости пластин, примыкающие к продукту, имеют рифление, направленное в сторону, противоположную направлению усилий, деформирующих продукт. Деформацию образцов продукта измеряют при помощи упругой балочки с наклеенными на нее тензорезисторами. Сдвигающее уси- лие на' образец создают поворотом эксцентрика, гирями, которые устанавливают на неравноплечем рычаге прибора. От этого рычага усилие на продукт передается через равноплечий рычаг и верхнюю пластину 5. ~На основании метода, предложенного Д. М. Толстым, Б. д. Ни- колаев [21] разработал прибор для исследования . дисперсных кол- 49
Рис. 2—15. Прибор Д. М. Тол- стого: / — эксцентрик; 2 — гиря; 3— не- равноплечий рычаг; 4 — равнопле- чий рычаг; 5 — пластины; 6— испы- туемый образец; 7 — рычаг; 8 — ба- лочка; 9 — тензорезисторы Рис. 2—16. Конструкция изме- рительного преобразователя ав- томатического пластометра си- стемы ЛТИХПа: / — электромагнитная катушка при- вода пластины; 2 —система подве- ' са; 3 — пластина; 4 — корпус изме- рительного преобразователя; 5 —ре- гистрирующий датчик лоидных систем в плоскопараллельиом зазоре на наклонной плоско- сти при постоянном статическом напряжении. В ЛТИХПе создан автоматический пластометр для контроля процесса созревания кисломолочных продуктов. Принцип действия прибора основан на определении напряжений тангенци- ального сдвига, возникающих при смещении пластины в контроли- руемой среде. Контроль осуществляется без отбора проб при погру- жении герметичного измерительного преобразователя (рис. 2—16) не- посредственно в резервуар со средой. Техническая характеристика прибора: пределы измерения тан- генциального сдвига 5—40 Па; погрешность измерения ±5%; вре- мя измерения около 10 с; напряжение питания 220 В; габаритные размеры, м: блока управления и питания 0,3X0,2X0,3; измеритель- ного преобразователя 0,11X0,3. Пенетрометры и консистометры Схема конического пластометра предложена П. А. Ребнндером "• А. Семененко. Методика пенетрационных испытаний подробно описана в [26]. " , ■ ма- i :лнчина предельного напряжения сдвига 90 вычисляется по лснмальному погружению конуса ftmax в исследуемый материал \ = KagMlhln=Wlhl (2-12) где М —, личи* Масса нагрузки, действующей на конус, кг (за вычстсм вс- ны> компенсирующей трение и сопротивление пружины индика- 50
тора); К —константа конуса, зависящая только от угла при его вершине, по П. А." Ребиндеру (Л'=Ка£): /Са= (1/я) cos2(a/2)ctg(a/2)f (2-13) где а —угол при вершине конуса, град. Константу конуса обычно определяют по данным Н. Н. Агранат [12]. а, град 30 - 40 45 60 89,33 90 К* 0,958 0,530' 0,417 0,214 0,0836 0,0683 К 9,4 5,2 4,1 2,1 0,82 0,67 Ошибки опытов в значительной степени зависят: систематиче- ские— от точности изготовления и измерения угла при вершине конуса (в интервале 30—60° достаточна точность 0,1°); случайные — от способа укладки продукта в сосуд, исходной позиции конуса и т. д. Продолжительность опыта составляет 180 с, время измерения должно быть больше периода релаксации. На коническом пластометре КП-3 (рнс. 2—17, а) исследуемый продукт помещается в сосуде на подъемный столик, вершина конуса приводится в соприкосновение с поверхностью про- дукта. Конус нагружается гирями и с помощью индикатора опреде- ляется величина погружения конуса до его остановки. Пластометр КП-3 выпускается серийно. В МТИППе разработан малогабаритный пенетрометр (рис. 2—17, б) у который состоит из основания, на котором закреп- лены подвижный столик и вертикальная стойка. На последнюю устанавливается скоба с датчиком дифференциально-трансформатор- ной системы передач. К одному концу нити 'прикреплен подвижный шток датчика. На штоке расположены тарелка, служащая для уста- новки дополнительных грузов, и сменная насадка! На другом конце нити закреплен груз для уравновешивания массы штока с тарелкой и насадкой. В комплект входят конусы с углами при вершине 30, 45, 60, 90, 120°, а также диски. Техническая характеристика: предел измерения предельного на- пряжения сдвига до ЫО6 Па; напряжение сети 127, 220 В; габа- ритные размеры, м: 0,12x0,2X0,3; масса 4 кг. Пластометр- с пластиной (рис. 2—17, в) применен С. С. Жуковским и А. М. Гуткиным [14] для измерения предельного напряжения сдвига. Его значение вычисляют по зависимости Ъ0 = ёМ/(2ЬН), ' (2-14) где М — масса подвижной части прибора, кг; g — ускорение свобод- ного падения, м/с2; Ь — ширина ножа, м; Ь=0,025 м; h — глубина погружения ножа в продукт, м. Прибор состоит нз плоского ножа 0,2X0,025 м со штоком и индикатора или линейки для регистрации перемещений штока.. Авторы [14] установили, что значения предельного напряжения сдвига, измеренного на этом приборе и ротационном вискозиметре РВ-4, различаются не более чем на 5%. 77/4 ""сферический консистометр Е. и В. Шарнер (рис. 2—1/, г) для оценки консистенции мяса и колбас имеет полый 51
5 I ! Ш~2 Рис. 2—17. Схемы пенетрометров: а —конический пластометр КП-3: / — сосуд с образцом; 2— конус; 3 — инди- катор; 4 — груз; б—малогабаритный пенетрометр МТИППа: / — основание; 2—подвижный столик; 3 — стойка; 4— груз; 5—блок; 6— стойка; 7 — крон- штейн; 8—нить; 9 — тарелка; /0 — подвижный шток; // — датчик перемеще- ния штока; 12 — скоба; 13 — стопор; /4 — сменный рабочий орган; в — пла- стинчатый пластометр С. С. Жуковского и А. М. Гуткина: / — подставка с кронштейном; 2 — плоский нож; 3 — индикатор; г — переносной консистометр £•• и В. Шарнер: / — корпус; 2 — индентор; 3 — фиксатор;* 4 — пружина; 5 — хвостовик штока; д — консистометр В. П. Горбачникова и Е. Я. Баркова: / — корпус-пробоотборник; 2 — динамометр; 3 — пружина; 4 — подшипник; 5 — головка прибора; 6 — собачка и храповой венец корпус с подпружиненным полусферическим индентором. Когда ин- дентор прижимают-к продукту, сжимается пружина и хвостовик што- ка с нанесенными на него делениями выходит из корпуса. Измерения заканчивают при соприкосновении корпуса прибора с продуктом, т. е. изменяются две величины: перемещение штока относительно корпуса усилие вдавливания, которое определяется степенью сжатия пру- Приборы со сферическим индентором имеют теоретическое обос- нование [Ю]. - .Консистометр В.П.Табачникова и Е.Я.Баркова пор ^едназн" rpw Д^" о-**—- -^бы и одновременного определения Реде.тъного напряжения сдвига сыра и подобных ему продуктов (нис. 2—17, д). ' 52
Прибор состоит из труб- чатого корпуса-пробоотбор- ника с заостренной нижней кромкой и головки, представ- ляющей собой динамометр вращательного движения. Корпус пробоотборника ус- танавливают в строго верти- кальном положении иа сыре и погружают его в сыр на определенную глубину, о ко-. торой судят по отметкам на ' внешней поверхности пробо- отборника. Затем поворачи- вают головку динамометра по _часовой стрелке. . При этом собачка входит в за- цепление с зубьями храпово- го венца и не дает головке возвращаться под действием силы закручиваемой пружины. Когда эта сила станет равной силам сопротивления продукта (точнее, немного превысит их), произойдет поворачивание пробоотборника, сопровождаемое сдвигом продукта, а собачка зафиксирует максимальное отклонение шкалы прибора от нулевой отметки. Величина этого отклонения зависит от силы упру- гости пружины и предельного напряжения сдвига продукта. Предельное напряжение сдвига 80 (в Па) определяется по фор- муле, выведенной из равенства моментов: внешний момент Мкр (в Н-м), приложенный к головке, равен моменту силы сопротивле- ния (среза) на цилиндрической части прибора и на его торце, кото- рый можно уподобить диску: Рис. 2—18. Автоматический пене- трометр АР4/2: / — измерительная головка; 2 —падаю- щая система; 3 — стойка; 4 — измери- тельный столик; 5—-гайка; в—плита Йо=12уИкР/[я(602А+^3)]> (2-15) где D — максимальный диаметр сдвигаемой части продукта, равный диаметру цилиндра, описываемого краями ребер при их вращении, м; h — глубина погружения щупа в сыр, м-; d — внутренний диаметр трубки, м.' В ГДР выпускается автоматический пенетрометр АР4/2 (рис. 2—18). Он состоит из испытательного прибора и элект- ромеханического датчика времени. На вертикальной стойке, соеди- няющей измерительную головку с основной плитой, находится из- мерительный столик, переставляемый в вертикальном направлении с помощью гайки. В измерительной головке находится падающая си- стема, состоящая из гильзы, масштабной линейки и сменной зажим- ной детали. В измерительной головке находится, кроме того, система для оптической проекции масштабной линейки на матовое стекло с индексом. Там же располагается электромагнитная зажимная систе- ма падающей гильзы. Техническая характеристика: диапазон измерения 0—0,04 м; время испытания 5—130 с (ступенями в 5 с); температурный интер- вал 10—35° С* габр^ит"1-'1 ^ршеры, м: основного прибора 0,258X0,17X0,^./; дат шка ^„мени 0,32X0,272x0,i6. 53
Рис. 2—19. Принципиальные схемы приборов для измерения компресси- онных характеристик: а — осевое сжатие: / — пластины; 2 — про- дукт; б—осевое растяжение: 1 — зажимы; 2 — продукт; в — одностороннее объемное сжатие: / — поршень; 2 — продукт; 3 — цилиндр; г — двустороннее объемное сжа- тие; 1 — поршни; 2 — продукт; 3 — цилиндр; 4— пружинные подвески цилиндра МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПРЕССИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Наряду со сдвигом объемное или осевое сжатие, а также осевое растяжение являются основными типами механической деформации продуктов. Основные способы измерения названных характеристик показаны на рис. 2—19. Приборы для осевого сжатия продукта Методика работы практически одинакова для всех приборов. Конструктивные схемы различаются по способу привода пластины: снизу (рис. 2—20, а) и сверху (рис. 2—20, в, г), от электродвигате- ля или непосредственно от груза. Универсальный прибор ВНИИМПа [23] (рис. 2—20, а) состоит из основания, к которому жестко присоединены реверсивный электродвигатель с редуктором и коробка передач. На выходном алу коробки установлен подвижный шток с держателем рабочего ргана с образцом продукта. На основании установлена стойка с кронштейном, на котором расположена тензобалка с тензорезисто- ckr111 центре тензобалки установлен полый патрон, имеющий пDH°3JI0e отвеРстие, в которое вставляют одно из измерительных кото110 ЛеНИ"' ^ центре кронштейна имеется отверстие, через ritt.' ^°е в 0Тверстие измерительного приспособления входит хвосто- ВИк Держателя грузов. и ап меРИтельное- приспособление для определения осевого сжатия Пре £езии состоит из держателя и измерительного органа, которые тель Т?вляют с°бой круп.^е пластиьы однг^ .овон . .с^. /жа- ган и-°?!?_а?ца закРеплен на подвижном штоке, а измерительный ор- Ган крепится 54 в полом патроне.
£=ZT 5 Рис. 2—20. Устройство для измерения компрессионных характеристик при осевом сжатии продуктов: а — универсальный прибор ВНИИМПа для исследования реологических характеристик мясопродуктов; б — дефометр МТИММПа для исследования характеристик продук- тов при осевом сжатии; в — прибор для измерения компрессионных характеристик и адгезии продуктов; / — тензометрическая балка; 2— образец продукта; 3 — пласти- ны; 4 — электропривод с редуктором к подвижной части прибора; 5 — механиче- ский или электрический датчик деформа- ции продукта; г—прибор Б. А. Николаева и А. С. "Шпигельгляса: / — станина; 2— нижний диск; 3 — верхний диск; 4 — груз; 5 —шкала; 5—стрелка; 7 — шестерня; 8 — рейка; 9 — эксцентрик Дефометр МТИММПа позволяет регистрировать одновре- менно деформации и нагрузки во времени (рис. 2—20,5). Сжатие образца осуществляется между двумя полированными пластинами благодаря перемещению верхней пластины толкателем, установлен- ным в направляющих. Нижняя пластина неподвижно закреплена на основании. Прибор приводится в действие от электродвигателя пос- тоянного тока. Циклические нагрузки на образец создают путем, замены шкнва -эксцентриком. Усилие сжатия воспринимается упругим элементом, на который наклеены тензометрические датчики, подключенные к измерительному самошшг *тгчу потенциомет; \ Де^ tv. ,Г4>аз- ца регистрируют резистором переменного сопротивления, подключен- ным к самопишущему потенциометру. 55
Дефометр (рис. 2—20, в) позволяет исследовать характерис- тики продуктов при осевом сжатии и растяжении. В верхней части корпуса установлен столик с теизометрической балкой, которая фик- . сиоуется иа призмах. На теизометрической балке, в средней ее час- ти жестко закреплена бобышка для установки и крепления нижней пластины. Подвижная штанга-гайка получает возвратно-поступатель- ное движение от вращающегося винта, соединенного с электродвига- телем через редуктор и вариатор. Прибор Б; А. Николаева и А. С. Шпигельгляса [21] состоит из станины (рис. 2—20, г), в которой перемещается опорная стойка столика. Испытуемый продукт' помещается между параллельными плоскостями дисков; верхний из них может переме- щаться под действием груза 4; он связан с рейкой, входящей в за- цепление с шестерней, на оси которой закреплена стрелка. На столике укладывают образец и определяют его первоначаль- ный размер, затем быстро поднимают столик и устанавливают груз. Определяют величину мгновенной деформации по шкале, а также изменение деформации, отсчитывая время по секундомеру. На опи- ' санном приборе можно определить мгновенно-упругую- деформацию, модуль упругости сжатия, а также вязкость и предельное напряже- ние сдвига материала. Определение характеристик пищевых продуктов при осевом сжа- тии может производиться также на некоторых типах пенетрометров, например АР4/2, при замене индентора рабочим органом в виде круглой пластины. Приборы для объемного сжатия продукта Компрессионный акалориметр Мосмясокомби- ната и МТИММПа (рис. 2—21, а) позволяет определить как реологические, так и теплофизические свойства пластично-вязких продуктов при различных давлениях. Прибор состоит из подвешенного на пружинах цилиндра, внутри которого с противоположных сторон установлены поршни. Верхний поршень закреплен неподвижно на корпусе, нижний поршень за- креплен на подвижном штоке, с которым неподвижно соединен плун- жер индукционной катушки. Деформации .можно наблюдать визу- ально и записывать с помощью потенциометра по сигналам, полу- ченным от перемещения сердечника в индукционной катушке. Консистометр Гепплера (рис. 2—21, б) используется в исследовательских и производственных лабораториях. К недостат- кам прибора можно отнести то, что измерительный цилиндр змеща- ет малое количество (несколько граммов) продукта. Модернизация прибора [131, заключающаяся в изготовлении новых цилиндроз раз- личного диаметра, позволила устранить этот недостаток. Результаты экспериментов, проведенных на этих приборах, поз- воляют вычислить относительные деформации и построить кинети- ческие зависимости. Поскольку масса продукта в цилиндре известна, ^н же эксперименты дают возможность определить плотность при чттицных давлениях. ,-vi,i вычисления коэффициента бокового давлеь:*.. л опре^еле- бот ХаРактеРа распределения давления по высоте цилиндра разра- ан пРибор, представленный на рис. 2—21, в. Давление на про- 56
Рис. 2—24. Приборы для измерения компрессионных характеристик при объемном сжатии продуктов:. а — компрессионный акалориметр; б — консистометр Гепплера; в — устройство для измерения бокового давления и распределения давления по высоте ци- линдра; г — виброкомпресснонное устройство; i — цилиндр для продукта; 2 — поршень; 3 — продукт; 4 —- шток, передающий усилие давления; 5 — устройст- во, создающее давление; 6, 7 — датчики перемещения поршня, соответственно индукционная катушка и индикатор часового типа; 8 — водяная рубашка; 9 — термопары; 10 — датчики давления; // — вибропоршень дукт от поршня можно рассчитать по массе грузов, давление на стенку — измерить месдозами. Зная боковое давление в трех точках по высоте цилиндра, можно составить полную картину распределе- ния давлений в цилиндре. Аналогичные устройства с механическим приводом поршня описаны в \21\ Для изучения влияния вибрации при объемном сжатии продук- та используют прибор Ю. А. Мачихина и А. С. Максимова [17] (рис. 2—21,г). Он имеет цилиндр с водяной рубашкой, датчик давления и поршень, нагружаемый винтовой системой: реализуется , постоянной деформации. В нижней части прибооа установлен виоропоршень, жестко связанный с эксцентриковым вибратором и создающий колебания в продукте. 67
Приборы для растяжения продукта В приборе Ю.. А. Мачихина, В. Н. Данилова и Г. П. Ко.могорова (рис. 2—22, а), деформации подвергают об- разцы (например, тесто) с постоянными размерами. Концы плавающего на поверхности раствора образца закрепля- ются в зажимах, один из которых неподвижен. Измерительная часть представляет собой мерную линейку, закрепленную на направляю- щей. Концентрация солевого или сахарного раствора подбирается такой, чтобы образец (например, тесто) свободно плавал на поверх- ности. Нагружение образца производится с помощью грузов. Фиксатор освобождает стержень, и под действием груза образец удлиняется. После прекращения деформации стержень фиксируется и записыва- ется величина удлинения. Деформация образца производится до раз- рыва. ч Техническая характеристика: диаметр образца 0,01 м; длина 0,1 м; максимальное абсолютное удлинение образца 0,3 м; габарит- ные размеры прибора, м: 0,15X0, 15X1А Прибор Н. И, Назарова и Ю.В. Калинина [20] име- ет вертикальное расположение образца (рис 2—22,6). Образец кре- пится в зажимах и подвергается растяжению с помощью винта. Об- разец помещается в закрытой камере, где расположены гигрометр, нагревательный элемент, электроконтактный термометр и вентилятор. Усилие от образца передается на упругий элемент. Образец имеет прямоугольное сечение. Полученная осциллограмма имеет два участ- ка: первый характеризует упругие свойства материала; второй — пластические (предел прочности о~п и относительное остаточное Р"о. 2_;.99t Приборы для измерения характеристик прн растяжении продуктов: а—с горизонтально расположенным образцом: / — ванна; 2 —раствор; 3 — зажимы: 4 — образец продукта; 5 — ролик; в — кронштейн; 7— стержень; 8 — Ролик; 9 — мерная линейка; 10 — нить; // — груз; 6 — с вертикально располо- женным образцом: / —зажимы; 2 — образец; 3 — виит; 4 — вентилятор; 5 — камера; 6 — цепная передача;- 7—коробка передач; 8 — электродвигатель; •J гайка: /0 — на^ев?тель»ый -,п"в"т; // — матерчатые рукава; /2 — гиг- Su?e/TD' J3 ~" к°нтактный термосе..,; ii — упругий элемеш; /J — тензодатчи- н; ™ — усилитель; 17 — осциллограф 68.
удлинение е). Указанные величины определяют по формулам: «п = Л./Л). * - [(Лс— *о)/Л>] 100%, (2-16) где Р-а — максимальная нагрузка в мо- мент пластической деформации, Н; Fq—tначальное поперечное сечение об- разца, м2; /о — начальная длина образ- ца, м; /к — длина образца в момент разрыва, м. Для исследования растяжения (обычно хлебопекарного теста) поль- зуются также экстенсографами, в ко- торых цилиндр из теста закрепляют горизонтально и деформируют его си- лой, направленной вертикально и при- ложенной к середине. На таком при- боре определяют модуль упругости; влияние продолжительности замеса н отлежки, а также влияние обработки теста на его пластические свойства. На рис. 2—23 представлена схема экстенсографа фирмы «Бра- бе н д е р». Тесто замешивается до оп- ределенной консистенции, делится иа куски по 0,15 кг, затем из них с по- мощью валков формуют цилиндры,- которые в дальнейшем подвергаются отлежке в течение 45 мин. От переме- щения тесто удерживается скобами. Рычаг 8 получает движение от элек- тродвигателя и перемещается с постоянной скоростью перпендикуляр- но оси исследуемого цилиндра. Усилия, возникающие при растяжении теста, через систему рычагов 3 передаются механизму 4, к которому присоединен пишущий рычаг. Регистрирующее устройство 5 включа- ется одновременно с двигателем. На бумаге, перемещающейся со скоростью 390 мм/мин, вырисовывается кривая растяжения теста — экстенсограмма. При обрыве тестового жгута регистрирующее устрой- ство автоматически выключается. .Универсальная испытательная машина «Инст- р о н* (Англия) применяется в ряде стран для определения реоло- гических свойств мяса, готовых мясопродуктов и других изделий [23, Зб]ч На ней можно испытывать образцы на растяжение, сжатие, знакопеременные нагрузки, кручение, определяют релаксацию на- пряжений, чувствительность продукта к скорости деформации, под- считывают энергию деформации и релаксации. Подвижная траверса машины приводится в движение двумя вин- тами и свободным от люфта устройством. Скорость измерения реоло- гических свойств регулируется системой синхронного двигателя, кото- рая независимо от нагрузки обеспечивает постоянную скорость де- формации образ'гг>. Бол*"1Г" ~~■•••'-^-"ъ показаний машины позволяет применить ее для контроля иекогорых качественных характеристик мяса и мясопродуктов. Рис. 2—23. Экстенсограф: / — тестовой цилиндр; 2 — дер- жатель; 3 — система рычагов; 4 — механизм записи; 5 — реги- стрирующее устройство; 6 — ско- ба; 7 — электродвигатель; 8 — рычаг; 9— амортизатор ^ 59
1ЕТ0ДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИБРОРЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК Для изучения влияния вибрации на структурно-механические характеристики пищевых продуктов используются различные виды вибровнскозиметроз, наиболее распространенными среди них явля- ются ротационные. Эти приборы можно подразделить на три груп- пы [30]: приборы с коаксиальными цилиндрами, в которых внеш- ний источник создает вибрацию всего объема испытуемого образца; приборы, в которых вибрация в образце создается за счет колеба- ний одного из цилиндров относительно неподвижного; приборы для изучения характеристик продукта, подвергаемого вибрации. Для изучения воздействия вибрации на поведение полимерных и дисперсных систем - был создан виброреометр с коак- сиальными цилиндрами [15], в котором наружному' цилинд- ру задается перемещение с частотой 6—110 Гц. В реогониометре Вайссенберга (фирма «Сангамо», Великобритания) [18] рабочий узел конус—плоскость. Два привода обеспечивают вращение с постоянной скоростью и гармонические колебания. Каждый привод включает' синхронный электродвигатель и бО-ступенчатую коробку передач. Колебания с помощью механи- ческой системы могут осуществляться с частотой 2,5-10~6—25 Гц. Термостатнрующая камера позволяет производить исследования в диапазоне изменения температур от —50 до +150° С. Для изучения, механизма процесса разрушения структуры при одновременном действии вибрации и деформации сдвига служит вибрационная приставка к ротационному эласто- вискозиметру [30], .позволяющая изменять ускорения гармо- нической вибрации в пределах от 0 до 20g, а при ударном режи- ме—до 500g. Источником гармонических колебаний является стенд, работающий от усилителя звуковых колебаний УЗГ-10 в диапазоне частот 20—200 Гц и амплитуд 1—0,1 мм. Параметры вибрации оп- ределяют с помощью измерительного микроскопа и блока измерения частоты, скорости и ускорения, снабженного пьезоэлектрическим датчиком. На пленке осциллографа одновременно'с изменением мо- мента на валу внутреннего ротора записывают и изменение- ускоре- ния вибрации. ^ В МТИППе создан ротационный вискозиметр [17], в котором использован механический источник колебаний. Схема измерительной головки представлена на рис. 2—24, а. Внутренний цилиндр приводится во вращение парой свободно падающих гру- зов. Давление в продукте фиксируется датчиком 12. Наружный ци- линдр снабжен двумя сменными рычагами 20 и 26 (рис. 2—24, б, в). ль1чатг 20 служит для сообщения наружному цилиндру осевых ко- леоаннй, он имеет возможность поворачиваться вокруг неподвижной ЦСН £/ и шаРнирно присоединяться к цилиндру 10 так, что паль- рЫ 22 цилиндра входят в соответствующие пазы рычага 20. ычаг 26 служит для сообщения наружному цилиндру вращатель- - х колебаний. Оба рычага имеют вилку, .которая охватывает экс- 'Т[!И!< [9 вибратора. Для фгксгчни необходим то н-"р~--- ройеоаний наружного цилиндра предназначено направляющее yci- сгво, состоящее из кронштейна 23 и планки 24 с пазом. 60 "' "
Рис. 2—24. Вибровискозиметр МТИППа: а — измерительная головка; б, в — колебательные устройства; / — поршень; 2 —неподвижная камера; 3 — грузы; 4 — ннть; 5 — блоки; 6 — барабан; 7 — уплотнительное кольцо; 8 — заглушка; 9 — внутренний цилиндр; 10 — наруж- ный цилиндр; // — рифленая втулка; 12 — датчик давления; 13 — усилитель; 14 — регистрирующий прибор; 15 — шарик; 16— винт; 17 — гайка; 18 — штур- вал; 19— эксцентрик; 20 и 26 — рычаги; 21 — ось; 22— пальцы; 23 — крон- штейн; 24 — планкз; 25 — конический палец Техническая характеристика: диаметр наружного цилиндра 0,03 м; диаметр внутреннего цилиндра 0,01 м; длина цилиндра 0,08 м; частота вращения эксцентрика 62—1915 об/мин; эксцентри- ситет 0—0,006 м. Груз, опускаясь, нажимает на верхнюю планку, которая замы- кает электрическую цепь счетчика-секундомера. После прохожде- ния груза мимо нижней плаики Б последняя размыкает цепь секун- домера. Тем самым измеряется время прохождения грузом расстоя- ния между планками А и Б. С помощью вибровискозиметра опреде- ляют скорость сдвига, напряжение сдвига и эффективную вязкость. Расчет линейной амплитуды. колебаний А (в м) наружного ци- линдра производится по формуле А = еКР, (2-17) где е — величина эксцентриситета, м; /Ср — коэффициент рычага, 'определяемый отношением длин его плеч. Угловую скорость й, 1/с, внутреннего ротора определяют по формуле (1—36) или Q = 2rt/zp/4 (2-18) где ftp — общее количество оборотов ротора; т — время, за которое груз проходит расстояние между контактами," с. Л \) л б о р М. Бнрнбойма клёет электромс. ни гное :ш^и\ /к- дение малоамплитудных колебаний и раздельное измерение усилий 61
Рис. 2—25. Принципиальная схема вибровискозиметра: / — неподвижный стакан; 2 — изу- чаемый материал; 3 — колеблющий- ся стержень; 4—упругие подвески; 5 — постоянный магнит; 6 — магнн- топровод; 7 — датчик перемещений; 8 — силовая обмотка; А — от датчи- ка колебаний; Б — к измерительной системе Рис. 2—26. Маятниковый виско- зиметр МТИППа: / — основание; 2 — рабочее тело; 3, 18 — штуцера для теплоносителя; 4—болт; 5 — крышка; 6 — маятник; 7 — перфорированный диск; 8 — опо- ра; 9 — ось; 10 — манометр; // — штуцер для сжатого воздуха; 12 — зубчатый сектор; 13—стержень; 14 — сменный груз; 15 — фиксатор; 16—водяная рубашка; 17 — обечай- и деформаций [18]. Деформирование образца осуществляется при аксиальных смещениях соосных цилиндров (рис. 2—25). Опыты проводили с растворами полимеров, вязкость которых находилась в пределах от 0,2 до 3-Ю3 Па-с, а модуль упругости —от Ю-1 до 3-103 Па. В последнее время начинают находить применение ультразвуко- вые вискозиметры, одна из конструкций которых описана в кни- ге [11]. С. В. Сорокин и С. А. Мачихин разработали маятниковый вискозиметр (рис. 2—26). Прибор имеет точное теоретическое обоснование только для ньютоновских жидкостей. При испытании аномальных систем определяется эффективная вязкость, соответст- вующая средней скорости движения рабочего тела. Принцип работы основан на регистрации логарифмического декремента колебаний физического маятника в жидкости. Испытуемая -жидкость помещается в сосуд, расположенный в нижней части прибора. Маятник отклоняется кулачково-зубчатым механизмом, затем выводится из отклоненного положения. Возни- кающие затухающие колебания регистрируются прибором. Опреде- ление вязкости испытуемой жидкости не требует каких-либо слож- ных расчетов, поэтому прибор является экспрессным. При увеличении скорости сдвига, чапримеп пля жидких полу- фабрикатов хлебопекарного произвола на оолес )± ■„ . грешность змерения эффективной вязкости составляет около 10%, 62
Техническая характеристика: пределы измерения — динамическая вязкость 0,001—5 Па-с; эффективная вязкость 0,1—5 Па-с; избы- точное давление 0—1 МПа; погрешность прибора ±5%; рабочее напряжение 220 В; частота 50 Гц;" габаритные размеры, м; 0,3X0,3X0,6; масса 10 кг. Представляют также интерес вибрационные вискозиметры [34,. 35], которые были использованы для измерения реологических свойств фарша в лабораторных и производственных условиях [22, 23]. Вибрационный вискозиметр ВНИИМПа [23] состоит из зонда, погружаемого в фарш, и электронного блока. Зонд пред- ставляет собой герметичный металлический цилиндр, в дно которого впаяна полуволновая магнитострикционная пластинка, одна поло- вина которой выступает за пределы цилиндра, а другая расположе- на внутри него и охватывается смонтированной в нем катушкой с возбуждающей обмоткой. В места впая пластинки возникают про- дольные колебания, частота которых определяется ее длиной. Коле- бания пластинки, возбуждая в окружающей среде поперечные волны, затухают вследствие обратной реакции среды, зависящей от ее вяз- кости. Эта зависимость регистрируется электронным показывающим индикатором. Вибрационные вискозиметры позволяют измерять вязкость нью- тоновских и неньютоновских сред в диапазоне от сотых долей до 106 Па-с и могут использоваться для непрерывного измерения вяз- кости. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Поверхностные свойства пищевых продуктов— адгезия и внеш- нее тренне—проявляются на границе раздела между продуктом и твердой поверхностью. Теория вопроса подробно рассмотрена в [12]. Адгезиометры Приборы и методы измерения адгезии основаны на разрушении адгезионного шва путем приложения внешнего усилия [см. форму- лы (1—15), (1—35)]. По способу приложения усилия различают ме- тоды отрыва (равномерного и неравномерного) и сдвига (рис.2—27). Наиболее часто в адгезиометрах для пищевых, мясных и мо- лочных продуктов реализуется схема по рис. 1—27, а, она может отличаться способами приложения силы и регистрации отрывающего усилия. Например, в приборе Б. А. Николаева «мгновенно» отрыва- ется верхний диск с помощью рычажного механизма; в приборе А.. Г. Кульмана постепенно отрывается нижний диск при наполне- нии подвешенной к нему емкости водой [21]. Разделение контакти- рующих тел может происходить по трем вариантам: адгезионное — по границе раздела продукт — стенка, когезионное — по слою про- дукта — и смешанное. Однако адгезия в чистом виде зачастую не на- блюдается, поэтому измеряют удельное усилие разделения двух тел без конкретизации его вида. Полученное значение величины по предложению проф. Е. А. Николаева на- -чггот гг рилипа* ния или липкостью.
~~ГтТ~. * * „4*1 У t f б Jt Рис. 2—27. Методы измерения ад- гезионной прочности: а — способ нормального отрыва: / — адгезионный; 2 — когезионный; 3 — сме- шанный; 4 — схема устройства для осу- ществления отрыва; о — способы рас- слаивания жестких материалов: / — виецентренное растяжение; 2 — изгиб для плиточного и листового материа- лов; 3 — изгиб для листового материа- ла; 4 —консольный нзгиб для листо- вого материала; е — способы расслаи- вания гибких материалов: /, 2, Л—от жесткой подложки под углом 90°; 4 — то же, под углом 180°; 5 — от гибкой подложки; г — способ сдвигового раз- рушения: / — прн растяжении одно-. стороннего соединения; 2 — то же, дву- стороннего; 3 — прн сжатии соединения. цилиндра со' стержнем; -д — способ сдвигового разрушения при кручении: /.— по торцу цилиндров; 2 — по коль- цевой поверхности торца полых ци- линдров; з— по боковой поверхности цилиндра н стержня Ж Ж Рис. 2—28. Универсальный при- бор для измерения адгезии пи- щевых продуктов: 1 ■— подъемный столик; 2 — пласти- ны с продуктом; 3 — тензобалка; 4_ грузы для создания предвари- тельного контакта; 5—поперечина с хвостовиком; 6—нить; 7 — набор приводных шкивов Универсальный адгезиометр МТИММПа [16], пока- занный на рис." 2—28, позволяет менять в широком диапазоне гео- метрические, кинематические, динамические и другие параметры из-1 прения. Он имеет корпус, устройство с микрометрическим винтом для установки пластины. Она фиксируется держателем, который •монтирован на тензобалке, и имеет хвостовик для обеспечения соос- сти подвижной части системы. Для создания предварительного кон- акта на тензобалку устанавливают грузы. так 1^ическая хапактеристика: давление пр'чваритечьного" ™ та 300—3,5-105 Па; пределы' измерения адгезионного давления 64
О/прыб Рис. 2—29. Адгезиометр МТИППа: / — станина; 2 — подвижный столик; 5—камера для продукта; 4 — диск из исследуемого материала; 5 — шток-упор; 6— груз; 7 — тензобал- ка; 8 — редуктор Рис. 2—30. Адгезиометр • Ю. В. Клаповского: / — кювета; 2—пластина; 3 — упру- гое кольцо; 4 — шток; 5— направля- ющие; 6— неравноплечий рычаг; 7 — теизорезисторы; 8 — мнкромет-' рический винт; 9 — упор; 10 — штор- ка; // — осветитель; 12 — фотодиод 300—6180 Па, длительность предварительного контакта произ- вольная. В процессе эксперимента сила нарастает линейно, скорость на- растания характеризуется тангенсом угла наклона линии на ос- циллограмме. В. А. Даниловым, Ю. А. Мачихиным и О. Г. Силаевым создан адгезиометр для тестовых продуктов, который (рис. 2—29) состоит из станины, подвижного столика, специальной каме- ры для теста, диска из исследуемого конструкционного материала, штока-упора, тензометрической балочки, груза для создания напря- жения и редуктора для вертикального перемещения столика. Техническая характеристика: диаметр диска из конструкцион- ного материала 0,03 м; скорость отрыва диска от исследуемого про* дукта 0:01—0,05 м/с; пределы измерения адгезионного напряжения 0,01—10 Па; габаритные размеры, м: 0,4x0,4x0,5. Адгезиометр Ю. В. Клаповского предназначен для изучения свойств кондитерских масс (рис. 2—30). Исследуемую мас- су помещают в кювету, имеющую крышку с отверстием, в которое с малым зазором входит пластина, изготовленная из материала, адгезионные свойства которого надо определить. Пластина через упругое измерительное кольцо крепится к штоку, скользящему в направляющих. С другой стороны шток шарнирно прикреплен к не- равноплечему рычагу. Для определения усилия отрыва на измери- тельное кольцо наклеены теизорезисторы. Перемещение контактирую- щей пластины измеряется при помощи шторки, по обеим сторонам которой находятся осветитель и фотодиод. лдгезиометр МТИППа АЛ1-1, основа. :i..: и на л р и и- ципе сдвига [31]. В первоначальном варианте прибор был 3-2418 65
предназначен для определения усилий и моментов, возника- ющих при съеме тестовых заго- товок, а также усилий сдвига при исследовании адгезии вяз- ко-пластичных масс к поверх- ностям различных материалов. Прибор теоретически обоснован, что позволяет определить вели- чины адгезионных ^напряжений при последовательном. (одно- временном) сдвиге заготовки относительно матрицы или прн сдвиге рабочего органа относи- тельно испытуемой массы. Прибор (рис. 2—31) состо- ит из станины, втулки, верти- кального штока, фиксатора, матрицы с выпеченной заготов- кой, блоков, груза, каретки, ко- лодок и датчиков, смонтирован- ных на U-об-разной пластине, связанной с нитью, и наклеен- ных на гибких стержнях. По- следние смонтированы на пол- зунах, взаимодействующих с пружинами. Матрица с выпеченной тес- товой заготовкой 3 крепится к вертикальному штоку. Затем за- готовка обжимается двумя по- луконическими колодками. При повороте платформы происходит сдвиг заготовки по отношению к не- подвижной матрице 3. Подъем матрицы позволяет определить усло- вие отрыва. Адгезионные усилия замеряются с помощью тензометри- ческих датчиков. Усилия прижима колодок к матрице задаются вин- тами. Техническая характеристика: усилие отрыва до 50 Н; крутящий момент до 2 Н-м; погрешность прибора ±5%; габаритные размеры, м: 0,25X0,25X0,6. Модернизация рабочих органов прибора [5] позволила прово- дить измерения при протягивании пластин из различных материа- лов, закрепляемых вместо матрицы между двумя содержащими изу- чаемую массу полусферами, закрепляемыми вместо колодок и при- нимаемыми к пластине пружинами. Приборы для определения внешнего трения Классический тип прибора для "измерения коэффициента внешне- трения представляет собой' пару тел, соприкасающихся плоскими оверхпостями, площадь которых может быть от долей квадратных in л/1п:л? ^ог' Д° "ес^- ' ^" ""^чратных сантиметров. Одно из тел сме- измТСЯ 0ТИ0С11тельно Другого (рис. 2—32). Сила смещения (трения) меряется тензометрическими, пружинными или какими-либо другн- 66 Рис. 2—31. Адгезиометр МТИППа АМ-1: /—ось; 2 — ползуны; 3 — матрица; 4 — фиксатор; 5 —шток; 6 — стани- на; 7 —втулка; 8 — U-образная пла- стина; 9— нить; 10 — блоки; 11 — груз; 12 — заготовка; 13 — колодки; 14 — гибкие стержни; 15 — вннты; 16 — пружины; 17 — платформа
Рис. 2—32. Схемы приборов для измерения коэффициента внешнего трения при малых (а, б, в) и высоких (г, д, е) скоростях движения продукта: а — трнбометр с тележкой и электроприводом; б— трибометр с параллельным смещением пластниы н приводом от падающих грузов; в — трибометр с при- водом от гйдроцилнндра; г —трибометр проволочного типа; <? —кинетический адгезиометр —* трибометр; е — трибометр дискового типа; / — материал, по которому определяется трение продукта; 2—исследуемый продукт (илн слой продукта); 3 — устройство для создания давления контакта; 4 — устройство для измерения силы трения и отрыва (тензометрическое или грузовое); 5 — система привода; 6 — устройство для измерения перемещения (индикатор) ми датчиками. Для малых скоростей трения реализуется прямоли- нейное смещение поверхности. Для исследования трения мясопродуктов был использован три- бометр с тележкой (рис. 2—32, а), который позволяет опреде- лить и вычислить истинный коэффициент внешнего трения и эффек- тивный коэффициент внешнего трения [23] [см. формулы (1—15, а, б, в, г)]. Исследуемый продукт помещается в рамку, установленную на плоскую поверхность тележки. Она перемещается от электродви- гателя посредством тянущей нити. Рамка соединена с тензометри- ческой балкой. Привод пластины от груза с подпрессовкой образцов винтовым механизмом (рис. 2—32, б) реализован в устройстве Н. Н. М о- зеннна Г371 ппед»'°ч1''1?'" f пля изучения характеристик твердых продуктов, например сыра. Величина смещения пластины измеряет- 3* 67.
ся индикатором часового типа. Прибор может быть использован как для измерения внешнего трения, так и вязкости при малых градиен- тах скорости. Устройство (рис. 2—32, в) с приводом подвижной части от гидроцилиндра и регистрацией усилий с помощью тензометрической балки используется для изучения трения при малой поверхности кон- такта и больших нормальных усилиях [29], При измерении больших усилий трения система гидропривода имеет преимущество по сравне- нию с электроприводом, кроме того, гидропривод обеспечивает бес- ступенчатое регулирование скорости. Ю. В. Ашкеров [2] провел исследования трения и кинетической адгезии. В приборе ползун, установленный на масляной пленке, от- рывается от вращающегося диска нормально, усилие отрыва изме- ряется по деформации тензобалки (рис. 2—32, д). Трение мяса по стали [24] изучали на установке, изображенной на рис. 2—32, е. Диск приводится во вращение от электродвигателя постоянного тока, частота вращения его может плавно регулировать- ся, обеспечивая окружную скорость в месте контакта с продуктом от 0,1 до 72 м/с. Исследуемый продукт помещают в рамку, которая ук- реплена на двух тензобалках; они служат для измерения силы трения. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ И УСЛОВНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК, НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРИБОРЫ Приборы для относительных и условных измерений В некоторых технологических приборах не производится непо- средственное измерение структурно-механических характеристик продукта. Таким прибором, в частности, является амилограф фирмы «Бра бен дер» (рис. 2—33), который позволяет косвен- ным путем записывать изменение консистенции в процессе замеса теста. Работает он следующим образом. Смеситель заполняется сус- пензией муки в воде, в него погружается деталь, которая связана с чувствительной измерительной системой. Смесителю [32] дается равномерное вращение, при этом наличие вязкого материала за- ставляет деталь 10 поворачиваться на некоторый угол. Возникаю- щий таким образом вращающий момент через измерительную систе- му регистрируется записывающим приспособлением. На непрерывнодвижущейся бумаге вычерчивается диаграмма, пР-1чем перемещение пишущего устройства пропорционально вязко- сти суспензии. В технологических лабораториях для определения качества и °сооенностей обработки пшеничного теста применяется ф а р и н о- граф (рис. 2—34), принцип работы которого заключается в следу- ^ Щсм: з месилку загружается 0,45 кг исследуемого теста, движение ^сильным лопастям передается от электродвигателя. Сопр.отивле- ,1е, которое испытывают лопасти месилки при вращении в пссле- го°М?М тесте' ЬоМс.яется i как ; тктнв; Ti -ередается на рпус двигателя, поворачивая его в пропшоиило/гспом направле- 68
нии. Это сопротивление че- рез систему рычагов 7, коле- бания которых смягчаются масляным демпфером, пере- дается на весы и регистри- рующий прибор. На приборе записывается диаграмма в осях нагрузка — время; вы- сота кривой показывает плотность теста. Термостат обогревает корпуса месилки и демпфера. Одним из недостатков некоторых существующих методов исследования хле- бопекарных свойств муки является то, что в исследуе- мом образце теста нет тако- го важного компонента, как дрожжи. Это устраняется использованием прибора фирмы «Брабендер» — м а- турографа (рис. 2—35): тесто готовят по той же ре- цептуре, что и в производст- венных условиях. Прибор состоит из кор- пуса, микроэлектродвигате- ля, регистрирующего уст- ройства, системы автомати- ческой настройки и камеры, в которую помещается чаш- ка с тестом., : Рычаг на одном конце шарнирно закреплен, на другом имеет ролик, находящийся в контак- те с кулачковой шайбой. Усилие замыкания кинематической пары создается грузом, асимметрично установленным на рычаге. Вал с жестко закрепленной на нем тарелкой механически связан с регист- рирующим пером.• Порция теста (0,15 кг) закладывается в чашку и помещается в камеру, где поддерживаются температура 30° С и относительная влажность 80—85%. В начале испытания расстояние между дном чашки и тарелкой минимальное (0,036 м). Прибор регулируется так, чтобы давление тарелки на тесто достигало 200 ед., в которых протарирован матурограф. Каждые 2 мин происходит механическое сжатие теста, помещенного в чашку, после чего тарелка как постоян- ный груз давит на бродящее тесто. В зависимости от количества газа, выделенного при брожении, газового удержания и упругости теста тарелка поднимается до различных уровней, но через 2 мин опять вдавливается в тесто. Перемещения тарелки фиксируются на диаграмме регистрирующего механизма. Для оценки хлебопекарных свойств муки используются три ве- личины: продолжи:^- :юсть с:'ОНчате и и j. -\_ ротнвление теста и стабильность теста в конце расстойки. 69 Рис. 2—33. Амилограф: / — электродвигатель; 2 — электри- ческий обогреватель; 3 — устройст- во для регулирования температуры; 4 — синхронный двигатель; 5 — регистрирующее устройство; 6 — измерительная система; 7 — рукоят- ка установки температуры; 8—кон- тактный термометр; 9 — смеситель; 10 — рабочий орган
Вискозиметр Энглера — условный прибор, но тем не менее получивший большое распространение в клеежелатиновой, мясной н молочной отраслях промышленности. Наиболее удачное его теоретическое обоснование, соответствующее экспериментальным Результатам наблюдений, выполнено А. Д. Альтшулем [1]. Этот при- DoP широко вошел в практику изучения вязкости жидкости благо- даря простоте конструкции и измерения, хотя имеются серьезные возражения против его применения. Прибор состоит из внешнего и Утреннего с крышкой цилиндрических резервуаров, соединенных нижней части капиллярным насадком i,*1..*1 истечения у дкост" арировка заключается в определении «водного числа», т. е. време- . . Исгечения 200 мл воды при 20° С. Шестикратные измерения долж- 70""
ны давать отклонения не выше 0,5 с, а общее время опорожнения резервуаров составляет от 50 до 52 с. При рабочих измерениях определяют время истечения 200 мл жидкости при необходимой температуре. Отношение времени истечения жидкости к времени ис- течения воды дает условную вязкость в градусах Энглера 'E=t/T„ (2-19) Для пересчета вязкости из градусов Энглера в единицы кине- матической вязкости предложено несколько эмпирических формул, в том числе и формула Уббелоде v = (0,073°E —0,063/°Е)10-4Г (2—20) где v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с. Теория А. Д. Альтшуля при v>0,5«10-4 м2/с приводит к простой формуле для пересчета v = (°E/13f67)10~4. (2-21) Ошибки при измерениях возникают из-за «прилипания> жидко- сти к стенкам, засорения капиллярного насадка, неравномерности распределения температуры по объему жидкости. Вискозиметр Г. В. Бакуица [3] имеет (рис. 2—36) ра- бочий орган, который помещают в «неограниченную» движущуюся среду, например в фарш, находящийся в чаше куттера. В соприкос- новение с продуктом приходит только часть шаровой поверхности, что вызывает поворот шара. Момент силы вязкого сопротивления уравновешивается моментом закручивания пружины, показания от- считываются на шкале прибора. Наряду с приборами, реализующими традиционные реологические методы измере- ния, в последнее время получили распро- странение промышленные и лабораторные приборы, основанные на других спо- собах. Для контроля структуры и консистенции сыра предложен прибор, в котором рабочим органом является струна [19]. По усилию резания струной можно судить о консистен- ции сыра. Для определения готовности фарша при куттеровании использовали приборы с упру- гой балкой консольного типа [12]. На конце консоли закреплен рабочий орган: сфера, пластина, шток и др. Рис. 2—36. Вискозиметр Г. В. Бакунца: / — сферическая измерительная поверхность; 2 — щиток; 3 — механическая система для регистра дии угла закручивания сферы; 4 — электрический датчик угла закручивания (переменное проволоч- ное сопротивление) п
В мясной и молочной промышленности получил распростране- ние метод среза продукта: между поверхностями плоских пластин [25] между цилиндрами с отверстиями [23], между пуансоном и матрицей с отверстием [33, 37]; при вдавливании поршня диамет- пом 0,04 м в образец толщиной 0,05 м [38] и т. д. ^ Существуют приборы, которые моделируют разжевывание про- дукта, раздавливание и пр. Непрерывнодействующие приборы Во Всесоюзном проектно-коиструкторском и научно-исследова- тельском институте автоматизации пищевой промышленности разра- ботано устройство для непрерывного измерения вязкости теста, приготовляемого на тестомесильных машинах непрерывного действии. Работает оно следующим образом. Тесто непрерывным потоком поступает в бункер, из которого двухступен- чатым шнеком нагнетается в камеру под мембрану датчика давле- ния. Пройдя камеру, тесто выходит через отверстие. Изменение структурно-механических свойств теста влияет на давление, воспри- нимаемое мембраной датчика, по показаниям которого определяют вязкость теста. •Представляют интерес автоматические вискозимет- ры фирмы «Бра беи дер» (ФРГ), позволяющие испытывать неньютоновские жидкости при различной температуре (20—97° С), постоянной и переменной во времени. Этой же фирмой производится конвиграф — устройство для непрерывного измерения вязкости суспензии и эмульсии, паст, теста, шоколадных масс (рис. 2—37). Цилиндрическая головка измерителя, смонтированная на изо- гнутом валу, помещается в трубопровод, по которому непрерывно движется материал. Для повышения точности замера вязкости про- дукта (путем исключения воздействия скоростного напора движу- щейся массы) головка измерителя заключается в защитный кожух с продольными прорезями. Синхронный электродвигатель, имеющий Две частоты вращения (15 и 120 об/мин), приводит во вращение вал измерительной головки, движению которой препятствуют силы вяз- костного трения материала. Когда измеряют вязкость масс малой консистенции, iHa головке измерителя закрепляется обечайка. В ре- зультате увеличиваются рабочая поверхность головки и равнодей- ствующая сил вязкостного сопротивления, что положительно влияет на точность определения консистенции. Устанавливая переключатель диапазона измерения момента сопротивления в определенное поло- жение и задавая соответствующую частоту вращения головке, мож- но определять вязкость в широких пределах. Точность измерения составляет ±1% от предельного значения шкалы. Прибор может также быть использован в системах автоматического регулирования вязкости дисперсных систем, транспортируемых по различным ка- налам. В МТИММПе разработано у с тр о й ст в о для исследова- ния структурно-механических свойств колбас- ного фарша в потоке (рис.2—38). Оно включает корпус 1:;ею—ий о,..- -'ную и подвижную части. Ыа неподвижной части Укреплены рама с роликами н проушина, связанная с подпру^ль^н- ньгм кронштейном. Внутри рамы установлена катушка с первичной обмоткой и вторичными встречно-включенными обмотками, подклю- -72
Рис. 2-^37. Конвиграф: / — защитный кожух с прорезями; 2 — головка измерителя; 3 — обечай- ка; 4 — гибкая рубашка; 5 — изо- гнутый вал; б — иакидиая гайка; 7 — измеритель крутящего момента; 8 — задатчик; 9 — переключатель диапазона измерения; 10 — электро- двигатель; // — верхняя крышка Рис. 2—38. Устройство для из-. мерения реологических свойств в потоке: / — рифления; 2 — ролики; 3 — кана- лы; 4 — нагревательные элементы; 5 — подпружиненный кронштейн; 6 —подвижная часть корпуса; 7 — сердечник; 8— возвратная пружина; 9 — вторичная обмотка; 10 — пер- вичная обмотка; // — проушина; 12 — вторичная обмотка; 13— ка- тушка; /4—неподвижный корпус; 15 — рама ценными через преобразователь с потенциометром (на рисунке не показаны). Подвижная часть корпуса имеет рифления для контакти- рования с исследуемым продуктом, нагревательные элементы, поддер- живающие постоянную температуру в месте контакта, каналы, слу- жащие направляющими для роликов, сердечник из магнитного мате- риала и возвратную пружину. При движении продукта относительно устройства он взаимодей- ствует с рифлениями подвижной части корпуса, при этом происходит ее перемещение относительно неподвижной части. Сердечник 7, пере- мещаясь в катушке 13, меняет ЭДС вторичных обмоток, что фиксиру- ется контрольным прибором. При использовании автоматического записывающего потенцио- метра в качестве контрольного прибора возможно фиксирование изме- нения структурно-механических свойств исследуемого материала во яремет* В iwwixib^ m.лизиметра, позволяющего замерять свойства про- дукта в потоке, могут быть использованы ультразвуковые вискози- 73
метры. Однако серийный прибор ВУЗ-1 не нашел широкого при- менения из-за малой точности и сложности. В работе [28] предлагается проточный низкочас- тотный вискозиметр (рис. 2—39), который содержит сердечник цилиндрической фор- мы с запрессованным в нем маг- нитом. Сердечник укреплен на растяжках иа съемном кольце. Верхняя часть сердечника вхо- дит в высокочастотную катушку индуктивности. Возбуждающая катушка расположена снаружи корпуса. Исследуемая жидкость протекает по направлению стре- лок на рисунке через стакаи и корпус. Во ВНИЭКИпродмаше со- здан автоматический пневматический дат- чик вязкости А1-ЕВШ [9], предназначенный для контроля вяз- кости шоколадной массы. В этом датчике чувствительный элемент маятникового типа под действием постоянной нагрузки перемешается в испытуемой массе, время перемещения иа определенную величину фиксируется. Приведенный перечень приборов, конечно, не является исчерпы- вающим. В нем приведены основные приборы, используемые в пи- щевой промышленности. Рис. 2—39. Проточный вискози- метр: / — сердечник; 2 — высокочастотная катушка; 3 — магнит; 4 — возбуж- дающая катушка; 5 — корпус; 6 — растяжки; 7 — съемное кольцо; 8 — стакаи
Раздел II Значения структурно-механических характеристик пищевых продуктов 3. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЯСНЫХ И РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ Структурно-механические характеристики представляют собой фундаментальные физические свойства продуктов. Они проявляются при механическом воздействии на обрабатываемый продукт и ха- рактеризуют его сопротивляемость приложенным извне усилиям, обусловленную строением и структурой продукта. Эти характери- стики используются для расчета процессов течения продуктов в ра- бочих органах машин с целью определения их механических пара- метров (геометрических, кинематических и динамических); они от- ражают существенные аспекты качества продуктов. Кроме того, структурно-механические характеристики учитываются при расчете различных физических процессов: гидромеханических, термических (кондуктивный, высокочастотный и другие виды нагрева, выпарива- ние и пр.), массообменных и т. д. СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Сдвиговые характеристики жидкообразных и ньютоновских систем Характеристики этих систем описываются вязкостью или эффек- тивной вязкостью [см. уравнения (1—16), (1—16а), (1—29а) и (1—30)] и не имеют статического предельного напряжения сдвига. Жидкообразные системы обладают слабой структурной сеткой, ко- торая разрушается при течении а рабочих органах машин с высоки- ми значениями градиентов скорости или при изменении температуры. Вязкость мясокостного бульона. Температурные зависимости вязкости т) (в Па-с) в области 40—90° С описываются степенным уравнением (1—39) [7], где эмпирические коэффициенты имеют следующие значения: d ==0,01905 ехр (19,3 с)\ а2= 1,26 с+0,92; ?пр = ГС; с — концентрация сухих вешеств, пределы изменения от нуля до 0,2 кг сухих веще^в на I кг >_ „^и, при с, равном от 0,01 до 0,05, оно дает заниженные результаты. 75
Таблица 3-1 Зависимость вязкости г|-103 (в Па-с) мясокостного бульона от концентрации и температуры Концентрация сухих веществ, кг на 1 кг бульона Температура, °С 40 50 60 70 90 0,20 0,18 0,16 0,14 0,10 0,06 0,02 0,01 0,00 11,99 8,94 6,67 4,98 2,77 1,54 0,86 0,74 0,64 9,23 6,92 5,19 3,89 2,19 1,23 0,70 0,60 0,52 7,45 5,62 4,23 3,19 1,81 1,03 0,59 0,51 0,44 6,22 4,71 3,56 2,69 1,54 0,88 0,51 0,44 0,38 5,32 4,04 3,07 2,33 1,34 0,77 0,45 0,39 0,34 4,63 3,53 2,69 2,05 1,19 0,69 0,40 0,35 0,30 . Величины вязкости мясокостного бульона при различной кон- центрации и температуре приведены в табл. 3—1. Эти данные полу- чены на капиллярных вискозиметрах и вискозиметре Гепплера [29, 30]. Обобщение данных по вязкости бульона с концентрацией 0,01 [20] по формуле (1—40) дает 7^ = 313 К и В*0 пР = 10~3 Па*с- Вязкость клеевых и желатиновых бульонов. Клеевые и желати- новые бульоны при одной и той же концентрации имеют различную вязкость, что определяется способом получения бульона и количе- ственным соотношением белков в нем, т. е. размером частиц про- дуктов распада глютина. Величина условной вязкости стандартного раствора клея (17,75% сухого вещества) при 30° С от 1,8 до 6° Е (от 0,01 до 0,045 Па-с). Вязкость мясокостного бульона при этих же условиях — более стабильная величина и равна 2,1° Е (около 0,013 Па-с). Растворы желатина той же концентрации при 40° С имеют вязкость порядка 6—40° Е (от 0,045 до 0,3 Па-с). Следует отметить, что вязкость желатиновых растворов зависит от многих технологических факторов и молекулярного строения; изучены они еще недостаточно [И, 22, 35]. Для оценки качества желатина по его вязкости рекомендуют [22] использовать капиллярные вискозиметры ВПЖ-1, ВПЖ-2 и ВПД-4, измерения проводить при температуре 40° С и концентра- ми 10% вместо 17,75%. Вязкость крови. При увеличении концентрации сухих веществ вязкость крови возрастает и уменьшается при увеличении темпера- тУрь1 [Ю], что наглядно видно из табл. 3—2-ьЗ—4. В таблицах приведены данные исследований пищевой стабилизированной крови н плазмы, полученной из этой же крови промышленным сепарирова- Концентрироваиие осуществляется ультрафильтрацией на лабо- раторной установке. Встзкость изменяли с помощью вискозиметра бпплера и реовискози^етра PuiOo.^iw, . ,чдиент скорост.. для по- зднего определяли по зависимости (1—36). Данные табл. 3—2 по- . УЧены при градиенте скорости 380 с-1, а табл. 3—3 — при темпера- '76
Таблица 3-2 Зависимость вязкости крови т| • 103 (в Па-с) от концентрации сухих веществ и температуры Концентрация сухих веществ, кг на 1 кг крови Температура, °С 10 20 30 40 0,261 0,213 0,182 0,152 , 92 ^ 31 15 11 59 19 10 7 46 14 7 6 36 10 5 4 Таблица 3-3 3i висимость вязкости крови т|«103 (в Па-с) от концентрации сухих ве.^еств и градиента скорости Концентрация сухих веществ, кг на 1 кг кропи 0,261 0,213 0,182 0,152 40 109 41 10 7 Градиент скорости 100 85 27 10 7 200 71 21 10 7 , с 380 59 19 10 7 570 53 18 10 7 Таблица 3-4 Зависимость вязкости плазмы крови Г|-103 (в Па-с). от концентрации и температуры Концентрация веществ, кг кроки 0,1920 0,1635 0,1190 0,0835 сухих на 1 кг 10 18,3 11,5 5,6 3,1 Температура, °С 20 12,0 7,7 3,9 2,3 30 8,3 5,5 2,9 1,8 40 6,7 4,5 2,4 1,5 туре 20° С. Следует отметить, что при концентрации 0,261 кровь представляет собой типичную степенную жидкость [см. уравнение (1—29а)], для которой коэффициенты имеют следующее значение: Бо = 0,3 Па-с, т = 0,27. При меньшей концентрации изменения эффективной вязкости в зависимости от градиента скорости не описываются степенным законом, а плазма крови представляет собой ньютоновскую жид- кос.1, (см. таб».. 3—А). ~*^ ' л- :." - чентрации сухих веществ вязкость крови возрастает менее интенсивно по сравнению с вязко- стью бульона. 77
Таблица 3-5 Вязкость крови т]-103 (в Па-с) убойных животных при различной температуре Вид животных Свиньи Крупный рогатый скот Мелкий рогатый скот Температура, вС 20 25 30 35 40 45 44,8 38,6 34,1 30,7 28,1 25,9 31,3 26,4 23,0 20,4 18,4 16,8 24,0 20,0 17,2 15,1 13,5 12,2 Таблица 3-6 Предельное напряжение сдвига (в Па) крови убойных животных при различной температуре Вид животных Свиньи Крупный рогатый скот Мелкий рогатый скот 2.0 0 0 0 1 25 0,23 0,22 0,21 ем пера тура, °С 30 0,59 0,56 0,48 35 0,84 0,71 0,65 40 1,04 0,92 0,86 45 1,21 1,06 0,98 Значения вязкости крови, измеренные с помощью вискозиметра Уббелоде [91 (табл. 3—5), согласуются с опубликованными ранее данными [35]. Кроме того, авторы [9] установили, что при темпера- туре выше 20° С в результате протекания денатурационных процессов в крови появляется динамическое предельное напряжение сдвига (табл. 3—6). Она представляет собой при Достаточно высоких кон- центрациях псевдопластичную (аномально-вязкую) систему. Для оп- ределения вязкости крови авторы [9] -предлагают использовать сте- пенную зависимость (1—39), где эмпирические коэффициенты имеют следующие значения: а, = 1,62 с; а2= 1,72—5 с; /пр=ГС; с —концен- трация сухих веществ: для свиной крови — 0,209, для крови крупного Рогатого скота —0,178 кг на 1 кг крови. и Для практических целей представляют интерес колебания значе- нии вязкости и плотности крови той или иной группы животных [35]. ^ти данные помещены в табл. 3—7. Данные о вязкости крови, приведенные в табл. 3—5 и 3—7, со- гласуются между собой, но несколько отличаются от величин, поме- Деиных в табл. 3—2 и 3—3. Вероятно, это обусловлено следующими рнчннами. Авторы [9] не указывают величины градиентов скорости, фи которых определена вязкость, и не указывают, была ли кровь гЛ9"ЛИзирована (величины вязкости выше, чем по данным авторов мет Т0РЫ ПО]» используя ротационный и шариковый вискози- к РЫ' не оценили режим движения; не указали вид животных, кровь цн °РЬ1Х была объектом исследования. Климе того, опооои ..^^т,^- сам КР°вн"~вьшаРива1шем или ультрафильтрацией, как показали • и авторы, оказывает влияние на вязкость. Наконец, разные спосо- 78
Таблица 3-7 Предельные значения вязкости и плотности крови убойных животных Вид животных Вязкость крови Т)-10», Па-с цельной сыворотки Плотность крови р, кг/мв сыворотки Свиньи Крупный рогатый скот Мелкий рогатый скот 38—52 8,8—12,0 30—42 7,0-12,0 1049—1055 — 1050—1060 1028—1030 23-36 7,4—11,0 1055—1060 бы измерения — с помощью ротационного или капиллярного вискози- метра— также могут дать различные значения вязкости [6]. Таким образом, те или иные данные можно использовать при исследовании или расчете соответствующих процессов. Вязкость мелаижа. Для меланжа осеннего н весеннего сбора пос- ле фильтрации и частичной гомогенизации вязкость определяли с по- мощью вискозиметра Пинкевича [26]. Данные измерений представ- лены в табл. 3—8. Различия в значениях вязкости обусловлены изменением характера откорма и содержания птицы в разное время года [36]. Резкое уменьшение значений вязкости при нагревании меланжа до температуры начала денатурации, т. е. до 55—58° С. способствует существенному увеличению дисперсности его при распы- лительной сушке. Таблица 3-8 Зависимость эффективной вязкости т|Эф■ 103 (в Па*с) нативного меланжа от температуры [26] Время сбора Весна Осень 2,20 9,0 18,0 Температура, °С 30 5,4 10,8 40 3,& 7,5 50 2,7 5,6 60 2,2 4,4 Вязкость нативиого и упаренного меланжа определяли с помощью ротационного вискозиметра «Реотест-2» [14]. Данные измерений пред- ставлены в табл. 3—9. Значения вязкости, приведенные в [14] для нативного мелаижа и. то же в [26] для меланжа весеннего сбора, различаются, очевидно, в пределах ошибки эксперимента. Вязкость меланжа осеннего сбора, который хранился 7 мес при температуре —6° С, измеряли в интервале температур 20—70° С с помощью ротационного вискозиметра «Реотест-2». Авторами была обнаружена аномалия вязкости в интервале градиентов скорости от 3 до 437,4 с '; для описания кривых течения чш испльзойр : "рав пение Гершеля — Балкли [см. формулы (1—27) и (1—29а)], где'эм- 79
Таблица 3-9 Зависимость эффективной вязкости предельно разрушенной структуры меланжа tim-103 (в Па-с) [14] от концентрации и температуры Концентрация сухих веществ, кг на 1 кг меланжа Температура, °С 20 зо- 40 50 60 6,60 5,40 5,00 5,05 19,50 27,00 4,20 16,20 22,60 3,63 14,00 19,50 3,22 12,50 17,30 0,27 0,35 0,39 Примечание. Концентрация 0,27 соответствует нативному меланжу; 0,35 и 0,39 — упаренному в вакуум-выпариой установке. лирические коэффициенты для интервала температур 20—60° С име- ют следующие значения: б0= 1,841-10-3/2— 0,198/ +5,41; ^ В* = 4,99.10-4/2—0,0615/ + 2,03; л= 2,16.10-з/+0,545; т = 0,455 — 2,16-Ю-з/. Расчетные значения предельного напряжения сдвига и эффек- тивной вязкости приведены в табл. 3—10. Резкое увеличение пре- дельного напряжения сдвига при 70° С обусловлено денатурацией белков. Таблица 3-10 Структурно-механические характеристики меланжа [2] (3-!) яО <и ■5 <С 20 30 40 50 60 70 Предельное напряжение сдвига, Па 2,19 1,13 0,44 0,11 0,16 1° 40 Эффективная вязкость т)э. • 1 3186,0 1000,0 1761,0 631,1 804,0 368,4 315,0 202,5 294,0 136,4 скорости Y, с 3 10 50 1364,6 605,9 243,3 635,8 387,3 199,6 788,7 370,9 160,3 413,0 258,2 137,8 390,9 201,2 95,8 245,7 157,7 87,1 175,8 102,3 54,4 138,3 91,1 52,1 147,9 80,2 41,3 95,4 [ 64,5 38,2 Ю3 (в Па-с) при градиенте -1 100 171,9 150,0 116,4 105,1 71,8 67,5 42,1 41,0 32,1 30,5 200 123,7 112,8 85,9 80,2 54,4 ■ 52,3 32,8 32,2 25,1 24,3 400 1000 90,2 60,3 84,8 58,1 64,0 43,9 61,2 42,8 41,6 29,3 40,5 28,9 25,6 18,5 25,3 18,4 19,8 14,6 19,4 14,4 (1—TfiJvHlv;e4aHHe. При каждой температуре верхняя строка — по уравнению "*). нижняя -по (1—29). 80
Превышение значений вязкости [2] по сравнению с предыдущи- ми данными [14, 26] примерно в 3—4 раза (имеется в виду пре- дельно разрушенная структура) обусловлено, вероятно, специфично- стью подготовки и хранения образцов [2]. Вязкость топленых животных жиров. Вязкость производствен- ных композиций жира определяли с помощью вискозиметров Геп- плера и капиллярных [б, 7]. Ее зависимость от температуры описы- вается уравнением (1—39), где температура приведения равна ГС, а значения эмпирических коэффициентов и величины вязкости пока- заны в табл. 3—11 и 3—12. Производственные композиции жира отличаются по вязкости от величин, вычисленных по уравнению (1—39) (см. табл. 3—11), в пределах ±4%. Таблица 3-11 Показатели для расчета вязкости топленых жиров [6, 20] Вид жнра Температура, °С плавле- ния зас ты- вания Коэффициенты к уравнениям (1-39) Па-с fla (1-40) rnp' К *0пр'108' Па-с Говяжий Бараний Свиной Костный Рыбий 42-52 34-38 44—55 34—45 28-48 22-32 — — — — 33,4 23,6 21,5 14,8 10,0 1,80 1,70 1,71 1,63 1,75 340 342 343 343 338 17,0 17,4 15,5 15,5 6,6 Таблица 3-12 Вязкость (в Па-с) топленых жиров лО Темпер тура, ° 40 50 60 70 80 90 100 говяжий 0,0290 0,0210 0,0158 0,0125 0,0100 0,0081 бараний 0,0304 0,0220 0,0173 0,0137 0,0112 0,0094 Жир свиной 0,0390 0,0267 0,0195 0,0150 0,0120 0,0097 0,0082 костный 0,0362 0,0251 0,0186 0,0145 0,0116 0,0096 0,0081 рыбнн 0,0170 0,0115 0,0076 0,0058 0,0046 0,0037 0,0031 Более точно описывает физическую сущность температурных из- менений вязкости жира уравнение Френкеля — Эиринга (1—37), По-, стоянные для экспоненциальной зависимости вязкости жнра, которая получена при многократных исследованиях производственных компо- зиций топленого свиного жира I сорта, приведены в табл. 3—13. В исследованном диапазоне температур графическая зависимость име- ет два изЛч. .а. Ка...д:.... , .ut.u прямых на графике характеризуется своей величиной энергии активации; с увеличением температуры она 81
Коэффициенты к формуле (1—37) для расчета вязкости свиного жира Таблица 3-13 Область температур, вС Л-10% Па-с Е, кДж/киоль (ккал/кмоль) 65—100 1000 20800 (4960) 40—65 32,5 30500 (7280). уменьшается скачкообразно при плавлении следующей фракции три- глицеридов жирных кислот, конечно, если содержание фракции более или менее значительно. Вязкость жира в области от температуры плавления до 65—70° С при нагревании и охлаждении не имеет одинаковых значений, что свя- зано с аномалией (наличие дисперсной фазы в виде кристалликов жи- ра в этом температурном диапазоне). При переходе' за верхний тем- пературный предел аномалии вязкости исчезают, жир становится истинно-вязкой жидкостью. При охлаждении ниже 27° С, если меха- ническое воздействие отсутствует, в свином жире начинается образо- вание сплошного кристаллизационного каркаса и жир теряет теку- честь. Существует зависимость между йодным числом жира и вязко- стью, которая уменьшается пропорционально увеличению йодного числа для всех температур от 60 до 90° С [29]. Хорошо описывает температурные изменения вязкости жира урав- нение Бачииского (1—38). Величина предельного объема лежит в об- ласти между удельным объемом жидкости и твердого тела. Для сви- ного жира она равна 11,Ы0~4 м3/кг, что соответствует плотности 900 кг/м3 при температуре 30,8° С. Экспериментально определены температурные зависимости плот- ности н удельного объема: плотность свиного жира с температурой связана соотношением р = 915—0,5 /, удельный объем о= (10,908+ +0,0065/) 10~4. Модуль вязкости составляет 3,75-Ю-7 м2/с. Для расчета эффективной вязкости свиного жира (т]Эф, Па-с) в области температур от 12 до 26° С предложена зависимость [6]: т|эф = 7,05-103 ехр (— 0,082/ — 0,757 In у), (3—2) которая справедлива при изменении градиента скорости (у, с-1) от 0,167 до 4,5 с-1. Экспериментальные данные, по которым выведена эта зависимость, получены на ротационном вискозиметре «Реотест», расчетные величины представлены в табл. 3—14. В табл. 3—15 приведены значения вязкости свиного костного жи- Ра при наложении вибраций [13], полученные также с помощью вис- козиметра «Реотест». Вязкость, измеренная вискозиметром «Реотест» при 50° С в широ- ком диапазоне изменения градиентов скорости [6], отличается от Данных, приведенных в табл. 3—12, на 7—10%. Однако по другим источникам [13] такое различие достигает трех и более раз. Сущест- енное различие наблюдается между вязкостью свиного жира (см. л. 3—14) и свиного костного >'"фГ' (с т~*~ ° — i^>, что объясня- тся, по-видимому, различным химическим составом зтих видов жи- Р°в> а также способом их получения (с вибрацией и без вибрации). 82
Вязкость (в Па-с) свиного топленого жира при различных температурах и градиентах скорости Температура, °С 12 16 20 " 25 0,1 15060 10850 7820 5190 0,2 8910 6420 4626 3070 Градиент скорости; с * 0,4 5275 3800 2737 J816 1,0 2636 1899 1368 908 2,0 1560 1124 809 537 4,0 923 665 479 318 10,0 461 332 239 159 Таблица 3-15 Вязкость (в Па-с) свиного костного топленого жира при различных температурах и градиентах скорости Температура, °С 20 25 30 35 40 0,1 1250 600 200 88 40 Градиент скорости, с * 0,4 450 208 70 30 13 1,0 225 103 36 15 6,3 4,0 80 36 13 5,4 2,1 В заключение следует отметить, что значения, измеренные с по- мощью капиллярных и ротационных вискозиметров, нередко разли- чаются, поэтому выбор тех или иных значений в каждом случае ре- шается в зависимости от целей их дальнейшего использования [6]. Сдвиговые характеристики твердообразных систем Характеристики этих систем описываются различными реологиче- скими параметрами [см. уравнения (1—17) — (1—30)], которые опре- деляются выбранной математической моделью тела и ее соответстви- ем реальным условиям течения [6]. Сдвиговые характеристики в области практически неразрушенных структур. Деформационное поведение продуктов при напряжениях, меньших предельного напряжения сдвига, обычно характеризуют кинетическими кривыми деформации [см. формулу (1—11а)], моду- лями упругости [см. формулы (1—13), (1—18), (1—23)], периодами релаксации [см. формулы (1—19), (1—20), (1—23)] и наибольшей эффективной вязкостью практически неразрушенной структуры [6, 30]. При деформировании сосисочного фарша касательными напря- жениями различной величины с помощью вискозиметра РВ-8 со специальными npi.:ra ками юлучепь. ;и..ич. ...е ^.:ие кривые развития и спада деформаций. По ним определены основные харак- теристики фарша в названной области (табл. 3—16). 83
Таблица гтруктурН0'Механические характеристики сосисочного фарша в области практически неразрушенных структур 3-16 Наименование характеристики Пределы изменения напряжения, Па Значения величины Модуль мгновенной упругости, Па Модуль упругого последействия, Па Эффективная вязкость при деформациях ползучести, Па-с Статическое предельное напряжение сдвига, Па Наибольшая эффективная вязкость, Па Мен ше 100-150 150—200 250—350 100 1,23-104 0,8-10* 16-105 250 (300) 5-105 По кинетическим кривым определен спектр распределения перио- дов релаксаций деформаций при различных, но постоянных для каж- дого опыта напряжениях сдвига [30]. При длительности т действия касательных напряжений более 25, 50, 75 и 100 с величина периодов релаксаций деформаций xQ будет иметь соответственно следующие значения: 310, 150, 97, 72 с. Это с ошибкой до 6% описывается за- висимостью т0 =7300/т. Достаточно надежных данных для других видов фарша в лите- ратуре не имеется. Однако порядок значений приведенных характе- ристик для большинства видов фарша сохраняется [29]. Сдвиговые характеристики в области от начала течения до пре- дельного разрушения структуры. Деформационное поведение продук- тов (колбасного, рыбного и мясно- го фарша и т. п.) при напряжени- ях, превышающих предельное на- пряжение сдвига, характеризуют предельным напряжением сдвига (пределом текучести) и вязкостями в зависимости от вида принятой математической модели [см. фор- мулы (1 — 18), (1—23) — (1—30)]. Поскольку эти характеристики оп- ределяются при сравнительно вы- соких градиентах скорости и напря- жениях сдвига, они являются наи- более существенными по сравнению с другими для расчета перемеще- ния продуктов в рабочих органах машин и аппаратов. Они же более глубоко характеризуют внутрен- нюю сущность объекта, т. е. его качественные показатели [б, 20, 32, 35]. Типичные хривые .еченля раз- личных видов мясного и рыбного колбасного фарша^ представлены Рис З—i о ип in зависимость лога- отф„а эффективной вязкости теЛЬнпПряження с-*зига и дли- Фаппта его приложения для ^арща русских сосисок 84
Таблица Значений, величин сдвиговых характеристик производственных композиций различных видов мясного фарша 3-17 Наименование сырого фарша Предельное напряжение сдвига, Па Пласти- ческая вязкость, Па-с Коэффициенты к уравнениям, <1-29а) и (1-30) 700 650 700 540 500 2200 100 450 400 18—20 19-22 18-28 16-19 9-11 ч 9-14 6,1 6,0 5,0 4,3 3,5 6,0 3,0 3,0 3,5 510 480 610 430 430 780 390 320 360 0,73 0,72 0,79 0,75 0,79 0,80 0,80 0,77 0,76 Говядина куттеро- ванная (с водой) Свинина полужир- ная куттерован- ная (с водой) Колбаса любительская докторская чайная ливерная при 30° С » 60° С Сосиски свиные Котлеты на рис. 1—3. В области лавинного разрушения структуры (началь- ный участок кривой 3 на рис. 1—2, в) зависимость эффективной вяз- кости от градиента скорости степенная [см. формулу (I—29а)]. Кро- ме того, фаршу присущи гистерезисные явления (см. рис. 1—5, б). Обобщают гистерезисные явления криволинейные поверхности зави- симости эффективной вязкости от напряжения сдвига и длительности его приложения (рис. 3—1). Степенная зависимость (1—29а) харак- теризует расположение линий на криволинейной поверхности по ее диагонали [6]. Значения основных сдвиговых характеристик производственных композиций ряда мясных продуктов, измеренные при температуре около 10° С, помещены в табл.^З—17 [6]. Они получены с помощью ротационного вискозиметра РВ-8, а также учитывают результаты из- мерений с помощью пластометра и сдзигомера с трубкой. При использовании данных таблицы следует иметь в виду, что величины характеристик производственных композиций на различных предприятиях могут отличаться от представленных довольно сущест- венно— до 50%, обычно в сторону уменьшения. При расчете трубо- проводного транспорта и рабочих органов машин и аппаратов для обеспечения их работоспособности следует исходить из наибольших или наиболее вероятных значений величин характеристик, которые могут иметь место на практике. Для различных видов колбасного фарша, изготовляемого на Ле- нинградском мясокомбинате, определены с помощью вискозиметра «Реотест» реологические константы к уравнению (1—29а) [5]. Тем- --1'-*.м-/ продукта поддерживали 10° С, градиент сорестп изменяли от 3 до 145 с-1. Результаты измерений представлены в табл. 3—18. Сравнение результатов в табл. 3—17 и 3—18 показывает, что значе- 85
Таблица 3-18 Реологические константы (1—29а) для различных видов колбасного фарша [5] Наименование сырого фарша для колбасы 335 375 420 500 640 700 000 370 0,79 0,79 0,80 0,81 0,82 0,80 0,81 0,85 Столовой Молочной, докторской, говяжьей Отдельной Чайной, русской Любительской Закусочной Таллинской Сервелата Примечание. Данные, приведенные в таблице, пересчитаны по графику авторов (рис. 3 в цитируемой статье) и незначительно отличаются от приве- денных ими. иия эффективной вязкости по данным [5] по сравнению с данными [6] различаются незначительно. При изготовлении пищевых продуктов [36] их состав или состав исходной смеси, температура, время выдержки и пр. могут отличаться от обусловленных стандартом. Поэтому представляется важным рас- смотреть влияние некоторых основных технологических факторов на величины сдвиговых характеристик. Эти данные позволяют обосно- вать параметры оптимального процесса и, основываясь на иих, раз- работать предпосылки для автоматического управления технологиче- скими процессами, а также выполнить реологические расчеты рабочих узлов машин и аппаратов. Влияние концентрации водородных ионов (рН) [6]^ на сдвиговые характеристики фарша изучено в интервале значе- нии рН от 3 до 10 [43]. При этом было установлено, что при рН, имеющем значения около 5,0, достигается наибольшая текучесть (наи- меньшие значения вязкости и предельного напряжения сдвига). При изменении рН на единицу в сторону увеличения или уменьшения от значения, соответствующего минимуму вязкости, ее величины могут увеличиваться до 4—5 раз. Влияние температуры [6] на сдвиговые характеристики фарша было изучено в области от 2 до 35° С, ее измеряли термопара- ми, вмонтированными в стакан вискозиметра РВ-8. В процессе техно- логического цикла температура обычно колеблется от 2 до 20° С (рис. 3—2). Увеличение температуры вызывает снижение значений всех реологических характеристик, за исключением темпа разрушения труктуры. С повышением температуры связи в водно-белково-соле- bix прослойках ослабляются в результате уменьшения вязкости рас- орнтеля, что ведет к ослаблению прочности структуры в целом. m .Я РЬ1^Н0Г0 фарша из линя [21], приготовленного двукратным нАГ\*г<? *:гем м" q '""""* ^"товую мясорубку, при температуре 3,15 ЭАА ТеМП РазРУшения структуры составляет 0,765, 0,785 и 0,815, а ффектнвная вязкость при единичном значении градиента скорости вискозиметр «Реотест») 1650, 960 и 600 Па-с соответственно. 86 ' -
в0, Па 1\,Па-с В,Па-с Рис. 3—2. Зависимость реологических характеристик фарша доктор- ской колбасы от длительности старения и температуры: а—предельное напряжение сдвига; б — пластическая вязкость; в — эффек- тивная вязкость при единичной скорости; г — темп разрушения структуры Влияние времени выдержки1 [6] на сдвиговые харак- теристики сырого фарша (см. рис. 3—2) важно знать как при выпол- нении экспериментальных исследований, так и для нахождения опти- мального времени осадки колбасных изделий. После механического воздействия на сырой продукт для улучшения его качества необходим «отдых» с целью восстановления структуры (осадка колбас, расстойка теста для пирожков и пельменей и т. д.). В первые 2 ч старения фар- 1 В производственных условиях время выдержки ограниченно. Однако описанные исследования проведены с целью установления сияния зремепи _,ы^ер;...а1 .... ^м-..*ивые характеристик! фарша при длительном хранении. 87
ша величины его сдвиговых характеристик практически неизменны. При выдержке 4—10 ч сдвиговые характеристики увеличиваются до максимума. Таким образом, время выдержки 4—6 ч является крити- ческим, когда заканчивается процесс самопроизвольного упрочнения и влага полностью насыщает все имеющиеся связи. Дальнейшая вы- держка вызывает уменьшение значений всех характеристик, что объ- ясняется ослаблением структуры или ее элементов под воздействием комплекса микробиологических и биохимических процессов. Влияние влажности [6] на сдвиговые характеристики сы- рого фарша было исследовано при изменении относительной влажно- сти W7 от 0,55 до 0,8 кг влаги иа 1 кг обшей массы сырого фарша (влагосодержаиие U соответственно составляет от 1,2 до 4,0 кг на 1 кг сухого остатка). До необходимой влажности фарш доводили ли- бо путем добавления воды при куттеровании, либо разбавлением его водой после куттерования при тщательном перемешивании. Экспери- менты давали отклонения в пределах ±5%, что обусловлено раз- личной жирностью и длительностью куттерования. Повышение влажности фарша ведет к утолщению жидкостных прослоек дисперсионной среды между частицами, уменьшает концен- трацию белков в растворе прослоек, снижая их вязкость. В связи с этим прочность структуры и значения сдвиговых характеристик фар- ша понижаются. При этом темп разрушения структуры от влажно- сти не зависит и при ее изменении остается постоянным. Одновремен- но происходит развитие встречного процесса — увеличение диаметра мышечных волокон благодаря осмотическому перераспределению вла- ги. Процесс утолщения водных прослоек, вызывающий снижение прочности структуры, значительно тормозится обратным процессом — набуханием мышечных волокон, увеличением их поверхности и связы- ванием влаги, который способствует возрастанию прочности. Суммар- ное действие этих процессов дает в итоге сравнительно небольшое снижение прочности структуры фарша. Например, увеличение влаж- ности от 0,66 до 0,76 снижает сдвиговые характеристики пасты бето- нитовой глины в 14—18 раз, фарша — только в 2,5—3,5 раза. Влияние жирности на сдвиговые характеристики фарша качественно оценивается по-разному. Проф. Р. Хамм с сотрудниками [42, 43] к гомогенатам длиннейшего спинного мускула добавляли сви- ной топленый жир. С увеличением количества жира (от 0 до 50%) предел текучести и вязкость сильно возрастают при 15° С, при 20° С возрастают незначительно, а при 30° С эти значения с увеличением содержания жира снижаются. Увеличение температуры приводило к снижению предела текучести и вязкости, которое было тем сильнее, чем выше содержание жира в фарше. Приблизительно при 24° С со- держание жира почти не оказывало влияния на реологические харак- теристики фарша. По нашим данным [6], для свиного топленого жира критической температурой является 26,5° С. Если температура ниже, ЖиР приобретает сплошной пространственный каркас кристаллизаци- онного^тнпа. Вполне реально, как определил Р. Хамм, что в смеси ВоД?" и гомогенатами мышечной ткани эта температура снижается в °- Д. Косой [15] в результате обширных экспериментов с произ- водственными композициями фарша .при температуре 20—22° С уста- сывил> что при уличении жпрнсч *i 5ла -дг^ --""-пению жира- Рак^а ^В основном свинины жирной или полужирной) сдвиговые ха- Ктеристики, за исключением темпа разрушения структуры, 88
2000 1000 0,10 0,20 0,ЪО 5 pi0~5,na Рис. 3—3. Зависимость от жирности (в кг жира на I кг сырого фарша) и влагосодспжяния (в кг вл?~ч на 1 \т ~~~ остатка): а — предельного напряжения сдвига; б — пластической вязкости; в — эффек- тивной вязкости при единичной скорости; г — темпа разрушения структуры при различных давлениях; / — 0; 2 —2.10е; 3 — 6-J08; 4 — КЫО8 Па
Таблица 3-19. Значение сдвиговых характеристик производственных видов рыбного (haDiua при различном давлении Наименование сырого фарша <и 1 си ■5 03 СО 4 СО с .. 1/э 1 о о. Прелельное| напряже- ние сдви- га, Па Пластиче- ская вяз- кость, Па-с Коэффициенты к уравнениям (1—2Эа) и (1—.40) Сельдь рубле- ная Котлетный Треска фарши- рованная 0 2 4 6 8 10 2 4 7 10 2 5 7 120 200 280 400 450 500 780 900 920 960 540 580 650 13,8 14,1 13,8 13,8 13,7 13,6 66,2 66,8 66,3 66,6 6,9 6,7 6,9 3,5 82,3 4,1 126,9 4,3 174,8 4,5 288,5 4,6 333,3 4,7 413,0 15,0 609,8 16,5 714,3 16,5 714,3 16,8 770,6 3,5 493,0 3,5 493,0 3,6 553,0 0,520 0,565 0,610 0,685 0,705 0,735 0,610 0,620 0,620 0,630 0,815 0,815 0,825 Примечание. Средние значения влажности соответственно для рубленой сельди, котлетного фарша и фаршированной трески составляют 0,585; 0,662; 0,74(3 кг влагн на I кг продукта; температура измерения около 20° С. уменьшаются; предельное напряжение сдвига при малой влажности и жирности 0,10—0,15 кг жира на 1 кг сырого фарша имеет макси- мум (рис. 3—3). Влияние давления [6] на сдвиговые характеристики сы- рого фарша изучали на специальном вискозиметре [30]. При увели- чении давления значения всех характеристик увеличиваются. Исклю- чение составляет пластическая вязкость, которая практически не зависит от давления; отклонение опытных величин от расчетных не превышает ±6%. Изменение значений величин характеристик при различных давлениях объясняется главным образом перераспреде- лением дисперсионной среды в системе и изменением размера частиц гидратных оболочек. Кроме того, приложенное давление вызывает ереориентацию частиц, более компактную их упаковку с одновре- менным деформированием; количество и объем воздушных полостей и кРаш-ается. Все это ведет к упрочнению связен между частицами, воз^ЛЯ" РазРУшения системы требуются более интенсивные внешние Ни деиствия. История нагружения образца гидростатическим давле- м оказывает влияние на величины сдвиговых характеристик. п ^Ля некоторых видов рыбного фарша сдвиговые характеристики НогоеДеНЫ В Табл# 3~19> по Даиным В. А. Голованца [4]. Для мяс- Daou Колбасного фарша характеристики можно определить путем - счет* (см. формулу (3-3)]. нИя ?1 г/* н и е влагосодержания, ж и р н о с т и и д зле- но ппи На сдвигРвые характеристики было исследовано комплекс- ен температуре 20—22° С для самых различных производствен-
ных композиций колбасных фаршей в течение 2 ч после их приготов- ления. Обобщенные данные приведены на графиках рис. 3—3, на которых видны пределы изменения переменных. По графикам с до- статочной для практических расчетов точностью можно определить соответствующие характеристики. Для определения величин характеристик при различной рецепту- ре тоикоизмельченных видов сырого мясного колбасного фарша пред- ложены уравнения. Они получены при температуре около 20° С для продуктов, вырабатываемых различными колбасными заводами в раз- ное время года, и имеют следующий вид: Z = д0 ехр [а — bU (I — с \g У)]; m^a0 + (a — c\gY)t где Z — предельное напряжение сдвига, пластическая и эффективная вязкости в области напряжений, превышающих предельное напряже- ние сдвига (табл. 3—20); а0 — значение (экстраполированное) соот- ветствующей физической величины при оптимальной степени измель- чения для обезжиренного, сухого фарша; а, Ь> с — эмпирические ко- эффициенты: а = ах + а2<Р + Д3?2, Ь = h + bW + b&2> с = с1 + с& + с&2> ф — жирность фарша, кг жира на 1 кг фарша; V — влагосодержание фарша, кг влаги на 1 кг сухого остатка; У-/7'10_5+1 —модуль (чис- ловое значение) абсолютного давления; р — гидростатическое давле- ние, Па. Расчетные данные по приведенным формулам отличаются от экс- периментальных в следующих пределах: для предельного напряжения сдвига ±5%, а при повышенных давлениях — до ±8%; для пластиче- ской вязкости ±8%; для единичной вязкости ±7%, кроме фарша свиных сарделек, у которого при повышенных давлениях ошибка в значениях характеристик может достигать ±15%; для темпа разру- шения структуры ±3%. Влияние механической обработки [6] на сдвиговые характеристики фарша изучали комплексно при куттеровании. Иссле- дования позволили научно обоснованно подойти к расчету, осущест- влению и прогнозированию этого процесса с целью получения гото- вых продуктов высокого качества при стабилизированных выходах. Процесс куттерозания состоит из трех основных периодов, в ко- торых все реологические и технологические характеристики сырого фарша н готовых изделий из него претерпевают подобные изменения. В начальном (подготовительном) периоде куттерования размер частиц уменьшается незначительно; добавленная в куттер вода пере- мешивается с частицами мяса и образует около них толстые прослой- ки, облегчающие деформацию; предельное напряжение сдвига имеет в конце периода минимальное значение. В первом, основном, периоде происходит интенсивное разрезгние частиц, общая площадь их по- верхности увеличивается, влага из свободной переходит в поверхност- но-связанную, происходит процесс образования новой структуры фарша. К концу периода все характеристики фарша достигают экстре- мального значения. Продолжение процесса (второй период) ведет к w^..второму «разы^-к киванию» волокон, пре^сльлое напряжен.. „■ сдвига уменьшается, наблюдается «перекуттерование» фарша. (3-3) 91
Таблица 3-20 гения коэффициентов для расчета сдвиговых характеристик ЗнаЧ iLHbiX видов тонкоизмельченных колбасных фаршей реологическая характеристика напряжение 1480 Предельное сдвига, Па П частическая вязкость (в" Па-с) при жирности, кг жира на 1 кг фарша от 0 до 0,15 от 0,15 до 0,40 Эффективная вязкость при единичной скорости, Па-с Темп разрушения струк- туры 1,005 Дэ 7,0 0 *i 0,30 365 18960 30 0 0 0 — 14,0 —50,5 0 0 76,5 0 1,05 1,75 0,50 -2,21 4,6 — Продолжение Реологическая характеристика Предельное напряжение сдвига, Па Пластическая вязкость (в Па-с) при жирности, кг жира на 1 кг фарша от 0 до 0,15 г от 0,15 до 0,40 Эффективная вязкость при единичной скорости, Па-с 1емп разрушения струк- туры ь* 0 —2,44 —9,05 0 — Ьг 27,0 0 13,7 18,0 — Сх 0,49 0 0 0,10 —0,218 с* — 1,00 0 0 0,80 1,44 Сз 0 0 0 0 —3,0 ша 7^лительность процесса, при которой все показатели сырого фар- мапь данно" влажности) и готовых изделий достигают экстре- однопЫХ значени** (конец первого периода), а строение его наиболее npoin Н° При компактной укладке частиц, названа оптимальной F д^лжнтельностью куттеровгния (ОПК — топт, мин), (куттеТимальная. продолжительность механического воздействия с°ставР°ВаНИЯ' пеРемешивания и пр.) и оптимальный химический. л°ннымСЬ^ЬЯ (Влаг0С0л-еРжание> жирность и пр.) соответствуют эта- чсских -Словиям е^о обработки и дают эталонные значения реологи- Зна" Технолпгичегкмх показателей готового продукта [6, 30]. Дены d J^iUIH Э1аЛЬ"ч^А никизателей некоторых видов фарша приве- дены 92 в.табл. 3—21.
Таблица 3-21 Эталонные характеристики колбасного фарша и готовых изделий Продукт Содержа- ние говя- дины, кг на 1 кг мяса Сырой фарш влагосо дер- жание, кг во- ды на 1 кг сухого веще- ства предель- ное» напря- жение сдвига, La пластиче- ская вяз- кость, Па-с Говяжьи сардельки 0,90 3,90 300 3,88 Русские сосиски 0,50 2,40 320 6,96 Докторская колбаса 0,25 1,80 310 4,86 Свиные сардельки 0,00 1,34 160 3,02 Продолжение ПрОДуКТ Сырой фарш эффективная вяз- кость, Па-с, при единичном зна- чении ско- рости градиента скорости темп разру- шения струк- туры . Готовый продукт влагосо- держание, кг воды на 1 кг сухого вещества напряже- ние среза, . Па Говяжьи сардельки 1,94 283 0,82 3,54 31600 Русские сосиски 2,35 234 0,76 2,22 20200 Докторская колбаса 2,05 184 0,74 1,66 — Свиные сардельки 1,01 130 0,80 1,25 14200 Примечание. Реологические характеристики могут отличаться от указан- ных в пределах ±10%; влагосодержанне — ±1%. Для оценки некоторых качественных показателей различных ви- дов фарша в производственных условиях могут быть использованы номограммы [16], представленные на рис. 3—4. На номограммах в виде параллелограммов указаны зоны производственных колебаний влагосодержания, жирности и предельного напряжения сдвига нераз- рушенной структуры. Они определены экспресс-методом на приборе КЗТ-1, рабочий орган которого (индеитор) представляет собой конус с углом при вершине 60°. При куттеровании мускульной ткани рыбы изменение значений структурно-механических характеристик происходит аналогично изме- нению характеристик мясного фарша, В табл. 3—22 по данным Л. К. Поляковой [27| приведены значения сдвиговых характеристик рыбной масс'.' к^ттс^в— -" Убавлением 20% *пды к массе про- дукта, и фарша колбасного pbi6iioro. 93
во, № №0 jOOO 500 - 1,0^ ё§> ~5^ 1 1 1 1_ "^v/7 8 Щ Щ 1 1 1 ГЧ $6735*42/ fm\ Щ\ C^^--\\J 1N 1 4 \i 2000 1500 0 OJO 0,20 о 0,30 рис з__4_ Номограммы для определенияt в производственных усло- виях влагосодержания, жирности и предельного напряжения сдвига неразрушенной структуры различного бесшпикового колбасного фарша: а —содержащего в основном говядину и свииииу: / — сарделек свиных, 2 — любительских сосисок; 3 — сливочных сосисок; 4 — свиных сосисок; 5 — свиной колбасы I сорта; 6 — русских сосисок; 7—столовой колбасы; 8—говяжьих сарделек; 9 — говяжьих сосисок; 10 — чесноковой колбасы; б — содержащего кроме говядины и свинины сухое молоко и меланж в количестве 2—3%: / — сосисок молочных; 2 — сосисок школьных; 3 — докторской колбасы; 4— молочной колбасы; 5 — диабетической колбасы; 6 — диетической колбасы В качестве сырья использован фарш из морского карася и став- риды, выловленных в Центральной Атлантике. Для измельчения ис- пользован куттер с тремя серповидными ножами и вместимостью ча- ши 50 -10~3 м3. Как видно из анализа приведенных данных, оптималь- ная длительность кугтерования составляет 15—16 мин. Однако при изменении геометрических и кинематических параметров куттера дли- тельность процесса изменяется. Влияние вибрации на сдвиговые характеристики фарша исследовано как при перемешивании [19], так и при осадке фарша, аоитого в оболочку [3]. Перемешивание осуществляли на специаль- ном смесителе при частоте вибрации 25 Гц, амплитуде 0,009 м и ско- гов?И ^'^ М^с* качестве исходного объекта брали размороженную Во цДИнУ I сорта и полужирную свинину, жиловали и измельчали иа пап К6 ° ^иаметР0М отверстий решетки 3 мм. Три экспериментальные 2,5tyH' обРаботаиные по различным вариантам, дали выход на 1,5— ной лВЫШе ПРИ УлУчшении качества на 0,3—0,4 балла (по пятибалль- ных Нстеме) по сравнению с контрольной. Напряжение среза опыт- 32ооо0пОВЫХ изАелип составило 38 000—43 000 Па, контрольных — Ри исследовании виброосадки фарш иабнвалн в оболочку диа- м 0,15 м^н длиной j,6 м. Опытная _с!ано^.*а ^ ..^ ....лла час- колебаний 466 Гц при амплитуде 0,001 м. После заданного вре-
Таблице 3-22 Значения сдвиговых характеристик рыбной массы и колбасного рыбного фарша при различной длительности куттерования Длительность куттерования, мии 5 10 15 20 25. Предельное напряжение сдвига, Па 185 275 210 284 217 300 210 200 190 270 Пластическая вязкость, Па-с 4,5 7,3 4 0 6,0 3,5 4,1 3,7 4,9 3,9 5,6 Коэффициенты к уравнению (1-30) В 1,30 1,60 1,19 1,51 1,12 1,40 1,12 1,45 1,14 1,55 m 0,75 0,78 0,85 0,79 0,87 0,80 0,80 0,80 0,74 0,79 Примечание. Числитель — рыбная масса с водой, знаменатель — колбас- ный рыбный фарш. мени осадки оболочку разрезали и исследовали реологические харак- теристики фарша. Опытные партии фарша имели более высокие значения предельного напряжения сдвига по сравнению с контроль- ными. КОМПРЕССИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЛОТНОСТЬ Компрессионные характеристики Компрессионные характеристики фарша при осевом сжатии меж- ду двумя пластинами [6]. Характеристики исследовали на приборе с механическим приводом одной из пластин при постоянной скорости ее перемещения. Исходя из формулы (1—1), относительную деформа- цию сжатия 6 вычисляли по зависимости е=[/г(т)-Д]///0, (3-4) где h(x)=wx — абсолютная деформация слоя продукта за время т (в с) при скорости сжатия w (в м/с); А — величина прогиба тензо- балки в момент измерения. ^; определяется ю тар ic- • ^афи- кам; относительная доля этой величины в общей деформации не пре- вышает 3—4%; Но — начальная высота слоя продукта, м. 9S
Таблица 3-23 Компрессионные характеристики фарша русских сосисок при осевом сжатии • Влагосодсржание Фарша, кг влаги на 1 кг сухих веществ Предел текучести а • ю-3 Па, при толщине слоя фарша Модуль упругости £М0"~4 , Па, при толщине слоя фарша Я0.10», м 3,15 2,44 1J4 1,0 2,75 2,04 1,32 0,6 2,3 1,6 0,9 0,2 — 4,7 3,2 2,0 _ 3,7 2,2 1,0 4,4 2,7 1,2 0 2,0 2,5 3,0 3,5 Постоянство скорости сжатия практически обеспечивает неизмен- ность градиента скорости (е, с-1), т. е. линия е(т) является прямой и выходит из начала координат: ; = е/и. (3—5) В табл. 3—23 приведены значения пределов текучести и моду- лей упругости, вычисленных по закону Гука [уравнение (1—13)], для фарша русских сосисок, сжимаемого между пластинами площадью 0,0010 м2 со средней скоростью 24-10~5 м/с при толщине слоя от 0,003 до 0,009 м. Эти величины зависят от влагосодержания U (в кг влаги на 1 кг сухого вещества) и толщины слоя фарша. С целью по- лучения инвариантных характеристик, не зависимых от толщины слоя, для зоны пластично-вязкого течения (0,1^е^0,5) введена «линейная» вязкость, представляющая собой отношение напряжения сжатия к градиенту скорости. Графоаналитической обработкой эксперимен- тальных данных получена расчетная зависимость Ф= 18,5-105 (е +0,3)ехр(— I.02J7). (3—6) Опыты с другими видами тонкоизмельченного фарша (для сарде- лек, докторской колбасы) показали применимость для расчетов при- еденной выше зависимости. Результаты экспериментов по осевому сжатию, представленные виде таблицы и эмпирической зависимости, были обобщены также П-^9Я?1ЦЬЮ УРавнения для модели стандартного линейного тела вил к°торое в приложении к случаю осевого сжатия имеет а +т ег= ER(z + Те), (3-7) напряжение сжатия, Па; a^dofdx — скорость увеличения РиодЯпКее,,ННЯ' ■Па/С; z = d&ldx — скорость деформации, с-1; т8 — пе- "ерио ции напРяжения при постоянной деформации, с; т° — "-■ - ре11лЛаКСацИИ ДеФ°РмаДии при постоянном напряжении, с; °тнощеннеиСаЦИОННЫ"1 МОдУль упругости, который определяется с^- ДУкта, Па между упругими и пластичными характеристиками про- 96
Таблица 3-24 Релаксационные характеристики фарша при осевом сжатии Скорость деформации Релаксационный модуль Е% -10 3 (в Па) при влагосодержаннн, кг/кг 2,0 2,5 3,0 3,5 Периоды релакса- ции, с деформа- ции напряже- ния 0,1 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 0,24 1,22 2,45 4,ао 9,80 14,70 0,14 0,72 1,45 2,89 5,79 8,69 0,09 0,43 0,86 1,71 3,42 5,14 0,05 0,25 0,50 1,00 2,00 3,00 370,0 74,0 37,0 18,5 9,2 6,2 56,0 И,2 5,6 2,8 1,4 0,9 Экспериментальная проверка приведенного выше уравнения вы- полнена для фарша русских сосисок с различным влагосодержанием, фарша докторской колбасы и свиных сосисок [30]. Релаксационные характеристики фарша и их изменения показаны в табл. 3—24. Эмпирические зависимости, связывающие найденные характери- стики с условиями измерения, имеют вид: Er{U* ej = 2.106e*exp(—1,05£/); ^ = 0,37/^; ив = 0,056/;*; тз&= 1500 Я0; тзв = 250Я0, (3-8) где е* — постоянное значение градиента скорости по зависимости (3-5). Зависимости t6j (£*) можно рассматривать как спектры перио- дов релаксации по скорости деформации. Компрессионные характеристики при осевом сжатии целых тка- ней мяса [6]. Исследования проводились на четырехглавом мускуле говядины аналогично осевому сжатию фарша. Образец имел разме- ры 0,03X0,03 м2 при высоте от 0,01 до 0,02 м. Используя для обоб- щения экспериментов сложную математическую модель, состоя- щую из трех последовательно соединенных звеньев: модели Фойгта — Кельвина (см. рис. 1 — 1, д), нелинейно-упругого элемента и параллельно соединенных модели Максвелла (см. рис. 1 — 1, г) с не- линейно-упругим элементом в одном плече к элементом, фиксирую- щим определенное значение деформации — в другом, авторы устано- вили величины реологических характеристик (феноменологических постоянных) при изменении напряжения сжатия а от 0 до 1,2-105 Па: первая вязкость по модели Фойгта — Кельвина — 1,7-107 «Па-с; вторая вязкость по модели нелинейно-упругого тела (модель Максвелла) с фиксаторами деформаций — 5,2 -108 Па-с; период релаксации по модели Фойгта — Кельвина по кривым восстановления — 45 с; "л-"'чЬ упругости по модели Фойгта — Кельвина — 3,8-105 Па; ^Фективные нелинейные модули упругости (по второму и третье- му звеньям): 2,5-105+15 а Па; 1,25-105+5 а Па. 4-2418 97
Таблица 3-25 Средние значения компрессионных характеристик некоторых рыб [33] Рыба J Ошоситель- ная деформа- ция до разру- шения Разрушающее напряжение о -10-3 , Па Жесткость. Н/м Плотность, кг/м* 0,39 0,43 0,43 0,36 0,40 0,40 0,50 59 72 32 45 53 56 128 224 172 52 79 72 78 96 1060 1060 1080 1070 1050 1120 1080 Килька Мойва Салака Сардина Сардинелла Скумбрия Ставрида Компрессионные характеристики при осевом сжатии целых рыб. Характеристики рыб Западного бассейна исследованы А. 3. Уманце- вым [33]. Относительная деформация целых рыб до разрушения как отношение деформации к толщине (формула 1—1) определена при помощи автоматического пресса IS-5000 японской фирмы «Шимард- зу». Скорость перемещения траверсы составляла 10 мм/мнн (0,000167 м/с), ленты — в 2 раза больше. Площадь пластин изменя- ли от 0,02x0,02 м2 до 0,03X0,08 м2 в зависимости от размеров рыб. Разрушающее напряжение как отношение допустимого усилия к площади [уравнение (I—4)] и жесткость как отношение работы де- формирования на длине 0,005 м к площади действия усилия опреде- лены иа том же прессе. Результаты измерений приведены в табл. 3—25. Прочностные характеристики зависят от длительности выдержки рыбы от момента вылова до замораживания; они приведены в табл. 3—26. Таблица 3-26 Компрессионные характеристики рыб [33]. в зависимости от длительности выдержки от вылова до замораживания Длитель- ность вы- держки, ч Относительная дефор- мация до разруше- ния скумбрия ставрида Разрушающее напря- жение £Тр« 10 ^ , Па скумбрия ставрида Жесткость, Н/м скумбрия ставрида О [2 4 6 8 10 12 20 СкУмбриШеЧание' Ставрида хранилась в замороженном, состоянии 9& 0,210 0,200 0,242 0,285 0,235 0,195 — — 0,452 0,430 0,432 0,458 0,478 0,430 0,450 0.К7П 40,0 42,5 27,0 25,5 24,5 24,0 — — 118 122 130 126 120 101 105 146 45 48 33 30 28 26 — — 118 125 120 114 111 108 105 92 2 мес,
Кроме того, на прочностные характеристики влияет длитель- ность хранения рыбы в замороженном состоянии (табл. 3—27). Перед проведением всех измерений рыбу размораживали в воде, температуру рыбы доводили до 10—15° С. Таблица 3*27 Жесткость ставриды \33] в зависимости от длительности выдержки от вылова до замораживания и длительности хранения в замороженном состоянии Длитель- ность вы- держки, ч 1 2 Длительность хранения, мес 3 4 5 6 0 2 4 б 8 10 20 140 149 124 121 115 113. 101 118 125 117 114 III 108 98 115 117 112 109 107 104 96 114 116 108 106 103 100 94 109 ИЗ 102 99 97 95 88 100 103 93 92 90 89 82' Примечание. Рыба хранилась при температуре —18° С. Компрессионные характеристики фарша при объемном сжатии [6]. Характеристики изучали с помощью консистометра Гепплера и специальных приборов — цилиндров с поршнем н водяной рубашкой. Кривые кинетики относительной деформации объемного сжатия имеют логарифмический характер и описываются уравнением (1— 11).. Типовые компрессионные кривые показаны на рис. 3—5 (кри- вая 1, зона а—б—в). По кинетическим кривым для равновесного состояния может быть вычислен коэффициент объемного сжатия по формуле (1—14в) при времени действия гидростатического давления р (в Па) 180 с: HP* 180) = £(/7, \Щ1р=аераЧр = а1ра^\ (3-9) Значения эмпирических коэффициентов см. в табл. 3—28. Общую деформацию фарша можно рассматривать состоящей из трех зон. При напряжениях, меньших предела упругости, который, в среднем равен 105 Па, реализуется зона мгновенно-упругих дефор- маций. Для нее модуль упругости составляет 0,6-107 Па. Величина максимальной упругой относительной деформации достигает 1,6*10™2, при увеличении нагрузки оиа остается постоянной. Вторая зона — упругого последействия — лежит в пределах напряжений (1-7-3,5) 105 Па. Третья зона — пластических де'формаций — лежит в области напряжений, превышающих 3,5*105 Па. При этом общая деформация зависит не только от напряжения, но и от длительно- сти его действия, Обрьооткол .nonepii.uei u.^x данных подобраны коэффициен- ты к уравнению (1—11) для всех экспериментальных кинетических кривых; их величины показаны в табл. 3—28. 4* 99
Коэффициенты зависят от биологического и физического состояния мяса. Поэтому по- грешность в вычислении отно- сительной деформации может достигнуть ±15%. Интервалы изменения переменных, при ко- торых справедливо уравнение, следующие: 3,5 • 105 — 1 б• 105 Па и 1—180 с. Приведенные выше результаты получены для форм малого объема. При изменении объема формы значения коэф- фициентов могут быть другие, хотя принципиально общая кар- тина деформирования остается неизменной. Для исследования коэффи- циента бокового давления [фор- мула (1—5)1 колбасного фарша и распределения давления в ием по высоте цилиндра [формула (1—12)] использовали установ- ки с тензодатчиками [6, 30]. Зависимости между осевым и боковым давлениями, полу- ченные более чем для ста опытов, позволили рассчитать величины Ко- эффициента бокового давления, которые приведены в табл. 3—28. Для расчета распределения давлений в фарше по высоте трубки при ее высоте от 0 до 0,3 м и диаметре от 0,02 до 0,05 м приме- нимо уравнение (1—12), имеющее некоторые теоретические обосно- вания. Реологические характеристики фарша при объемном сжатии в Цилиндрических формах диаметром до 0,053 м и высотой до 0,1 м определяли на компрессионном устройстве, в котором фарш подвер- 200 400 600 800 Т,С Рис. 3—5. Типичные зависимости, описывающие поведение колбасно- го фарша при нагревании в форме под давлением: / — кинетические кривые деформации и спада деформации; 2 — температура в центре образца фарша при нагрева- нии и охлаждении; 3 — температура греющей среды; 4 — температура ох- лаждающей среды Таблица 3-28 Значения коэффициентов к кинетическим уравнениям (1—11) пРи объемном сжатии фарша Фарш <V104 а2 а -10* М*со говяжье I сорта 5,2 0,32 0,0580 5,87 измельченное Фарш отдельной и 5,2 0,32 0,0140 5,36 ^аиной колбасы ■ арщ лоасы докторском 4,3 0,32 0,0092 4,90 £°лоасы Сосисочный фарш 4,6 0,32 0,0080 4,70 Бокового давления 0,75—0,80 0,80—0,85 О «г>_п.84 0,85—0,93 100
гался сжатию между двумя поршнями посредством грузового уст- ройства [6]. Для обобщения результатов экспериментов использо- вали уравнение (1—23). Интегрирование уравнения для случая дей- ствия постоянного напряжения позволяет определить релаксацион- ные характеристики фарша по экспериментальным данным по сле- дующим зависимостям: Ех = а\ъх$Ьи та= а2ехр( — Ь2), (3—10) где а! = 2,69-106 Па, а2=Ю0 с; b^OfiSSU, 62 = 0,09t/; U — влагосо- держание фарша, кг воды на 1 кг сухого остатка. Отклонение экспериментальных данных от расчетных при изме- нении влагосодержання от 1,5 до 4,5 не превышает 4%. Комплексные исследования объемного сжатия фарша при тер- мообработке в форме [6] представляют интерес в связи с тенден- цией развития аппаратостроения, направленной на создание авто- матизированных линий изготовления колбасных изделий без обо- лочки. На кинетических кривых рис. 3—5 с момента начала варки — от 180 с и далее — деформации уменьшаются. При наименьшем давле- нии (0,312-105 Па) деформации переходят в отрицательную об- ласть, т. е. объем фарша становится больше начального. Плавное уменьшение деформации (см. рис. 3—5) обусловлено наличием температурного градиента. Температура, при которой де- формация достигает минимума, непостоянна и зависит от влагосо- держання, увеличиваясь при его повышении; ее значения меняются для хорошо разработанного фарша от 55 до 65° С. Уменьшение относительной деформации фарша при нагревании, вызванное увеличением объема, можно охарактеризовать удельной объемной работой деформации по уравнениям (1—9) и (1 —10). Наименьшие значения удельной работы соответствуют «эталонному» влагосодержанию. При дальнейшем нагревании фарша до готовности деформации увеличиваются, а объем уменьшается, если происходит отделение жнра и бульона из продукта. Если же форма герметична, то умень- шение объема незначительно. Существенную роль при термообработке фарша в форме играет давление,'приложенное к торцам формы [7, 30, 35]. Компрессионные характеристики целых тканей мяса говядины при объемном сжатии [1]. Характеристики изучали с помощью ци- линдров с поршнями при одностороннем нагружении. Объем ци- линдра 0,0009 м3, пределы изменения гидростатического давления — от 1-Ю5 до 13-105 Па. При этом были определены следующие рео- логические характеристики: мгновенный модуль упругости 11,6-105 р0-4; максимальная деформация при длительности действия давления 180 с—1,34-10~5 р0'78; кинетика изменения относительных деформаций после разгрузки — 7,5-10~7 р0'01 [1—ехр(—8,9т)] 4- + 134 р°«78 (где т — длительность восстановления объема, с; пределы изменения т — от 0 до 10 с). Прочностные характеристики Прочностные характеристики целых тканей мяса. При растяже- нии предел прочности различных мышц мяса определил Б. А. Нико- лаев с сотрудниками [23]. Длина образцов составляла от 0,01 до 101
л 02 м при поперечном сечении 0,005x0,002 м или 0,0075x0,002 м; орость растяжения составляла 3-Ю-5 или б-Ю-5 м/с. По-видимо- сК есЛн считать мясо нелинейным реологическим телом [6], то очностные характеристики будут зависеть от геометрических раз- "еров образца и кинематики нагружеиия. М Авторы [23] установили корреляционную связь между прочио- тными характеристиками и оргаиолептической оценкой нежности. Их данные показывают, что для сырого мяса напряжение разрыва авнсит от вида мышцы (длиннейшая мышца спины, полусухожиль- ная, трапециевидная мышцы); для вареного мяса такой дифферен- циации не наблюдается. С улучшением нежности (более высокая органолептическая оценка в баллах) напряжение разрыва и моду- ли упругости уменьшаются, причем для сырого мяса эта зависи- мость более пологая, для вареного—более крутая. В табл. 3—29 приведены данные этих авторов. Отклонение экс- периментальных данных от приведенных в таблице обычно ие пре- вышает ±15%. Они определили также прочность рыхлой соедини- тельной ткани. Для образца сечением 0,004X0,002 м2 и длиной 0,022 м она составила около 67-105 Па. Таблица 3-29 Прочность мяса говядины на разрыв аПр • 10-5 (в Па) в зависимости от нежности Органолептическая оценка нежности, баллы Сырое мясо длиннейшая мышца спины полусухожиль- ная мышца трапециевид- на» мышца Вареное мясо (все виды мышц) 7,6 4,7 2,7 2,2 17,3 12,9 10,4 9,4 22,2 17,9 15,0 13,6 25,0 14,1 9,1 7,5 А. Н. Познышев [25] исследовал с помощью рычажного прибо- ра прочность на разрыв четырехглавого говяжьего мускула двух- дневной выдержки после убоя. Для крепления концов образца были использованы специальные зажимы, а сами концы замораживали в Р?х ЖпДкого азота. Образцы вырезали в виде полос призматиче- hhv $°РМЫ с продольным расположением волокон. Размеры сече- ■я образцов 0,010X0,020 м, длина 0,080 м, величина базы в пре- лелах 0,015—0,020 м! скоп а^ТЯ'Жение проводили при постоянных скорости деформации и обесп^1 ^велкчения нагрузи!. Постоянную скорость деформации МеЩаГШВали с помощью электродвигателя постоянного тока, пере- 2l,o.i(wfr°' Г0Ризонтальный рычаг прибора со скоростью 6,38-10-3 м/с' ПРИ этом скорость растяжения образцов составляла скорост М/С* ^ этом слУчае при базовых размерах образцов 0,015 м ^:'\м Ь отн.0сительной деформации образцов составляла 42,5%/с. п-'10~ п>а ^ДС " привода с постоянной скоростью на промежуто1»- Тальном Д^иРованнУЮ пружину, которую закрепляли на горюос- °бРазц0в ^АЫоаге> °беспечивали постоянную скорость нагруження , 5 ^а/с- Отклонение ее от этого значения составляло
в некоторых случаях 8—10% ввиду нелинейного характера дефор- мирования образцов мяса. Полученные данные представлены в табл. 3—30. Таблица 3-30 Прочностные характеристики мяса Время деформации, с Напряжение о-10—5 , Па Равновесный модуль ЕЛО—5 » Па 3,2* 2,90*** — 0,5** 0,60 2,20 1,0*** 1,10 2,55 1,5** 2,25 3,23 1,9** 2,90*** 3,60 * Скорость нагружения 0.9Ы05 Па/с. ** Скорость деформации 42,5%. *** Данные соответствуют разрушению образца при величине относитель- ной деформации 0,81. Прочностные характеристики целых тканей мяса при срезе. Прочность мяса при срезе через матрицу исследовали с помощью пуансонов с углами заточки 90, 80 н 30° [25]. В процессе взаимо- действия пуансона с материалом производили одновременную реги- страцию усилий и деформаций на автоматических самопишущих при- борах КСП-4. Образцы мяса толщиной 0,015 м при температуре от + 10 до —1,5° С исследовали на прочность при резании поперек во- локон при постоянной скорости перемещения пуансона 4,6-Ю-3 м/с. Разрушение структуры пуансоном происходит в две стадии. При деформации мяса до 90±5% мышечные волокна разрезаются непосредственно режущей кромкой пуансона. Соединительная ткань, как более прочная, уплотняется и срезается при увеличении дефор- мации до 98ibO,30/o» т. е. когда пуансон начинает входить в отвер- стие, выполняющее роль матрицы. Значения величин усилий резания мышечных волокон, приведен- ных к единице длины режущей кромки пуансона, соответственно равны для пуансона с углом заточки 90° —3,85-103 Н/м, 80° — 3,52-103 Н/м и 30° — 2,68-103 Н/м. Величины предельных усилий при полном срезе образца изменяются в зависимости от угла заточки пуансонов от 5,4-103 до 6,2-103 Н/м, при этом деформация образцов приближается к 98%. Влияние масштабного фактора рассматривали при срезе образ- цов, высоту которых изменяли от 0,005 до 0,015 м. При увеличении высоты образцов уменьшается величина напряжения среза, вычис- ленная по начальной высоте образцов. При изменении высоты об- разцов от 0,005 до 0,015 м предельное усилие среза увеличивается от 2,7-103 до 6,2-103 Н/м и соответственно линейно уменьшается напряжение — от 5,4-105 до 4,1 ■ 105 Па. При резании мяса лезвием [25, 31] наименьшие энергозатраты соответствуют углу встречи ножа и продукта около 60°. При ско- P' -ni по^:чг ; -зииины, гсвяди-ы) от 0,05 до 0,09 м/с, ьри угле заточки иожа 18 и 25° и угле встречи 50—60°. удельные уси- лия резания различаются незначительно и составляют 6000— 103
7000 Н/м [31]. По другим данным [25], удельное усилие резания Уменьшается практически линейно при увеличении угла встречи: от 5600 Н/м при 0° до 1000 Н/м при 60°, а затем изменяется незна- чительно. При резании мяса дисковым иожом [25] удельные усилия зна- чительно меньше по сравнению с усилиями при резаиии лезвием (табл. 3—31). Затраты энергии с увеличением окружной скорости Таблица 3-31 Прочностные характеристики мяса при резании дисковым ножом Окружная скорость ножа, м/с Удельные усилия резания (в Н/м) при скорости подачи продукта к ножу, м/с 0,03 РЬ 0,09 PQ 1 2 3 4 5 6 7 9 15 24 260 218 185 165 144 130 120 100 60 40 238 265 283 298 310 320 330 345 380 405 353 344 338 340 342 345 352 364 380 405 325 248 214 186 166 146 134 144 76 53 242 270 286 302 315 326 336 350 385 412 405 368 358 355 358 358 364 367 395 412 Окружная скорость Продолжение Удельные усилия резания (в Н/м) при скорости подачи продукта к ножу, м/с 0,15 j 0,30 РП РВ Р Рп РЬ р 1 2 3 4 5 6 7 9 15 24 390 285 242 210 188 166 150 130 90 60 250 276 294 310 322 332 344 357 392 420 463 395 382 374 370 370 378 380 405 420 — 350 284 244 215 193 175 150 ПО 90 — 285 302 318 330 342 350 366 400 430 — 450 412 400 396 395 390 395 414 440 Усн рИМечание. Рп — удельное усилие в направлении подачи; pq —удельное е в направлении, нормальном подаче; р — общее усилие резания, Н/м. 104
вращения ножа увеличиваются, а при постоянной окружной скоро- сти уменьшаются с увеличением скорости подачи продукта. Прочностные характеристики целых тканей свиного шпика. Предельное напряжение сдвига [38] исследовали с помощью кони- ческого пластометра по методу П. А. Ребиидера [28]. Полученные данные приведены в табл. 3—32 при внедрении конуса с углом при вершине 30°. Таблица 3-32 Прочностные характеристики шпика и жира Предельное напряжение сдвига шпика О0-10~4 » Па —20 7,0 7,0 — — Ю 5,0 5,0 3,2 0 4,0 2,6 1,7 + 10 4,5 1,1 0,7 4-20 4,8 0,6 — Напряжения среза [18] определяли при нормальном разрезании цилиндрического образца площадью 1,7-Ю-4 м2 с помощью лезвия. Результаты приведены в табл. 3—32, отклонение результатов от средних не превышает обычно ±10%. Значения приведенных вели- чии следует рассматривать как качественные характеристики по следующим причинам. В работе [18] ие указаны кинематические па- раметры прибора, в работе [38], по-видимому, константа конуса должна быть 9,4, а не 0,959 и следовало бы рассчитывать предель- ное давление, а ие предельное напряжение сдвига [28]. Предельное напряжение сдвига определяют для текучих продуктов, к которым шпик не относится. В формуле [28] S — KM/h2 (где К — константа конуса; М — масса подвижной части прибора, кг; h — глубина по- гружения конуса, м). Константа конуса с углом при вершине 15, 30, 45, 60 н 90°, по данным [28], имеет соответственно значения: для предельного напряжения сдвига 23,31; 10,87; 6,42; 4,06; 1,56; для-предельного давления 180; 43,43; 18,14; 9,35; 3,12. Авторы работы [38] воспользовались другим способом опреде- ления константы для вычисления предельного напряжения сдвига [29], ие учтя при этом ускорения свободного падения. В действи- тельности для конуса с углом при вершине 30°, 45°, 60°, 89°20', 90° константа должна иметь значения 9,4; 4,1; 2,1; 0,89 н 0,67. Как видно из табл. 3—32, напряжение среза шпика имеет ми- нимум при температуре 0° С, предельные напряжения сдвига шпика и напряжения среза топленого жира с увеличением температуры уменьшаются. Удельное усилие резания шпика, определенное по методике [31], составляет (1,23-М,28)104 Н/м. Прочностные характеристики мясной шквары. Напряжение сре- за (9ср, Па) и нормального отрыва (6г П?) м^н^"' "-:-«-пЧ с содер- жанием 0,11—0,14 кг жира иа 1 кг продукта при отьосительной влажности от 0,33 до 0,64 кг влаги на 1 кг продукта исследовали Температура, Напряжение среза вср-10 4 , Па топленый свиной жир 105
на специальной установке [24] (геометрические и кинематические характеристики установки не указаны). Отрыв пластины осущест- вляли от кюветы с продуктом, для среза продукта кювета имела верх- нюю и нижнюю части, верхняя часть могла смещаться относитель- но нижней. Значения измеренных величин приведены в табл. 3—33. Таблица 3-33 Прочностные характеристики мясной шквары Характеристика Относительная влажность, кг влаги на 1 кг продукта 0,33 0,40 0,48 0,53 0.56 0,58 0,64 Напряжение среза вер-Ю-4, Па Напряжение отры- ва сто-Ю-4, Па 0,66 1,01 1,61 2,30 2,44 2,15 1,79 0,56 0,88 1,51 1,99 2,26 1,91 1,57 Прочностные характеристики кости. Эти характеристики иссле-' довали А. И. Пелеев, Т. В. Чижикова и др. Однако полученные данные, как видно из выполненных обобщений [7], существенно раз- личаются; нередко одни и те же авторы в различных публикациях приводят различающиеся данные. Костную ткань крупного рогатого скота исследовали при рас- тяжении [41] и получили следующие значения прочности на разрыв (в Па): трубчатая кость—1100-Ю5, реберная — 450-Ю5, позвонко- вая— 47-105. Твердость костной ткани [39] измеряли с помощью прибора ПМТ-3 по специально разработанной методике. Величину твердости определяли по отпечатку, оставляемому на кости индентором. Осред- ыенные условные значения твердости следующие: трубчатая кость (говяжий диафиз)—37, говяжьи ребра — 29, свиные ребра—19. Плотность Плотность [уравнение (1—34)] жидких водно-белковых систем (мясной бульон, кровь, обезжиренное молоко). Плотность опреде- ляли пикнометром и ареометром [6]. В зависимости от концентра- ции она может быть определена по уравнению (I—366), для кото- тая° значения коэффициентов приведены в табл. 3—34 (см. также Ол. 3—7). Точность определения — до третьей значащей цифры, от° вп°лне достаточно для технических расчетов. Незначительные обт-,Л-НеНИЯ экспеРиментальнь1х данных от вычисленных по формуле ц Ясня1°тся различным химическим составом сухого остатка. Кон- Рацпя различных продуктов дана в табл. 3—1, 3—2, 3—3 и др. пло . темп^ратуре, отличающейся от приведенной в табл. 3—34, *- Т^°сгь может быть вычислена по уравнению (1—Зба), где сред- аодн"'."ТТенпе К0ЭФФш™ента температурного расширения для многих °-оелковых систем з интервале температур <±и—95° С такое же' к*к и для воды: Р* = 56-Ю-5 I/K. 106
Значения коэффициентов для расчета плотности Таблица 3-34 Продукт Темпера- тура 'с, •С Пределы концентрации с, кг/кг Коэффи- циент а, кг/м* Плотность Р0/, кг/м* Мясной бульон 40 Дефибринированная 40 кровь Молоко 20 0—0,20 300 0—0,20 300 0—0,12 115 992 992 998 Плотность нативиого меланжа [26] при изменении температуры от 20 до 60° С уменьшается линейно от. 1033 до 1031 кг/м3 (осен- ний сбор). Вычисления с использованием формулы (1—Зба) дают значения 1033 и 1010 кг/м3, что, по нашему мнеиню, более соответ- ствует действительности. Коэффициенты к формуле (1—366) при 20° С имеют величины 998 и 130 кг/м3. Плотность различных животных жиров. Определена аналогич- но плотности белковых систем; величины плотности приведены в табл. 3—35. Плотность при промежуточной температуре также мо- жет быть вычислена но уравнению (1—36а), где вместо рс прини- мается плотность жира при температуре /с=50° С. Таблица 3-35 Плотность топленых животных жиров Продукт Плотность (в кг/мв) при температуре, °С 100 50 Коэффициент температур- ного расшире- ния 50—95° С Р, -10», 1/К 855 865 859 — 868 885 890 888 892 903 72 58 66 — 81 Жир говяжий свиной бараний Копытное масло Рыбий жир Плотность смеси. Плотность смеси из нескольких компонентов для жидкообразиых или твердообразных систем может быть опре- делена по формуле (1—346), если компоненты не вступают во взаи- модействия, при которых меняется состав или объем смеси. Плотность тонкоизмельченных видов колбасного фарша. Плот- ность была исследована для фаршей докторской колбасы и русских сосисок [6]. В процессе экспериментов влажность W изменяли от 0,65 до 0,73 кг влаги на 1 кг фарша, жирность <р — от 0,15 до 0,22 кг жира на 1 кг фарша. На основании полученных данных, обработанных графоаналитически, выведено уравнение р== 1037— (290<р+ I0,5tf) + 22 \gp. (3-И)
ение справедливо при давлении р= (0,1 -г 16)105 Па. Оио Уравне qeTe иа начальное влагосодержание U от 1,8 до )ЛУ'1еН0 в рна 1 кг сухого вещества фарша. Так как при повыше "°" кг влаги 2i7 кг вла'"1Я"отделение влаги незначительное, то ошибка в вычис- ли» давЛрТН0Сти не превышает 3—4%. Величины плотности, опре- лен;Ш пл эксперИМеНталЬН0 с помощью компрессионного прибора и делеН;1ь*|ные ^ приведенной выше формуле, даны в табл. 3—36. 0ЫЧИСЛмость пЛ0ТН0СТИ фарша от степени измельчения и вида из- ^ьчлюшей машины обнаружить не удалось. Плотность колбасного фарша Таблица 3-36 Характеристика фарша влагосодержание, кг/кг Давление /?.10-5 , Па Плотность, кг/м3 по формуле опытные величины 0,1826 0,1544 0,1270 0,1108 2,06 2,55 2,70 3,01 0,312 3,12 10,6 0,312 3,12 10,6 0,312 3,12 10,6 0,312 3,12 10,6 1062 1084 1095 1067 1089 1100 1071 1093 1105 1072 1092 1104 1050—1060 1089 1116 1058—1064 1106 1119 Ю65—1082 1107 1126 1060—1070 1098 1120 Плотность мяса, измельченного на волчке с диаметром отвер- стий в решетке 3 мм. Плотность приведена в табл. 3—37. При оп- ределении'плотности шрот в мерный цилиндр укладывали вручную. Аналогично определена плотность целых тканей мяса [32, 35]. Пл •ютность шрота и целых тканей мяса (в кг/м3) Таблица 3-37 Вид и сорт мяса Шрот Мясо несоленое Шрот с до- бавлением 3% соли и 10% воды Шрот Мясо соленые без воды Говядина высшего сорта J с°Рта Минина Н8>|<ионая "к полутвердый 108 1048 1041 1033 1027 986 — 1058 1044 1041 1035 992 940 1059 1049 1045 1034 — — 1064 1074 1054 1064 1049 1069 1037 1053 1001 1009 930 —
Плотность целых размороженных рыб. Плотность определяли путем поштучного взвешивания; объем рыбы измеряли при опуска- нии ее в мерный сосуд с водой [33]. Средине значения плотности различных видов рыб приведены в табл. 3—25. Плотность кровяной муки [12]. Кровяную муку исследовали при прессовании ее в брикеты диаметром 0,035 м и массой 0,02 кг. Авторы установили, что при двустороннем прессовании давление и расход энергии меньше, чем при одностороннем прессовании. Для определения плотности р (в кг/м3) при двустороннем давлении прессования (р в Па) предложена формула Р = Ропт П + Рн/Ропт- 1/(1 + Р/Рк)]. (3-12) где рн — насыпная плотность кровяной муки до начала прессования, рн = 450 кг/м3; ропт — оптимальное значение плотности, кг/м3; при влажности 9,5% ропт =1170, при 15% — 1080 кг/м3; рк — критиче- ское значение давления, Па; при влажности 9,5% рк = 427,4-105, при 15% —185,2-105 Па. Формула справедлива при изменении давления от 0 до 2000• 105 Па. Плотность брикетов больше 1000 кг/м3 достигается при давлении прессования, превосходящем критическое. После окончания прессования, если продукт ие выдерживается в сжатом состоянии, происходит частичное восстановление формы и плотность уменьшается. Плотность брикета pG (в кг/м3) после прессования можно определить по зависимости, полученной путем совместного решения (1—7) и (1—34): P6=P/0+V>' (3~13) где Ev — объемная деформация при расширении брикета; при влаж- ности 9,5% еу=0,15, при 15% —0,098. Брикеты хорошего качества из кровяной муки влажностью 9,5% можно получить при плотности 1150 кг/м3, удельная энерго- емкость процесса 13,2 кВт-ч/т. При влажности 15% плотность бри- кетов должна быть ие менее 1020 кг/м3 , энергоемкость 3,5 кВт-ч/т. Прессовать брикеты следует при влажности 9,5% до плотности 1325 кг/м3 под давлением 1250-105 Па, при влажности 15%—до 1120 кг/м3 под давлением 302,5-105 Па. Плотность сухих животных кормов [34]. Плотность определяли без уплотнения кормов с помощью мерного стакана по формуле (1—34), влажность—высушиванием до постоянной массы, грануло- метрический состав — ситовым анализом, находя средний диаметр частиц. Полученные данные приведены в табл. 3—38. Плотность кости [7, 41]. Плотность приведена в табл. 3—39 и 3—40. Данные довольно близки по значению. Некоторое различие объясняется, по-видимому, тем, что авторы по-разному именовали кости, а также различием животных, кости которых брали в каче- стве образцов для исследования. Имеются данные о плотности ре- берной кости, величина которой определена равной 1300—1380 кг/м3 [41]. Однако они существенно превышают данные других авторов. Насыпная плотность кости интенсивно меняется с увеличением давления. Этот процесс сопровождается разрушением и уплотне- нием кости. Масса кости характеризует, ее с естественными внут- ?е "^"остями и макрппорами. Масса плотной чанги кости без учета этих естественных пустот будет больше. Укладочная масса 109
кости определена делением массы обваленной кости, уложенной в емкость вручную с наименьшими пустотами, на объем, в который кость укладывали. Таблица 3-38 Плотность сухих животных кормов Корм. Мясокостная мука I сорта II » III » Мука мясная костная кератииовая Альбумин Плотность кости Кость Рядовая Трубчатая Плотная масса Очищенная плотная масса Свежая с соединительной тканью Обезжиренная сухая Колбасная свежая Плотность и укладочная масс Кости Относительная влажность, кг влаги на 1 кг 1 продукта Размер частиц <М0Я, м 0,067 1,28 0,062 1,53 0,066 1,57 0,075 1,77 0,056 1,01 0,079 0,76 0,099 0,54 Насыпная плотность, кг/м8 670 718 610 622 883 730 433 Таблица 3-39 Насыпная плотность, кг/м3 до дробления пос дробления 163—175 600—700 800—825 900—950 — — — 500—600 650—750 Та -а кости Средняя плотность, кг/м3. Средняя плотность, кг/м3 1730 1300—1590 1900—2400 1400—1750 1700—1900 — блица 3-40 Укладочная плотность, кг/м8 Кости скелета еиные и спинные позвонки разовая кость *0с*и конечностей задних К ПеГ'Сдннх ■*\0("*Tit позвонка с отростками ребер ПО 1260 1200 1275 1270 1340 1220 412 486 333 558 423
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Характеристики продуктов, обусловливающие их взаимодейст- вие с твердыми телами (липкость, или адгезия," и коэффициент внешнего трения), описываются уравнениями (1—15) — (1—15г) 16]. В некоторых опубликованных работах, посвященных изучению этих характеристик, отсутствуют исследования влияния на лип- кость и треиие геометрических, кинематических и динамических па- раметров прибора, т. е. полученные величины имеют не количест-. венное, а качественное технологическое значение. Использовать их для расчетов машин и аппаратов затруднительно. Сравнительно подробно исследованы величины липкости и внешнего трения мясо- продуктов [1, 6, 7] и внешнее трение целых рыб [33]. Адгезионные характеристики (липкость) мясных продуктов Липкость фарша русских сосисок была исследована [6] при различных толщине слоя и влагосодержании методом нормального отрыва. Фарш измельчали на куттере с тремя серповидными ножа- ми, продолжительность куттерования оптимальная. Толщину слоя фарша меняли в пределах (0,3ч-1,0)10~3 м, влагосодержание U (в кг воды на 1 кг сухого вещества) имело значения: 2,21; 2,44; 2,70; 3,01. Соотношение (1—35) хорошо выполняется при всех зна- чениях влагосодержания и во всем интервале изменений толщины слоя. Данные получены при давлении контакта 2350 Па и длитель- ности предварительного контакта 300 с с пластинами из нержавею- щей стали площадью 0,001 м2 при скоростях: отрыва — 0,00358 м/с, приложения силы — около 25 Н/с (табл. 3—41). Таблица 3-41 Адгезионные характеристики фарша русских сосисок Влагосо1ержани2 U, кг по уы на 1 кг сухого вещества' Скорость прило- жения силы wQ, Н/с Темгн убывания площади контак- та С-10*, м2/с Коэффициент по- верхностного на- тяжения а, Н/м 2,21 26,3 25,0 17,5 2,44 25,5 21,0 10,0 2,70 25,0 16,5 5,5 3,01 23,0 11,5 3,5 В широком диапазоне изменения влагосодержания, температуры и некоторых других факторов адгезионные характеристики при оп- ределенных значениях названных параметров могут иметь экстре- мальную величину. В противоположность этому при увеличении влагосодержания и температуры сдвиговые характеристики мясных продуктов непрерывно уменьшаются. С увеличением длительности тк (в с) и величины рк (в Па) предварительного контакта липкость р0 (в Па) увеличивается; ее из- менения опнсьшиЮтся Ki^.cKwec.w.;.. ..,. с:..4ем А)= A>i+algT2Kt * (3—I4) 111
где рои а — эмпирические коэффициенты; первый представляет со- бой липкость при времени контакта. 1 с, второй характеризует темп нарастания липкости при увеличении времени контакта, Па; преде- лы применимости уравнения от 3 до 600 с; значения коэффициентов приведены в табл. 3—42. Таблица 342 Адгезионные характеристики фарша докторской колбасы к различным материалам Материал Коэффициенты для кинети- ческого урав- нения лип- кости Рои Па Па Отношение лип- кости материала к липкости нержа- веющей стали прн времени контакта 1-3 с 300 с Липкость ПРИ Тк = =600 с, Па С-10*, ма/с Дюралюминий Нержавеющая сталь Сталь Ст.З Чугун Латунь Фторопласт-4 12800 12300 2500 2100 1,04 1,00 1,09 1,00 11450 2100 0,93 0,96 10500 2100 0,85 0,90 8000 2700 0,65 0,84 8900 3900 0,72 1,06 19600 18000 16980 16050 15450 18900 4,8 7,3 8,2 9,4 10,4 5,0 Увеличение давления контакта рк ведет к увеличению липко- сти. При высоких рк толщину слоя не удается сохранить постоян- ной. Начальная толщина слоя 0,0003 м сохраняется практически неизменной до рк = 8000 Па. Затем отрыв происходит уже при меньшей толщине, что связано с вытеканием фарша из зазора меж- ду пластинами. При рк больше 2,5-105 Па толщина слоя перед отрывом достигает наименьшей величины — около 0,00001—0,00002 м, которая соизмерима с размером частиц куттерованного мяса. Таким образом, начальные условия не совпадают с условиями отрыва. Наибольшие величины липкости, полученные при наименьшей толщи- не, имеют постоянное значение около 72 000 Па. Эту величину мож- но, по-видимому, интерпретировать как истинную адгезию. Материал пластин оказывает влияние на -величину липкости; значения липкости для разных материалов приведены в табл. 3—42 КоИт°ЛЩИНе слоя фарша 0,0003 м, давлении контакта 4900 Па. эФфициент поверхностного натяжения составляет около 4,2 Н/м. v Понижение температуры фарша от 17—18 до 4—5° С ведет к имрНЬШеНИЮ липкости на 30—40%. Наибольшее значение липкость Мен ЛРИ темпеРатУРе 23—27° С. Эксперименты проведены при врг- п" пРеДварительного контакта 3 с, давлении 3440 Па и скорости отрыва 0,00358 м/с. ТПя 7^1* Уменьшения липкости используют аитиадгезионные покры- в ф0 ;]' K0T°pbie позволяют, например, при термообработке фарша pjM* 10тзести липкость практичесп ."о нуля. Лични Т^л' 3—43 даны величины адгезионных характеристик paj- НЬ1* мясопродуктов [30, 37].. U2
Адгезионные характеристики мясопродуктов Таблица 3-43 Пластины материал пло- щадь Свинина Сталь Ст.З Фторопласт-4 1,0 1,0 . 1,0 1,0 1,0 Свинина Сталь Ст.З Фторопласт-4 Сталь Ст.З Нержавеющая сталь Дюралюминий Чугун • Сталь СтЛЗХ Сталь Ст.УЮА Сталь Ct.Pi8 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 Скорость отрыва Wo'W*, м/с вдоль 3,58 9,24 19,22 3,58 9,24 Тол- шина слоя Л-Ю3, м Предварительный контакт давление Рк> Па волокон 3,5 3,2 3,1 3,3 3,2 3,0 3,2 3,0 3,2 3,0 3430 3430 3430 3430 3430 поперек волокон 3,58 9,24 19,22 3,58 9,24 3,58 3,58 3,58 3,58 3,1 3,4 3,1 3,5 3,0 3,0 3,2 3,5 3,3 3,4 3,2 3,0 3,1 3,5 3,0 3,4 3,2 3,6 Свиной шпик Нет • я данных » п 3430 3430 3430 3430 3430 4900 4900 4900 4900 8080 8080 8080 время V с 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 зоо 3 300 Лип- кость Ро» Па 1500 3980 2680 4950 3100 6700 1200 4220 2470 5620 1700 4070 2880 4620 3400 7500 1400 4500 2350 6500 2000 4200 2000 4500 2275 5500 1907 3890 11200 15000 10200 197пп у4ии 11200 113
Продолжение Пластины материал пло- щадь /VI0», и* Скорость отрыва м/с Тол- щина слоя Л.10», м Предварительный контакт давление рк, Па время V с Лип- кость Ро, Па Говядина вдоль волокон Сталь' Ст.З Фторопласт-4 Сталь Ст.З Сталь Ст.З Фторопласт-4 Сталь Ст.З НеРЖавеющая сталь Дк>| Ралюмннии 1.0 '1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 о в я дин а 1,0 1,0 1,0 3,58 3,58 3,58 3,58 9,24 19,22 3,58 9,24 3,3 3,0 3,5 3,6 3,1 3,0 3,9 3,3 3,0 3,1 3,2 3,5 3,3 3,9 3,3 3,4 294 1030 3430 8000 3430 3430 3430 3430 поперек волокон 3,58 9,24 19,22 Фарш русских 1,0 1,0 1,0 i,o- 0,7 0,7 и,/ 3,58 9,24 3,58 9,24 3,58 3,58 3,58 3,4 3,5 3,0 3,5 3,0 3,0 3430 3430 3430 со сн сок 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 3440 3440 3440 3440 4900 4900 4900 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 598 1401 824 2530 1880 4780 3278 6050 2980 6700 3600 8100 1344 5500 2500 7000 1820 4260 2500 6200 3300 7500 7100 11730 10180 15300 5200 13000 9500 20300 11700 16240 12200 17050 12900 18320 U4
Продолжение Пластины материал Чугун Латунь Фторопласт-4 Фар] Сталь Ст.З Нержавеющая сталь Дюралюминий Чугун Латунь Фторопласт-4 Сталь Ст.З Нержавеющая сталь пло- щадь /VI0», м« 0,7 0,7 0,7 Скорость отрыва Wo-10», м/с 3,58 3,58 3,58 Тол- шина слоя h-10*, м 0,3 0,3 0,3 л докторской коj 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,5 0,7 1,0 1,5 0,7 0,7 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 3,58 1,67 3,58 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Предварительный контакт давление Рк, Па 4900 4900 4900 i ба сы 294 1030 2110 2350 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 4900 время V с 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 Лип- кость Ро, Па 10500 15200 7500 13920 8640 19120 490 1500 1295 4370 4090 9310 £4200 10700 12300 15620 12400 16620 12760 17560 13700 19230 12100 15700 9170 15100 10400 18500 13800 17250 12400 16620 12300 15620 9590 13500 10400 13300 12760 17510 . 115
Пластины материал Продолжение шаль /V10». Скорость отрыва Wo-Ю3, м/с Тол- щина слоя /7.I03, м Предварительный контакт давление Рк, Па время V с Лип- кость Ро» Па фторопласт-4 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 9,24 19,22 1,67 3,58 9,24 19,22 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 4900 4900 4900 4900 4900 4900 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 3 300 17900 22620 20500 29550 9100 14320 10400 18500 11480 21740 14500 27100 Фрикционные характеристики мясных и рыбных продуктов Внешнее трение мяса и фарша [6]. Исследования проводили на трибометре с тележкой, движение которой сообщалось от электро- двигателя. Образец продукта высотой 0,005 м закладывали в рамку площадью 0,0010 м2, рамку устанавливали иа исследуемую по- верхность, в течение 60 с создавали предварительный контакт, за- тем включали осциллограф и электродвигатель. Тележка имела че- тыре скорости смещения: 0,00547; 0,0171; 0,0342; 0,0513 м/с. В табл. 3—44 приведены значения истинного коэффициента внешнего трения и сдвиговой липкости [см. уравнение (1—15а)] для некоторых мясопродуктов. В динамическом режиме истинные коэф- фициенты трения зависят от скорости смещения, материала пла- Стин> но не Зависят от давления контакта; при этом липкость остается практически постоянной, что обусловлено весьма малым иоли секунд) временем контакта продукта с поверхностью. Для ачала движения процесс усложняется. При различных давлениях g НТакта липкость, как видно из предыдущего, должна была бы ть также различной, ио нередко через экспериментальные точки нию можио в пределах ошибки эксперимента провести одну ли- стоя Г" -е' ДЛЯ Различиых Давлений контакта липкость остается по- трени"01"' ^3 Этого ВИДН0» что использование двучленного закона тем связано с существенными трудностями. Они обусловлены лип'- ЧТ° нео^х°Димо иметь величины «сдвиговой липкости», т. е. Мал^0сгои» найденной из опытов по трению. Наличие величин «нор- зпапо,°_ ЛИПк°сти» и «сдвиговой липкости», которые часто не со- здают создает путаницу и неудобство д^" ттраг не
Таблица 3-44 Фрикционные характеристики мясопродуктов при движении по нержавеющей стали Продукт Говядина поперек во- локон Шрот из говядины Фарш докторской колбасы Скорость смещения Wo-103, м/с 5,47 17,10 34,20 51,30 5,47 17,10 34,20 51,30 17,10 Сдвиговая кость, стати- ческая 7000 7000 7000 7000 9300 9300 9300 9300 10000 лии- Па дина- мичес- кая 3000 5200 3000 3000 7800 7800 7800 7800 2500 Истинный еит статичес- кий 0,10 0,17 0,14 0,17 0,13 0,15 0,18 0,22 0,14 коэффицн- треиня динами- ческий 0,11 0,18 0,19 0,13 0,09 0,09 0,10 0,13 0,21 Примечание. Сдвиговая липкость и коэффициенты трения определены по формуле (1—15а). Давление контакта находится в пределах от нуля до 5000 Па, В табл. 3—45 и 3—46 приведены значения эффективных коэф- фициентов внешнего трения для мясопродуктов при воздействии различных факторов [7]. Таблица 3-45 Значения эффективного коэффициента внешнего трения i для говядины при скольжении поперек волокон по нержавеющей стали Скорость смещения Т£/0*103, М/С 5,47 17,1 34,2 51,3 980 0,85 0,43 1,45 1,23 1,30 0,80 1,97 0,50 | . 19G0 по 0,46 0,30 0,81 0,72 0,79 0,52 0,94 0,34 Давление контакта, Па | 2340 | сухой поверхности 0,33 0,23 0,60 0,54 0,47 0,40 0,56 0,27 4900 0,23 0,17 0,43 0,38 0,34 0,29 0,42 0,19 980 по следу 0,76 0,35 1,35 1,18 1,28 0,70 1,63 0,40 'Для каждой скорости смещения или материала верхняя строчка — ста- тическое значение эффективного коэффициента трения (в момент начала сдви- ге), нижняя—динамическое значние для устано- .iiktoci. .. «.-го движения. 117
Таблица 3-46 онацения эффективного коэффициента внешнего трения i для фарша докторской колбасы Материал Скорость смещения 0,0171 м/с при давлении контакта, Па сухой поверхности Нержавеющая сталь Сталь Ст.З Латунь Чугун Дюралюминий ФторопласТ-4 Полиэтилен По с Нержавеющая сталь Сталь Ст.З Латунь 14,10 .5,65 13,25 5,00 14,20 5,30 . 12,90 5,44 14,40 *7,90 11,75 5,44 13,70 8,70 i e н иой 9,70 4,20 8,70 4,50 11,70 5,10 1,59 0,75 1,48 0,72 1,54 0,73 1,46 0,73 1,56 0,91 1,25 0,75 1,52 0,95 п о вер 0,98 0,62 0,87 0,65 1,14 0,75 0,85 0,49 0,80 0,43 0,83 0,45 0,77 0,47 0,84 0,53 0,68 0,49 0,81 0,52 хиост и 0,53 .0,40 0,46 ' 0,40 0,65 0,46 0,48 0,29 0,44 0,29 0,48 0,31 0,44 0,30 0,43 0,29 0,36 0,31 0,45 0,32 0,36 0,26 0,25 0,24 — 0,27 1 См. сноску к табл. 3—45. При увеличении давления контакта удельная сила трения воз- Растает, как правило, линейно до давлений контакта около 3000 Па, склоняясь затем вверх или вниз в зависимости от вида трения Э(ЬТЬГИЧеСКОе» или Дйнамическое) и свойств пары треиия. При этом^ намтКТИВНЫ" К0ЭФФнииент трения уменьшается, а статические и ди- литр1еСКИе его зиачения сближаются. С ошибкой до ±5% кривые Юте хаРактеРизУЮ1Дие уменьшение коэффициента, аппроксимиру- обыЯ стеПенными зависимостями. Величина показателя степени бол^Но„лежит в пределах 0,8—0,5. Статический коэффициент имеет числоНИ П0Ка3атель степени, что также указывает на сближение д?ых значений коэффициентов при высоких давлениях контакта. сМетц ,еРиал поверхности, анизотропия мышечных тканей, скорость Ный ,. ''Г 0к--ьг - яние на удельную силу трения и эффектив- ный 118 КО: 'Ффициент трения.
Рис. 3—6. Зависимость эффективного коэффици- ента треиия дефростиро- ваииого мяса говядины II категории при темпе- ратуре 12—15° С, при скорости скольжения 0,143 м/с от давления контакта при площади пластин F0 • 104, м2: / — 0,28; 2 — 0,87; 3 — 3,40; 4—11,3; 5— 19,6 Величины эффективных коэффициентов внешнего трения при высоких давлениях контакта приведены на рис. 3—6 по даииым А. Г. Андрюшеико [1]. С повышением давления начинается интен- сивное выделение мясного сока. При этом поверхности волокон мяса и материала разъединяются пленкой, увеличивающей расстояние между трущимися поверхностями. Так как силы молекулярного взаимодействия резко убывают с увеличением расстояния, то коли- чество точек истинного контакта двух тел значительно уменьшается, что приводит к снижению коэффициента треиия. При изучении влияния площади контакта иа величину эффектив- ного коэффициента внешнего треиия установлено, что при малых скоростях скольжения (0,014 м/с), начиная с нагрузки порядка 14 Н, коэффициент трения лрактически не зависит от площади кон- такта. При сравнительно больших скоростях скольжения (0,143 м/с) и давлениях свыше (5-г-10)105 Па иа величину коэффициента тре- ния перестает оказывать существенное влияние площадь контакта. Внешнее трение целых рыб [33]. Исследования проводили иа трех установках: для изучения статического эффективного коэффи- циента треиия использовали трибометр с тележкой (рыба непо- движна) и трибометр с движением рыбы по неподвижной поверх- ности; для изучения динамического эффективного коэффициента тре- иия использовали трибометр с вращающимся диском (рыба непо- движна, расположена на поверхности диска). Усилие трения опре- деляли с помощью тензометрической балки, которая соединена с телом рыбы посредством гибкой нити. Полученные данные по трению единичных экземпляров рыб представлены в табл. 3—47ч-3—49. Принципиально они ие отличаются от аналогичных данных для мяса. Таблица 3-47 Зависимость статического эффективного коэффициента внешнего трения рыб от давления контакта Внд рыбы 500 Давление контакта, Па 1000 2000 3000 5000 Сельдь атлантическая 0,29 0,25 0,18 0,15 0,12 0,10 0,07 0,058 0,049 119 L-№ at -ШДОрJ MP— 1Чж^ и ПГ^ i/L 1И |аь Ufa щ
Таблица 3-48 -значения статического эффективного коэффициента внешнего трения 1 для различных видов рыб Материал пластин Рыба Продолжительность неподвижного контакта, с 60 120 180 240 Нержавею- щая сталь Оргстекло Килька Мойва Скумбрия Ставрида Сельдь Сельдь помолобус Килька Скумбрия Ставрида Сельдь Сельдь помолобус 0,50 0,50 0,30 0,40 0,13 0,30 0,33 0,35 0,17 0,18 0,25 0,32 0,50 0,50 0,10 0,22 0,33 0,35 0,12 0,20 0,31 0,55 2,00 1,90 0,90 1,00 0,43 0,82 0,53 0,61 0,45 0,65 0,72 1,08 1,35 1,80 0,38 0,71 0,53 0,61 0,40 0,55 0,98 1,10 2,50 2,40 0,95 1,08 0,51 0,90 0,57 0,63 0,55 0,76 0,85 1,19 1,65 2,20 0,45 0,81 0,57 0,63 0,50 0,63 1,03 1,15 2,60 2,80 0,85 1,08 0,57 0,97 0,59 0,65 0,65 0,85 0,88 1,31 1,89 2,45 0,52 0,85 0,58 0,64 0,57 0,72 1,05 1,16 — — — — 0,62 1,00 0,60 0,66 0,70 0,92 — — — — 0,58 0,90 0,60 0,66 0,65 0,78 — — Для каждого вида рыбы верхняя строка — ориентация головой вперед пРи смещении, нижняя — хвостом вперед. -г*Я Увеличением давления контакта статический эффективный "°эффициент трения уменьшается по степенной зависимости (см. (А г?—^* величина показателя степени находится в пределах олн^ ^СМ* для мяса ^—0,5). Данные получены при ориентации ^ °и рыбы головой .вперед при трении по нержавеющей стали. Р°Должительность пвелваоительного контакта составляла около гельность предварительного контакта составляла около /фи продолжительности контакта 0,10 и 60 с давление контакта площаеЛьДи СОставляет 1200' 700 и 600 Па за счет увеличения (см Увеличении продолжительности предварительного контакта зуль Та^л- 3—48) статический коэффициент трения возрастает в ре- л1. °,,аге Выделения слизи, упрочнения связи с поверхностью и уве- рЫбы'1Я 'lvI°~ *Ail •"--л"акта- При увеличении скорости смеще :iip Ченны ' та^л- ^—49) динамический коэффициент убывает. Полу- е Данные по значениям статических и динамических коэффи- 120 4
Таблица 3-49 Значение динамического эффективного коэффициента внешнего трения 1 для различных видов рыб Материал пластин 1 Рыба 2 Скорость скольжения, м/с 0,01 3 0,33 4 0,66 5 1 6 10 7 20 8 40 9 55 10 Нержа- веющая сталь Оргстек- ло Килька Мойва Скумбрия Ставрида Сельдь Сельдь помо- лобус Килька Мойва Скумбрия Ставрида Сельдь Сельдь помол о бус 0,95 — — 0,75 0,40 1,10 — — 1,05 0,92 — — — — 0,37 — — — — 0,90 0,21 0,08 0,07 0,05 — 0,39 0,15 0,13 0,12 — 0,39 0,21 0,17 0,14 — 0,47 0,32 0,26 0,24 — 0,47 - — 0,35 0,18 0,53 — — 0,43 0,24 — — — — 0,34 — — — — 0,45 0,95 — — 0,80 0,45 0,90 — — 0,80 0,65 — — — - 0,50 — — — — 0,80 0,22 0,10 0,10 0,07 — 0,42 0,20 0,19 0,16 — 0,40 0,19 0,15 0,12 — 0,56 0,27 0,24 0,20 — 0,37 — — 0,32 0,20 0,51 — — 0,49 0,29 - — — — — 0,22 — — — — 0,29 0,30 0,88 0,27 0,72 — — — — 0,14 0,20 0,26 0,33 0,35 0,61 0,38 0,68 — — — — 0,16 0,30 0,18 0,25 0,25 0,24 0,78 0,68 0,23 0,24 0,63 0,60 — — -г — — — — W 0,13 0,14 0,17 0,17 0,20 0,17 0,25 0,22 0,28 0,29 0,58 0,57 0,32 0,33 0,58 0,52 — — — — — — — — 0,14 0,15 0,22 0,21 0,16 0,15 0,23 0,22 1 Для каждого вида рыбы верхняя строка — ориентация головой вперед при смещении, нижняя — хвостом вперед. циенгов трения несколько различаются в связи с тем, что измере- ния были проведены на различных установках. Это видно из срав- нения граф 3 в табл. 3—48 и 3—49. Трение кости и шпика. Данные исследований ряда авторов [17, 31, 37, 41] приведены в табл. 3—50. Коэффициенты трения кости при давлении контакта 2-Ю5 и 100-105 Па существенно различа- ются, а также зависят от скорости смещения образца по стальной поверхности. Увеличение коэффициента трения при давлении 100-105 Па связано, очевидно, с тем, что в зоне контакта удаляется частично или полностью слой надкостницы или наружный плотный слой претерпевает изменение. Коэффициенты трения шпика по углеродистой стали [31] близки по "елнчи^р к ^'^^полированиым значениям из табл. 3—45. Осталь- ные даннье ли ,oi, j/j в 3—5 раз меньше соответствующих экстра- полированных значений. 121
Таблица 3-50 'Значения эффективного коэффициента внешнего трения длЯ кости и шпика Продукт Материал пластин О о» 0 U и S Давление контакта, Па 10* 2-10* 3-10* 5-10* 2.10' 10' Плотная ткань труб- чатой кости [17, 41] Губчатая ткань поз- вонковой кости [41] Шпик [37] Сталь 5 15 20 — — 0,32 — 0,12 0,30 — — 0,28 15 — — - — 0,17 — 0,095 0,065 0,053 0,045 0,060 0,047 0,040 0,033 ■ — 0,13 Сталь 13Х — Сталь У10А — Шпик [31] Углеродис- 0,092 — тая сталь Нержавею- 0,092 — — — 0,05 — — щая сталь Таблица 3-51 Фрикционные характеристики сухих животных кормов Продукт Мясокостная мука I сорта II » Ш » Мука мясная костная КеРатииовая Альбумин й тносительная вла )сть, кг влаги на кг продукта Ок~< 0,067 0,062 0,066 0,075 0,056 0,079 0,099 s н cuts 1,28 1,53 1,57 1,77 1,01 0,76 0,54 гол естествениог 'коса, град >>S 46 44 36 51 45 40 28 Коэффициент трення прн тем- пературе, °С внешнего1 20 0,10 0,06 0,12 0,07 0,10 0,06 0,08 0,04 0,36 0,25 0,17 0,09 0,21 С,13 80 0,07 0,03 0,08 0,03 0,07 0,03 0,07 0,02 0,28 0,15 0,15 0,03 0,11 о,.. внутреннего 20 70 0,53 0,27 0,47 0,33 0,46 0,32 0,44 0,20 0,53 0,49 0,59 0,41 0,47 0,43 122 см. сноску к табл. 3-45.
Эффективные коэффициенты внешнего и внутреннего трения и углы естественного откоса сухих животных кормов [34]. Значения коэффициентов приведены в табл. 3—51. Исследования выполнены иа оригинальном приборе, который .позволяет изменять характери- стики (в частности, давление контакта) в широком диапазоне. Основ- ные эксперименты были выполнены при давлении контакта 600МО5 Па и скорости смещения продукта по стали 0,07 м/с. Коэф- фициенты трения сухих кормов меняются аналогично коэффициентам трения других мясопродуктов. Коэффициент внутреннего трения костной муки с размером частиц (0,25-1-1,0) 10-3 м и влажностью 5% при измерении с по- мощью конического пластометра [6] оказался равным 0,70. Угол естесгвеииого откоса равен 36°30', причем он практически равен углу внутреннего трения: tg35°=0,7. Эти даииые отличаются от ре- зультатов исследований, приведенных в табл. 3—51. По-видимому, для подобных измерений применение конического пластометра нуж- дается в дальнейшей проверке. 4. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В зависимости от физико-химического состояния высокобелко- вых молочных продуктов, обусловленного их температурой, хими- ческим составом и степенью механической обработки, сдвиговые свойства оцениваются различными методами. Сдвиговые характеристики жидкообразных систем Вязкость коровьего молока. Молоко представляет собой слож- ную полидисперсиую систему, дисперсиоииой средой которой явля- ется вода (0,83—0,89 кг воды в 1 кг молока—83 — 89%), диспер- сной фазой — жир, белки, газы и т. д. (17—11%). Вязкость молочных продуктов можно представить как сумму вязкости дисперсионной среды и дисперсной фазы [по формулам (1—37) и (1—41)], а также приращение вязкости вследствие обра- зования структуры [10]. ц = 0,69-10-3 ехр (19 000 T*/R) {(1 + 4,51/д.ф) + + 1,67 [ехр (3800 T*/R)— 1]}, (4—1) где Г* — избыточная обратная абсолютная температура, 1/К; R — универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль-К); Уд.ф — объ- емная концентрация дисперсной фазы, м3/м3. , Член, стоящий перед фигурной скобкой, характеризует измене- ние вязкости воды в зависимости от температуры; 4,5 ид.ф— поправ- ка на дисперсную фазу: второй комплекс р фигурных nv/^way учиты- вает приращение вязкое]и ^а счет структуры. Структурная составляющая вязкости молока исчезает после ме- ханического воздействия на молоко (многократное пропускание од- 123
Зависимость вязкости цельного молока от температуры \25] Темпера- тура, °с Динамичес- кая 1ШЗ- кость'нМО3, Па«с Кинемати- ческая низ- кость vlO*, ма/с Таблица 4-1 ной и той же порции молока через- капиллярную трубку), что приво- дит к снижению вязкости. У концентрированных белко- вых молочных продуктов, наобо- рот, структурная компонента вяз- кости настолько велика, что в срав- нении с ней вязкостью дисперсион- ной среды можно пренебречь. При этом концентрированной белковой массе будут присущи предельное напряжение сдвига и аномалия вязкости. Вязкость молока, замеренная на реовискозиметре Гепплера, уменьшается с повышением темпе- ратуры (табл. 4—1). Это явление наблюдается до тех пор, пока температура молока не перейдет предел, выше которо- го начинается денатурация белков молока, сопровождаемая реакцией меланоидинообразования, вслед- ствие чего темп возрастания вязкости молока с увеличением темпе- ратуры повышается (табл. 4—2 и 4—3). Таблица 4-2 Влияние высокотемпературной обработки молока на его вязкость ц-Ю3 (в Па-с) \53] 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 2,96 2,47 2,10 1,79 1,33 1,04 0,85 0,71 0,62 0,57 2,87 2,39 2,04 U4 1,30 1,02 0,84 0,70 0,62 0,57 Нагревание до температуры, Продукт Молоко обезжиренное Молоко цельное Молоко с 0,16 (16%) СОМО 3,08 3,60 5,40 3,12 3,23 3,71 4,63 5,83 11,6 — 16,31 молоко с 0,16 (16%) СОМО о,40 Молоко с 0,11- (11%) СОМО и 0,12 9,06 (12%) жира Таблица 4-3 Влияние температуры пастеризации на вязкость молока *Wtf3 (в Па-с) при 20°С [39] Состояние структуры Температура пастеризации, °С 63 72 80 85 90 100 {^Разрушенная I аЗг»^»иотт..ОГ7 СР<^ 15 .»|цц после РазРУшеиия 1,995 1,852 1,881 2,014 1,900 1,903 2,090 1,947 1,957 2,318 2,070 2,099 2,356 2,147 2,156 2,422 2,147 .,185 124
Этот процесс необратим, поэтому после охлаждения молока до первоначальной температуры его вязкость будет выше прежнего значения [25, 39, 53]. Степень денатурационных изменений белков молока зависит не только от температуры, но и от продолжительности теплового воз- действия (табл. 4—4) [39]. Таблица 4-4 Влияние температуры пастеризации и выдержки при ней на вязкость обезжиренного молока r\-10z (в Па-с) \39] «о - 0 15 Выдержка в процессе пастеризации, с 30 60 120 300 600 1200 1800 63 1,532 — — — — 1,533 1,533 1,533 1,533 72 1,539 1,542 1,544 — — 1,646 1,550 1,566 1,572 80 1,576 1,578 1,579 1,581 1,581 1,502 1,596 — — 85 1,578 1,579 — — 1,591 1,599 1,601 — — 90 1,611 — 1,613 — 1,616 1,626 1,656 — — Примечание. Вязкость сырого молока 1,530-10 6 Пас. Добавление к молоку соли повышает его вязкость (табл. 4—5, 4—6), которая становится еще больше после пастеризации молока при высокой температуре [14, 41]. Величины, представленные в табл. 4—5, получены на вискозиметре Гепплера. - Добавление к молоку перекиси водорода также приводит к возрастанию его вязкости (табл. 4—7) [44]. Вязкость в табл. 4—6 и 4—7 получена на реовискозиметре Гепплера. Вязкость сгущенных молочных продуктов. Она уменьшается с повышением температуры, увеличивается с повышением концентра- ции сухих веществ. Высокотемпературная обработка также приво- дит к повышению вязкости (см. табл. 4—2). Сгущенное цельное молоко и обезжиренное молоко без сахара при концентрации сухих веществ до 0,45 кг на 1 кг сгущенного мо- лока (45%) проявляет малую аномалию вязкости. Для вычисления вязкости несгущенного и сгущенного молока в зависимости от температуры удобно пользоваться достаточно уни- версальной обобщенной зависимостью [см. формулы (1—40), (1—40а)]. Так, например, для молока с ср=0,032 кг жира на 1 кг молока (3,2%) ГПР = 295 К и т]пр=1,65-10-3 Па-с. Температура приведения и соответствующее ей значение вязко- сти сгущенного обезжиренного молока зависят от содержания СОМО: 7^ = 293+267 (СОМО)2; (4—2) lg(vnp-Юб) = 2,34 СОМО—0,168. (4-3) ^ы).м_\ла 1-1—о) действительна лля молока с содержанием СиМО от 0,10 до 0,20. При содержании СОМО в молоке от 0,08 до 0,10 vnp изменяется- от 1,96- Ю~б до 2-10~6 м2/с.
Таблица 4-5 Влияние солей натрия и кальция на вязкость молока при 20° С [14] Содер- жание солеи, кг/м3 При темпера- туре пастери- зации 85°С Ц.Ю», Па«с рН При темпера- туре пастери- зации 95° С Т1.10», Па«с Цитрат натрия 0,00 0,08 0,10 0,30 0,40 1,00 1,50 2,00 Ф 0,00 0,12 0,15 0,60 1,20 1,50 2,25 3,00 1,819 1,852 1,881 1,922 1,947 1,979 1,995 2,060 6,48 6,50 6,52 6,54 6,57 6,59 6,63 6,66 эсфат нат 1,953 1,964 1,975 1,987 2,008 2,025 2,039 2,092 6,46 6,47 6,48 6,51 6,54 6,57 6,61 6,66 1,838 1,867 1,890 1,929 1,977 2,017 2,035 2,061 р и я 1,964 1,982 1,998 2,022 2,034 2,061 2,121 2,183 рН 6,51 6,52 6,53 6,55 6,58 6,61 6,64 6,67 6,48 6,50 6,51 6,53 6,56 6,60 6,64 6,67 Содер- жание солей, кг/и3 0,00 0,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,22 0,44 При темпера- туре пастери- зации 85°С Т1-ЮЗ, Па-с рН При темпера- туре пастери- зации 95°С Tj.10», Па.с РН Хлорид кальция 1,958 1,927 1,925 1,899 1,888 1,938 2,011 2,115 Сахар 0,00 0,08 0,15 0,23 0,31. 0,38 0,76 1,53 2,29 | 3,06 1,880 1,858 1,857 1,845 1,832 1,825 1,893 1,959 2,140 2,278 6,47 6,43 6,47 6,46 6,45 6,43 6,42 6,36 1,890 6,50 1,875 6,50 1,862 6,50 1,840 6,49 1,834 6,46 1,831 6,45 1,888 6,42 2,039 6,36 > а т кальция 6,61 6,61 6,63 6,65 6,66 6,67 6,72 6,93 7,13 7,35 1,858 6,60 1,845 6,60 1,828 6,63 1,819 6,65 1,810 6,67 1,810 6,69 1,827 6,76 1,919 6,93 2,064 7,14 2,258 7,36 висимость вязкости обезжиренного молока ^^Щбнтрации в нем поваренной соли [41] Таблица 4-6 Кощ *г со. ^ентрация с103. ли на 1 кг молока Вязкость ij'lO5, Па «с Концентрация с«103, кг солн на 1 кг молока 0 0,1 0.2 126 1,682 1,679 1,675 С,4 0,6 0,8 Вязкость П'103, Па.с 1,695 1,707 1,710
Таблица 4-7 Влияние добавляемой к молоку перекиси водорода на его вязкость [44] Концентрация £»10*, кг перекиси на 1 кг молока Вязкость Т)«108, Па-с Концентрация В*10», кг перекиси на 1 кг ^олока Вязкость П-Ю», Па-с О 1,48 0,80 1,50 0,01 1,46 1,50 1,51 0,15 1,48 3,00 1,52 0,20 1,48 Сгущенные молочные продукты с сахаром являются псевдоэла- стичными неньютоновскими жидкостями. Для всех наименований сгущенных молочных продуктов с сахаром, выпускаемых в СССР, существует единая # температурно-инвариантная характеристика вязкости (r\lr\o)—(w) [28], которая представлена в табл. 4—8, где г\ — вязкость при градиенте скорости y (с-1), Па «с; т|о — наиболь- шая ньютоновская вязкость, Па-c; тр — осредненный период релак- сации напряжений, с. Таблица 4-8 Зависимость безразмерной вязкости (л/Ло) ot приведенного градиента скорости (тру) [28] V ЧМо 0,002 1 0,006 1 0,01 0,98 0,02 0,92 0,06 0,76 0,1 0,67 0,2 0,55 0,6 0,33" 1 0,25 2 0,17 6 0,11 10 0,10 Для сгущенных молочных продуктов с сахаром осредненное зна- чение периода релаксации равно 2,5-10"5 с. В интервале изменения (tpy) от 2*10~2 до 3 безразмерная вяз- кость сгущенных молочных продуктов с сахаром может быть вы- числена по формуле У*ю = 1/[зМ°'85 + 1]- (4-4) Значения наибольшей ньютоновской вязкости сгущенных молоч- ных продуктов с сахаром сразу же после сгущения должны нахо- диться в пределах от 2 до 5 Па*с. Вследствие развития структурообразования вязкость таких продуктов быстро увеличивается, особенно в течение первых суток. Заметное увеличение вязкости продолжается на протяжении пер- иых трех месяцев, после чего темп прироста вязкости резко снижа- ется и значение вязкости асимптотически приближается к некоторой предельной величине. На вязкость сгущенных молочных продуктов суилес:^енное влия- ние оказывает применяемый способ сгущения. Так, например, вслед- 127
ствне длительного пребывания молока в вакуумных выпарных ап- паратах циркуляционного типа (без принудительной циркуляции)- его зязкость оказывается выше, чем у молока, сгущенного в пле- ночных выпарных аппаратах (с падающей пленкой) при одинако- вых значениях концентрации сухих веществ. Вязкость сгущенных молочных продуктов с сахаром зависит также и от способа внесения сахара в молоко. Вязкость обезжиренного молока, сгущенного посредством ульт- рафильтрации, может быть вычислена по формуле [57] т]. 103 = 660с2'24+ 1,71, (4-5) где с — концентрация белка, кг белка на 1 кг продукта. Формула (4—5) действительна при с<0,15 и /=20° С. Значения вязкости, рассчитанные по формуле (4—5), приведе- ны в табл. 4—9. Таблица 4-9 Вязкость обезжиренного сгущенного молока с, кг/кг т).103, Па-с 0,03 1,996 0,06 2,919 0,09 4,709 0,12 7,424 0,15 11,13 цМа-о l2Hj7 2ix 36 ТМприЮ'С) 9 Ю13)8 3рт.ч(лри22°С) Ю24т,у(лри25°С) Ю 20тМпри28°С) Рис. 4—1. Влияние продолжи- тельности и температуры сква- шивания молока на изменение ^о вязкости и рН: '- 19° С; 2 — 22° С; 3- 4 - 28° С ■ 25° С; 128 Вязкость кисломолоч- ных продуктов. Кисломолоч- ные продукты производят путем внесения в молоко за- кваски, под действием кото- рой происходит свертывание белков и образование про- странственной структуры из белков молока с включе- ниями молочного жира и влаги. Для процесса производ- ства кисломолочных напит- ков характерны четыре пе- риода. Из рис. 4—1 видны два первых периода процесса. Характерно, что повышение температуры ускоряет про- цесс структурообразования. Как следует из табл. 4—10 [53], повышение тем- пературы пастеризации спо- собствует повышению вяз- кости сгуткр которая опре- делена иа вискозиметре Гсп- плера.
Таблица 4-10' Влияние температуры пастеризации ни вязкость сгустка т^эф-Ю3 (в Па-с) Состояние структуры Неразрушенная Разрушенная Через 15 мин после разру- шения Температура пастеризации, °С 63 457 4,53 6,32 72 549 6,01 6,32 80 1234 6,39 8,22 90 1896 7,9 10,11 Вязкость кисломолочных продуктов во многом определяется видом вносимой в молоко закваски, а также видом и количеством применяемого стабилизатора. В табл. 4—11 показано влияние кау- насских заквасок: К (Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis); Л (Str. lactis, Str, cremoris, Str. diacetilactis); КС (Str. lactis, Str. diacetilactis); КФ (кефирная грибковая закваска); А (ацидофильная палочка)—иа вязкость кисломолочных продуктов [53]. Таблица 4-11 Влияние вида закваски на вязкость кисломолочных продуктов г\-Ю* (в Па-с) Продукт Сметана жирностью 0,20 (20%) Кефир нежирный Ацидофилин Ацидофильное молоко Простокваша обыкновенная ацидофильная Вид закваски К л КС КФ К+КФ+А (4,5:4,5: 1) А К К+А(9: 1) К+А(8:2) нераз- рушен- ная _ — — — 1791 445 445 556 779 Состояние частично разрушен- ная 83,6 63,9 33,2 15,7 17,4 16,5 13,2 16,4 17,4 структуры разру- шен- ная 43,9 34,2 22,1 10,2 12,6 8,1 9,5 11,6 11,8 через 15 мнн после разруше- ния 53,2 42,3 28,7 11,8 13,1 1 8,1! 11,7 12,4 13,7 Из табл. 4—10 и 4—11 следует также, что 15 мин совершенно недостаточно для восстановления структуры. Добавление к сливкам казеината натрия способствует упрочне- нию структуры сгустка и способствует лучшему восстановлению структуры. Так, например, достаточно к сливкам жирностью 0,2 кг . 1 ! кг продукта (20%) добавить 0,012 кг/кг (1.2%) казеьната натрил, чтобы полученная из них сметана обладала такой же кон- систенцией, как и с 0,30 (30%-ной) жирностью (табл. 4—12). 5-2418 129
Таблица 4-12 влияние количества добавляемого казеината натрия на вязкость ^етаНо'Г\-Ю3(еПа.с)[53] добапляемо- та натрия <?.10', |<г казеината на 1 кг продукта 0 0,5 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Состояние после изготопления частично разрушен- ная разрушен- ная через 15 мин после разруше- ния структуры после созренания частично разрушен- ная разрушен- ная Сметана жирностью 0,2 (20%) 73,0 77,7 114,6 130,9 . 184,1 200,5 270,1 102,3 40,0 42,7 61,4 66,4 66,7 85,9 98,2 253,7 61,4 67,7 90,0 101,8 130,9 142,8 152,4 556,5 102,3 114,6 143,2 212,8 368,3 388,7 540,1 4068,4 Сметана жирностью 0,3 (1 45,01 49,1 66,4 68,5 90,0 94,1 102,3 2616,9 30%) через 15 мин после разруше- ния 77,7 81,8 90,0 130,9 139,1 146,8 163,7 5442 о 130,9 57,3 90,0 264,9 65,5 142,6 Вязкость сливок из коровьего молока. В зависимости от концент- рации жира сливки могут быть отнесены как к ньютоновским, так и к неньютоновским жидкостям. Сливки с содержанием жира до 30% незначительно проявляют аномалию вязкости, и при инженер- ных расчетах их можно отнести к ньютоновским жидкостям. К нью- тоновским жидкостям относятся также сливки и с более высоким содержанием жира, если жир находится в расплавленном состоянии. Вязкость сливок, проявляющих' ньютоновское или близкое к нему течение, вычисленная по формулам (1—40), (1—40а) при а= 1,975 и 6 = 162, приведена в табл. 4—13. Зависимость эффективной вязкости х\ъ$-10ъ (в Па-с) сливок Жирность <р, Кг жира на 1 Кг продукта 0,255 0,305 0,400 ^,оо0 0,600 0,700 130 Температура приведения г„р.к Приведенная эффективная вязкость *;p.10», Па.с 278 283 Темпе 293 306 309 314 319 324 329 2,4 4,6 6,0 • 1 " 12,2 17,6 7,464 14,29 18,64 °5,77 145,4 210,1 6,10 11,68 15,24 29,22 105,8 152,7 4,263 8,166 10,65 20,43 60,70 87,60
Температура приведения для сливок линейно возрастает с уве- личением в них содержания жнра: Гпр = 293+51,6*, (4-6) где ср — содержание жира, кг жира на 1 кг сливок. Значения В*? для сливок с содержанием жира до 0,70 приве- дены в табл. 4—13 [26]. Вязкость сливок с содержанием жира 0,3—0,5 кг/кг может быть определена по формуле В. А. Ересько [15] ,, = 0.07?"'22Y-0'6 е*Р \г* • (4-7) Для сливок с содержанием жира 0,6—0,83 кг/кг стпо^0,09гп—0,15 , = 0,9^Y-'.°e*p87°9V • (4-8> Формула справедлива при значениях Y=30-rl300 с*"1; Т= =293-^363 К; £ = 8,314 Дж/(моль-К). Относительная погрешность формулы (4—7) составляет ±5%, формулы (4—8) —±7%. Расчетные величины по зависимости (4—7) приведены в табл. 4—14, а по зависимости (4—8) —в табл. 4—15 [15]. Энергия активации сливок, проявляющих неныотоновское тече- ние, зависит как от концентрации в них жнра, так и от величины градиента скорости. Вязкость сливок во многом определяется соотношением фракции жира с высокой и низкой температурой плавления, продолжитель- ностью и условиями их хранения. Сливки после созревания перед сбизанием их в масло имеют большую вязкость, чем сливки, полу- ченные из свежего молока и не подвергавшиеся созреванию. Вязкость сливочного масла. Вязкость расплавленного масла практически соответствует вязкости сливок прн одинаковой темпе- ратуре и таком же содержании жира. Таблица 4-13 от жирности и температуры ратура, к 303 3,134 6,001 7,829 15,01 38,2о 55,2и 313 2,400 4,600 6,000 11,50 25,87 37,36 323 1,901 3,637 4,744 9,090 18 ^2 20,. 3 ззз 1,549 2,963 3,865 7,420 П.С7 343 1,292 2,473 3,225 6,190 щ 79 и,об 353 1,100 2,105 2,745 5,260 8,660 12,50 363 0,952 1,824 2,379 4,557 7,12 10,28 5* 131
Таблица 4-14 Зависимость вязкости сливок г\0ф'Ю2, Па-с, с различной эюирностью температурой от градиента скорости Жир- ность, кг/кг Темпе- ра, к Градиент скорости т*, с ' 30 50 100 200 400 1000 0,30 0,40 0,50 293 313 323 343 363 293 313 323 343 363 293 313 323 343 363 8,287 6,025 5,215 4,005 3,167 16,22 12,21 10,74 8,487 6,885 28,46 21,95 19,51 15,74 13,00 7,713 5,524 4,749 3,602 2,817 14,72 10,93 9,553 7,468 5,999 25,37 19,32 17,08 13,64 11,16 7,122 4,993 4,250 3,167 2,438 13,10 9,548 8,271 6,364 5,041 22,01 16,48 14,45 11,37 9,187 6,720 4,604 3,879 2,837 2,147 11,89 8,491 7,287 5,514 4,302 19,44 14,28 12,42 9,624 7,670 6,488 4,339 3,615 2,591 1,926 11,02 7,697 6,542 4,861 3,733 17,49 12,60 10,86 8,278 6,501 6,434 4,156 3,409 2,374 1,721 10,30 6,978 5,848 4,236 3,180 15,70 10,99 9,352 6,964 5,357 Примечание. При промежуточных значениях градиента скорости допусти- мо линейное интерполирование. Вязкость масла т]Эф (в Па «с), полученная на вискозиметре «Реотест RV» при температуре ниже температуры фазовых перехо- дов большинства фракций жира, может быть определена по фор- муле ъф=/Су' Лл-1 (4-9^ Значения постоянных Кип для масла с 0,16 кг влаги на 1 кг масла (16%), полученного по методу преобразования высокожирных сливок в масло, приведены в табл. 4—16, а для масла, сбитого в маслонзготовителе непрерывного действия, — в табл. 4—17 [3, 23]. ^ Вязкость масла, полученного методом непрерывного сбивания, ло'Кно также вычислить по формуле Ъф = Лул ехр( — at). (4-10) Значения Л и а приведены в табл. 4—18. пер J , ргаРын> как и животные жиры, при температуре ниже тем- 1>т! атУ?ы фазовых переходов большинства фракций жира проязля- КасяН«?Малшо вязкости> заключающуюся в том, что с увеличением V'Mei Г°ЛЬН0го напряжения (градиента скорости) вязкость И5ПГ!1П,П,П CTiim!>UJao'14;i- ^то дает основание отнеси, марга^и иным жидкостям. 132 арга:иш маргарина •егдог
Таблица Зависимость вязкости сливок х\-10гу Па-с, различной жирности и температуры от градиента скорости 4-15 Жир- ность, кг/кг 0,60 0,70 0,735 0,825 Темпе* рату- ра, К 293 313 323 343 363 293 313 323 343 363 293 313 323 343 363 293 313 323 343 363 30 278,5 199,2 171,1 129,7 101,3 613,3 442,2 381,2 290,7 228,4 788,0 569,4 491,4 375,5 295,6 1427 1037 897,4 689,0 544,6 Градиент скорости f > с 50 213,8 150,6 128,4 96,07 74,20 468,3 332,4 284,6 214,3 166,5 600,6 427,4 366,3 276,4 215,1 1084 775,6 666,5 505,3 395,0 100 152,2 104,8 88,48 64,96 49,34 330,7 229,6 194,6 143,9 110,0 423,1 294,6 249,9 185,2 141,9 758,8 531,6 452,3 336,9 259,2 200 110,9 74,51 62,22 44,78 33,42 238,8 162,0 135,8 94,48 73,99 304,7 207,2 174,0 126,5 95,21 543,0 371,8 313,1 228,8 173,1 400 82,71 54,19 44,73 31,52 23,08 176,5 116,8 96,82 68,77 50,73 224,6 149,0 123,7 88,09 65,12 397,6 265,7 221,3 158,5 117,8 1000 58,44 36,92 29,98 20,50 14,61 123,1 78,61 64,13 44,23 31,78 156,0 99,92 81,64 56,46 40,67 273,6 176,6 144,8 100,8 73,0 Таблица 4-16 Значения К (в Па-сп) и п Темпера- тура, °С 14 16 18 20 25 30 0,1667- п 0,07 0,08 0,12 0,15 0,22 — Градиент скорости, с~~* -2,7 К 565 410 280 145 56 — 2,7- п 0,17 0,18 0,22 0,28 0,33 0,44 -48,6 К 506 372 254 135 50,2 15,8 48,6- я 0,3 0,36 0,42 0,46 . 0,58 0,76 -145,8 К 304 186 115 67,6 13,7 . 5,8 В интервале изменения у от 0,1 до 30 с*1 н AT от —5 до +20 К вязкость различных видов маргарина подчиняется формуле [371 вЦКг ехр[ —(0,53+0,76 Inv)]- (4-11) 133
Значения К (в Па-сп) и п Таблица 4-17 Темпера- тура, ь Градиент скорости, с * 0,5-5 | 5-70 К п К п 70-148,6 К п 13 16 19 25 1180 916 352 176 0,051 0,0Г8 0,081 0,175 854 860 259 129 0,29 0,295 0,306 0,33 — 512 198 94 -L- 0,345 0,43 0,48 Таблица 4-18 Значения постоянных Л и а в Темпера- тура, °С управлении (4—10) Градиент скорости, с~~* 0,5-5 А а 5—70 А а 70-148,6 А а 13-16 3548 0,085 2355 0,078 — — 16-19 133500 0,32 90360 0,32 78700 0,318 19-25 3200 0,116 2455 0,118 2110 0,125 R* Значения приведенной эффективной июомеке Dnp ПРИ тем" пературе приведения Гпр = 283 К и градиенте скорости -у=0,5 с-1 ^и эффективной зязкости для маргарина приведены в табл. 4—19. Таблица 4-19 Зависимость эффективной вязкости В0*-103 (в Па-с) маргарина Различных' видов от градиента скорости \37] вид маргарина Приведенная вязкость Градиент скорости, С -1 0,1 0,5 1,0 5,0 10,0 20,0 30,0 ^швочный Славянский т?.Рбродный *•>"* столовый блочный 2260 7655 2253 1330 391,5 231,2 136,5 100,3 бу - 2350 7960 2343 1383 407,1 240,4 141,9 104,3 21Я0 7982 2143 1265 372,4 219,9 129,9 954,2 сто- 2^/0 ,иоа~03 1336 393,2 232,2 137,1 100,7 134
Вязкость В*1? при y=0,5 с-1 при других значениях температу- ры можно вычислить по зависимости (1—40а), определив по фор- муле ах =-- ехр(0,1094 — 0.0343ДГ — 0,0063 Д Л). (4—12) Вязкость мороженого. Исследователями [65, 70] установлено, что увеличение содержания сахара (табл. 4—20), а также концентрации жира (табл. 4—21) приводит к повышению вязкости смеси моро- женого. Вместе с этим увеличение размеров жировых частиц, а сле- довательно, и уменьшение их общего числа способствуют снижению вязкости смеси мороженого [70]. Таблица 4-20 Влияние содержания сахара в мороженом (жирность 0,12, СО МО 0,51) на его вязкость при температуре 4,4° С Содержание сахара, кг 1 кг СОМО г)эф'103, Па-с 1,18 136 1,375 149 1,545 160 1,725 230 Таблица 4-21 Влияние размера частиц жира и их концентрации на вязкость мороженого при 2Г С [70] 9 dy мкм. 0,0325 1,014 0,0325 0,992 0,325 0,965 0,325 0,980 0,325 0,937 0,101 1,17 0,101 1,027 Па-с 28,5 28,5 29 29,3 31 39 42 <р мкм 0,101 0,914 0,101$ 0,904 0,101 0,892 0,1478 1,24 0,1478 1,114 0,1478 1,028 0,1478 0,949 Па»с 44 44 44 78 84 89 99 <Р мкм 0,1478 0,946 0,1835 1,413 0,1835 1,308 0,1835 1,259 0,1835 1.10С 0,1835 1,028 0,1835 — Tia-c ч 129 97 ПО 116 148 174 — Смеси для мороженого проявляют незначительную аномалию вязкости — с увеличением градиента скорости она несколько снижа- ется. При положительных температурах смесям для мороженого присущи весьма малые значения предельного напряжения сдвига. В табл. 4—22 приведены данные Л. К,. Николаева [34] по вяз- кости смеси мороженого пломбир сливочный. • Вязкость при промежуточных значениях температуры можно вычислить по формуле [34] ' • Во/В;(т=ш) = ,'5Г -0,088 (4-13) Зависимость В от теу-^ описывается формулой (1—40) при ГПР=310 К и В^ (при Y.= ЮО) = 0,222 Па-с. 13S
Таблица 4-22- Влияние температуры t и градиента скорости у на вязкость т]Эф смеси мороженого пломбир сливочный U °с r-i ''эф Па-с 10», t, °С 7, С -1 Па-с 5,1 10 15 365 437 656 729 1312 365 437 656 729 1312 365 437 656 729 1312 74,0 72,3 71,8 71,0 66,6 58,4 57,7 56,9 56,7 53,9 47,3 46,0 45,6 45,0 43,9 Вязкость других смесей для вычислить по формуле 20 25 30 35 40 45 50 приготовления мороженого можно 437 656 729 1312 365 437 1312 437 729 1312 656 729 1312 729 1312 1312 1312 39,4 38,6 37,9 36,4 33,1 32,9. 29,8 26,3 25,6 24,1 20,1 19,7 19,3 16,6 15,3 13,1 11,0 %-МКя-тГТ)'*Ь)' (4~14) где/i, f2 — соответственно функции параметров приведения и гра- диента скорости. Для смесей сливочное, сливочное крем-брюле, молочно-шоколад- ное, молочное, пломбир земляничный, пломбир кофейный, пломбир крем-брюле значения функций определяются по формулам: /= (Б*р(.=729)Г/Гпр) ехр(0,017-0,048АГ-0,0003АЛ); (4-15) /2= 1,631 —0,096 In у- Для смеси пломбир шоколадный /2 = 2,365— 0,0204 In у. (4—15а) (4—156) Значения вязкости при 7=729 с"1 и Гпр = 288 К приведены в табл. 4—23. Сдвиговые характеристики твердообразных систем В таком состоянии \рн " .... :*: условиях mopvt находиться Растворы и суспензии казеина, казеинатов, копреципптатов, некото- рое творожные изделия, белковые растворообразные массы из под- ыРной сыворотки и расплавленная сырная масса. Сдвиговые свой- 136
Таблица 4-23 Значения вязкости смесей мороженого при ТПр=288 К и у=729 с-1 \34] Мороженое BV10S Мороженое <р-10* Сливочное 26,0 Пломбир Сливочное крем-брю- 24,4 сливочный 43,4 ле Молочное шоколад- 26,8 кофейный 45,6 ное Молочное 14,5 крем-брюле 46,5 Пломбир землянич- 52,5 шоколадный 64,7 ный ства этих продуктов оценивают главным образом предельным напря- жением сдвига и показателями вязкости. Предельное напряжение сдвига сублимированных молочных про- дуктов. Эти продукты требуют оводнения при различном соотноше- нии массы продукта и воды. Консистенцию продукта характеризова- ли предельным напряжением сдвига, определяемым на коническом пласгометре. Изменения величины предельного напряжения сдвига в зависимости от времени набухания приведены з табл. 4—24 [12, 38]. Таблица 4-24 Изменение величины предельного напряжения сдвига (в Па) в зависимости от времени набухания сублимированных продуктов [12] Продукт Степень разпедения (соотношение массы | продукта и воды) | Влажность, кг на 1 кг продукта 1 Влагосоле ржание, кг на 1 кг сухого ве- 1 щества Время набухания продуктов, мнн 5 15 45 75 135 195 Пудинг творож-1 :1,5 0,61 1,56 54,1 56,4 58,4 63,6 59,6 58,9 ный 1:1 0,52 1,08 452,0 494,0 515,0 674,4 614,6 515,0 Пудинг вишневый 1:2 0,682,12 90,4 81,2 93,6 93,8 93,8 94,5 90 6 90 7 93 8 93 9 ■ Творог с черносмо-1:1 0,521,08 83^9 85*2 96Д 102^0 92,7 95,6 родиновым пюре 82,4 — 95,6 98,0 96,7 — Творог с орехами 1:1 0,521,08 87,1 97,2 116,5 118,8 116,5 114,2 — — 115,3 121,3 115,3 118,0 Наилучшее каи"ство п^^ • ~-^тИгается в период, когда вла- га равномерно распределяется по ^ому объему и значение предель- ного напряжения сдвига становится максимальным. 137
Вязкость растворов казеинатов. Эффективная вязкость с содер- жанием 0,20 кг казеината натрия в 1 кг раствора (20%) при темпе- ратурах от 70 до 90° С зависит от градиента скорости до значения 250—300 с-1. При дальнейшем увеличении градиента скорости, эф- фективная вязкость остается постоянной, что видно из табл. 4—25. Таблица 4-25 Зависимость эффективной вязкости раствора с содержанием казеината натрия 0,20 (20%) от температуры и градиента скорости Температура, 50 Градиент скорости, с -1 100 200 500 1000 70 80 90 0,636 0,182 0,093 0,379 0,152 0,075 0,261 0,094 0,058 0,209 0,090 0,053 0,209 0,090 0,053 В табл. 4—26 приведены значения вязкости растворов казеина- тов при различных температуре и величине рН. Таблица 4-26 Значения вязкости (в Па>с) растворов казеинатов при различных температуре и рН \62] Казеннат Натрия Калия рН 20 6,60 1,245 7,25 0,332 8,45 0,159 10,0 0,184 6,72 0,959 6,90 0,497 7,30 0,367 7,80 0,221 30 0,113 0,059 0,050 0,065 0,420 0,058 0,079 0,068 Температура, °С 40 0,088 0,037 0,023 0,034 0,118 0,030 0,075 0,029 50 0,042 0,065 0,014 0,022 0,206 0,023 0,022 0,018 W 0,038 0,085 0,008 0,016 0,045 0,008 0,012 0,012 70 0,033 0,099 0,014 0,014 0,042 0,011 0,009 0,015 0 иЛПримечание. Содержание сухих веществ в растворах составляло 0,138- ,ии кг на 1 кг продукта j Вязкость суспензии копреципитатов. Кривые течения суспензий чопреципитатов с различной относительной влажностью W (в кг q ап* на 1 кг продукта) описываются степенным законом (1 —27) ствальда — де Вале с достаточной длг' практики точностью. Ап- Р^кспмационные характеристики суспензий' копрецнпнтагс^ ириь.- дены в табл. 4—27. 138
Таблица 4-27 Значения коэффициентов к уравнению (1—27а) для суспензий копреципитатов [47] Интервал скорости сдвига, с"""1 Коэффициенты Относительное отклонение расчетных данных от экспериментальных, % Низкокальциевые, №=0,71 0,167—5,4 5,4—9,0 9,0-145,8 347,23 141,88 607,89 0,394 0,904 0,287 3,0 5,0 И,4 Среднекальцие.вые, №=0,64 0,167—3,0 3,0—27,0 27,0-145,8 148,10 91,47 84,94 0,145 0,558 0,614 4,2 8,6 9,1 Высококальциевые, №=0,71 0,167-5,40 5,4—27,0 27,0-145,8 203,36 67,89 1096,63 0,221 0,885 0,052 6,9 2,5 8,3 Белковая альбуминная масса и обезжиренный творог имеют аналогичные аппроксимационные характеристики для расчета рео- логических показателей, которые приведены в табл. 4—28 и 4—29. Таблица 4-28 Значения коэффициентов к уравнению (1—27а) для белковой альбуминной массы, СВ = 0,20 \22] Интервал ско- ростей сдвига, с-1 0,167-1,8 1,8—9,0 9,0—145,8 , Коэ цие] п в; п в; п *i 10 0,01 122,0 0,28 109,0 0,69 41,2 Температура продукта, ° 20 30 40 50 0,02 0,03 0,04 0,05 87,2 74,6 61,2 51,0 0,27 0,32 0,37 0,39 76,5 61,4 50,1 41,8 0,70 0,72 0.72 0,71- 30,1 25,1 23,2 19,1 с 60 0,07 44,4 0,41 35,7 0,7' 17,9 70 0,09 35,1 0,45 27,7 °,75 14,3 139
Таблица 4-29 Значения коэффициентов к уравнению (1—27а) для обезжиренного г22] творога стандартной влажности, СВ=0,21+0,22 Интервал ско- ростей сдпига, f 1 О s Температура продукта, °С 10 15 20 25 0,33-5,4 5,4-24,3 24,3-48,6 48,6-145,8 п в; п в; п в; п в\ 0 287,0 0,14 228,2 2,21 0,315 0,16 909,5 0,02 205,6 0,16 161,9 2,06 0,390 0,26 415,7 0,05 123,9 0,21 96,0 1,86 0,492 0,40 143,1 0,09 55,6 0,43 31,5 1,50 1,058 0,45 61,6 0,18 36,9 0,43 24,1 1,34 1,363 0,56 27,9 Вязкостные характеристики жирного творога и сладких творож- ных мясе. Для расчета их эффективной вязкости предлагают ис- пользовать формулу (1—30). Реологические характеристики для творожных масс различного химического состава приведены в табл. 4—30. Таблица 4-30 Реологические характеристики жирного творога и сладких творожных масс [32] Продукт Творог жир- ный Творожные массы с са- харом Абсолютное содержание1 ос- новных химических компо- белкоа 0,179 0,079 0,079 0,110 0,105 0,101 0,064 0,095 0,115 0,089 0,083 нентов жира влаги саха- розы 0,250 1,840 0 0,333 0,484 0,541 0,351 0,484 0,518 0,282 0,725 0,354 0,316 0,730 0,321 0,220 0,811 0,389 0,282 0,725 0,420 0,282 0,736 0,368 0,316 0,650 0,357 0,282 0,780 0,352 0,282 0.767 0,368 80, Па 263,0 64,2 73,0 93,4 102,0 58,4 87,5 58,4 73,0 58,4 73,0 Реологические характеристики Т), Па»с 30 7 21 15 25 10 30 11 21 10 12 в 5,7 1,2 2,4 2,9 1,5 3,3 1,5 2,2 1,3 1,7 5,7 m 0,62 0,58 0,59 0,59 0,61 0,60 0,58 0,60 0,59 0,61 0,61 сы ко абсолютным содержанием компонента понимается отношение мас- Мпонента к массе продукта без этого компонента. 140
Сдвиговые свойства расплавленной сырной массы разной жир- ности. В табл. 4—31 приведены значения предельного напряжения сдвига и пластической вязкости расплавленной сырной массы. Таблица 4-31 Предельное напряжение сдвига 00 и пластическая вязкость расплавленной сырной массы [4] Температу- ра сыра, °С е0 (в Па) для сыра с содержанием жира в суосом веществе, кг/кг 0,30 0,55 0,60 Температу- ра сыра, «С во (в Па) для сыра с содержанием жира в сухом вещестне, кг/кг 0,30 0.55 0.60 50 60- 70 80 90 95 Go (в 430 300 240 175 135 120 Па) 335 238 162 118 88 73 1.44 0,58 0,31 0,17 0,12 0,08 50 60 70 80 90 95 т| (в Па-с) 46,0 20,0 29,0 9,1 20,2 5,6 13,6 3,5 8,9 2,0 7,8 1,67 18,0 5,0 2,0 U 0,8 0,4 Примечание. Для сыров с жирностью 0,30; 0,55 и 0,60 содержание влаги соответственно составляет 0,55, 0,50 и 0,50 (кг влаги на 1 кг сухого остатка). Обобщенное уравнение для расчета эффективной вязкости рас- плавленной сырной массы имеет вид (1—37а). Коэффициенты его приведены в табл. 4—32 [4, 6, 20]. Таблица 4-32 Значения коэффициентов к уравнению (1—37а) для плавленых сыров Плавленый сыр «Новый» «Янтарь» «Дружба» А, Па-с 1,3-Ю-з 7,7.10-Ю 2,6-10-6 Коэффициенты Е, Дж/моль 31900 66000 43300 m 0,36 0,26 0,67 Пределы изме- нения темпера- туры, °С 50—95 50—95 60—95 В результате исследований на вискозиметре «Реотест» 15 ви- дов плавленых сыров (фруктовый, городской, новый, шоколадный, латвийский, костромской, кисломолочный, российский, советский, рокфор, невский, «Сыо с лукпм». «Янтарь», угличский) показано, что все они в пределах it-v^ic^di vp от 20 до 80° С и скорости сдви- га от 0,167 до 437 с1 имеют единую температурно-ннвариантную характеристику сдвиговых напряжений. В указанной области значе- 141
нпя безразмерной вязкости и безразмерного напряжения сдвига • могут быть определены из следующей зависимости: WVo,5 = 0,G44 6ХР (~ °'65 |П ^' (4_16) в/8.в0 5=1,35 ехр (0,39 In у), (4—17) где ЛяФ и $— соответственно эффективная вязкость сыра, Па-с, и сдвиговое напряжение, Па; Л 7=0,5 и ^7=0,5 —масштабные значе- ния пязкости, Па-с, и сдвигового напряжения, Па, установленные при скорости сдвига 0,5 с-1. Погрешность вычисленных по этим формулам значений г)Эф/г|т*=о,5 и 6/07=0,5 соответственно не превышает ±6,2% л ±4,4% при доверительной надежности а=0,95. Сдвиговые свойства гелей. Эти свойства целесообразно опреде- лять с помощью прибора Вейлера — Ребиндера, формируя гель не- посредственно в зазоре между плоскопараллельными пластинами при- бора и затем снимая кривые его деформирования при постоянных нагрузках. В данном случае определяют следующие реологические харак- теристики: модуль условно-мгновенной упругости (в Па) Gx = в/Yo; (4-18) эластический модуль упругости (в Па) C2 = 9/(Ym-Yo); (4-I9) разновесный модуль (в Па) Gz = Vym; (4-20) предел текучести (упругости) (в Па) 8Kj; вязкость истинного течения (в Па-с) T'i = (В - U/Ymin; (4-21) вязкость упругого последействия (в Па-с) ^=fl/(Ymax-Yn.In); (4-22) период истинной упругой релаксации (в с) xi = Vd; (4-23) период эластической релаксации (в с) т2 = т|2/02. (4-24) Чен, .зависимостях ("4— i^-; — ^4—2-i) приняты следующие обозна- телг!Я* ^ — напряжение сдвига; уо — условно-мгновенная относи- Ная деформация (условно принятая деформация за время 1 с); 142
1 <^>1 if! <0 о М Q t- ы/ш а- Си **• ^ о « а Q f~, ^ * CU со о « .J г—: OQi *»ч о * 3 CU со а « »з «U ^ CU «О a « a t-. CJ a G. cu ^ * «3 ex * •* p H* (0 to i 1 О ^, fT 1". 1 о *~? £ rr 1 ь 0» О «a» 1 о *~f О т о *"^ о 4 s 55 и 1 и rt С 117 2342 104 2330 00 854 СО 00 576 00 со о со 713 см 546 со со 914 196 633 о 00 CN О Tf см о о см о о со со а а о о со о Г4- о 1^ 00 со СО со см со 05 со ел f- со со м см тн о о о> о "^ о см о со в я: о< о <-> к <1> ГГ *-i О о — — о ■*« см ^ ю *—' о Ю '—' о ^ —* со о о о г^ Tf< о •—« ю о ОО 05 со см ю ю со см -ф СМ СМ ~ о о см* 11 PQ О СО п 0) С S s I' и и о Н ч— о га (N h:S <_ ■- с s £со £ са So 5 § CU ОО си 11 &CQ О ь "*-' га t »к £ СП *к о о вые СТВ го • ~ ссо о 5? 11 О) • <и & c.N ;«мг«Ню^ —^4 * см ^ ^ см ^ о осо а сх° в 2 11 ~PQ о is* О с- •— ^ <1J tj ~ ^ о к о° о д о « СХСМ Ж « bCN ю 1.43
x-v a ^ ^ ^ ^ ^ QQ ^ S £ £ a ^ CO о G. 5 о 54 S £ <u <ч CD <3 ^ С ^ ^ о ^ <3 Ci. ^ K, <3 « ^j К Co ci. съ к V;J <3 £. ^ <0 $2 ^0 ъ < к и и I о *7 CI [ 1 о p и I cd 1 С rr 1 о • О Tf 1 о *7 О rf 1 о ° CO С о u - " ч u 5 н s 5 n = i л ч о ^ e с. о § £ = я со 1 - -"" 1 E 00 CD 00 ел см ю со о СЛ см см ел ел ю 00 00 t^ CD СО to 00 00 ю со CD СМ Ю О* CD СМ 00 ю СЛ 1°* CD О со о со о ел СО ел *-^ ^ CD *-~< CD CM со со со о ю 1^. о см о О rf ОО 1^. СМ 1^ см t^ т^ ю CD со см 1^ т^ со _ ю см Tt« со СЛ о Ю Tf« ОО ОО 00 t^ со ел _-. со ю о ь- со »к О о 5 ^ CQ СЧ_ ( I о о о" 144 W С» S> II °- 5 В CQ ° К SbUo 3 Ci-°° ОО 00 l= о" о" ^ II lie; 00 00 С1 од см си ю о -f со «JT o.-tf Ю о" ~ II £u о «=: *s о 3 oo g lu OCJu CU CM С 4 CO - C2 Tf С с II CQ О
со 13 0) at 2 с <u «54 а* о г*. * о 2> «О о а ex a» 116 IIs £§* g-оОЭ §8.1 у h S 5 2> « 5 о- с с- Ki 5 ^С е с ^о о >= >. . S4* со 00 со о 3 ОО со см —« со "* со 00 о см 3 ^ о ю см со N- 00 о 23! со о СО о о -4 00 со 5 00 Г- ~ см со см см N- см см О) см 00 со N- см ел со см ю о см о СО см — г** —« ю СО со —* ю ОО о ОО —, t>- о ' т*« со 05 "^ 00 «~н 1^ тН 00 00 СО со — см со" со N. о о 1^ со см оо 00 д со ч к к ^" fcj (Л ej"tf о Tf о Ю о II ПО С ) 00 CD Tf О II CQ с} CQ со ю со о4 II CQ ^ U «Ю >-> к о- 2 CM CO Ю II CQ CQ CQ со о CQ о II PQ a a ч со 2Ю «V у—v с; JJ\ i~i'—^ -ч <^—. oi£^s«g§ gcocj ^ ю ащ^ю гаю хЮ С о. ръ 1 c-U о. ^ a. I и je. «-» ^_^ <-» /-_s 3^ О ^ 2Ю 5 со -m ^ о_ о0 |io дю- е-ю s-io 145
3 * ° 00 СО со Th « I-- см ю оо см ю тН см ОТ) h- ел СМ СМ 1^ *—• —, со "-4 00 ю 1^. со со 1"- со см со 00 со 00 т*< ь- id Tf< £о о со о т*< СЛ со со см ^ см о h- см со -^ Tf *-ч со со о 00 ~ч Th а> со ю ю *-« ~ <гь ь- ~* со о •-4 00 05 со 05 СО СМ см ю Tf -4 ^ Th со см - го w 2 -з о О) ел о со см О) "^ ^ ю со см со «* оо см нр О 00 00 tO см — — ~ * о а, е з CQ о" а uo S и о CD Ю CD cT II CQ U CD II CQ CO o" CQ U CQ ^Г—< У CD Д о о го -. с _ с; а(Х аСч у а^Г а? ~£ 3£ S<n .^u Ею TO o. CD К О CD II vCCQ 146
ут — обратимая составляющая общей деформации у> Y*n=Y—Yoct, где Yoct — остаточная деформация; у^ах — скорость сдвнга^ в мо- мент времени 1 с (после условно-мгновенной деформации); Ymin — скорость сдвига в момент начала необратимого течения сырной массы. Реологические характеристики гелей казеина, казеинатов и копреципитатов, полученные этим методом, приведены в табл. 4—33. Сдвиговые свойства сыров. В табл. 4—34 приведены основные реологические характеристики сыров (4—18) — (4—24), определяе- мые по кинетическим кривым развития сдвиговой деформации под постоянной нагрузкой и последующего спада деформации после снятия нагрузки, полученные с помощью прибора Толстого с двой- ным плоскопараллельным зазором. В табл. 4—35 приведены следующие реодннамические характе- ристики сыров, полученные на реогониометре Вайссенберга. Модуль упругости G', характеризующий энергию, запасаемую и отдаваемую материалом в каждом цикле колебаний, G'= (60/Yo)cos б. Модуль по- терь G", характеризующий ту часть сопротивления деформирова- нию, которая в каждом цикле колебаний переходит в тепло, G"= = (0o/Yo)sin6. По этим характеристикам можно вычислить динамическую вяз- кость материала T]'=G"/<o (здесь о — круговая частота колебаний), время релаксации напряжений при данной частоте колебаний ъ =2G'IG"(at а также тангенс угла механических потерь tg 6 = G"/G'. Последняя величина характеризует степень твердообразности мате- риала: для упругого тела tg 6 = 0, а для вязкой жидкости tg 6->oo. Реодннамические характеристики зависят от частоты вынужден- ных колебаний. По данным ВНИИМСа, в диапазоне частот от 0,05 до 25 Гц эта зависимость хорошо описывается следующим уравне- нием регрессии: \gr = al+a2\gX9 (4-25) где Y — реодинамический показатель (G', G", г}'), выраженный со- ответственно в Па или Па-с; X—частота, Гц; а\ и а2 — константы, зависящие от химического состава продукта. Уравнения регрессии, рекомендуемые для определения этих кон- стант, приведены в табл. 4—36. При исследовании сдвиговых характеристик сыров используют также другие реологические методы, которые более быстродейст- венные и поэтому применимы для массовых измерений и контроля производства. Из таких экспресс-методов наибольшее применение в нашей стране получили методы пенетрации и реологического зон- дирования. Пенетрацию осуществляют с помощью полуавтоматических пе- нетрометров «Лабор» (производства ВНР) или АР4/1 (ГДР). Изме- ряют в показателях пенетрации (1 ед. пенетрации равна Ы0_4м) глу- бину погружения в продукт конусного (угол конуса 30°) или шаро- вого (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 nuiCiрационную i. .^доск. и. »*«), пользуясь формулой (2—12) Ребиндера для определения предельного напряжения сдвига. 147
Таблица 4-36 Зависимость параметров ci\ U а2 уравнения (4—25) от основных физико-химических показателей сыров (данные ВНИИМСа) Вычисляемая реологическая характеристика Уравнения множественной регрессии пара- метров fli и аа по содержанию нлоги W (кг/кг), жира Ж (кг/кг), соли с (кг/кг) и величины рН Относительное отклонение [расчетных па- рам етрон от гкеиери.мен- тальных, % Модуль упругости 4,99—1,11^+0,8Ж+ 14,Ос 3,0 G' 0,041+0,4DF—0,04Ж—0,001 ЗрН — 10,0 —0,8с Модуль потерь G" 4,96—1,3IF+0,13Ж—0,025рН+ 1,5 +9,6 с 0,16+0,271Р+0,2Ж—0,009рН— 14,9 -1,1с Динамическая вяз- 4,15-1,251^+0,12Ж-0,024рН+ 1,7 кость г\' +9,7 с —0,86+0,271^—0,20Ж—0,0043рН— 2,8 — 1,2 с Примечание. Уравнения получены для условий: температура 18° С; 0.30 <№<0,51; 0,23 <Ж<0,51; 4,9 < рН < 6,5; 0,003 < с < 0,040; жир отнесен к массе сухнх веществ. Верхняя строка — значения аь нижняя — а2. Величина пенетрационной твердости тесно коррелирует (коэф- фициент 0,8—0,9) с предельным напряжением сдвига сыра 0О, опре- деленным методом конического пластометра Ребиндера. Данные, характеризующие пенетрационную твердость сыра при разной температуре, приведены в табл. 4—37. При реологическом зондировании по методике ВНИИМСа в продукт с постоянной скоростью на глубину более высоты инденто- ра внедряют металлический конус (диаметр основания 0,015— Таблица 4-37 р>и Пенетрационная твердость А0\ Ут-Ю-ь (в Па) костромского сыра при разной температуре ъо (данные ВНИИМСа) Гемпера- Ра сыра, °С 15 20 25 30 35 Обезжи- ренный сыр 6,8 6,4 4,4 3,1 1,8 Сыр с жир- ностью 0,45 кг жира на 1 кг сухого веще- ства (45%) 2,8 2,2 1,5 0,9 0,6 \Prnax /jV W 1 \). h S i Ps / 2 1 3 4 5 6 hiO~2M Рис. 4—2. Реограммы реологи- ческого зондирования сыра [501: / — сыр с упругой консистенцией; 2 — сыр с более эластичной (пла- стичной) консистенцией 148
0,025, угол 45—90°) или шарик (диаметр 0,012—0,016 м), измеряя при этом силу сопротивления продукта. На рис. 4—2 показаны типичные реограммы зондирования для сыров с разным характером консистенции. По результатам реологи- ческого зондирования конусным индентором можно определить пре- дел прочности 0г (в Па), предельное напряжение сдвига (динами- ческое) 0с, эффективную вязкость т^ф (в Па-с) и модуль сдвига G (в Па) 9г = КаЯтах/*2; (4-26) Ъ*=КаР5П2\ (4-27) (4—28) 7)эф = Kfs Yl2+ r2/(2«r/2); 212 (hK—г) У } где Ртах, Р«, Ро, Рк— силы сопротивления внедрению индентора соответственно максимальная; на участке стационарного течения; в начале и конце гуковского деформирования, Н; пк — глубина по- гружения индентора, соответствующая величине Рк, м; I—высота конуса, м; г — радиус основания конуса, м; т — скорость движения индентора, м/с; К а — поправка, зависящая от угла конуса при его вершине [2] [см. табл. к зависимости (2—12)]. При шаровом инденторе эффективную вязкость условно реко- мендуется [50] определять по формуле Стокса Чаф=/У6ягда, (4-30) где г — радиус шарика, м. Таблица 4-38 Значения структурно-механических показателей голландского отпрессованного и зрелого сыра, полученные методом реологического зондирования разными инденторами (данные ВНИИМСа) Инденторы Возраст сыра Предельное напряжение сдвига Vio-з , Па I Предел прочно сти ег.ю-з Па Модуль упру- гости lo-io-3, Па Эффектив- ная вяз- кость Ю-3 ''эф Па-с Конус 30° Конус 45° Конус 60° Конус 90° т.т 'к диамет- ром 0,016 м После пресса Зрелый После пресса Зрелый После пресса Зрелый После пресса Зрелый После пресса Зрелый 25,0 32,3 24,6 29,6 25,1 28,0 28,1 30,0 — — 25,1 34,8 24,7 32,2 25,2 28,6 28,2 33,7 — — 12,5 15,2 13,6 25,2 14,2 31,1 14,4 33,6 — — 301,9 389,7 218,2 260,3 183,8 209,0 147,5 167,5 158,9 l'i/ju Примечание. Высота конуса 0,016 м. 149
Сдвиговые характеристики сыра, определенные методом реоло- гического зондирования, представлены в табл. 4—38. Следует отме- тить, чго модуль упругости и эффективная вязкость сыра, измерен- ные этим методом, практически совпадают с аналогичными показа- телями, полученными при тех же скоростях деформирования с дру- гими реологическими методами, например методом одноосного сжатия. Структурно-механические характеристики сырной массы суще- ственно зависят от ее местонахождения в головке сыра (табл. 4-39). Таблица 4-39 Зависимость величины показателя пенетрации различных слоев сыра от их расстояния от поверхности головки \54~\ Расстояние слоя сыра от ближай- шей параллельной поверхности го- ловки, м Отношение величины среднего показателя пенетрации слоя к показателю пенетрации параллельного коркового слоя сыра советский лори армянский Горизонтальные слои 0,02 0,05 0,07 0,02 0,05 0,07 1.5 1,1 2,2 1,3 2.6 1,8 Вертикальные 1,3 1,4 1,5 1,9 2,0 2,3 1,0 0,9 0,8 слои 1,0 0,8 0,8 0,9 0,7 0,6 0,9 0,7 0,5 С показателями качества сыра, в частности с органолептической оценкой консистенции, наиболее тесно коррелируют (коэффициент корреляции 0,80—0,92) показатели пенетрации и вращательного среза. В табл. 4—40 приведены предельные значения показателя пенет- рации. Реологические характеристики сыра сильно зависят от его воз- раста 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. Влияние на реологические характеристики сыра его основных химических показателей показано в табл. 4—36. Особенно тесная корреляционная связь (0,7—0,9) наблюдается между влажностью и твердостью сыра. Для различных технологиче- ских групп сыра кондиционной зрелости эту зависимость можно ыразить через показатель пенетрации К, измеренный при темпера- *УРе около 20° С, и величину влажности W следующими уравнениями Регрегснн [Щ: голландская группа сыров У = 523^—115,1; (4-31) 150-
Таблица 4-40 Таблица оценки консистенции натуральных сыров по показателям полуавтоматических пенетрометров АР4/1 и «Лабор» \31] Типы СЫРОВ Характеристи- ка индентора прибора 51 ■ 5 эг ее so Консистенция сыра хорошая, 24 балла удовлетво- рительная, 23 балла излишне грубая, плотная, менее 23 баллов Крупные с высокой Конусе Более 100—80,7 температурой вто- углом 30° 100 рого подогрева (масса (советский, швей-0,15 кг) царский и т. п.) Голландской груп- Тоже Более 115—92,0 пы (костромской, 115 голландский и т. п.) Полурассольного * Более 77,6— типа с закрытой 77,6 89,3 структурой (лори и т. п.) Сыры с открытой Шарик диа- Более 33,5— структурой (рос- метром 12,7 33,5 27,4 сийскнй и т. п.) мм (масса 0,4 кг) Рассольного типа То же Более 28,7— с открытой струк- 28,7 23,7 турой (чанах, ар- мянский и т. п.) 80,6- 65,0 91,9- 66,0 69,3- 60,7 27,3- 23,0 23,6- 19,4 Менее 65,0 Менее 66,0 Менее 60,7 Менее 23,0 Менее 19,4 сыры рассольного и полурассольного типа (чанах, лори и др.) у = 2481^—56,4; (4-32) крупные сыры из пастеризованного молока (советский и т. п.) у=-_МШ— 112,8, (4—33) 1Г = 0,00091Г+0,306. (4-34) Крупные сыры из сырого молока (швейцарский и т. п.) У = 618Т^ — 158,0, (4—35) W = 0, 0Э094Г + 0,293. (4—36) Пользуясь уравнениями (4—34) и (4—36) по показателю пе- нетрации, измеренному при контроле консистенции, можно ориен- тировочно определять влажность сыра, ошибка при этом составляет для совете, ггг сьра 'е боле^ :7о, _ ,. . .„...юрского— не б„лее 1,8% [54]. 151
КОМПРЕССИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, плотность Компрессионные характеристики молочных продуктов. Компрес- сионное уплотнение продуктов сопровождается, как правило, изме- нением их фазового состояния. Фазовое состояние высокобелковых молочных продуктов, являющихся пористыми дисперсными телами- можно охарактеризовать фазовыми объемами (объемной пористо- стью), которые определяют по формулам: *П=(КГ+КЖ)/К; (4-37) (4-38) где 'Ы — общая пористость продукта, м3/м3; vT — пористость про- дукта по газу, м3/м3; V, Уж, V? — соответственно объем всего про- дукта и объем пор (полостей), заполненных жидкой и газообразной фазой. Пористость материалов часто характеризуют также коэффи- циентом пористости еп, который связан с общей объемной пори- стостью соотношением tn = v/(\ — v). (4-39) Данные, характеризующие общую пористость творога и сыров, приведены в табл. 4—41. Таблица 4-41 Общая пористость творога и сыров Творог Творог Сыр угли1 поше голлг роса Продукт жирный жирный 1СКИЙ ХОНСКИЙ 1НДСКИЙ шский Влажность, кг/кг 0,70 0,60 0,48 0,44 0,40 0,41 Общая пористость, м8/м8 0,73 0,64 0,54 0,48 0,44 0,49 Коэффициент пористости 2,76 1,78 1,19 0,94 0,79 0,97 Пористость сырной массы по газу зависит от метода формова- ния продукта. Данные, характеризующие объем пустот в сырной массе при разных методах формования, приведены в табл. 4—42. Компрессионные характеристики можно определить по форму- лам (1—11), (1—14в), где р (р, 180)«аз/*""1, и (1-5). Эмпириче- ские коэффициенты приведены в табл. 4—43. Величину коэффициента бокового давления можно получить из соотношения (1—12а), определяя экспериментально сопротивление тРения продукта о стенки прибора, равное произведению коэффицн- ента трения f на коэффициент бокового давления Спеднее значение иеличнны ft, для отпрессованной .viu.^Di при ри^ы. ..^..i явлении при- едено в табл. 4—44. 152
Таблица 4-42 Фазовые объемы nyctot сыра при формовании сырной массы разными методами [49] Характеристика сырной массы Пористость по газу, мя/м* Зерненая сырная масса, уложенная в форму на- 0,170—0,210 сыпью То же, после прессования 0,025—0,079 Отпрессованная сырная масса, сформованная под 0,003—0,007 слоем сыворотки Сыры, сформованные или отпрессованные с примене- нием вакуума — при остаточном давлении, Па 34,5-103 0,008—0,038 8-Ю3 0,002—0,004 Таблица 4-43 Коэффициенты для расчета характеристик сжатия творожной массы [11] ^ Творог ХЮ' 7,3 2,1 01 0,37 0,46 а2 0,343 0,430 Сз-Ю* 13,0 4,2 Обезжиренный Жирный Таблица 4-44 Средние значения величины ft, отпрессованной сырной массы (W=0,42-0,45) при разных сжимающих давлениях [49] о<^ Давление, Па 2500 70000 100000 170000 225000 /с 0,143 0,071 0,0в8 0,051 0,036 Рнс. 4—3. Степень компрессии сы- ра при разных^давлении н скоро- "п *жатш гшг~* сыр гауда (kociPомской); сыр белый стилтон (разновид- ность мягкого плесневого сыра) 163
Компрессионные свойства сыров оценивают также методом од- ноосного сжатия цилиндрической или прямоугольной пробы сыра с постоянной скоростью. При этом за показатель компрессии прини- мают выражаемое в процентах отношение высоты образца к его нысоге до сжатия. Полученные таким образом компрессионные за- висимости некоторых видов сыра показаны на рис. 4—3. Плотность молока и молочных продуктов. Плотность цельного и обезжиренного молока понижается с попышенлем температуры (табл. 4—45). Таблица 4-45 Зависимость плотности цельного молока р (в кг/м3) от температуры, t (в °С) \23] t р 1 t р t р 5 1033 30 1026 70 1006 10 1032 40 1021 80 1000 15 1031 50 1017 20 1029 60 1011 Плотность молока р (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° С подчиняется за- висимости [16] р= 1035 —0,358*+0,0049/2 — 0,0001/3, (4—40) а плотность обезжиренного молока [ср = 0,0002 кг/кг (0,02%), СОМО — 0,089 кг/кг (8,9%)] в том же интервале изменения темпе- ратуры [17]: Р= 1036,6—0,146/+0,0023*2—0,00016/3 (4—41) (см. также табл. 3—34 и формулы 1—36а и 1—366). Плотность кисломолочных продуктов практически не отличает- ся от плотности исходного молочного сырья до заквашивания. Плотность сливок в зависимости от температуры определяется по зависимости [17]: Р/Рпр = 1,125 — 0,157Y7V (4-42) Приведенная температура (Гпр) определяется по формуле (4—6). Приведенная плотность (рПр) для сливок в зависимости от жирности показана в табл. 4—46. Расчетные данные о плотности сливок приведены в табл. 4—47. Таблица 4-46 Зависимость приведенной плотности сливок (в кг/м3) от жирности (в кг жира на I кг сливок) Приведенная плот- ность, кг/м8 1004 0,500 959 989 0,600 949 971 0,700 930 Жирность, кг жи- Ра на i кг слинок Приведенная плот- ность, кг/м3 Жирность, кг жн- ра на 1 кг сливок о "-- 0,305 0,400 154
Таблица 4-47 Зависимость плотности (в кг/м3) сливок различной оюирности от температуры t, °с 0,285 Жирность, кг жира на 1 кг сливок 0,405 0.5 0,6 • 0,71 0,834 2 4 7 10 15 20 25 30 35 40 45 • 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1013,9 1013,3 1010,8 1009,6 1008,1 1004,0 1001,4 997,4 993,8 991,5 987,9 985,2 982,3 980,0 977,7 974,7 970,6 967,8 964,7 960,8 956,3 1002,0 1000,9 999,0 994,3 993,7 987,0 981,6 978,2 973,2 970,7 967,7 965,8 963,2 960,1 959,0 954,0 949,0 945,5 942,3 937,5 934,1 992,7 991,1 988,1 985,2 983,5 978,0 971,9 968,3 964,0 961,2 958,8 956,4 952,8 946,4 945,8 941,6 937,5 930,1 927,1 919,6 917,3 976,4 974,8 972,8 970,1 963,9 962,0 959,2 952,3 948,2 948,0 946,1 942,8 941,1 940,2 936,8 934,2 927,9 925,1 919,5 917,9 912,9 Плотность сгущенных молочных продуктов 965,8 964,5 962,8 960,5 955,8 949,5 947,2 943,3 940,2 938,8 935,0 929,8 926,8 923,4 921,5 918,8 913,3 909,2 907,1 903,4 896,6 949,0 947,2 945,8 943,6 941.9 940,0 936,3 932,6 929,3 923,5 919,0 913,9 907,9 902,5 898,2 890,3 •886,5 880,6 877,0 874,6 871,3 понижается с повы- шением температуры и повышается с увеличением концентрации су- хих веществ (табл. 4—48). Таблица 4-48 Зависимость плотности сгущенного молока р (в кг/м3) от концентрации сухих веществ с (в кг/кг) [9] с \ ? с Р с Р 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,31 J,3_ 0,33 1091 1095 1098 1103 1108 1114 1117 1121 1125 1135 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39 0,40 0,41 0,42 0,43 0,44 1140 1145 1150 1153 1156 1162 1166 1171 1176 11S1 1186 0,45 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0.54 0,55 1190 1194 1197 1200 1204 1209 1214 1216 1218 1222 1231 155
Таблица 4-49 Плотность сырного и казеинового сгустка разной влажности (в кг/м') \45] о, - и ^ .* о л <и 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 1033 1037 1043 1048 1053 1058 1063 1068 1050 1060 1050 1090 1110 ИЗО 1140 1160 Плотность сгущенного молока с сахаром и какао со сгущенным молоком и саха- ром в зависимости от темпе- ратуры может быть вычисле- на по формуле Р/Рир == 1,19 — 0,19777^ (4-43) при Т„р = 308 К и QnP = = 1295 кг/м3. Формула (4-43) дейст- вительна при 293 ^ Т ^ ^ 353 К. Плотность высокобелко- вых мелочных продуктов за- висит от содержания в них сухих веществ. Величину плотности последних можно определить по формуле ад- дитивности (1-346), прини- мая согласно [17] плотность белка 1280 кг/м3, жира — УЗО, лактозы — 1530, мине- ральных веществ — 2400 кг/м3. Средние значения плотности сухого вещества СыРов при 45% жира в су- *ом веществе составляют 3" ра — J5 •"* о 5Л о S £ £ 1510 1370 1460 1430 1260 — « Л со £ х Ь с о 3 х *» " Й^ со о**>. £§£ 588 800 645 690 600 1060 11 Со кг/м3' Таблица 4-50 Плотность высокобелковых молочных продуктов при 20° С Продукт Казеннат натрия [1] Низкокальциевый ко- преципитат [21] Среднекальцневый копреципитат [21] Высококальциевый ко- преципитат [21] Казеин сухой [52] Творог жирный [49] Свежеотпрессован- ные сыры 45%-ной жирности [49] формуемые насып- ным методом в ат- мосферных услови- ях то же, с уплотнени- ем под вакуумом при остаточном дав- лении 13,3-103 Па формуемые под слоем сыворотки Зрелые натуральные сыры [49] формуемые насыпью в атмосферных ус- ловиях формуемые на- сыпью с уплотнени- ем под вакуумом при остаточном дав- лении 13,3-103 Па формуемые под сло- ем сыворотки Плавленый сыр «Дружба» (данные ВНИИМСа) Плавленый сыр «Фруктовый» (дан- ные ВНИИМСа) Примечание. Значения насыпной плот- ности сыров получены методом гидростати- ческого взвешивания в керосине, копрецн- питатов — в воде. Казеин и копреннпнтаты находились в порошкообразном состоянии, сыры — в кусковом. — 1052 — 1076 — 1073 — 1044 — 1091 — 1086 — 1050 — 1151 156
В табл. 4—49 и 4—50 приведены значения плотности высокобел- ковых молочных продуктов, полученные разными авторами. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Поверхностное натяжение молока. Поверхностное натяжение а (в Н/м) цельного и обезжиренного молока уменьшается с повышени- ем температуры. Поверхностное натяжение обезжиренного молока выше, чем цельного, однако с повышением температуры разница уменьшается (табл. 4—51). Таблица 4-51 Зависимость поверхностного натяжения молока (а-103, Н/м) от температуры [25] Молоко Цельное Обезжиренное 0 46 5 45 52 Температура, °С 10 45 50 15 43 48 20 30 42,5 42,5 46 46 40 42,5 43 50 42 42 60 41 41 70 39 На величину поверхностного натяжения молока влияет его гомо- генизация. Повышение давления гомогенизации сырного непастери- зованного молока приводит к некоторому снижению величины поверх- ностного натяжения молока (табл. 4—52), что, по-видимому, можно объяснить не только дроблением жировых шариков молока, но и ме- ханическим повреждением белковых частиц, т. е. частичным разруше- нием белково-жировых агрегатов [8]. Таблица 4-52 Влияние давления гомогенизации на поверхностное натяжение молока (а-103, Н/м) [2] Молоко Давление гомогенизации р-10 , Па 0 35 105 176 Сырое гомогенизированное при 32°С 43,62 39,61 38,47 39,16 Пастеризованное гомогенизирован- 44,53 44,97 45,27 45,55 ное при 63° С Поверхностное натяжение сливок. Зависимость этого показателя от температуры и жирности приведена в табл. 4—53. Поверхностное натяжение сгущенного молока. Этот показатель на выходе из вакуумного выпарного аппарата несколько ниже, чем у молока до сгущения, однако со временем он увеличивается настоль- ко, чт v:\-e • -^е: ° п - сказывается выше, чем у исходного молока (таил. 4—54). 157
Поверхностное натяжение сливок (а-103, Н/м) при различных значениях температуры Таблица 4-53 Содержание жира, кг на 1 кг продукта 0,10 0,20 0,22 5 51,2 49,6 50 10 48,6 46,8 48,8 Температура, °С 15 44,8 45,6 20 46,4 44,8 45,4 30 44,8 43,2 43,7 40 44,1 41,8 43,5 50 42,7 41,6 42,7 60 . 41,9 41,6 41,7 Таблица 4-54 Поверхностное натяжение сгущенного обезжиренного и цельного молока (а-10г, Н/м) [66] Продолжи- тельность выдержки после сгущения, мин Молоко обезжиренное, СОМО 0,41 кг/кг (41%) Молоко цельное, СОМО 0,55 кг/кг (55%) 15 60 120 180 40,92 40,16 41,68 51,97 42,44 40,15 47,77 — Липкость творожной мас- сы. Липкость творожной массы (влагосодержание 0,84 кг на 1 кг сухого остатка, жирность 0,25 кг на 1 кг и содержание белка 0,18 кг на 1 кг) к раз- личным материалам, определен- ная при давлении контакта 4910 Па, площади контакта 0,001 м2, толщине 0,001 м при скорости отрыва 0,00358 м/с, указана в табл. 4-55. Величина липкости творож- ной массы, определенная при давлении контакта 4910 Па и толщине слоя 0,001 м в зависи- мости от скорости отрыва н времени контактирования, при- ведена в табл. 4-56. Таблица 4-55 Липкость творожной массы (в Па) к различным материалам [32] Материал Время контакта, с Полиэтилен Нержавеющая сталь Латунь Фторопласт-4 Чугун Дюралюминий Сталь Ст.З 8200 9300 9000 12500 13300 10500 8300 17600 16700 15300 14300 13500 12000 t \Cs^r< 158
Таблица 4-56 Значения Липкости (в tla) творожной массы при разных значениях времени контактирования и скорости отрыва [32] Материал пластин Нержавеющая сталь Фторопласт-4 Время контакта, с 3 60 180 300 600 3 60 180 300 600 0,00167' 6700 7600 9100 10500 14500 9600 12200 12300 14200 15300 Скорость 0,00358 9100 10000 11800 12700 17100 10100 10700 13400 13600 14200 отрыва, м/с 0,ООЭЗ 12000 13200 15100 16300 23000 16300 19300 20400 21850 24600 0,0193 13400 15300 16300 21850 26600 18400 22600 23700 28000 32000 Липкость сыров голландской группы. Липкость сыров к различи ным материалам, по данным ВНИИМСа, приведена в табл. 4—57. На рнс. 4-4 показаны велн- Таблица 4-57 Липкость сыров голландской группы к различным материалам Материал Возраст сыра Липкость, Па чнны липкости к сырам защит- ных покрытий парафинового и комбинированного типов. Измерения проводились при температуре 20° С по мето- дике ВНИИМСа. Адгезив нано- сили на поверхность сыра, за- тем на нее помещали перфори- рованную или стальную пла- стинку, отверстия которой так- же заливали адгезнвом. После выдержки в течение двух часов _ проводили нормальный отрыв пластинки со скоростью 0,001 м/с с помощью адгезнометра кон- струкции МТИММПа, одновре- менно регистрируя самописцем усилие отрыва. Точность метода 15%. Липкость плавленого сыра. Вычисляется по формуле [4] Древесина Пергамент Полиэтилен Фольга Прокладочная бумага I день 2600 1,5 мес 1400 То же 600 1700 800 Ро = а0хк, (4—44) где тк — продолжительность контактирования сыра с материалом, с) а0 — липкость при времени контакта 1 с, Па; b — темп нарастания липкости при изменении тк от 3 до 420 с. В табл. 4—58 и 4—59 приведены значения эмпипиче^иу коэгЬ-» фнциентов а0, b для сыров, обладающих разно, злажи^ыю *i ....^ ностью («Новый» — жира, в сухом веществе 0,30, влажность продук« 169
роЮ ,Па '1 ГР -p4^ uyf>^ 4^ k-^-"2 I ti\ i к^ ^^ ч i ;^ч ■* к— 3 РоЧ0~?Па Рис. 4—4. Липкость парафи- новых и комбинированных защитных покрытий к сы- рам разного вида и возра- ста [191: а —литовский; б—голландский: в — российский; У — восковой состав для сыров (ГОСТ 1 б 14- 25 40 7508—55); 2 — сплав СКФ-15; 3 — _ Новаллен-Д; 4 — ВИМ-К; 5 — Время нанесения покрытия, dm ВИМ-Д; 5-Новаллен-К та 0,55; «Дружба» — соответственно 0,55 и 0,50; «Янтарь» —0,60 и 0,50) в зависимости от адгезирующих материалов и давления кон* тактирования [5, 7, 20]. Таблица 4-58 Значения расчетных коэффициентов а0 и b для определения липкости плавленых сыров к различным материалам, [4] Материал пластин ,,Новый" а0-1(Г3 b ,, Дружба" b ,, Янтарь" а0.1(Г b Фторопласт-4 Сталь Ст.З Латунь Нержавеющая сталь Чугун 0,4 0,6 1,6 3,6 3,8 0,39 0,45 0,30 0,17 0,21 2,4 2,3 3,0 4,1 4,5 0,18 0,15 0,17 0,15 0,18 7,2 5,0 8,0 10,0 0,14 0,18 0,12 0,12 Ша|т Примечание. а0 и Ь получены при давлении контактирования 4900 Па, пло- ^аДн контакта 0,001 м*, высоте пробы 0,001 м. 160
Таблица 4-59 Значения расчетных коэффициентов для определения «. • ■липкости плавленых сыров к нержавеющей стали при различных значениях давления контактирования [4] Давление контак- тирования рк% Па „Новый", До'КГ3 „Дружба", 6-0,15 ло-10~~3 „Янтарь", &»0,12 л0.1(Г3 3420 4900 6850 9800 2,4 3,6 4,8 5,4 3,4 4,1 6,2 8,6 5,8 8,0 10,0 13,0 Примечание, do н Ь получены при площади контакта 0,001 м3. Аутогезиоииые свойства сырного зерна. Аутогезия сырного зерна, обрабатываемого в сыронзготовителе, представлена в табл. 4—60, Таблица 4-60 Аутогезия сырного зерна голландской группы сыров в разные моменты синеретической обработки в сыроизготовителе (данные ВНИИМСа) Время обработки зерна с момента разработки сгуст- ка, мин Пок аз ателичз ериа влага, кг/кг рН Аутогезия, Па Температура обработки (второго подогрева) 39°С 20 40 60 80 100 120 0,80 0,75 0,71 0,69 0,70 0,68 51 44 40 40 40 6,39 700 1400 1700 2200 1500 1200 Температура обработки (второго п о д о г р е в а) 42° С $0 0,78 6,50 600 40 0,75 6,47 1700 60 0,71 6,43 2500 80 0,68 6,42 2100 100 0,67 6,41 600 120 ,0,66 6,40 500 А^тотезю* гмпоч ппоеделяют [45] методом нормального отрыва цилньгЛрическоГи изразца диаметром 0,015 м и высотой 0,015 м от со- осио расположенного прямоугольного образца того же сыра, нмеюще» 6—2418 161
Та блица Ai/тогезия сыров (данные ВНННМСа) 4-61 Наименовалие сыров Свежеотпрессованная масса российского сы- ра с частичной по- солкой в зерне Камамбер Пошехонский Голландский Советский Чеддер Сыр плавленый кол- басный Сыр плавленый лат- вийский Примечание. Аутогезия при 18° С. Ау/огезия, Па 4400 5820 6900 8300 7330 9600 5040 4900 измерялась го размеры 0,06X0,06x0,01 м. Площадь контакта образца 1,77 -10""4 м2, давление контак- тирования 104 Па, продолжи- тельность 60 с, скорость отры- ва 0,3-10"3 м/с. Ошибка мето- да не превышает 10%. Значения аутогезии отпрес- сованной сырной массы и раз- личных видов натуральных и плавленых сыров представлены в табл. 4-61. При контактиро- вании в условиях вакуума (бо- лее 6-Ю4 Па) аутогезия по- вышается примерно в 2 ра- за. В табл. 4-62 приведены дан- ные, характеризующие зависи- мость аутогезии ломтиков сыра от шероховатости их поверхно- сти. Величина шероховатости определялась по ГОСТ 2789— 73 как среднее арифметическое абсолютных значений профиля неровностей. Таблица 4-62 Влияние шероховатости контактирующих поверхностей сыра на аутогезию (данные ВНИИМСа) Шероховатость поверхности, мкм Аутогезия, Па 3±0,7 440 9±0,9 690 П±1,7 2030 13±1,5 5350 2Ii3,I 3090 103±9,0 310 Коэффициенты трения. Коэффициенты (табл. 4—63) получены по минимальному углу наклона поверхности материала, при котором брусок сыра голландской группы начинает скользить по ней. При смачивании поверхности материала коэффициент трения, как правило, уменьшается за счет образования смазывающей пленки. При скольжении сыра после пресса по поверхности резины, смочен- ной рассолом, коэффициент трения уменьшается в 2,3 раза. В таких же условиях при скольжении по алюминию и дереву коэффициент трения снижается в 1,3—1,6 раза. При смачивании поверхности ма- териала (алюминий, нержавеющая сталь, дерево) водой коэффициент трения коркового слоя сыра без покрытия уменьшается в 1,5—2 ра- за, исключение составляет резина, для которой трение уменьшается в 1,1 раза. Трений ксжон го . - v*pa, покрытого' парафином, по смоченной водой поверхности нержавеющей стали и дерева возра- стает в 1,1—1,4 раза, а по резине — уменьшается в 1,2 раза. 1G2
Таблица 4-63 Коэффициенты трения сыра на разных стадиях его технологической обработки [46] Состояние продукта СО а. >> н со о. £ «о Г* о Материал и состояние его поверхности алюминий сух. см. р. см. в. нержавеющая сталь сух. СМ. р. см. п. Сыр после пресса Сыр после посол- ки и обсушки Сыр в процессе созревания, по- верхность корки чистаи Сыр во время со- зревания, поверх- ность корки покры- та слизью Сыр зрелый, по- крытый парафином 25—27 0,78 0,49 — — 0,70 — 12—13 0,46 — 12-14 0,75 — - — 0,62 0,38 0,83 12—14 — — 0,05 — — 0,49 0,05 10-12 — 0,52 0,50 0,56 Состояние продукта Температура, Продолжение Материал н состояние его поверхности резина сух. см. р. см. в. дерево сух. см. р. СМ. В. Сыр после пресса 25—27 0,91 0,39 — 0,85 0,64 — Сыр после посол- 12—13 0,50 — — 0,67 — — ки и обсушки Сыр в процессе 12—14 0,67 — 0,60 0,79 — 0,49 созревания, по- верхность корки чистая Сыр во время со- . 12—14 зревания, поверх- - ность корки покры- та слизью- Сыр ■ зрелый-, по: крытый парафином-. Примечание. .Сух..-^.сухая. поверхность; см. р.—поверхность, смоченная рассолом; см. в.-— поверхность, смоченная водой. Таким образом, при конструировании машин и транспортирую- щих устройств с целью стаби^чо* »*- --<юты необходимо основы- ваться на значениях .wjipipim.-eiuoB трения^ для соответствующих пар трения скольжения. _ ^ 0,22 — 10-12 0,78 — 0,62 0,57 0,11 : 0,-80 6* 163
5. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САХАРОПРОДУКТОВ, плодов, ягод, соков и напитков СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Вязкость сахаропродуктов. Определение вязкости мелассы и ме. лассовых растворов проводили на вискозиметрах типа ВПЖ-1 и Геп. плера при изменении температуры от 20 до 120° С и концентрации сухих веществ (СВ) от 0,07 до 0,79 кг сухих веществ на I кг про- дукта [22]. Вязкость зависит от температуры и концентрации и оп« ределяется по формуле (1—39), где а\ = 2,7+19,2 с при изменении с от 0,07 до 0,27; а2=0,426 при изменении с от 0,07 до 0,15; а2=0,47Э при изменении с от 0,15 до 0,27; /Пр=1°С. Значения коэффициентов при более высоких концентрациях при- ведены в табл. 5—1. Таблица -5-1 Значения коэффициентов в уравнении (1—39) | Концентрация с 41У7ШШПЦПЕП1 0,425 1,1764 3,416 1,487 105,6 2,1206 5400 198,4*103 2,8668 3,2757 В табл. 5—2 и 5—3 приведена зависимость вязкости сахарных растворов от содержания сахара и температуры. Таблица Зависимость вязкости (в Па»с) растворов от количества сахара и температуры [16] 5-2 о Количество сахара, кг иа 1 кг раствора 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 \S0 0,82 0,84 164 20 0,45 0,55 0,65 0.75 0,79 0,0572 0,0331 0,0809 0,0454 0,1171 0,1759 0,2760 0,4600 0,0636 0,0916 0,1366 0,2141 0,3561 0,6310 1,2140 0,0206 0,0275 0,0374 0,0522. 0,0747 0,1111 0,1737 0,2885' 0,5130 0,9800 2,1^00 0,0137 0,0178 0,0235 0,0317 0,0440 0,0631 0,0945 0,1487 0,2463 0,4330 0,6320 1,8000 0,0095 0,0121 0,0156 0,0206 0,0279 0,0388 0,0559 0,0841. 0,1330 0,2216 0,393е* 0,770и 1,7000 0,0069 0,0086 0,0108 0,0139 0,0183 0,0248 0,0348 0,0507 0,0768 0,1215 0.20" и,37./ 0,7400 0,0053 0,0064. 0,0079 0,0099 0,0127 0,0167 0,0227 0,0319 0,0466 0,0711 О 1 КО 0,3760 0,425 1,1764 3,416 1,487 105,6 2,1206 5400 198,4*103 2,8668 3,2757 2 и 5—3 приведена зависимость вязкости сахарных держания сахара и температуры. Таблица 5-2 зкости (в Па*с) растворов от количества сахара 30 Температура, 40 50 °С 60 70 80 572 809 171 759 760 600 0,0331 0,0454 0,0636 0,0916 0,1366 0,2141 0,3561 0,6310 1,2140 0,0206 0,0275 0,0374 0,0522. 0,0747 0,1111 0,1737 0,2885' 0,5130 0,9800 2,1^00 0,0137 0,0178 0,0235 0,0317 0,0440 0,0631 0,0945 0,1487 0,2463 0,4330 0,6320 1,8000 0,0095 0,0121 0,0156 0,0206 0,0279 0,0388 0,0559 0,0841. 0,1330 0,2216 0,393е* 0,770и 1,7000 0,0069 0,0086 0,0108 0,0139 0,0183 0,0248 0,0348 0,0507 0,0768 0,1215 0.20" и,37./ 0,7400 0,0053 0,0064. 0,0079 0,0099 0,0127 0,0167 0,0227 0,0319 0,0466 0,0711 О 1 КО 0,3760
Вязкость утфелей глюкозы определяли [8] на вискозиметре ЭВИ-57-П. Установлено, что вязкость (в Па «с) утфеля зави- сит в основном от содержания кристаллов и температуры ♦ tj = (0,0421 -0,15с) t + + 7,9с —2,192, (5—1) где с — содержание кристаллов, кг на 1 кг раствора; t — темпе- ратура, ° С. Уравнение (5-1) справедли- во при изменении с от 0 до 0,45 и t — от 25 до 45° С. Испытания меласс осу- ществляли на вискозиметре «Реотест-2» в интервале темпе- ратур от 25 до 55° С [7]. При этом было установлено, что те- чение меласс, содержащих более 41% сахарозы, описывается урав- нением Гершеля — Балкли, а меласс с меньшим содержанием сахаро- зы— уравнением Оствальда. С повышением температуры вязкость уменьшается, а индекс течения изменяется незначительно. Вязкость меласс повышается с увеличением концентрации сухих веществ при постоянных прочих условиях (табл. 5—4). Таблица 5-4 Зависимость вязкости мелассы (в Па-с) от скорости сдвига и содержания сухих веществ при температуре 40° С Содержание СВ, кг иа 1 кг продукта 0,815 0,849 0,878 1,5 2,7 4,5 8,1 13,5 24,3 40,5 . 7-3,0- • — — — 1,55 1,32 1,13 0,99- 0,86 — 3,93 3,32 2,90 2,55 2,22 1,98 1,70. 9,12 7,73 6,75 6,08 5,45 4,82 4,10 •3,40 20,3 17,5 15,2 13,0 11,6 10,2 8,8 ' 7,3 45,7 37,2 30,3 25,7 22,0 19,5 ;' 15,2 ' — - Сдвиговые характеристики плодов, ягод и соков. Предельное на- пряжение сдвига мезги.плодов и ягод определяли на сдвиговом при- боре. Степень отжима мезги оказывает существенное влияние на 06 (табл. 5—5). Опыты на вискозиметре РВ-8 позволили отнести плодово-яготт- гу:э :;езгу к псевдопластическим ;к1..чкостям, тсч^.о ..ото. ^к ..... сывается степенным уравнением Оствальда [11]. Зависимость эффек- тивной вязкости мезги яблок технической зрелости с размером частиц Таблица 5-3 Зависимость вязкости насыщенных растворов глюкозы от температуры \18] Температу- ра, °С Содержание глюкозы, кг иа 1 кг раствора Вязкость, Па-с 20 30 40 50 60 70 80 0,4772 0,5464 0,6183 0,7091 0,7473 0,7823 0,8463 0,0183 0,0187 0,0224 0,0509 0,0662 0,0784 0,1040 Скорость сдвига, с* 165
Таблица 5-5 Зависимость 0О (в Па) мезги плодов и ягод от степени отжима [11] Степень отжи\га Айва Яблоки сорта Превосходный Груши сорта Вильяме Брусника 0 0,2 0,4 0,6 0,7 900 1200 1800 2700 3500 500 600 900 1700 2G00 300 400 600 1100 1G00 100 150 250 700 1200 от 2 до 5 мм от температуры (в °С), скорости сдвига (в с-*1) и сте- пени отжима представлена уравнением (1—29а), где коэффициенты имеют значения, приведенные в табл. 5—6. Таблица 5-6 Значения Коэффици- ент коэффициентов уравнения (1- -29а) Темперагура, °С 11 21 30 42 54 64 В* Па-с 70 m 63 54 44 34 29 0,841 0,843 0,815 0,835 0,831 0,832 Коэффициент 0 0,1 Продолжение Степень отжима 0,2 о.з 0.4 0,5 0,6 В01 Па-с m 85 0,835 170 0,837 240 0,835 310 0,832 450 0,851 660 1050 0,858 0,925 При извлечении сока из мезги 00 и г)3ф значительно изменяются: в шнековых стекателях при повышении степени отжима от 0 до 0,4 Go Увеличивается в 1,5—2 раза, а г)Эф — в 4—5 раз; в шнековых прессах прн росте степени отжима от 0,4 до 0,7 0о увеличивается в 2—3 раза, а Паф — в 5—6 раз.. . Соки овощей, плодов и ягод с гидродинамической точки зрения м°жно представить как' суспензию взвеси, состоящей из осколков Сетчатки тканей плодов и раздробленных косточек в плазме сока, т- е- в ось^.л^ннс. с,л... Осветленные соки при течении практически не проявляют анома- * Ин вязкости и могут быть отнесены к ньютоновским жидкостям. 166
Наличие в Соках ЬзвесИ, состоящей из крупных частиц (в яблоч- ком, айвовом, абрикосовом, персиковом соках), приводит к аномалии вязкости, что объясняется главным образом не разрушением про- странственной структурной сетки, которой в соках практически нет, а ориентацией частиц взвеси в направлении течения и, возможно, дроблением самих частиц при очень высоких значениях градиента скорости. В соках с мякотью практически не наблюдается тнксотроп- иых явлений. Поэтому можно полагать, что механическое разруше- ние частиц взвеси маловероятно. Эффективную вязкость яблочного сока в зависимости от измене- ния концентрации взвесей определяли на капиллярном вискозиметре АКВ-2М в диапазоне скорости сдвига от 0 до 4-Ю4 с-1 [13]. Течение яблочного сока описывается уравнением Оствальда, а изменение эф- фективной вязкости т]Эф (в Па-с)—зависимостью (1—29а), где В* = 0,22Па-с; /я = 0,4. С помощью вискозиметра Гепплера была определена динамиче- ская вязкость свежеотпрессованного яблочного сока — 2,12-10~3 Па-с, сброженного—1,25-10~3 Па-с и сброженно-спнртованного, оклеен- ного бентонитом,— 1,76-10~3 Па-с. Вязкость соков осветленных и с высокодисперсной взвесью при- ведена в табл. 5—7. Вязкость плодовых соков [6, 19, 21] Таблица 5-7 Сок Концентра- ция сухих веществ, кг/кг Темпера- тура, °С 1Т]-108, Па-с Виноградный Яблочный Вишневый 0,15 0,20 0,30 0,205 0,295 0,354 0,400 0,500 20 24 30 20 25 30 35 57 20 1,75 2,10 2,76 2,23 3,43 3,90 4,30 5,30 1,85 Вязкость (в Па-с) абрикосового сока при 13=^^47° С и 230^ ^-у^НОО с-4 можно вычислить по формуле [5] (вискозиметр РВ-8), которая подобна (1—37а): rJ== 0,105уГ0,52ехр( —0,0167/). (5—2) К. М. Коларовым [10] установлено, что изменение количества сухого вещества оказывает значительное влияние на реологические свойства и поведение концентратов томатов: при содержании сухих веществ мет'тлШ^ 8Я1- от" °бя подобно in -ооновской жидкости, при СВ от ь до 15% —п^вдопластической жидкости, а при СВ более 15% концентраты проявляют дилатантные свойства. Для лрактнче- 167
cKlix Расчётов вязкости (в На-с^ томатных концентратов1 п£>й изме- нении температуры от 20 до 90° С и концентрации от 0,20 до 0,40 кг СВ на 1 кг продукта предложена формула (вискозиметр «Реотест RV») Igr|= 12,5^— 1,1л, —3,75 сд, —2,73, (5—3) где at = !03//(273 + О2— температурный коэффициент. Таблица 5-8 Предельное напряжение сдвига (в Па) томатных концентратов Темпера- тура, °С Сорт томата Концентрация, кг СВ на I кг сока 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 20 40 60 145—11 ЕС—24 Хейнц 1350 145-11 ЕС—24 Хейнц 1350 145—11 ЕС—24 Хейнц 1350 27 40 58 16 27 40 7 13 23 50 73 122 31 44 90 15 24 67 89 143 263 60 102 190 38 70 145 185 262 530 122 187 385 82 126 250 303 448 880 227 334 650 170 257 500 Таблица 5-8а Вязкость продуктов при температуре 20° С и скорости сдвига 100 с-1 Продукт Вязкость, Па-с Продукт Вязкость, Па-с Соки с мякотью абрикосовый айвовый Пюре для детского пита- ния из абрикосов баклажанов с молоком бананов моркови и персиков Смесь яблок яилок н вишен повидло яблочное 0,093 0,083 1,04 0,74 0,54 0,33 0,33 0,31 7,2 Протертые клубника клюква яблоки. яблоки и Томатные с сахаром рябина концентраты с содержанием сухих ве- ществ, кг иг 0,058 0,128 0,160 0,25 0,295 0,3 0,355 0,41 1 1 кг сока 1,07 1,55 1,25 1,22 0,056 0,215 0,375 1,05 2,4 2,7 •- »^ 15,0 168
Значения величины предельного напряжения сдвига (вискози- метр РВ-8) в зависимости от концентрации сухих веществ и темпе- ратуры приведены в табл. 5—8 [10]. С помощью вискозиметра «Реотест RV» получены значения вяз- кости ряда продуктов растительного происхождения (табл. 5—8а). Вязкость пюре других наименований можно определить по фор- муле [2] Ч-аО-*/*)"-1, (5-4) где а, Ь, п — эмпирические коэффициенты (табл. 5—9). Таблица 5-9 Значения коэффициентов уравнения (5—4) Пюре Яблоки и абрикосы при y<50 с-1 ъ y>50 с-1 Яблоки и вишня при y<40 с-1 у> y>40 С"1 Тыква с морковью при Яблоки со сливками и при y<61 с-1 » Y>61 с-1 Y = = 40-^60 с"1 сахаром а 12,3 7,65 19,25 13,3 17,0 13,5 5,64 ь 120 120 96 96 120 95 95 п —0,735 —0,613 —0,8 -0,7 —0,8 —0,75 —0,54 На вискозиметре Гепплера определена вязкость плодовых соков при изменении температуры от 20 до 80° С и содержания сухих ве- ществ от 0,10 до 0,60 кг/кг [9]. Получена эмпирическая формула Ig-q^a-bat, (5—5) где г| — вязкость, Па-с; а, Ь — коэффициенты (табл. 5—10); at= \Wt/(273 + ty —температурный коэффициент. Таблица 5-10 Значения коэффициентов уравнения (5—5) для различных плодовых соков с, кг/кг Малина «1 b Клубника а b Яблоки а b Вишня а b Виноград а b 0,10 0,20 0,30 и,-к) 0,50 0,60 0,43 0,63 0,85 1,19 1,69 1,11 0,43 1,21 0,62 1,36 0,83 1,60 1,17 2,00 1,66 1,1 0,41 1,19 0,60 1,34 0,82 1,^6 1,16 1,97 1,65 U 1,18 1,33 1,56 ,96 0,39 0,58 0,81 1,62 1,09 0,38 1,08 1,17 0,56 1,15 1,33 0.7Q !.32 I ,OU А , А-.» . , 1,96 1,59 2,39 2,56 2,35 2,53 2,33 2,51 2,30 2,49 2,27 2,47 169
Вязкость напитков. На вискозиметре Оствальда определена вяз- кость водно-спиртовых (табл. 5—11) и водно-спиртово-сахарных рас- творов (табл. 5—12) в зависимости от температуры, концентрации спирта и сахара. Таблица 5-И Зависимость вязкости водно-спиртовых растворов rj-103 (Па-с) от температуры и концентрации спирта [20] Температура, °С 0 10 20 30 40 50 60 70 оло 3,215 2,162 1,548 1,153 0,896 0,725 0,602 0,509 Концентрация сиир 0,20 5,275 3,235 2,168 1,539 1,144 0,896 0,728 0,606 0.30 6,900 4,095 2,670 1,849 1,353 1,038 0,826 0,677 га, кг/кг 0,40 7,150 4,355 2,867 1,941 1,455 1,116 0,887 0,724 0,50 6,625 4,174 2,832 2,001 1,475 1,136 0,904 0,739 Данные табл. 5—11 и 5—12 могут быть использованы при опре- делении вязкости ликеро-водочных изделии, вина, пива, заменяя со- держание сахарозы содержанием экстракта. На структурно-механические свойства виноградной мезги, вы- жимочных и дрожжевых суспензий оказывают существенное влияние концентрация, температура, тип обрабатывающего оборудования и режимы его работы. При помощи конического пластометра с высотой конуса 0,15 м, углом при вершине 30° и массой 100, 200 и 300 г полу- чены значения предельного напряжения сдвига мезги (рис. 5—1). По- мимо этого приведены значения относительной плотности, объемной массы и пористости [14]. Таблица 5-12 Зависимость вязкости водно-спиртово-сахарного раствора г\ • J03 (в Па-с) от температуры [20] Темпера- тура, °С Концентрация раствора, кг на 1 кг раствора1 0,225 0,10 0,36 0,10 0,2125 0,15 0,34 0,15 0,20 0,20 0,32 0,20 0 о 10 Id 20 2d 80 35 40 6,414 5,099 4,083 3,271 2,516 2,115 ".яоз 1,608 1,456 8,061 6,571 4,996 3,946 3,338 2,722 Г» о « ъ 1.962 1,816 7,398 6,021 4,658 3,894 3,129 2,648 2,274 1,953 1,688 9,997 7,283 6,098 4,695 3,841 3,159 2,64Р 2,231 1,960 8,355 6,593 5,333 3,962 3,442 2,937 2,433 2,088 1,803 12,276 8,184 7,564 6,007 4,804 3,734 3,162 2,670 2,370 170
Продолжение Темпера- тура, °С Концентрация раствора, кг иа 1 кг раствора1 0.1875 0,25 0.30 0,25 0.175 0,30 0,28 0,30 0.1625 0,35 0,26 0,35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10,904 8,811 6,721 5,763 4,687 3,791 3,190 2,827 2,505 15,865 12,623 9,452 7,453 6,136 4,985 4,124 3,455 2,938 15,958 12,331 10,100 8,172 6,407 5,200 4,315 3,589 3,145 19,953 15,721 12,172 9,531 7,892 6,508 5,543 5,011 4,487 21,493 17,854 13,642 10,884 8,545 6,748 6,007 4,962 4,430 29,686 22,975 17,870 14,387 11,616 9,078 7,163 5,929 5,264 розы. Верхняя строка — концентрация спирта; нижняя — концентрация саха- Рис. 5—1. Зависимость относи- тельной плотности ротн (кривая 1), объемной плотности pv (кри- вая 2)у пористости vn (кривая 3) и предельного напряжения сдвига 80 (кривая 4) от содержания со- ка V 35 40 45 50 55 60 65 70 V Таблица 5-13 Зависимость вязкости метановой бражки г\-103 (в Па-с) от содержания сухих веществ и температуры [21] Содержание сухих веществ, кг на 1 кг продукта 0,037 0,108 0,267 0,317 0,427 0,550 0,6ои 0,692 20 1,6 1,9 4,8 7,2 18,0 ос; о u-\J,U — Температура, °С 40 1,0 1,4 3,0 4,3 9,8 42,0 115,0 420,0 60 0,75 0,96 1,9 2,7 5,9 20,0 J5,0 140,0 80 0,60 0,74 1,40 1,85 4,0 11,0 29,0 77,0 171
150 250 350 450 9 Ю 11 12 15 14 15 с-Ю2 5 Рис. 5—2, Зависимость эффективной вязкости т}Эф от скорости сдви- га -у (а), пластической вязкости т}Пл и предельного напряжения сдвига 60 от концентрации с (б) для выжимочных ( Рислинг, Каберне) и дрожжевых ( ) суспензий. Концентрация суспензий (в кг сухих веществ на 1 кг системы): /-0,17; 2 — 0,136; 3-0,113; 4-0,095 Таблица 5-14 Зависимость эффективной вязкости и плотности вина от температуры [3] Температура, °С Вязкость Чэф*104> Па«с Плотность, кг/м» Вязкость Чэф-Ю'. Па-с Плотность, кг/м8 -5 0 10 20 30 40 50 60 —5 0 10 20 30 40 50 60 Сухое 36,28* 29,91 20,29 15,10 12,26 10,30 9,32 8,82 996* 996 995 993 991 986 981 975 Фруктовое 68,65 46,48 29,51 20,79 15,30 12,06 ;j,cq 10,30 1019 1018 1015 1012 1008 1003 908 993 Крепленое 68,56 54,33 34,32 23,53 17,16 13,04 10,79 10,30 Белый 93,85 73,55 47,07 31,28 22,75 17,55 11,41 13,43 1036 1034 1030 1025 1020 1014 1008 1002 мускат 1093 1092 1089 1086 1082 1077 1071 1065
Таблица 5-15 Зависимость вязкости и плотности сусла и пива Жигулевское '* г от температуры [17] ' Продукт Сусло неохмелеиное (16,5% экстрактивных веществ) Сусло охмеленное (11% экст- рактивных веществ) Пиво (5,5% экстракта, 2,9% спирта) Темпера « •С 20 40 60 70 75 5 10 20 40 60 70 75 2 5 10 20 30 50 70 75 Вязкость Т|-104, Па-с 24,Ю 15,30 11,15 9,55 7,90 28,90 25,20 18,60 11,96 8,95 7,69 7,21 28,16 24,10 20,10 14,51 11,90 7,80 5,20 4,81 Плотность, кг/м* 1067,6 1060,9 1051,7 1046,2 1043,3 1046,4 1046,1 1044,1 1037,8 1028,8 1023,6 1022,6 1018,6 1018,6 1018,4 1016,9 1014,4 1008,4 1000,1 1000,1 Таблица 5-16 Характеристики масляных растворов жирорастворимых витаминов [4] Витамин Концентрация витаминов, кг на 1 кг раствора Плотность, кг/м8 Вязкость Г)-1(Г~ , Па«с А D Е К 0,65 0,0019 0,33 0,40 930 920 930 940 70 46 102 90 Вязкость водных суспензий осадков вииных дрожжей и изм^ль- ^лн'ых виноградных выжимок в значительной мо^е зависит от скоро- сти сдвига, а в диапазоне скорости от 150 до 550 с~1 кривые течения описываются уравнением Бингама [1]. Опыты проводили на ротаци- 173
онном вискозиметре с зазором между цилиндрами 2 мм. Вязкость суспензий уменьшается с ростом скорости сдвига и снижением кон- центрации (рис. 5—2). Аналогичная зависимость наблюдается и для предельного напряжения сдвига. Значения вязкости и плотности метановой" бражки, вина, сусла и пива,, а также витаминов приведены соответственно в таил. 5—13-г- КОМПРЕССИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЛОТНОСТЬ .Временное сопротивление при сжатии образцов из моркови и яблок определяли на испытательной машине РТ-250 [23]. После об- работки данных наблюдений была получена зависимость вида .св = а.10-*т, (5—6) где On — временное сопротивление разрушению, Па; т — длительность тепловой обработки, с; а, 6—- эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в табл. 5—17. Таблица 5-17 Значения коэффициентов уравнения (5—6) Коэффициенты для яблок сор- та Синаи 50 80 Температура, °С для моркови сорта Каротель 10Э ПО 120 130 140 а-10, Па 2,14 2,14 19,8 19,8 19,8 18,0 16,9 Ь, с-1 0,0048 0,0077 0,005 0,0092 0,0128 0,0142 0,0161 Формула (5—6) справедлива при изменении длительности теп- ловой обработки от 40 до 200 с, она может быть использована так- же для определения допускаемой нагрузки при механической обработ- ке моркови и яблок. Для разрушения зрелых слив необходимо усилие 4,5—6 Н, слив с прозеленью —20 Н, косточек —400—450 Н. Плоды спелых абри- косов разрушаются при нагрузке 8—9 Н, с прозеленью — 31 И, кос- точки— 1000 Н. Работа, затрачиваемая на разрушение косточек при ударных на- гРузках, составляет для абрикосов — 0,294 Дж, вишен — 0,202 Дж, слив-0,127 Дж. Плотность (в кг/м3) мелассовых растворов была определена п,ПчНометрическпм методом [22]: р= 1007,3 +4, II (100 с —0,11 t). (5-7) ]0 ^ . _.4а (5—7) cnpanrt.vM'Ba в диапазоне температ^ от 20 то ~® С и концентрации от 0,05 до 0,50 кг сухих веществ па 1 кг рас- твора. 174
В [16] приведены значения плотности (в кг/м3) некоторых видов Сахаров: сахар-рафинад при 15° С— 1600; сахартнесок при влажности 0,3%—660; инвертный сахар при 15° С— 1198, при 35° С— 1188, при 60°С—1174, при 85°С — 1160; безводная глюкоза — 1538,4; гидрат- иая глюкоза— 1571,4; мальтоза— 1500. В табл. 5—18 приведена плотность сахарных растворов. Таблица 5-18 Зависимость плотности сахарных растворов от температуры \16] Темпера- тура, °С 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Содержание сахара, г на 100 см1 йоды 179,2 184,7 190,5 197,0 203,9 211,4 219,9 228,4 238,1 248,7 260,4 Плотность, кг/м3 1314,0 1319,2 1323,5 1328,0 1332,7 1342,7 1342,7 1348,0 1353,5 1359,2 1365,1 Темпера- тура, °С 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 — Содержание сахара, г на 100 см* воды 273,1 287,3 302,9 320,5 339,9 362,1 386,8 415,7 448,6 487,2 — Плотность, кг/м8 1371,2 1377,5 1384,0 1390,8 1397,7 1404,9 1412,2 1419,9 1427,7 1435,9 — Плотность мезги разных видов растительного сырья при темпе- ратуре 20—23° С равна: семечковых плодов (яблоки, груши, слива) — 990—1030 кг/м3; косточковых плодов (вишня, черешня, алыча) — 1050— 1070 кг/м3; ягод — 990— 1060 кг/м3 [11]. Зависимость плотности яблочного сока от температуры вымора- живания и содержания сухих веществ представлена в табл. 5—19 [12]. Таблица 5-19 Плотность концентрированного яблочного сока Темпера- тура вымо- раживания, °С Концентрация сухих веществ, кг/кг Плотность, кг/м8 Темпера- тура вымо- раживания, °С Концентрация сухих веществ, кг/кг Плотность, кг/м3 ■1,3 ■5 7 0,108 0,3265 0,4065 1046 1124 1176 -9,6 — 11,3 — 18,6 0,476 0,0526 0,637 1212 1232 1295 Зависимость плотности (в кг/м3) томатных концентратов от тем- пературы и концентрации практически линейная [10] р= 1020 4-4,2 .100 с— 0,56/. (5—8) Формула (5—8) справедлива при изменении концентрации от 0,05 до 0,40 кг на 1 кг продукта и температуры — от 20 до 80° С. 175
•Таблица 5-20 Зависимость плотности водно-спиртовых растворов от содеро/сания спирта и температуры \17\ Содержание спиота, об.% Плотность, кг/м" Содержание, спирта, об. % Плотность, кг/м8 Содержание спирта, об. % Плотность, кг/м1 Температура 10° С 10 990 50 940 80'" 870 20 980 60 910 90 840 30 970 70 890 100 800 40 950 Температура 20° С 10 980 50 930 80 860 20 970 60 910 90 830 30 960 70 880 100 . 790 40 950 Температура 30° С 10 980 50 910 80 830 20 960 60 880 90 810 30 950 70 860 100 780 40 930 Температура 40° С 10 970 50 900 80 830 20 960 60 870 90 800 30 940 70 860 . 100 770 40 920 Температура 50° С 10 970 50 890 80 820 20 950 60 870 90 790 30 930 70 840 100 760 40 910 Температура 60° С 10 960 50 880 80 810 20 940 60 860 90 780 30 930 70 830 100 750 40 900 Температура 70°С 10 960 50 870 80 800 20 920 60 850 90 770 30 910 /0 b-,0 юи 750 ,40 890 176
Плотность (в кг/м3) виноградного сока в зависимости от темпе- ратуры и концентрации (в кг на 1 кг сока) можно определить по формуле [6] Р = 969+571,5с — (0,25— 0,42 с) t. (5—9) Плотность (в кг/м3) метановой бражки в зависимости от кон- центрации сухих веществ (в кг на 1 кг бражки) и температуры мож- но определить по формуле [21] Р = 1000 — 5,1 (100 с — 0, И) (5—10) Плотность водио-спиртовых растворов приведена в табл. 5—20. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ На приборе Ребиндера методом наибольшего давления пузырь- ков получена зависимость поверхностного натяжения а (в Н/м) ме- лассы и ее растворов от температуры и концентрации [22]: а = 75 — 0,183 (146 с+0. (5—Н) которая справедлива при температуре от 20 до 120° С и концентра- ции от 0,07 до 0,45 кг/кг. Поверхностное натяжение растворов сахарозы представлено в табл. 5—21, пива и сусла — в табл. 5—22. Трение плодово-ягодной мезги изучали на приборе П-10с при скорости скольжения 0,07—0,08 м/с и избыточном давлении (0,1ч- .4-2,0)105 Па- [11]. Опыты проводили с мезгой яблок (степень сжатия 0,77), сливы (0,57) и брусники (0,8). Зависимость удельной силы трения рТр (в Па) от нормального давления рк (в Па) описывается уравнением /?тр=я + Ыо (5—12) где a, b — эмпирические коэффициенты. Таблица 5-21 Таблица 5-22 Поверхностное натяжение растворов Поверхностное натяжение сахарозы при температуре 20° С [16] (в Н/м) пива и сусла \21] s Ь н а * о §.зЗ. £2£ 2} о. 23~& Л и Ж ю остное ие, х * X $ £ 2 - С хХ * * % « -п. ж Я и *х=~£ ess! остное ие, х = X « £гз г2 «—" 0,00 0,0727 0,298 0,0760 0,068 0,0731 0,310 0,0762 0,100 0,0734 0,407 0,0771 0,131 0,0736 0,475 0,0780 0,205 0,0745 lfM2 0,C787 0,222 0,0749 0,527 0,0796 Темпера- тура, вС Сусло Пиво 10,15 20,00 29,41 38,95 48,54 57,61 64,49 0,0422 0,0404 0,0392 0,0382 0,0367 0,0360 0,0360 0,0460 0,0454 0,0443 0,0443 0,0437 0,0433 0,0429 177
Таблица 5-23 Статический (в числителе) и динамический (в знаменателе) коЭффициенты трения свежих овощей и фруктов при взаимодействии 0 стальной поверхностью (Ст.З) в зависимости от нормального давления [15] Айва Груша Яблоко Огурец Тыква Баклажан Капуста Лук репчатый Свекла столо- вая Морковь Картофель 0,61/0,26 0,31/0,25 0,28/0,23 0,16/0,05 0,42/0,30 0,29/0,13 0,39/— 0,24/0,14 0,40/0,15 0,46/0,23 —/0,22 0,55/0,24 0,28/0,14 0,30/0,19 0,16/0,04 0,44/0,34 0,25/0,09 0,36/— 0,26/0,15 0,36/0,13 0,40/0,30 0,28/0,21 0,47/0,22 0,25/0,09 0,29/0,11 0,15/0,04 0,38/0,22 0,19/0,09 0,45/— 0,27/0,08 0,34/0,21 0,39/0,20 0,26/0,15 0,44/0,18 0,17/0,10 0,29/0,10 0,15/0,05 0,32/0,23 0,17/0,08 0,40/— 0,32/0,06 0,36/0,20 0,38/0,13 0,35/0,12 Уравнение (5—12) справедливо при изменении рк от 0 до 2,0Х ХЮ5 Па. При скольжении по латунной поверхности с шерохова- тостью /?z= 1,25 для мезги яблок а = 0,26-105 Па, 6 = 0,533; для мезгн айвы а=0,67-105 Па, 6 = 3,42; для мезги брусники а=0,0Ы05 Па, 6 = 0,22. Угол естественного откоса г|э (в град), обеспечивающий самопро- извольное скольжение виноматериала, и коэффициент трения покоя [ст зависят в основном от материала поверхности (табл. 5—24). Таблица 5-24 Зависимость г|) и fCT от материала поверхности [1] Материал поверхности Длч гребней Ф /ст Для мезгн Ф /ст Для выжимок ф /ст Сталь IX18H9T Эпросин Е-28 Лак ХС-76 Полиэтилен листо- вой Облицовочная ^клоплитка ^сРамическая ный железпе- ^уб Фугованный 178 23—28 22-28 22—29 20—23 24—28 22—27 25-31 27—35 0,43—0,53 0,40—0,53 0,40-0,55 0,36—0,43 0,45—0,53 0,40—0,50 0,47—0, С J 0,50—0,65 30 33 33 29 31 31 37 39 0,58 0,66 0,67 0,э5 0,60 0,64 0,75 0,81 41 41 42 41 42 Ч 41 0,87 0,90 0,90 0,85 0,91 0,88 0,89
6. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ И МУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Сдвиговые характеристики жидкообразных продуктов Вязкость молочной закваски. Продукт представляет собой слож- ную дисперсную систему [49]. В интервале влажности 0,65—0,67 кг влаги на I кг закваски не наблюдается статического предела теку- чести. Понижение влажности до 0,63 вызывает появление этого предела; закваска обладает динамическим предельным напряжением сдвига, которое меняется от 3,5 до 6 Па. В диапазоне скоростей сдви- га от 20 до 105 с~! среднее-значение индекса течения равнялось ОД а темпа разрушения структуры — 0,2 [см. формулы (1—32), (1—29а)]. Полученные на вискозиметре РМ-2 зависимости Пэф (Y» №> р) показали, что молочнокислая закваска обладает аномалией вязкости (табл. 6—1). Таблица 6-1 Эффективная вязкость (-в Па-с) молочнокислой закваски (t=39°C, кислотность 23°) Влажность, кг/кг Давление р- Ю-5, Па Скорость сдвига, с 25 40 60 80 100 0,63 0 0,62 0,54 0,52 0,47 0,46 0,65 0 0,53 0,47 0,45 0,43 0,42 0,67 0 0,48 0,43 0,40 0,38 0,38 0,65 0,2 0,55 0,50 0.46 0,44 0,43 Вязкость ржаной закваски. На ротационном вискозиметре РМ-2 изучали ржаную закваску влажностью 0,663—0,669 кг влаги на 1 кг закваски при скоростях сдвига от 3,6 до 122 с-1 [49]. Построение зависимостей у(0) позволило выявить, что в исследованном интер- вале скоростей сдвига индекс течения равен 0,45. При влажности 0,70 закваска является жидкообразиой аномально-вязкой системой, а при 0,61—твердообразиой. При скоростях сдвига более 50 с-1 интенсив- ность снижения вязкости сравнительно мала, т. е. вязкость практи- чески перестает зависеть от скорости сдвига (табл. 6—2). Эффективная вязкость ржаной закваски зависит от ее плотности *(V = 27,1 с-1):- р, кг/м3 750 800 850 900 950 Лэф, Пд-с 2,25 2,35 2,65 3,05 3,35 179
Таблица 6-2 Эффективная вязкость (в Па-с) ржаной закваски ажность, кг/кг 0,70 0,61 Плотность, кг/м* 838 845 5 6,0 10,0 Скорость 20 2,8 4,5 40 1,9 2,8 сдвига. 60 1,5 2,2 —1 с 80 1,3 2,0 100 1,2 1,9 Вязкость осахарениой заварки. Продукт представляет собой двух- фазную дисперсную систему с постоянной плотностью (ИЗО кг/м3) [49]. В опытах использовали заварку, приготовленную в производст- венных условиях из ржаной сеяной муки, исследования проводили на ротационном вискозиметре РМ-2. Графики зависимости эффективной вязкости заварки от скорости сдвига и температуры имеют два уча- стка: первый — при скоростях сдвига до 31 с-1, в котором указанная зависимость существенно нелинейна; второй — в области больших ско- ростей сдвига (табл. 6—3)'. Эффективная вязкость Температура, °С 49 59 (в Па 20 3,0 2,5 с) Таблица 6-3 осахаренной заварки Скорость сдвига 40 1,8 1,5 60 1,4 1,2 —1 с 80 1,2 0,9 100 1,0 0.8 Для заварки влажностью 0,675—0,706 кг влаги на 1 кг заварки индекс течения равен 0,4. Сдвиговые характеристики твердообразных продуктов Вязкость жидкой опары. Жидкая опара из пшеничной муки I и 11 сортов в диапазоне изменения влажности 0,62 — 0,68 кг влагн на [9*и опаРы ПРИ температуре 28° С была изучена в процессе брожения [Щ. Исследования проводили на ротационном вискозиметре РВ-8 Зависимость вязкости от скорости сдвига была получена на вис- козиметре Павлова при температуре 28° С (табл. 6—5). . -А- С. Гришин [16] считает, что жидкая опара влажностью 0,65 а вискозиметре РВ-8 была определена начальная и установившаяся птяя к ньютоновским жидкостям. •О по своим свс^т^ам —»••*- 3кость опары из пшеничной муки I и II сортов (табл. 6—6). 180
Реологические характеристики жидкой опары Таблица 64 Сорт муки I II Влаж- ность, кг/кг 0.62 0,64 0,66 0,68 0,62 0,64 0,66 0,68 Свежезамешен- ная < и я •а" ВЯЗКОСТ 11,1 8,2 3,7 1,9 15,3 11,7 5,0 2,9 )пара на- <а cd предель пряжею сдвига, 2,8 2,5 2,1 1,8 3,8 3,1 2,7 2,4 Вязкость бродящей опары (в Па «с) прн времени 30 60 13,0 14,3 9,8 10,8 4,8 5,4 3,0 3,4 16,0 17,2 13,5 14,0 5,5 6,9 3,7 4,0 брожения, мин 90 120 150 180 240 15,0 15,3 14,0 14,5 13,4 11,5 12,0 11,9 11,6 10.5 5,9 6,0 6,1 5,7 4,8 3,7 4,0 4,1 3,8 3,9 17,7 18,0 17,6 17,5 16,5 14,2 14,4 14,4 13,2 13,2 7,3 7,3 8,2 7,7 6,3 4,1 4,5 4,9 4,6 3,7 ' Таблица 6-5 Зависимость вязкости (в Па-с) жидкой опары от скорости сдвига Сорт муки I II Влажность, кг/кг 0,62 0,64 0,66 0,68 0,62 0,64 0,66 0,68 2 14,0 9,0 5,5 4,0 17,0 12,0 9,0 7,5 10 10,0 7,5 5,0. 3,0 12,0 10,0 8,5 6,5 Скорость 50 7,7 5,6 3,2 2,0 8,0 6,0 3,0 2,5 сдвига, с 250 3,0 2,2 1,7 1,1 3,5 3,0 2,0 1,0 -1 1250 1,0 0,8 0,6 0,4 1,2 0,8 0,7 0,5 3100 0,7 0,6 0,4 0,3 0,9 0,8 0,6 0,4 • Одним из перспективных методов интенсификации тестоприготов- ления является акустическая обработка жидких полуфабрикатов хле- бопекарного производства. Для изучения реологических свойств ис- пользовали ротационный вискозиметр РМ-2 [20]. Наибольшую вяз- кость обработанная опара имеет после 120. мин брожения (табл.. 6—7). Структурно-механические характеристики муки во многом опреде* ляются свойствами клейковины [3, 27], поэтому изучение последних является самостоятельной задачей. Исследование клейковины муки различных сортов проведено Б. А. Николаевым с сотрудниками [38]» Опьттьт проводили на г^иб^ре v - л~ остоянном малом градиен* те скорости (3-10- 1) в условиях полного развития высокоэлас» тичных деформаций, результаты приведены в табл. 6—8. 181
Таблица 6-6 Вязкость жидкой опары из пшеничной муки Опара нз пшеничной муки Влажность, кг/кг 0,65 0,70 0,65 0,70 0,65 0,70 0,65 0,70 Вязкость, Па.с начальная 6,32 1,45 5,50 1,33 2,80 0,79 1,80 0,58 установившая- ся 3,95 0,88 2,90 0,84 1,75 0,52 1,31 0,47 I сорта II сорта I сорта (разбавленная водой и солевым раствором) II сорта (разбавленная водой и солевым раствором) Таблица 6-7 Изменение эффективной вязкости опары во время брожения (у = 10 с"1) Опара Время брожения, мин 60 120 180 240 Необработанная Обработанная 10 14,1 19,8 24,7 20,2 5 5,5 8,8 7,4 — Таблица 6-8 Структурно-механические характеристики клейковины Сорт муки Влажность, кг/кг о.ю 2, Па ti'io"5, Па. с П/G, с Упругость, % Эластич- ность, % 0,65 0,67 0,68 4,8 3,4 5,5 3,4 2,1 2,2 680 690 445 57 57 52 74 71 65 Высший I II С целью изучения влияния ионов металлов испытывали [35] клейковину, отмытую из теста, замешенного на дистиллированной воде, 3%-ном растворе хлористого натрия и московской водопровод- ной воде (табл. 6—9). Вязкость бездрожжевого теста. Исследовали [8] тесто влаж* ностыо 0,44—0,62 кг влаги на 1 кг теста из пшеничной муки высшего и I сортов при температуре 30° С на вискозиметре «Реотест RV». Полученные зависимости Лэф(у) пРи различных влажностях (W, кг влаги на 1 кг теста) имеют экспоненциальный характер; они могут быть описаны выражением т,эф = а1 + ечР ".гДЬЛГ, , (6— Г, гДе аь а2, аз — эмпирические коэффициенты (табл. 6—10). 182
Таблица 6-9 Влияние ионов металлов на характеристики пшеничной клейковины Дистиллированная вода 0,672 0,67 1,06 159 50 74 3%-ный раствор NaCl 0,696 0,73 2,02 276 38 77 Водопроводная вода 0,673 1,33 3,57 269 39 83 Таблица 6-10 Значения коэффициентов к уравнению (6—/) . Тесто из муки ах а2 Яз Высшего сорта 0,1 52,77 13,17 I сорта 0,1 50,26 12,47 Вязкостные характеристики хлебопекарного теста и густой опа- ры. На вискозиметре РВ-8 при скоростях сдвига 0,01—0,1 с~1 опреде- ляли характеристики теста из пшеничной муки [16]. Обработка ре- зультатов экспериментов позволила получить зависимость пластиче- ской вязкости [см. формулу (1—25)] от влажности r{ = atfa*w-a>, (6-2) где W — влажность, кг/кг (диапазон изменения находится в преде* лах, определяемых рецептурой соответствующих сортов); a[f а2, аг — коэффициенты (табл. 6—11). Таблица 6-11 Значения коэффициентов к уравнению (6—2) Тесто из муки я» а2 а3 Высшего сорта 8000 2,76 1,83 I сорта 10500 2,90 1,78 II сорта 5800 1,80 1,38 Зависимость модулей упругости G} и эластичности G2 от влаж« ности имеет вид С =61ехр( —;^/), (6—3) где 6j и Ьг — эмпирические коэффициенты (табл. 6—12). 183
Таблица 6-12 Значение коэффициентов к уравнению (6—3) Модуль Пшеничное тесто из муки высшего сорта *. Пшеничное тесто из муки 1 сорта Ь* Пшеничное тесто из муки II сорта Gi 1,&-10П ■ 32,9 2,11.1011 31,1 5,08-ЮЮ 28,7 G2 1,36-10П 35,7 6,4-108 21,9 1,40.1012.. . 38,6 Предельное напряжение сдвига теста также зависит от его влаж- ности (табл. 6—13). Таблица 6-13 Зависимость предельного напряжения сдвига (в Па) от влажности Тесто нз муки Влажность теста кг влаги иа теста 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 948 568 347 . 217 139 90 458 324 233 170 126 94 213 139 92 63 43 30 Влияние давления исследовали на вискозиметре РМ-1. Изучали хлебопекарное тесто из пшеничной муки I и II сортов при темпера- туре 30° С [40]. Тесто из муки I сорта имело влажность 0,444— 0,446 кг/кг, из муки II сорта — 0,456—0,458 кг/кг. Зависимость Л эф (v, р) представлена в табл. 6—14. При скорости сдвига более 40 с-1 вязкость теста изменяется незначительно и для практической Цели может быть принята постоянной. Вязкость теста с улучшителями. Изучали тесто из пшеничной му- ки I сорта влажностью 0,445 кг/кг [47]. Тесто готовили безопарным способом по рецептуре (в %): мука — 100, дрожжи — 1,0, соль— 1,5, ПАВ — о,5, ПМ — 0,5. Реологические характеристики определяли на вискозиметре «Реотест-2». Применяли следующие препараты поверхностно-активных ве- ществ (ПАВ): стеароилмолочная кислота (СМК), моноглицериды (МГ), фосфатидный концентрат (ФК). Были построены кривые те- рния, которые хорошо описывались степенным законом (1—27). Ре- зультаты исследований представлены в табл. 6—15. тт""'тРгп!ем влияния помола на структурно-механические свойства теста занимался Б. А. Николаев с сотрудниками [36, 5/j. , 1сслед«. за- j,h зависимость свойств теста от размера частиц товарной пшеничной мУки высшего, I и II сортов. Первые три фракции являлись прохо- 184
Таблица 6-14 Зависимость эффективной вязкости 'г\Эф-10-2 (в Па-с) теста от скорости сдвига и давления Тесто из муки I сорта II сорта Давление /?•10 , Па 0 0,49 0,98 1,96 2,94 0 0,49 0,98 1,96 2,94 2 10,0 14,0 19,8 20,2 24,2 10,0 15,8 16,3 19,2 24,1 —1 Скорость сдвига, с 5 6,2 10,0 12,2 13,5 16,0 5,2 8,2 10,5 12,1 13,9 10 4,8 7,5 8,8 10,0 П,5 4,0 6,5 7,9 9,5 10,5 1 20 3,6 5,5 6,7 7,5 8,2 3,0 4,7 5,5 7,0 8,0 30 40 2,8 2,7 4,8 4,3 5,8 5,2 6,3 6,9 7,0 6,6 2,5 2,3 4,0 3,8 4,8 4,4 5,9 5,4 6,3 6,0 Таблица 6-15 Реологические характеристики теста Образец теста Контроль С добавлением МГ смк ФК пм пм+мг пм+смк ПМ+ФК Стадия1 1 2 1 2 1 2 I 2 1 2 1 2 1 2 1 2 Bt* 1823 950 1803 837 1936 987 1901 935 1576 844 1493 760 1663 875 1537 820 п 0,325 0,351 0,211 0,352 0,422 0,453 0,295 0,369 0,325 0,365 0,289 0,332 0,449 ' 0,477 0,263 0,390 Go, Па 1710 820 1680 750 1840 910 1740 780 1380 690 1286 580 1460 870 1350 660 Т), Па.с 270 200 285 220 300 246 295 230 292 266 275 268 325 300 293 275 1 I — тесто после замеса; 2 — тесто после 210 мнн брожения. дом, четвертая — сходом с сита наименьшего номера. Для сравнения брали непросеянную муку, служившую пятым образцом. Деформации сдчиг? -т-^" измеряли на приборе с наклонной плоскостью [35] при скорость -дьпга около З-lU-3 с-1 через 0,5 и 3 ч после замешивания (табл. 6—16). 185
Та блица 6-16 Зависимость вязкости Теста г\о-10-* (в Па-с) от помола муки, сорта и времени выдержки после замеса Фракция муки Высший сорт Проло-шительность выдержки, ч 0,5 I сорт II сорт 3,0 Высший сорт I сорт 11 сорт 1 2 3 4 5 390 180 13J 120 300 150 65 61 56 100 200 240 260 300 360 170 95 70 64 135 53 52 L45 42 53 74 115 185 220 77 В процессе технологической переработки СМХ теста изменяются d значительной степени. В табл. 6—17 и 6—18 показаны значения СМХ теста в различных точках процесса [16]. Таблица 6-17 Структурно-механические характеристики теста Обьскт исследования Агрегат ВНИИХПа Агрегат ХТР Дежи вместимо- стью 330 л Лабораторный метод Место отбора проб Тесто после замеса шнека брожения Опара после замеса брожения Тесто после замеса брожения Опара после замеса брожения Тесто после замеса брожения Опара после замеса брожения Тесто после замеса и,.^жсни>1 ческое к я к Ч g Is Ч л Я еле при внг; = ж и 172 153 131 148 81 191 171 175 102 318 228 94 33 786 ^2 о я я и £ -а *s 5 « с5 • 94 53 26 50 31 62 48 235 85 219 46 97 63 556 280 S* * £ 5 fflS£ 0,451 0,441 0,450 0,475 0,493 0,425 0,426 0,440 0,440 0,433 0,433 0,486 0,486 0,418 0,418 186
Таблица 6-18 Предельное напряжение сдвига (в Па) теста Операция Влажность теста, кг влаги на 1 кг теста 9,3 78,3 64,8 88,3 83,3 94,8 93,8 80,0 60,8 59,3 79,4 77,8 88,3 83,2 76,9 58,4 48,3 69,9 69,3 76,0 75,6 71,1 53,2 43,6 61,2 60,3 70,2 70,0 После замеса После брожения После тестоделителя «Кузбасс» ХТД РМК ХТД и округления РМК и округления Вязкость хлебопекарного теста из ржаной муки. На ротационном вискозиметре, сконструированном на основе вискозиметров РВ-8 и РМ-1, изучали [16] ржаные полуфабрикаты: головку влажностью 0,45—0,51 кг/кг и тесто влажностью 0,48—0,53 кг/кг, приготовленные в бункерном агрегате (табл. 6—19 и 6—20). Таблица 6-19 Изменение реологических свойств ржаной головки при брожении Пластическая вязкость (в Па»с) при продолжительности брожения, мин 0 30 75 ПО 175 240 Предельное напряжение сдвига (в Па; при продолжительности брожения, мин 0 30 75 ПО 175 240 — 955 945 840 510 382 — 114 — 889 781 564 374 350 — 104 — 747 554 468 562 336 — 97 688 640 519 430 315 282 62 59 536 513 416 352 291 256 26 22 97 90 89 80 82 51 16 72 46 15 82 67 56 45 15 78 56 52 45 15 Таблица 6-20 Изменение реологических свойств ржаного теста при брожении Влажность, кг/кг Пластическая вязкость (в Па.с) при продолжитель- ности брожения, мин 0 25 55 90 Предельное напряжение сдвига (в Па) при продолжитель- ности брожения, мин 0 25 55 90 0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 __ 575 457 — 386 . — 586 538 404 300 287 152 562 423- 274 185 ,.,7 119 541 364 234 136 htf 92 65,0 47,5 — ±1 y о — 74,5 59,5 45,0 30,0 >>я 10,5 59,5 45,0 30,0 15,0 15,0 7,5 45,0 30,0 15,0 7,5 / »5 7,5 187
Вязкость теста для национальных сортов хлебобулочных изделий. Тесто для армянского хлеба матиакаш из пшеничной муки I сорта изучали при изменении давления от 0 до 5-Ю5 Па на вискозиметре РМ-1 [24]. Использовали тесто (W=0,455 кг/кг, f=28°C), получен- ное в производственных условиях. Построенная зависимость у(0) показала, что. течение рассматриваемого теста подчиняется степенно- му закону Оствальда (I—27а), значения индексов Вг и п при раз- личных давлениях, при у больше 10 с-1 приведены в табл. 6—21. Таблица 6-21 Значения коэффициентов к уравнению (1—27а) Коэффици- ент в? п 0 480 0,56 1 560 0,55 Давление 2 600 0,55 /7-10 °, Па 3 760 0,52 4 840 0,52 5 980 0,52 Вязкость теста для матнакаша в значительной степени зависит от избыточного давления. В интервале скорости сдвига от 10 до 40 с-1 с изменением давления от 0 до 5-Ю5 Па вязкость увеличива- ется примерно в два раза. Вязкость теста для бараночных изделий. Тесто для бубликов, сушек, баранок ванильных, горчичных и сахарных изучали на виско- зиметре РМ-1 [31]. Бараночное тесто относится к упруго-пластиче- ским телам. Зависимость т)Эф(у» 0 Для бараночного ванильного и са- харного теста может быть описана выражением ■»|9ф = ехр (ai/**). (6-4) где t — температура, °С; а\ и а2 — коэффициенты, зависящие от ско- рости сдвига (табл. 6—22). Таблица 6-22 Значения коэффициентов к иравнению (6-—4) при давлении 14,7- W" Па Тесто для баранок Ванильных (влажность 0,32 кг/кг) Сахарных (влажность °,304 кг/кг) Скорость „ -1 слиига, с 0,10 0,20 0,30 0,35 0,10 0,30 о.во 0,80 1,00 tfi 0,967 1,020 1,054 1,062 1,118 1,140 1,166 1,061 1,060 а» 0,106 0,149 0,175 0,182 0,198 0,225 0 "ЧГ 0,198 0,194
При увеличении температуры уменьшается не только вязкость, но и другие реологические характеристики: модули упругости G] и эластичности (?2 и предельное напряжение сдвига Оо (табл. 6—23). Таблица 6-23 Зависимость Gb 62 и 60 от температуры при давлении 14,7-10ь Па Вид теста Оо, Па Бараночное сахарное из му- ки высшего сорта (влаж- ность 0,304 кг/кг) Бараночное ванильное (влажность 0,32 кг/кг) Бубличное из муки I сорта (влажность 0,34 кг/кг) 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 60 455 245 149 141 257 216 124 121 209 125 119 302 112 88 76 248 129 104 53 97 60 45 4400 3000 2300 1450 2900 2050 1450 900 2800 1010 Как показали исследования, наиболее сильно на реологические характеристики влияет изменение температуры в диапазоне 30—40° С. При увеличении влажности теста величины г|эф, G\> G2 и 0О снижают- ся (табл. 6—24). Таблица 6-24 Значения модулей упругости сдвига эластичности и предельного напряжения сдвига в зависимости от вида теста и его влажности Вид теста 0а, Па Бараночное Сахарное из муки высшего сорта ■ ■ . ' Бубличное из муки I сорта 0,284 532 0,304 0,320 0,291 0,308 0,320 435 352 772 293 173 457 455 302 735 283 189 2640 2920 2390- 3800 1070' 660 Во время отлежки вязкость, модули упругости и эластичности бараночного теста уменьшаются (табл. 6—25 и 6—26). 189
Таблица 6-25 Зависимость вязкости бараночного теста (температура 30° С, влажность 0,32 кг/кг, давление 14,7-10s Па) от времени отлежки и скорости сдвига Ванильное бараночное тесто Время отлежки, мин Скорость сдвига, — 1 с Вязкость %ф-">-6. Па-с Сахарное бараночное тесто Время отлежки, мии Скорость сднига, -1 с Вязкость Чэф-'О"6. Па-с 15 50 70 0,0158 0,1720 0,2470 0,0465 0,1980 0,2850 0,0840 0,3400 0,4290 1,320 0,261 0,232 0,570 0,250 0,208 0,386 0,148 0,142 15 30 50 0,0189 0,1330 0,2020 0,2690 0,0422 0,1550 0,2250 0,0315 0,1470 0,2500 Та 1,330 0,540 0,406 0,325 0,670 0,315 0,268 0,835 0,314 0,243 блица Зависимость G\ и G2 от времени отлежки 6-26 Вид теста Время отлеж- ки, мнн G,.10 Па -3 G2.10 Па -3 Бараночное сахарное из му- ки высшего сорта Бараночное ванильное 15 30 50 15 50 70 440 302 392 404 388 362 243 239 182 370 189 190 Давление влияет не только на вязкость, но и на другие реологи- ческие характеристики бараночного теста (табл. 6—27). Вязкостные характеристики теста для макаронных изделий. Ис- следование реологических характеристик проводили [25] на ротацион- ном вискозиметре в зависимости от технологических параметров (^. №') и давления (до 98-105 Па); Анализ кривых течения макарон- ного теста позволяет отнести его к обобщенному телу Шведова — Бингама, с ростом скорости сдвига вязкость, макаронного теста по-. инжается. В табл. 6—28 приведены зависимости т)пл(у. О при влажности теста 30% и давлении 49-105 Па. Пог; -тление тс "n'i теста приводит к снижению его вяз- Кости. С ростом скорости сдвига влияние температуры ослабевает. При увеличении температуры происходит также уменьшение предель- но
Таблица 6-27 Зависимость модулей упругости и Эластичности и предельного напряжения сдвига от давления и вида теста Вид геста Бараночное ки высшего Бараночное Бубличное сахарное сорта ванильное из муки I из му- сорта —5 р-10 , Па 4,9 14,7 24,5 0 24,5 0 14,7 24,5 ~ Л—з О, -10 , Па 308 302 405 354 436 124 209 268 ~ . —з ot.io , Па 210 239 324 158 179 66 97 110 0., Па 2060 3520 5230 1790 2930 300 1140 2800 Таблица 6-28 Зависимость пластической вязкости г\-10~3 (в Па-с) макаронного теста от температуры и скорости сдвига 18 Скорость —1 сдвига, с 0,040 0,069 0,107 0,189 0,365 0,607 Вязкость 239Э 1780 1360 893 528 355 Температура, °С 40 Скорость -1 сдвига, с 0,020 0,098 0,280 0,530 0,890 1,440 Вязкость 1140 420 232 165 125 94 56 Скорость 1 сдвига, с 0,035 0,208 0,552 0,860 1,230 1,720 Вязкость 348 102 55 47 36 29 ного напряжения сдвига: при 18° С — 18 300 Па, при 40° С — 5600 Па, при 56° С —2100 Па. Не менее важно для практических целей знать зависимость рео- логических характеристик теста от его влажности (табл. 6—29). При температуре 40° С и давлении 49 -105 Па предельное на- пряжение сдвига зависит от влажности следующим образом: Влажность, кг/кг Go-10-3, Па 0,281 8,90 0,294 6,55 0,306 4,75 0,316 3,80 0,322 3,00 0,335 2,20 Предельное напряжение сдвига с увеличением давления возра- стает. Для теста из муки 1 сорта при влажности 0,30 кг/кг и темпе- ратуре теста 40° С изменение 00 представлено ниже. во, Па 34 4300 49 5600 и8 6050 88 6350 191
Таблица 6-29 Зависимость пЛасТиЧёскои емкости г\-1д~2 (в Па-с) (по Бингаму) макаронного теста из муки I сорта от скорости сдвига (в с~1) и влажности (температура 40° С, давление 49 > 10ъ Па) Влажность, кг влаги на 1 кг теста 0,285 Т Т) 0,300 т ч 0,310 т ч 0,320 т Л 0,330 т ч 0,033 0,204 0,57 0,85 1,18 1,51 1,94 1210 423 233 185 153 134 117 0,02 0,098 0,28 0,53 0,89 1,44 2,25 1140 420 232 165 125 94 70 0,018 0,09 0,33 0,61 1,06 1,68 2,33 870 302 144 108 75 59 48 0,014 0,094 0,28 0,77 1,32 1,89 2,43 750 216 121 63 47 38 31 0,005 0,02 0,088 0,36 0,89 1,67 2,39 930 394 190 70 40 27 21 Реологические характеристики макаронного теста зависят от сор- та муки. Такие даииые для вязкости приведены в табл. 6—30 (влаж- ность 0,30 кг/кг, температура 40°С, давление 49-105 Па). Таблица 6-30 Значения пластической вязкости Х[»10-ь (в Па*с) макаронного теста из муки различных сортов [25] Высший сорт ic-1 *| I сорт . —1 Ч Полукрупка Т, с""1 Ч 0,039 0,21 0,38 0,85 1,77 2,66 5,20 162 113 79 51 43 0,02 0,098 0,28- 0,53 0,89 1,44 1140 420 232 165 125 94 0,02 0,12 0,43 0,84 1,36 — 1820 654 292 205 161 — В зависимости от сорта муки изменяется и предельное напря- жение сдвига: при влажности 0,3 кг/кг, температуре 40° С и давлении 49-105 Па оно равно для теста из муки высшего сорта 3280 Па; I сор- та — 5600 Па; полукрупки — 15 000 Па. Построение зависимости пластической вязкости от давления по- казало, что она имеет линейный характер в диапазоне изменения ско- рости сдвига от 0,13 до 1,16 с-1: т = а+Ьр9 '"-5) где р — давление, Па; а и Ь — коэффициенты (табл. 6—31). 192
Таблица 6-31 Значения коэффициентов к уравнению (в—5) Коэффициент а-10-5 Ь 0,13 2,64 0,021 Скорость сдвига, 0,20 2,П 0,017 0,30 1,65 0,014 -1 с 0.60 1,08 0,008 1.16 0,72 0,009 На ротационном вискозиметре МТИППа изучали влияние ви- брации (частота 25,5 Гц) иа реологические характеристики макарон- ного теста (*=20° С). Течение теста описывали степенным уравнени- ем Оствальда (1—27а), при вибрационном воздействии наблюдали уменьшение коэффициента консистенции Вг и увеличение индекса течения п (табл. 6—32). Таблица 6-32 Зависимость коэффициентов уравнения Оствальда от влажности макаронного теста и режима течения Влажность теста, кг/кг 0,30 0,31 0,32 0,33 Режимы без вибрации 4 0,1045 0,0760 0,0734 0,0575 п 0,13 0,09 0,13 0,12 течения с вибрацией 4 0,0516 0,0498 0,0461 0,0457 п - 0,16 0,17 0,18 0,23 Связь СМХ и качества теста. Исследовали изменения вязкости теста-из-пшеничной муки I сорта (Р7=0,455 кг/кг), кислотности и ор- ганолептических показателей в процессе брожения. Изучали тесто с применением различных добавок [те же, что и в табл. 6—15, и стеа- рат (Ст)]. •■ ' ■ •*' На основании данных табл: 6—33 определяли связь между пере- менной у (органолептическая оценка.) и переменными Х\ (вязкость) и х2 (рН): у^агхг -\-a<ix<i + a, Г6—fi\ а также постоянные коэффициенты аи а2 и а по формулам для слу- чая множественной корреляции трех переменных (табл. 6—34).: \:_7—2418 193
Таблица 6-33 Зависимость основных показателей качества теста от его рецептуры и времени брожения Вид теста Без добавлений С добавлением ПМ+МГ ПМ ФК МГ СТ Время брожения, мии 0 60 120 210 0 60 120 210 . 0 60 120 210 0 60 120 210 0 60 120 210 0 60 120 210 Органолепти- ческая оценка, баллы 2.8 3,2. 4.5 4,6 2.8 3,3 • 4,6. .4,6 ... 2,9 3,1 4,6 4,7 3,0 3,6 4,5 4,6 3,2 3,7 4,5 4,8 2.6 3,2 4,3 4,5 Вязкость, Па «с 7290 6780 5590 4440 7120 5670 5080 3550 6730 5750 4700 4060 6770 5320 4650 3470 6700 5190 4490 3490 4240 3560 2720 2460 Активная кислотность. рН 5,83 5,70 5,65 5,56 5,83 5,75 5,69 5,57 5,78. 5,72' 5,68 5,60 5,80 5,73 5,67 5,65 5,74 5,57 5,52 5,42 5,50 5,43 5,38 5,30 Таблица 6-34 Значения коэффициентов множественной корреляции и уравнения (6—6) Вид теста Коэффициент корреляции а% Без добавлений С добавлением пм+мг пм ФК МГ ст- 0,95 0,94 0,98 0,97 0,98 0,98 —0,063 0,012 0,200 0,059 —0,049 —0,098 — 1,19 — 10,30 15,30 С "»Q — 1,20 -2,67- 14,14 9,20 -72,67 * сп 13,3* 21,37 194
КОМПРЕССИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЛОТНОСТЬ Осевое сжатие Сжатие сыпучих материалов. К сыпучим материалам в данном разделе отнесены зерио и крупы. Это деление условно, поскольку при одноосном сжатии испытывают не сыпучую массу, а отдельные зерна. Прочность обычно характеризуют пределами прочности, текуче- сти и ползучести, величиной разрушающего усилия или напряжения при определенном виде деформации [6]. В табл. 6—35 приведены [6] значения СМХ некоторых сортов пшеницы. Таблица 6-35 Изменение деформаций в пшенице Сорт пшеницы Саратовская 29 Мильтурум 553 Мильтурум 553 Фракция зериа Стекловидная То же Мучнистая b u Влажное влагн н зерна 0,14 0,16 0,16 0,44 0,16 0,14 0,16 1тура, о. а 2 t- о а. Модуль гости, Па. 1(Г 18—20 1590 18-20 1475 45 1375 18—20 J595 18—20 1240 18-20 18-20 1345 660 si Остаточ деформа % 1,10 1,46 1,85 0,75 1,10 1,10 1,15 При расчете и конструировании механического оборудования для переработки зерна играет роль его прочность, в частности оболо- чек (табл. 6—36). Таблица 6-36 Напряжение (ov/0~5, Па), необходимое для разрыва оболочек зерна пшеницы Консистенция зерна Направление приложения усилия поперек воло- кон II IV IV 316 260 242 218. 173 135 Стекловидная1 Стекловидная Мучнистая П. Н. Шибаев и И. С. Гузев [6] исследовали микротвердость пше- ницы влажностью 0,092—0,108 кг/кг (табл. 6—37). Влажность зерна является одной из характеристик, определл:ощих СМХ „cp.ia. А. Д. Чмырь и А. Г. Гуськов разделили по влажности зерно на три фракции: при влажности менее 0,11 кг/кг зерно — упруго-эластичное 7* 195
Таблица 6-37 Микротвердость (в 17а-10-7) зерна твердой и мягкой пшеницы Диапазон стекло- видности, % Зерио стекловидное полустекло- вндное мучнистое общая 81—100 До 40 4J—60 61—80 81-100 До 40 41—60 61-80 Сорта твердой пшеницы 18,2 12,8 8,8 Сорта твердозериой пшеницы 14,8 10,5 7,9 14,7 10,6 7,8 15,0 10,6 7,7 15,3 _ 10,8 7,8 Сорта мягкозериой пшеницы 11,0 8,4 5,9 10,6 8,6 5,7 10,3 8,0 5,4 17,4 9,4 11 Д. 12,5 14,5 7,0 8,7 8,5 Таблица 6-38 Характеристика зерна крупяных культур Культура Горох Ячмень Просо Гречиха Овес Ядро гороха ячменя проса гречихи озса Влажность, кг/кг 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 0,116 0,170 Плотность, кг/м* 1470 1330 1330 1274 1322 1233 1293 1204 1233 1124 1509 1375 1368 1329 1362 1301 1339 1277 « Г* 1 ~ 1235 Предел прочности спр.1(Г6. Па 10—10,3 Г 2,6-2,7 [ 4,80-4,92 3,36-3,44 4,27—4,33 2,34—2,38 3,87—3,89 1,88—1,90 3,60—3,61 1,25—1,27 10,49—10,52 3,10—3,12 5,10—5,12 3,89—3,90 4,55—4,57 2,84—2,87 4,13—4,16 2,49—2,52 3,89-3,92 1,80—1,82 Относительная деформация, % 9,0-9,2 21,0-21,4 13,3—13,8 18,3-18,9 16,0—16,4 24,0—24,4 18,0—18,3 26,9-27,2 24,0—24,4 47,0—48,0 8,56-8,641 19,3—19,8 12,4—12,8 17,2—17,5 14,2—14,6 21,0-21,5 15,8—16,0 23,4—23,8 20,3-20,9 39,0—39,2 Условно-мгно- венный модуль упругости £,.10~6f Па 67,1—67,5 12,3—12,8 24,6—24,9 12,5-12,9 20,0—20,4 7,6—8,0 17,4-17,6 6,5—6,8 14,2—14,4 3,4—3,5 70,0—70,5" 11,8-12,1. 27,6^28,1 15,8—16,1 23,3—23,7 5,9-6,1 21,2—21,4 8,9—9,0 18,3-18,8 5,9-6,0 196
.тело, в диапазоне 0,11—0,13 кг/кг—упруго-эластично-пластичное, выше 0,17 кг/кг — эластично-пластичное [6]. Изучены свойства гороха, ячменя, овса, проса и гречихи при од- ноосном сжатии [34]. Определяли величины условного предела проч- ности при сжатии, относительной деформации, модуля упругости зер- на при сжатии. Полученные результаты приведены в табл. 6—38. Авторы работы [34] делают вывод, что изученные сорта крупяных и бобовых культур в сухом состоянии можно отнести к упруго-хруп- ким телам и при влажности 0,17 кг/кг — упруго-пластнчным. Структурно-механические свойства риса описаны в [23]. Значе- ния эластической вязкости зерновки риса представлены в табл. б—39. *™ ■ Таблица 6-39 Эластическая вязкость г\э-10~* Напряжение о.1(Г"6, Па (в Па-с) Время действия нагрузки, с 5 10 20 30 0,74 1,27 2,00 2,32 3,75 487 460 470 481 430 1040 1010 1000 1020 950 2050 2040 2100 2070 2050 3050 2992 2915 2835 ЗОЮ В табл. 6—40 даны скорость пластической, эластической и об- шей деформации в зависимости от напряжения и времени действия нагрузки. Период релаксации напряжений 366 с. Таблица 6-40 5? ° «о,- 5 о о о " w Скорость эластической дефор- мации (</вэ/*/"с)105, с~~ , при т, с Ю. 20 30 Скорость обшей деформации (deo6inldx)l°b> с~~ ' При т' с1 10 20 30 7,4 12,7 20,0 23,2 37.5 0,00 0,16 0,60 0,80 1,60 134 150 226 270 360 39 35 63 94 100 13,6 11,6 24,3 34,0 25,6 5,5 4,2 13,0 16,2 10,2 134,0 150,2 226,6 270,8 361,6 39,0 35,2 63,6 94,8 101,6 13,6 11,8 24,9 34,8 27,2 5,5 6,1 13,6 17,0 11,8 Безразмерные характеристики (упругость и пластичность)•■'для 360-секундного действия нагрузок на зерновки риса Краснодарский при влажности 0,141 кг/кг имеют значения, представленные в табл. 6—41. .«,•*"':.! СМХ твердообразных материалов. Качество клейковины оценива- ли в условных единицах прибора ИДК-1 (табл. 6—42). """'
Упругость и пластичность зерновки раса Таблица 6-41 Безразмерные характеристики % :'■■' -5' Напряжение а-10 , Па 7,4 12,7 20.0. 23,2 37,5 Упругость Пластичность ю 0 90 10 91 9 . 82 18 84,5 15,5 Таблица 6-42 Влияние помола на содержание и качество клейковины Соотношение муки высшего, 1 и 11 сортов в помоле, % Качество клейко- вины, ед. прибора ИДК-1 Высший сорт 10+45+23 20+35+23 30+25+23 40+15+23 Ю+35+33 Ю+45+23 20+35+23 30+25+23 40+15+23 28,2 28,0 28,3 28,6 J сорт 28,6 30,0 30,2 29,9 30,7 9,6 9,8 9,5 9,8 9,8 10,0 10,4 10,3 10,8 42 45 50 50 45 43 45 42 48 Таблица 6-43 Изменение физико-механических характеристик макаронных изделий в процессе сушки Влажность изделия,' кг/кг Максимальное напряжение О|ф.10-5, П« Мол у ль упругости ZM0'5, Па 0,450 0,426 0,332 0,308 0,281 0,270 0,240 0,175 0,164 1,25 2,00 2,50 2,60 2,75 3,70 7,94 10,00 12,50 3,84 7,27 10,36 11,11 11,92 18,81 34,87 71,15 71,43 В МТИППе проведено [33] изучение характеристик мака- ронного теста при сжатии. Об- разцы (внешний диаметр 7 мм. внутренний 4,5 мм, длина 50 мм) испытывали после вмпрессовы- вания из матрицы и гигротер- мнческой обработки в течение всего процесса сушки, сжатие производили в направлении, перпендикулярном . оси образ- ца (табл. 6—43). . \ Изучали упругие и пласти- ческие деформации при сжатии разных сортов хлеба з зави- симости от продолжительности охлаждения после выпечки [13]. Опро"елялн ^oTT^TTTt ^"^^го-пла- стических дефор.л.-щнк -у«, от- носительную упругость У, от- 198
Таблица 6-44 Упруго-пластические и прочностные характеристики хлеба Изделие тельиость охлажде- ния, мии та 1 о '= >»« 1Ц С £? J3 6 о о. >> ть, *-> о я 4 „ С^ | Хлеб ржаной формовой обойный Хлеб столовый формо- вой Хлеб пшеничный фор- мовой (из муки I сорта) Батоны нарезные (400 г) Хлеб круглый подовый обдирный Хлеб круглый подовый (из муки II сорта) 0 7 28 Ю 17 28 10 7 28 £0 7 25 0 '7 ГО 7 28 466 422 686 378 332 387 738 699 598 224 112 106 1206 117 147 57 54 58 33 72 58 71 69 69 68 76 22 40 25 75 59 83 75 81 42 33 28 42 29 31 31 32 24 78 60 75 25 41 17 25 19 50 50 65 45 40 40 65 65 60 30 25 40 95 105 на 115 90 носительную пластичность П, разрушающее напряжение о*р (табл. 6—44). Интенсивность механической обработки теста, в частности в тес- тозакаточных машинах, влияет на свойства пшеничного хлеба [11]. Контрольную обработку заготовок проводили на машине ХТЗ-1, при- чем валки были разведены. Полученные результаты представлены ниже. При формовании на машине Т1-ХТ2-3: Число пар валков 2 4 6 Контроль Степень обжатия 3,85 5,53 6,74 £.10- Па Ю90~ 700 900 1100] На первой, паре валков зазор равнялся 0,012 м, иа второй — 0,003 м, продолжительность расстойки 55 мин. При повторном рас катывании заготовок качество хлеба улучшалось, после третьего рас катывания требовалось увеличение продолжительности расстойки %-■ Физико-мехаиические свойства сухарных плит из пшеничной муки. Бгчи исследованы на модернизированном леьетр^. .отре m -.,. t-.,. ,, .Основные реологические характеристики (табл. 6—15) позволили от- вести мякнш сухарных плит к твердообразным телам, обладающим |упруго-эластично-пластическими свойствами.
Таблица 6-45 5a6UCuMdCfb рёоЛогикёЬЯиХ характеристик мякиша хлеба от .сжимающего напряжения Напряже- ние —3 о-10 , Па Модуль мгновенной упругости Па Модуль эластической деформации Я.-Ю~3, На Релаксационная вязкость Па-с Период релаксации, Пластич- ность, % 1,59 3,18 4,78 6,36 7,95 9,55 9,6 15,0 15,2 16,8 18,4 19,4 7,1 8,4 9,2 10,3 11,0 12,6 — 0,68 0,72 0,68 0,59 0,57 — 81 78 66 54 45 0 \6 31 45 72 93 Для расчета процесса резания сухарных плит представляет ин- терес общий модуль упругости, определяемый по суммарной (упругой и высокоэластической) деформации мякиша (табл. 6—46). Таблица 6-46 Зависимость общего модуля упругости Е*10~г (в Па) мякиша от напряжения, сорта муки и времени выдержки хлеба Сухарные плиты из муки Высшего сорта I сорта Время выдержки, 4 8 24 48 4 8 24 48 Сжимаюшее напряжение 1.59 3,18 6,8 8,2 10,4 11,9 18,3 21,8 24,0 28,0 8,5 9,4 13,2 14,9 47,5 48,0 80,0 80,0 4,78 9,3 14,3 26,9 30,0 10,9 17,1 51,0 72,0 6,30 10,4 15,9 30,0 34,0 11,7 19,1 56,0 73,0 —3 о.10 , 7,95 11,1 18,0 34,0 38,4 12,5 21,2 59,0 79,0 Па 9,55 П,7 20,0 40,0 45,0 12,8 23,2 65,0 90,0 Таблица 6-47 Средние значения реологических характеристик мякиша ржаного хлеба в зависимости от времени его выдержки Время выдержки, Модуль упругости, Па . Релаксационная 3 вязкость т1рел• Ю Па-с Период релакса- ции, с 4 24 48 260—340 600—650 810—890 6,0—8,6 7,2—9,7 10,0—20,0 20—29 12—15 12—23 200
Таблица 6-48 Зависимость упругости (У) и пластичности (77) (в %) мякиша ржаного хлеба от сжимающего напряжения и времени выдержки Напряже- ние, Па У \ Л Время выдержки, ч 24 У п 48 У П 4800 81,2 18,8 75,0 25,0 68,0 32,0 I 9200 92,0 8,0 81,3 18,7 74,2 25,8 J 12700 95,0 5,0 89,1 10,9 76,0 24,0^ 19000 98,0 2,0 95,2 4,8 90,0* ' 10,0? ш Как видно из табл. 6—46, общий модуль упругости сухарных плит увеличивается при повышении сжимающего напряжения и вре- мени выдержки хлеба. Мякиш ржаного хлеба был изучен на усовершенствованном пе- нетрометре [50] при изменении сжимающего напряжения от 4800 до 19 000 Па (табл. 6—47 н 6—48). Осевое растяжение и изгиб Растяжение твердообразных материалов. Исследовали [14] свой- ства полученного на лабораторном шнековом прессе АМЛ-1 макарон- ного теста из муки высшего сорта разных видов пшеницы: твердой, мягкой (содержание сырой клейковины одинакового качества 31— 32%). Свойства теста характеризовали пределом прочности о*пр и относительным удлинением е (табл. 6—49). Исследования проводили на приборе растяжения МТИППа. Таблица 6-49 Влияние фракционного состава муки на характеристики макаронного теста Тесто Фракционный состав муки, % более 500 мкм о но менее 250 мкм менее 140 мкм Реологические харак- теристики макаронно- го теста V Па «, % Из крупки твердой 1,5 88,5 10 — 47300 34,4 пшеницы Из крупки мягкой 2 86 12 — 52100 28,8 стекловидной пшени- цы Из е-'опс....;, — — — 100 77200 9,5 ки мягкой пшеппцц 201
Для сопоставления влияния вида муки на лабораторной мельнице МЛЗ-В4-М получили муку из различной пшеницы. Все образцы имели одинаковую крупность частиц. Результаты приведены в табл. 6—50. Таблица 6-50 Влияние вида муки на характеристики макаронного теста Тесто Реологические свойства ронного теста «V Па мака- |, % Из муки твердой пшеницы тонкого помола Из муки мягкой стекловидной пшени- цы тонкого помола Из хлебопекарной муки мягкой пше- ницы _^ 76700 77000 77200 10,5 9,9 9,5 Свойства сухих макаронных изделий при изгибе определяли [42] при постоянной скорости деформации, равной 25 мм/мин, и темпера- туре 20° С в зависимости от сорта муки. Замеряя нагрузку и дефор- мацию образца, определяли условный модуль упругости, разрушающее напряжение и предельную деформацию (табл. 6—51). Таблица Зависимость физико-механических характеристик сухих макаронных изделий от сорта муки 6-51 Макароны из муки Условный мо- дуль упругос- ти £.10~5, Па Разрушающее напряжение Па Прелельная деформация Крупки высшего сорта 30,2 76,0 1,68 Полукрупки 26,4 54,3 1,46 Мягкой из стекловидных 24,5 51,2 1,35 пшениц «Сильной» хлебопекарной 20,2 41,7 1,29 «Слабой» хлебопекарной 18,5 30,0 1,14 Изучено влияние давления прессования, температуры и влаж- ности табачных отходов на временное сопротивление изгибу брикетов, м>торие илре^ляли через три часа после прессования i'tl^i. 6-52) [12]. 202
Таблица 6-52 Прочность и плотность брикетов —5 р-10 , Па t, °с W, кг/кг Рбр« кг/** аи.Ю 5, Па 600 600 600 600 1000 1000 1000 1000 25 25 40 40 25 25 40 40 0,04 0,10 0,04 0,10 0,04 0,10 0,04 0,10 1153 1260 1220 1323 1240 1300 1300 1357 11 24 35 45 22 27 43 50 Объемное сжатие и плотность Сжатие сыпучих материалов. В табл. 6—53 приведены физиче- ские характеристики пшеничной муки [5]. Таблица 6-53 Характеристики пшеничной муки различных сортов Сорт Насыпная плот- ность, кг/м3 Плотность, кг/м* Удельная*поверх- ность, см2/г Высший 550—600 1410—1600 2950 Первый 550—580 1350—1510 2600 Второй 520—550 1200—1360 2260 Плотность муки зависит не только от ее сорта, но и влажно- сти [56]: Влажность, кг/кг '0,10 0,12 0,14 0,20 Плотность, кг/м3 1550 1460 1410 1280 Модули деформации пшеницы изучены в [26]. Опред еляли Ьм —• модуль деформации, соответствующий деформации материала за 5 мин приложения нагрузки, £д — при времени более 5 мин. Образец находился под действием вертикального р и бокового рт давления. Коэффициент бокового давления £ определяли как отношение рг к р .по формуле (1—5). Полученные результаты представлены в табл. 6—54 и 6—55. <:. Изучали [57] прессование рисовой и подсолнечной лузгн, исполь- :■- зовав универсальную реологическую модель: Ь; * = *о + Р [(1 - erx)/'D + I//(], (6-7) где е — деформация; ео — начальная деформация; р — напряжение; т — время деформирования; г — показатель, характеризующий ско- . рость изменения сопоотивлення необратимому деформированию; К и L' — ко- , ф.. .1ч..и^ сопротивления оиратимому и необратимому \ деформированию (табл. 6—56). В этой же таблице представлены значения упругой (еу) и остаточной (е0ст) деформаций. 203
Таблица 6-54 Зависимость модуля £м*/^~5 (в Па) от напряжения и коэффициента бокового давления С 0,44 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,4 18 25 40 56 68 78 84 —К Вертикальное напряжение р-10 ", 0,8 23 38 58 74 88 99 103 1,2 27 51 77 93 ПО — — 1,6 32 63 92 — — — — Па" 2,0 37 75 — — — — — Таблица 6-55 Зависимость модуля £д-/0-5 (в Па) от давления и срока хранения а=0,44) Напряже- ние /Ы(Г5, Па Продолжительность хранения, ч 0 1 3 6 12 24 0,43 0,77 1,00 2,00 18 24 30 43 16 20 24 35 15 20 23 33 15 19 22 32 15 19 22 32 14 18 21 30 При брикетировании байхового чая процесс предварительного уплотнения в прессформе независимо от начальной плотности закан- чивается при плотности, равной 340—350 кг/м3, а условно предель- ная плотность равна 1485 кг/м3 [53]. Обработка опытных данных по- зволила предложить уравнение 6,49 — 4№ + р- 10-6 Р=1485 28,46-2ЩГ+,.10-б' ^ где \у — влажность чая, кг/кг; р — давление прессования, Па. Изучение прессования быстрорастворимых чая и кофе в условиях всестороннего сжатия [22, 41] позволило предложить эмпирическое Уравнение для расчета плотности р (в кг/м3) брикета Р = Ро + (Р- Ю"6 - Ю)/(ах + av 10-6 р), (6-9) где Ро —начальная плотность, кг/м3; р —давление прессования, Па; Qi, а2 — коэффициенты. р0, кг/м3 аг а2 716 0 ^3 °г°-02 з-?- Ыстрорастворимый £е1ВД чай Ыстрорастворимый кофе 204 .729 0,^3 0,117 0,001
Таблица 6-56 Значения коэффициентов к уравнению (6—7) Лузга Рисовая Подсол- нечная to * . ... U . ев ад 0,01 10 20 30 40 50 0,0 0,5 2,0 6,0 10,0 16,0 20,0 25,0 40,0 50,0 300,0 5 о м >» 0,05 — 0,58 0,14 0,70 0,11 0,76 0,09 0,75 0,09 0,77 0,09 0,09 — 0,33 0,10 0,60 0,10 0,78. 0,10 0,81 0,05 0,04 0,05 0,06 0,05 0,07 0,04 0,01 0,03 0,02 0,02 0,04 0,01 о •*г ;о,о 16,0 21,0 23,5 22,5 24,0 0,0 Г2,5 10,5 16,0 18,0 0,8 1,8 2,8 0,5 1,0 7.0 *М(Г6 D.l(T6 - Па 71,4 181,0 444,4 ззз,з- 555,6 5,0 20,0 60,0 200,0 320,0 400,0 625,0 1600,0 2500,0 30000,0 2,0 2,0 2,0 2,0. 2,0 65,0 0,ui33 0,0133 о.опз 0,0133 0,0133 14,0 14,0 14,0 400,0 400,0 400,0 ■МО"4? -1 оо 747,870 349,335 230,805 174,416 сю оо 363,48 37,74 11,68 5,20 4495,0 2249,0 1435,0 21342,8 17638,0 792,6 Одной из основных механических характеристик табака являет- ся упругость, которая приближенно может характеризоваться сте- пенью восстановления объема после сжатия [21]. Способность реза- ного табака к восстановлению первоначального объема (О) опреде- ляется отношением объема после сжатия — отдачи к исходному. Степень, потери упругости характеризуется пластичностью — П. В табл, 6—57 [44] приведены значения удельных объемов, а также характеристик О и Я для некоторых фракций резаного табака. Удельными объемами после сжатия (vCm) и после отдачи (и0т) оценивается заполняющая способность резаного табака [45]. Таблица 6-57 Упругость и пластичность резаного табака фракция Удельный объем, 10* м*/кг исходный после сжа- тия после от- дачи Способность к [восстановлению первоначаль- ного объема, % Пластичность % 1 2 3 D 10 7,13 7,85 7,95 7,53 . 6,67 3,91 4,21 4,31 4,02 3,36 6,27 6,88 7,11 -6,68 5,74 88,1 87,6 89,6 88,7 86,0 ?6.R ±*\j 11 23,1 24,2 28,0 205
В Краснодарском политехническом институте изучен процесс ре- зания табачного топа ножом с деформирующей планкой. Показатели опыта были следующими: угол заточкн ножа 20°, скорость резания 9,85 м/с, плотность топа 600 кг/м3, влажность табака 0,19 кг/кг, ши- рина табачного волокна 0,6 мм. Во время опыта изменяли расстояние (/, м) от кромки лезвия ножа до деформирующей планки и угол за- острения (а) деформатора. Результаты показаны в табл. 6—58. Ис- следовали табак производственной мешки. Авторы [45] делают вы- вод, что при определенных условиях деформирующая планка поло- жительно влияет на качество табачной массы. Таблица 6-58 Значения удельных объемов /-10», м V еж V от 45 г'сж V от *сж V от (103 м3/кг) при а, град 50 55 "«к V от 60 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 3,20 3,21 2,84 3,02 2,83 2,90 4,12 4,22 3,81 4,03 3,82 3,91 3,41 3,32 3,12 2,94 2,91 2,88 4,34 4,43 4,24 4,05 3,82 3,86 3,45 3,51 3,36 3,16 2,96 2,92 4,44 4,52 4,34 4,16 4,02 3,94 3,82 3,94 3,64 3,56 3,09 3,06 4,81 4,75 4,43 4,40 4,08 3,94 На заполняющую способность табака, т. е. на его удельные объ- емы, влияет также кинематический параметр процесса резания — аб- солютная скорость ножа с деформирующей планкой (табл. 6-59) [46]. Таблица 6-59 Влияние скорости резания на удельный объем табака v-103 (в мг\кг) Учелышй объем Скорость резания, м/с 3,20 6,59- 9,85 11,60' 14,00 Сжатия 2,71 2,84 3,09 2,82 2,80 Отдачи 3,82 4,01 4,24 4,13 4,00 Исследовали [12] влияние давления прессования р, температуры/ и влажности W табачных отходов на плотность брикетов pop, кг/м3, которую определяли через 3 ч после прессования. Результаты опытов пРедставлеиы в табл. 6—52. Обработка экспериментальных данных позволила получить расчетную зависимость РбР=806 -+-2,86-10-6 р +4,33/ +3025ТГ— 20,42.10-6^. (6—10) Релаксация напряжения тзердообразных л.атериал^. Исс ,~-~ 1^ релаксации напряжений в бараночном тесте (№' = 0,30—0,33 кг/кг, :==:280С) проводили иа прессе с механическим приводом [31]. Ре- 206
лаксацию напряжений в мучном тесте можно характеризовать про- должительностью процесса релаксации и конечным напряжением [формулы (1—20), (1—23)]. В табл. 6—60 приведены значения вре- мени процесса релаксации и конечного напряжения в зависимости от начального напряжения, сорта и влажности теста. Таблица 6-60 Значение конечного напряжения и времени процесса релаксации в бараночном тесте Тесто Влажность, кг/кг Начальное напряже- ние, .„•ю-5, Па Время релакса- ции, с Конечное напряжение Па Для бубликов Для баранок горчичных сахарных ванильных 0,332 0,322 0,328 0,330 0,320 0,312 0,330 0,314 9,81 17,15 22,54 25,48 26,46 25,48 23,52 26,46 2160 2560 3060 3240 3360 3600 3420 4320 7,15 12,05 15,48 16,17 17,44 19,60 15,09 18,62 Релаксация напряжений в хлебопекарном пшеничном тесте [40] имеет те же закономерности, что и в бараночном (табл. 6—61). Таблица 6-61 Зависимость конечного напряжения и времени процесса релаксации от вида теста и начального напряжения Тесто из муки Влажность, кг/кг Кислот- ность, °Н Начальное напряже- ние vio-5, Па Конечное напряже- ние v10~5' Па Время процесса релаксации, С I сорта II сорта 0,441 0,446 0,448 0,445 0,454 0,456 0,452 0,453 3,2 2,8 3,4 3,6 5,0 5,0 5,2 5,1 6,0 3,3 2,0 1,3 7,0 4,1 2,9 2,3 2,7 1,8 1,3 2,0 1,5 1,3 652 482 241 182 660 480 300 240 Процесс релаксации напряжений в макаронном тесте, так же как и в бараночном и хлебопекарном, м^жет характеризовг~ьса ---»-- показателями: временем процесса релаксации тр и конечным напряже- нием ок [32]. 207
Величину конечного напряжения для макаронного теста *(W= = 32 кг/кг, /=40° С) можно вычислить: . . . ск = 0,7Ь„. (6-U) Одной из физико-механических характеристик, учитывающих свойства мучного теста при объемном иагружении, является кажу- щийся объемный модуль К, определяемый по формулам (1—7) и (1—14). Его зависимость от давления Ю. А. Мачихин записал в виде уравнения К = аг+а2р, (6-12) где ах и а2— эмпирические коэффициенты (табл. 6—62). Таблица 6-62 Значения коэффициентов к уравнению (6—12) Вид теста а, -10 , Па Хлебопекарное пшеничное Ржаное Макаронное Бараночное и бубличное 3 5 0 100 6,08 6,10 4,85 23,80 Плотность. Изучено три сорта хлебопекарного теста [17], резуль- таты приведены в табл. 6—63. Таблица 6-63 Зависимость плотности хлебопекарного теста от давления Вид теста Давление, р-Ю Па -5 Плотность, кт/м* Ржаное (№=0,528 кг/кг, /=28° С) 0 0,14 0,58 1,42 2,54 1030 1045 1103 1140 1175 Пшеничное из муки II сорта (W- -0,46 кг/кг, / = 31° С) 0 0,15 0,68 1,43 2,74 1010 1050 1108 1148 1181 Пшеничное нз муки I сорта (W= =-0,43 кг/кг, * = 30° С) 2Q8 0 0,14 1,42 2,56 1042 1063 1148 1180
Изменение плотности ржаной головки и теста различной влаж- ности в процессе брожения изучено в [16], результаты приведены в табл. 6—64 и 6—65. . Таблица 6-64 Изменение плотности ржаной головки (в кг/м*) в процессе брожения Влажность головки, кг/кг 0,450 0,464 0,470 0,490 0,510 0 1175 1150 1150 1150 1150 Продолжительность брожения 30 1169 1140 1140 1140 1140 75 924 924 883 879 866 110 883 870 849 808 800 , мии 175 865 850 840 872 753 - 240 862 842 835 782 753 Таблица 6-65 Изменение плотности ржаного теста (в кг/м3) в процессе брожения Влажность теста, кг/кг 0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0 1150 1150 1150 1150 1150 1150 Продолжительность брожения, мнн 25 1100 1088 1073 1072 1063 1056 55 977 965 936 934 925 916 90 870 870 860 850 840 830 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Адгезионные характеристики сыпучих продуктов и мучных изделий Адгезионные характеристики твердообразных материалов. В .ра- боте [2] описаны результаты опытов с хлебопекарным тестом нз пше- ничной муки I сорта. На рабочую поверхность диаметром 20 мм нано- сили слой теста толщиной 0,3 мм. Свойства теста для армянского матнакаша описаны в [1]. Испы- тывали тесто влажностью 0,45—0,455 кг/кг, температурой 27° С. Про- должительность контакта изменяли от 4 до 10 с, давление контакти- рования — от 10 000 до 30 000 Па. В качестве материала для подлож- ки использовали сталь Ст.З, фторопласт-4 и эти же материалы, смо- ченные мучной заваркой (табл. 6—66). Для уменьшения адгезии мучного теста к различным материалам может бы-*- испо ,зо: - .душный обдув [18]. Адгезионные свой- ства теста для узбекских лепешек исследованы [48] на приборе, раз- работанном ВНИИ мясной промышленности (табл. 6—67). 209
Таблица 6-66 Зависимость адгезионного давления ро-10~2 (в Па) теста для матнакаша от напряжения и времени контактирования для разных, материалов Давление контак- тирования ^.КГ3, Па 9,86 17,78 25,70 29,66 9,86 17,78 25,70 29,66 Длительность контактирования, с 4 6 Фторопласт-4 3,82 5,24 8,05 10,00 12,60 20,10 16,45 29,40 8 6,80 12,25 27,20 35,70 Сталь Ст.З, смоченная заваркой 3,54 8,50 14,45 18,40 5,80 11,18 19,50 24,60 8,50 16,00 28,80 36,10 10 7,50 16,00 33,50 13,18 34,00 Фторопласт-4, смоченный заваркой 9,86 17,78 25,70 29,66 2,62 9,20 12,00 18,10 3,40 16,43 21,20 29,30 4,03 20,10 29,70 — 5,95 25,60 36,10 — Таблица 6-67 Зависимость адгезионного давления (в Па-10~2) от времени контактирования и материала подложки Материал подложки Время контактирования, с 5 15 30 45 Сталь 1Х18Н9Г фторопласт-4 Винипласт 3,14 1,14 1,40 4,90 3,63 2,68 5,46 4,50 3,44 5,71 4,62 3,58 В ряде случаев бывает целесообразно изучать адгезионные свой- ства не при отрыве пластины от образца мучного теста, а при сдвиге. Таким способом изучали влияние микрорельефа поверхности матрицы на адгезионное взаимодействие ее с макаронным тестом [15]. Дви- жение осуществляли т<а^ вдоль микробо-оз^ок "а*" —~~ак, при Этом замеряли усилие, необходимое для относительного скольжения образца по пластине (табл. 6—68). 210
Таблица 6-68 Зависимость адгезионного воздействия (в Н) от скорости перемещения, материала и обработки пластин Материал пластины БрАЖ 9-4 Сталь 1Х18Н9Т Фторопласт-4 - Движение относительно микробороздок Вдоль Поперек Вдоль Поперек Вдоль Поперек 14 1,05 1,07 1,02 1,03 0,84 0,85 Скорость W0' 18. .. 22 1,08 1,13 1,12 1,15 1,05 1,08 1,08 1,10 0,86 0,87 0,87 0,88 10», м/с 26 1,17 1,19 1,12 1,14 0,88 0,91 30 1,19 1,24 1,16 1,18 0,90 0,92 Методом сдвига были изучены свойства теста кесме [4]. Резуль- таты приведены в табл. 6—69. Таблица 6-69 Зависимость адгезионного давления теста кесме р0-10~3 (в Па) от продолжительности контакта, влажности теста и материала контактирующей поверхности Материал Винипласт Фторопласт-4 Сталь 1Х18Н9Т Влажность теста, кг/кг 0,33 0,34 0,35 0,33 0,34 0,35 0,33 0,34 0,35 Продолжительность контакта, с 2 — Е 0,6 0,8 1,3 5 0,8 0,8 0,8 1,0 1,1 1,2 1,6 1,8 2,3 15 1,7 1 7 1,8 2,0 2,1 2,2 2,3 2,7 2,9 30 1,9 1,9 2,2 2,3 2,4 2,5 2,7 3,0 3,3 Фрикционные характеристики сыпучих продуктов и мучных изделий Фрикционные характеристики сыпучих материалов. В табл. 6—70 приведены фрикционные свойства пшеничной муки [7]. В табл. 6—71 представлены углы скольжения пшеничной муки I сорта (№=0,128 кг/кг) по различным материалам [52]. Углы трения пшеничной и ржаной муки были определены [54] во ВНИЭКИпродмаше (табл. 6—72). Изучали углы трения [30j сорго по различным материалам. Наи- больший угол трения (около 26°) получили при скольжении по необ- резинеиной стороне транспортерной ленты. 211
Таблица 6-70 Зависимость фрикционных характеристик пшеничной муки различных сортов от влажности Мука лажное ть, кг/кг и нутреннего тре- ня CD X Угол, град внешнего трения SCN >=: - о бетону - стественного от- оса V * Силы сцепления про- дукта, Па о продукту с к X с; ^ о бетону с Угол сдвига, град родукта по про- укту к Ч ее н о ЛХ К Ч о н о родукта п У С X Высшего сорта 1 сорта II сорта 0,13 0,14 0,16 0,13 0,14 0,16 0,13 0,14 0,16 28 29 32 27 28 30 29 31 34 12 13 15 11 12 13 13 14 17 22 23 26 21 22 25- 26 27 29 45 46 47 43 44 45 52 53 57 4000 1300 3000 30 12 25 5000 1500 4000 31 14 26 10000 2000 9000 35 17 29 3500 1000 2600 28 11 22 4600 1300 3600 30 12 24 8000 1600 7000 33 15 27 6000 1500 6000 32 14 27 8400 2000 7400 34 15 29 11000 3500 10500 37 19 30 Таблица 6-71 Углы скольжения (в град) муки Материал В покое В движении Сталь Бетон Дерево Резина 44 59 52 46 42 54 48 45 У, Таблица 6-72 г°л трения (в град) для муки влажностью 0,12—0,14 кг/кг Вид сдвига Пшеничная сортов Mvk? п_° мУке ука по ос 212 (лист не по оргстеклу 29 21 10 10 28 27—35 21 22 10 Ржаная обойная 27—35 2S 10
Коэффициенты трения табака Таблица 6-73 Показатели Влажность, кг/кг Материал поверхности фторопласт бук дуб Значение fK среднее макси- мальное мини- мальное Значение /Ст среднее макси- мальное мини- мальное 0,10/0,135 0,135/0,17 0,17/0,19 0,19/0,25 0,19/0,18 0,17/0,16 0,21/0,16 0,22/0,19 0,22 0,16 0,10/0,135 0,21/0,20 0,135/0,17 0,24/0,17 0,17/0,19 0,19/0,25 0,3/0,2 0,34/0,24 0,34 0,17 0,24/0,22 0,26/0,25 0,28/0,31 0,35/0,27 0,35 0,22 0,3/0,34 0,35/0,34 0,44/0,41 0,49/0,42 0,49 0,3 0,23/0,21 0,24/0,21 0,32/0,28 0,35/0,27 0,35 0,21 0,31/0,28 0,34/0,29 0,51/0,39 0,54/0,46 0,54 0,28 Продолжение Показатели Влажность, кг/кг Материал поверхности текстолит сталь черная сталь поли- рованная оргстекло Значение /д среднее макси- мальное минималь- ное Значение /Ст среднее макси- ма чь^ое минималь- ное 0,10/0,135 0,25/0,240,28/0,260,25/0,21 0,29/0,26 0,135/0,17 0,27/0,23 0,29/0,27 0,28/0,23 0,3/0,25 0,17/0,19 0,38/0,30 0,38/0,34 0,36/0,35 0,45/0,34 0,19/0,25 0,37/0,34 0,36/0,32 0,38/0,37 0,4/0,33 — 0,38 0,38 0,38 0,45 0,23 0,27 0,21 0,25 10,10/0,135 0,31/0,28 0,36 0,28/0,24 0,41/0,34 0,135/0,17 0,4/0,31 0,5/0,45 0,37/0,28 0,46/0,39 0,17/0,19 0,53/0,410,64/0,54 0,45/0,410,58/0,41 0,19/0,25 0,51/0,44 0,65/0,59 0,48/0,44 0,54/0,45 — 0,53 0,65 0,48 0,58 0,28 0,36 0,24 0,34 213
Определены усилия, необходимые для движения табака и начала движения, по которым вычисляли коэффициенты трения динамиче- ский /д и статический /Ст [39]. Эксперименты проводили при давле- ниях от 0,5• 105 до 3-Ю5 Па, относительной скорости движения 0,02— 0,04 м/с. Значения коэффициентов трения приведены в табл. 6—73: в чис- лителе при давлении 0,5-105 Па, в знаменателе — при 3-Ю5 Па. Таблица 6-74 Значение коэффициента трения пшеничного хлеба по различным материалам в зависимости от влажности Материал, но которому опреде- ляемся коэффициент внешнего трения Влажность продукта в процессе сушки, КГ/КГ 0,350 0.227 0,1668 0,П8 Сталь нержавеющая (пище- вая) Дюралюминий (пищевой) То же, с диаметром отвер- стий 1 мм, живое сечение сита 0,1009 То же, с диаметром отвер- стий 3 мм, живое сечение сита 0,3264 То же, с диаметром отвер- стии 5 мм, живое сечение си- та 0,3541 То же, с диаметром^ отвер- стий 7 мм, живое 'сечение сита 0,55 Коэффцциенты трения сухарей 0,700 0,255 0,200 0,180 0,420 0,670 0,175 0,349 0,137 0,285 0,146 0,250 0,718 0,268 0,671 0,274 0,718 0,326 0,220 0,200 0,220 0,210 0,238 0,248 Та блица 6-75 и из шпенич- 'уки 11 copra Внутреннее тре- 1 ние 1 о нержавею- щую сталь Внешнее трение (в состоянии покоя) о пищевой дюралюминий с отверстиями циаметрОл!, мм 0 1 2 3 5 7 10 ожные ые Дор {^°Фейн пличные рольные п Маком ионные 214 0,950 0,280 0,250 0,640 0,570 0,625 0,555 0,690 0,670 0,710 0,360 0,320 0,470 0,440 0,540 0,560 0,620 1,540 1,290 0,420 0,390 1,430 0,470 0,920 0,520 0,990 0,530 1,380 0,470 0,340 0,580 0,460 0,490 0,880 1,1100,620 2 150 0,420 0,290 0,^30 0,47П 1-,пп *«о 0,900 0,640 1,380 0,290 0,290 0,У80и,40ии,оои 4,w 1,260 0,640 1,190 0,490 0,3200,3600,7100,7400,9200,760 1,500
Коэффициенты треиия твердообразных материалов. Для некото- рых видов мучного теста были определены коэффициенты трения о сталь: макаронного теста — 0,29—0,30 [35], бараночного —0,5— 0,6 [43]. Коэффициенты трения хлеба различной влажности из пшеничной муки II сорта определили [10] методом одноплоскостного сдвига. Как показали результаты (табл. 6—74), значение коэффициента тре- ния существенно зависит от материала поверхности скольжения и влажности продукта. Коэффициенты трения сухарей по различным материалам были изучены методом наклонной плоскости [9]. Результаты представлены в табл. 6—75. 7. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДИТЕРСКИХ ПРОДУКТОВ СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Структурно-механические характеристики кондитерских продук- тов зависят от многих факторов и в первую очередь от скорости сдвига, давления, их температуры и влажности. В большинстве слу- чаев эти зависимости являются нелинейными. Особый интерес пред- ставляет определение влияния температуры на величины характери- стик, так как в производственных условиях при стандартной рецеп- туре продукта регулирование многих технологических процессов прак- тически может осуществляться только изменением температурного режима. Полученные данные позволяют ответить на вопрос о необ- ходимости термостатирования и возможных пределах терморегули- рования процесса. Вязкостные характеристики конфетных масс. Вискозиметрия пра- лине на приборах РВ-8 и РМ-1 позволила отнести их к вязко-плас- тичному телу Бингама [уравнение (1—25)]. Отмечено преоблада- ющее влияние на предельное напряжение сдвига 00 и пластическую вязкость Г) температуры и жирности и незначительное влияние изме- нения (в пределах рецептуры) влажности (табл. 7—1). Как видно из табл. 7—2, величина вязкости снижается с увели- чением скорости сдвига, достигая наименьшего значения при скоро- сти порядка 7 с"1, что приближается к предельной степени разруше- ния структуры. При напряжениях ниже предельного, характеризующего проч- ность пространственной структуры, наблюдается медленное течение типа ползучести. При таком очень медленном течении структура раз- рушается, но успевает вновь восстановиться. Это течение обусловле- но практически постоянной наибольшей вязкостью в области малых напряжений сдвига. Однако, как указывает П. А. Ребиндер, значения этой вязкости могут быть чрезвычайно большими. Течение пралине при избыточном дарении -^ fi ° л^ ^ также описывается уравнением \\—25). С повышением ,;ав:нл1ни ., и Q0 воз- растают, причем это наблюдается при изменении давления от 0 до 0,49-105 Па; т] увеличивается в 1,5—2,5 раза, a G0 —в 2—3 раза 215
Таблица 7-1 Зависимость констант уравнения Бингама (1—25) от жирности и температуры пралине для различных конфет Жирность, 1 кг жира на 1 1 кг продукта 1 0,306 0,314 0,346 0,302 0,318 0,333 0,312 Зависимость г\ Вид пралине 6о (в 26 2080 140 1900 131 850 90,0 Па) (в числителе) и т) ( в Па «с) (в знаменателе) температуре, °С 28 30 32 «Чародейка> 1590 1130 830 61 50 35 1400 — 820 60 29 730 590 330 36,0 9,3 6,2 Батончики «Рот С 3000 188,5 — — 1380 130 эф-10'' 1 °« 1 ш J Ь о 2270 1630 1250 120,5 53,6 24,1 2040 1550 1040 104,3 45,8 23,6 «М а с к а» 2840 — 1500 60 25 «К а р а - К у м» 1050 830 550 80 50 32 (в Па-с) пралине С 34 610 31 540 24 — 37 530 24 420 21 260 5,9 > р о н т» 840 13,3 710 12,5 400 15 280 27 630 12,9 520 10,7 170 13 100 26 Т 40 500 22 300 15 . 240 5,6 450 12,0 400 9,3 120 10 — при 45 500 18 300 12 220 5,5 370 10,1 390 8,5 — 95 21 а б л и ц а 7-2 от скорости сдвига Скорость сдвига, f 1,2 2 3 5 -1 1 С 7 и «Чудесница» «Батончики. Рот Фронт» «Капа Кум» -Ко — 36 35 34 32 0,220 0,272 .0,285 0,288 2,0 1,46 1,08 0,7 1,25 0,98 0,92 0,5 0,86 0,74 0,64 0,37 0,65 0,58 0,48 0,27 0,58 0,54 0,44 0 24 0,54 0,52 0,43 0/Л Примечание. Изменение влажности от Q,01§ пралине. до 0,025 КГ влаги на I ьг 216
Зависимость t| и Go прйЛипё от давления Таблица ?-3 Вид пралине Темпера- тура, °С 0о (в Па) (в числителе) и 1} (в Па.с) (в зна- менателе) при давлении рЛО , Па 0,49 0,98 1,47 1,06 «Батончики» <Кара-Кум> <Колос» «Чудесница» 28 31 34 25 32 27 30 3300 420 1800 200 1080 284 1100 290 340 196 1300 159 1200 114 6200 647 5200 475 1760 452 2100 560 1480 246 — 9100 800 7300 562 2720 460 2500 1110 2160 264 3600 558 2350* 142* 11800 825 8250 575 3300 500 4600 1110 2200 276 4450. 596 2400 300 -—• — 3520 546 5900 1110 2740 316 ■"— ~~ * При давлении 0,735-105 Па. (табл. 7—3). Здесь имеется аналогия с изменением реологических характеристик мясного фарша (см. подраздел 3). При исследовании влияния вида жира на вязкость пралине [20] на вискозиметре РМ-1 было установлено, что при температуре от 25 до 28° С, жирности пралине типа «Белочка» 0,28—0,30 кг/кг и скоро- сти сдвига от 1 до 50 с-1 эффективная вязкость г|Эф (в Па-с) неза- висимо от вида добавленного жира определяется по формуле (1—29а), где Bj= 4010—94,3/Па-с; т = 0,7. При температуре 31 и 34° С кривые течения пралине «Белочкаэ описываются уравнением Оствальда [см. уравнения (1—27а) или (1—27) при 6о=0]; значения коэффициентов приведены в табл. 7—4. Изучение вязкостных характеристик «Сливочной помадки> осу- ществляли на нотационном вискозиметре РМ-1. Помадка прнгеюв- л на _ ..„.. _. ^..зенных условиях уабрики «Красный Октябрь», жир- ность 0,159 кг/кг и влажность 0,102 кг/кг. Диапазон изменения тем- пературы—от 20 до 32° С [9]. Результаты экспериментов показали, 217
Таблица 7-4- Значения коэффициентов уравнения Оствальда для пралине «Белочка» с разными жирами [20] Коэффициенты Температура, Какао- масло Кондитер- ский жир Кокосовое масло Шоклин '31 1600 1000 1280 1416 ,34 1230 952 1220 496 31 0,28 0,35 0,33 0,21 34 0,34 0,34 0,34 0,44 что течение «Сливочной помадки» можно описать степенным законом в определенном диапазоне изменения скорости сдвига [уравнения (1—27а) н (1—28)]. Уравнение вязкости с учетом поправки на температуру имеет вид зависимости (1—29а), где величины констант следующие: BQ= а — Ы\ пг= 1 — п\ t — температура помадки. Эмпирические коэффициенты имеют значения: а = 85 026 Па, 6 = 275 Па/К.. Для проведения инженерных расчетов значение п следует при- нимать в зависимости от того, для какого диапазона изменения у рас- сматривается процесс течения: при Y^0»3 с-1 л = 0,4; при у-от 0,3 до 5 с~! /1 = 0,2. Кривые изменения вязкости «Сливочной помадки» от скорости сдвига имеют вид, характерный для структурированных систем (см. рис. 1—2, 1—3): при всех выбранных температурах с увеличением скорости сдвига вязкость уменьшается, причем особенно быстро в диапазоне сравнительно малых скоростей сдвига — примерно до 5 с1; при дальнейшем увеличении скорости вязкость изменяется незначи- тельно (табл.. 7—5). Т а б л и ц а 7-5 Зависимость эффективной .вязкости (в Па-с) конфет «Сливочная помадка» от скорости сдвига и температуры Скорое гь "сдвига, —1 с 1G 20 Температура, °С 24 28 • 32 0,5 1 . 2 3 4 5 С 7 8 ,—. 5500 2900 2150 1700 1400 1200 . 1100. 4450 2650 1950 1550 1300 1150 1050 1000 5050 3350 1950 1450 1200 1000 900 800 700 3600 2250 1400 1050 850 700 650. 600 600 1350 1000 600 450 300 1250 200 200 200 218
«Сливочная помадка» проявляет аномалию вязкости при из- быточном давлении, при этом эффективная вязкость при всех скоростях сдвига с повышением давления заметно возрастает (табл. 7—6). Таблица 7-6 Зависимость г\Эф (в Па-с) «Сливочной помадки» от скорости сдвига и давления при температуре 24° С Скорость сдвига, — 1 с —5 Давление р-10 , Па 0 1 3 5 3400 2100 1600 1100 800 700 3900 2500 1800 1300 1100 800 4100 3000 2100 1600 1300 1100 4600 3200 2400 1800 1500 1300 Течение «Сливочной помадки» в выбранном диапазоне давлений и скоростей сдвига описывается уравнением Оствальда (1—27а). По- вышение давления приводит к увеличению напряжения сдвига при той же скорости сдвига. Например, при у=\ с-1 напряжение увели- чивается от 370 Па при атмосферном давлении до 480 Па прн дав- лении 5-105 Па, т. е. примерно в 1,3 раза, а при y=5 с-1 эта разница возрастает до 1,65 раза. При атмосферном давлении индекс течения п равен 0,195, а при избыточном давлении Ы05 Па он увеличивается до 0,345, при дальнейшем повышении давления до 5*105 он не изме- няется. Уравнение (1—29а) для определения вязкости «Сливочной помад- ки», приготовленной по нормальной рецептуре, при температуре 24° С и избыточном давлении от 0 до 5-105 Па имеет следующие константы: #о = бр=о + ар; m= \ — nt где 6р=о = 3,5'103 Па — напряжение сдвига при у=\ с~\ атмосфер- ном давлении и температуре 24° С; р — избыточное давление, Па; С—2А-103 — эмпирический коэффициент. При давлении, превышающем 0,5-105 кПа, п следует принимать, увеличенным в 1,5 раза. . *' [ \ Обнаружена и изучена тиксотропия пралиновых масс, присной массы, сахар'но-паточно-молочного сиропа и'молочной помады, эмуль- сий для сахарного и затяжного печенья, рахат-лукумной и трюфель- ной масс, какао тертого. Кривые течения массы конфет «Чародейка» (жирность 0,31 кг/кг', влажность О.О'М кг/к , , .... j на приборе FU-8, приведены на рис. 7—1. Из него видно, что тиксотропные свойства пралиновых масс начинают проявляться прн скоростях сдвига выше 0,5—1 с~1. 219
36 ъг 28 Ч и \ о I 20 ъ & 12 \ ^ 0,U 1,2 2,0 2,5 Напряжение сдбигагкПа Рис. 7—1. Кривые течения массы для конфет «Чародей- ка» при температуре (в °С): /-28; 2 — 33; 3-40 Ширина петли гистерезиса кривых течения уменьшается с увеличени- ем температуры, а при 40° С кри- вые прямого и обратного хода практически совпадают (кривая 3 на рис. 7—1). Предложено в качества кри- терия тиксотропиости принимать отношение вязкости при одной и тон же скорости сдвига, но в двух состояниях: при возрастании и убывании нагрузки: £ = t^/ttj^. Анализ показал, что в значи- тельном интервале скоростей сдви- га (от 1 до 25 с-1) это отношение изменяется от 1,77 до 1,11. Коэф- фициент £ характеризует степень структурообразовательных про- цессов при изменении температу- ры,' уменьшаясь * (до единицы) с повышением последней и вместе с тем оставаясь весьма стабильной при постоянной температуре. При температуре 40° С кривые зависи- мости вязкости прн прямом и об- ратном ходе совпадают, что гово- рит о пренебрежимо малой тиксотропностн данных масс при этой температуре. Испытания конфетной массы трюфелей «Экстра» позволили ус- тановить, что этой массе присущи тиксотропные свойства и коэффи- циент тиксотропиости составляет 1,2—1,4.. Коэффициент тиксотропиости грильяжной массы не превышает 1,5, тиксотропное восстановление разрушенной структуры происходит за 30—40 мии. Для помадосодержашей массы конфет «Русский узор» при изменении скорости сдвига от 3 до 50 с-1 !• уменьшается от 1,8 до 1,12. С повышением избыточного давления от 0 до 4,9-105 Па I изменяется от 1,07 до 1,03. Таким образом, при расчете процесса формования выпрессовыванием массы конфет «Русский узор» тиксо- тропными явлениями можно пренебречь. Температура оказывает существенное влияние и на реологиче- ские свойства помадных конфетных масс (табл. 7—7). Большое влияние на реологическое поведение конфетных масс оказывает влажность. Так, изменение влажности массы даже в до- пУстнмых рецептурой пределах (от 10 до 13%) вызывает снижение вязкости, эквивалентное повышению температуры на 4—6° С, что от- рицательно сказывается на качестве готовой продукции. Как показали результаты опытов на ротационном вискозиметре ^М-1 [18], помадные массы независимо от рецептурного состава от- веятся к псевдопластическим телам, течение их достаточно хорошо °писывается степенной моделью Оствальда или моделью Гершеля— ьалкли (табл. 7—8 и 7—9). Давление оказав;.~т tjjv... .miut влияние на эффективную вяз- Кость помадных масс (табл. 7—10). 220
Таблица 7-7 Зависимость т]Эф-Я?~3 (в Па-с) помадной массы «Загадка» от температуры и скорости сдвига Температура массы, °С Скорость сдвига, с -1 0,5 10 13 16 20 24 28 32 36 21,2 20,0 15,2 10,8 4,0 13,5 12,6 9,0 6,0 2,5 7,0 6,2 4,1 2,8 . 1.5 5,4 4,7 3,1 2,0 1,2 4,63 3,80 2,52 1,68 1,06 3,82 3,08 2,04 1,40 0,94 3,34 2,62 1,72 1,23 0,86 2,95 2,30 1,53 1,07 0,79 Таблица 7-8 Коэффициенты реологических уравнений для помадной массы «Загадка» Температура, •С Модель Оствальда (1—27а) Модель Гершеля—Балкли (1—27) 60, Па 20 24 28 32^ 36 14,0 13,3 8,6 5,8 2,9 0,43 . 0,36 0,37 0,39 0,44 5800 4600 3400 3300 1100 7,6 8,7 5,6 2,8 2,1 0,63 0,47 0,47 0,58 0,54 Коэффициенты уравнения Оствальда (1—27а) для помадных масс Масса для конфет Таблица 7-9 «Школьные» «Черемушки» «Весна» «Озеро Рйца» 0,093 0,098 0,113 0,129 ■■ 16,0 13,2 10,6 5,5 0,33 0,28 0,29 0,29 Реологические свойства конфетной массы «Русский узор», при- готовленной в произвол-^твенш." у.. .. ;>абрнки .«Красныft Ок- тябрь» но нормальной рецептуре (жирность 0,20 кг/кг и влажность 0,10 кг/кг), были определены на вискозиметре РМ-1 при температуре 221
Таблица 7-10 Зависимость вязкости г\9ф-103 (в Па*с) массы конфет «Озеро Рица» от скорости сдвига и давления Скорость сдвига, 1 с 0,1 1 2 4 10 16 0 30 5,0 3,2 2,1 1,2 0,94 Давление, МПа о,1 50 7,0 3,5 2,8 1,5 1,12 0,2 70 7,6 5,0 3,3 1,8 1,43 0,3 80 8,2 5,5 3,8 2,1 1,69 28, 29, 30° С. Вид кривых дал основание описать течение массы «Рус- ский узор» трехконстантной реологической моделью Гершеля — Балкли [11]. При. повышении скорости сдвига вязкость массы сильно умень- шается. Причем более резкое снижение происходит при изменении малых скоростей: при температуре 29° С вязкость изменяется от 1600 до 1380 Па-с при увеличении скорости сдвига от 5 до 6 с-1 и от 320 до 317 Па-с —при возрастании скорости от 60 до 61 с"1. С увеличением температуры 0О и В\* заметно уменьшаются, а п остается практически неизменным. В уравнение вязкости введены поправки, учитывающие влияние температуры: - ъф = (д + ^)Л>+(41 + М)? (7-1) где Г)Эф — эффективная вязкость, Па-с; у— скорость сдвига, с-1; i — температура массы, °С; ; а, Ь% а\\Ь\ — эмпирические коэффициенты (табл. 7—-11); п — индекс течения. Та б л иц а 7-11 Значения коэффициентов к уравнению, (7^-1) "Индекс течений п - -0,-50 0,55 а 28525 12900 . _ .£_. „ ... —875 —400 а\" 21323 • 9524 ьх - ■— 667 , —282 Уравнение (7—1) справедливо при изменении скорости сдвига от 2 до 140 с-1 и температуры массы — от 28 до 30° С при атмосферном Давлении. Помимо этого были исследованы реологические свойства молоч- ной помады и конфетных масс «Русский узор», «Мокко» и «Космиче- ские» в диапазоне изменения избыточного давления от 0 до 4,9-105 Па и скорости сдвига — от 1,5 до 120 с-1 [11]. Кривые течения этих масс пРедло;.:^!ю описывать ур. 'леиие:.. 1\х ..... -Балкли. Пр.;ве,«:::нь;е в табл. 7—12 данные показывают, что с повышением давления пре- 222
дельное напряжение сдвига и коэффициент консистенции возрастают, прн этом индекс течения остается практически постоянным. Наиболь- шие изменения вязкость претерпевает при увеличении давления от О до 0,98-105 Па. Таблица 7-12 Зависимость коэффициентов уравнения Гершеля — Балкли (1—27) от давления р и температуры конфетных масс Конфетная масса «Русский узор» «Космические» «Мокко» Молочная помада Конфетная масса «Русский узор» «Космические» «Мокко» Молочная помада Темпера- тура, °С 28 29 30 25 27 30 30 Темпера- тура-, °С 28 29 30: 25 27 30 30 Предельное напряжение 0 1650 1100. 880 4050 2550 1000 3000 Ко 0 2255 1825 1550 700 553 3820 2275 мри давлении рЛО 98 196 2440 3170 1760 2185 1352 1690 5550 — 3850 — 1500 — 6000 — сдвига, Па Л Па 294 490 3170 4475 2500 2955 1900 2200 6150 — 4800 5400 — 1580 7000 — Продолжение эффициент консистенции при давлении р«10 98 196 2Э4 2990 3640 4080 2395 2835 3130 2095 2555 2825 1040 — 1310 930 — 1082 7950 — — 4630 5070 Индекс течения -3. Па 4Э0 0-490 4710 0,55 3540 0,55 3220 0,55 — 0,63 1194 0,63 - 1049 0,57 0,60 223
Испытаний помадных Мисс с добавками [19], проЁеденнЫе на вис- козиметре РМ-1, показали, что течение их описывается уравнением Оствальда (1—27а). Из данных табл. 7—13 видно, что с повышением температуры коэффициент консистенции В^ уменьшается, причем наиболее резко (на 30—35%) при температуре от 40 до 50° С. Индекс течения п с изменением температуры от 45 до 60° С практически по- стоянный. Таблица 7-13 Зависимость коэффициентов уравнения Оствальда от температуры конфетной массы Конфетная масса Жирность, кг жира на 1 кг продукта Влажность, кг влаги на 1 кг продукта Темпера- тура, °С «Кавказские> «Домино» 0,113 0,037 0,085 0,105 40 50 55 60 40 45 55 60 10200 7680 7240 6460 -20000 13500 13300 12200 0,24 0,31 0,33 0,33 0,18 0,23 0,23 0,23 На кондитерской фабрике «Красный Октябрь» было проведено изучение вязкостных свойств некоторых конфетных масс на ротаци- онном вискозиметре «Реотест-2». Для каждой массы был выбран свой температурный диапазон, пределы которого определялись способ- ностью масс к формованию [16]. Наиболее удобна форма описания течения конфетных масс раз- личной реологической природы, степенным уравнением Оствальда. Оно удобно для проведения различных математических операций при расчетах процессов течения конфетных масс в разных технологиче- ских условиях. . _ Анализ данных (табл. 7—14) показал, что для всех исследован- ных конфетных масс с повышением температуры коэффициент кон- систенции Б|* уменьшается, а индекс течения п у большинства масс меняется незначительно. Установлено также, что возможно описание кривых течения урав- нением Бннгама. Приведенные в табл. 7—14 значения 0О и г\ справед- ливы в указанных пределах изменения скорости сдвига. На вискозиметре РМ-1 проведено изучение зависимости вязкости сливочного крема «Шарлотт» влажностью 0,24 кг/кг от давления [2]. В результате обработки опытных данных предложено уравнение т)Эф = (2,45-10-12/72 + 9,15.10-6^ + 22)/ у, (7—2) гДе г)эф — эффективная вязкость, Па-с; р — давление, Па; у — ско- рость сдвига, с-1. Уравнение (7—2) справедливо при изменении скорости сдвига от ^ до 40 с-1 и давления — от 0 до 4,9-105 Па. Разяушение cTpvK^oH крема при атмосферном давлении начинается при в = 1 -103 Па (у— ^35 с-1), а при давлении 49-Ю3 Па 8 = 650 Па (у = 2Ь с"1). 224
Структурно-механические свойства конф Конфетная масса Суфле «Кофей- ное» «Стратосфера» Суфле «Черно- смородиновое» Суфле «Ана- насное» «Юбилейные» «Петушок - зо- лотой гребе- т,т' • л. сз сх. 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 66 62 58 37 35 33 31 29 Пределы ско- рости сдвига, -1 с Таблица етных масс Коэффи- циенты * В1 п по степенному уравнению (I—27а) 0,17—0,5 0,17—0,5 0,17-0,5 0,5—72,9 0,5—72,9 0,5—72,9 0,17—0,9 0,17-0,9 0,17-0,9 0,9—72,9 0,9—72,9 0,9-72,9 0,17—2,7 0,17-2,7 0,17—2,7 2,7-72 2,7—72 2,7-72 0,17—2,7 0,17-2,7 0,17—2,7 2,7-72 2,7—72 2,7—72 2,7—72,9 2,7-72,9 2,7-72,9 0,5-2,7 0,5—2,7 0,5—2,7 0,17—0,5 0,17-0,5 0,17—0,5 0,17-0,9 0,17—0,9 0,17—0,9 0,17-0,9 0,17—0,9 13,1 17,5 19,9 16,8 20,7 25,3 36,2 44 49,5 36,3 44,6 49,6 23,1 28,1 39,2 18,8 22,3 32,8 18,9 21,5 25,7 16,7 0,32 0,42 0,51 0,72 0,72 0,71 0,25 0,30 0,30 0,46 0,46 0,48 0,43 0,48 0,55 0,66 0,71 0,71 0,48 0,47 0,45 0,62 17,75 0,64 21,8 28,8 32,0 34,5 32,9 36,6 40,0 29,5 32,1 43,2 188,0 220,0 282,5 341,0 822,0 0,62 0,57 0,57 0,59 0,45 0,44 0,45 0,27 0,26 0,22 0,40 0,29 0,24 0,18 0,11 Пределы ско- лпгтм rituuffl с 7-14 * 2 м 05>J я хЕ Предел иапряж | сдвига. Пластичес] вязкость, ио уравнению Бннгама (1- "" 1,5—1,8 1,5-1,8 1,5—1,8 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 Г,5—8,1 1,5—8,1 1,5—8,1 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 1,5—8,1 1,5—8,1 1,5-8,1 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 1,5-8,1 1,5—8,1 1,5—8,1 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 1,5—8,1 1,5—8,1 1,5-8,1 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 2,7—8,1 2,7—8,1 2,7—8,1 2,7—8,1 2,7—8,1 25) 10 8,7 12 11,1 15 13,3 28 6,4 44 7,4 56 8,3 33 8,4 42 9,8 49 11,3 60 4,9 75 5,7 88 6,5 18 6,9 20 10,6 27 15,3 33 5,2 50 6,8 66 9,6 15 6,0 17 6,7 20 8,0 32 3,8 34 4,5 39 5,4 25 9,3 28 10,2 32 10,6 55 5,5 59 6,3 64 6,8 — _ • — 200 37,8 235 -М,2 330 44,5 390 51.1 440 53,4 .8—2418 225
Продолжение Конфетная масса «Красная» «Парус» «Космическая» «Кара-Кум» я о. я Темпер; 37 35 33 31 29 36 34 32 30 28 36 34 32 30 28 40 38 36 34 40 38 36 34 34 32 30 28 26 34 32 30 28 26 34 32 30 28 32 Пределы ско- ппртм лттппга -1 - с Коэффи- циенты *;' п по степенному уравнению (1-27 0,9—8,1 0,9-8,1 0,9-8,1 0,9—8,1 0,9—8,1 0,17—0,9 0,17—0,9 0,17—0,9 0,17—0,9 0,17—0,9 0,9—8,1 0,9—8,1 0,9—8,1 0,9-8,1 0,9-8,1 0,17—0,9 0,17—0,9. 0,17—0,9 0,17—0,9 0,9—40,5 0,9—40,5 0,9—40,5 0,9—40,5 0,17—13,5 0,17—13,5 0,17—13,5 0,17—13,5 0,17—13,5 0,17—0,9 0,17—0,9 0,17—0,9 0,17—0,9 " Л-24,3 0,9—24,3 а) 187,5 0,47 218,0 0,45 287,0 0,40 355,0 0,37 425,0 0,34 125,0 0,33 154,0 0,33 206,0 0,33 254,0 0,28 327,5 0,24 127,5 0.59 155,5 0,57 215,5 0,49 261,0 0.44 337,5 204 349 512 693 207 344 525 0,42 0,26 0,25 0,22 0,15 0,47 0,41 0,36 712,5 0,33 248 300 357 425 512 146 364 394 512 152 230 0,33 0,33 0,33 0,32 0,26 0,31 0,28 0,22 0,17 ^.57 0^.53 Пределы ско- рости слпига, —I с «> <*> - UJ = Я 18 = Предел* напряж сдвига, я.? Пластичес! | вязкость, ] по уравнению Бингама <*- 2,7—8,1 2,7-8,1 2,7—8,1 2,7—8,1 2,7—8,1 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1-24,3 8,1—24,3 1,5-4,5 1,5—4,5 1,5-4,5 1,5—4,5 1,5—4,5 4,5-13,5 4,5—13,5 4,5-13,5 4,5-13,5 4,5—13,5 8,1-24,3 8,1—24,3 •25) 130 42,2 170 46,6 2J5 50,0 260 52,3 290 73,4 375 24,1 582 31,0 820 35,6 1100 44,5 200 52,7 260 59,3 320 66,7 380 77,8 460 81,5 365 15,5 430 22,2 500 26,5 570 33,4 660 34,0 300 27,4 470 31,9
Конфетная масса «Трюфели» «Каштанка» «Грильяж» Ра, >ч 1 Темпера |-С_ 30 28 31 30 29 28 27 31 ЗС 2£ 2е 27 41 3$ Пределы ско- рости сдвига, — 1 с Коэффи- циенты [ В] л по степенному уравнению (1-27а) 0,9-24,3 0,9—24,3 . 0,17—2,7 0,17—2,7 0,17-2,7 0,17—2,7 0,17—2,7 2,7—24,3 2,7—24,3 2,7—24,3 2,7—24,3 г 2,7—24,3 0,17—0,9 ) 0,17—0,9 37 0,17—0,9 4 [ 0,9-24,3 39 0,9—24,3 37 0,9—24,3 130 1,7—44 120 1,7—44 ПО 1,7—44 90 1,7—44 360 0,42 475 0,37 96 0,18 141 0,20 187 0,22 248 0,20 325 0,21 80 0,35 124 0,31 169 0,ЗС 223 0,31 295 0,32 237 0,12 363 0,15 450 0,1с Продолжение Пределы ско- рости сдвига, -1 с й> ** Я «ц X 1—> 1 Предел! напряно сдвига, о За О) - Пластн1 ВЯЗКОСТ] но уравнению Бингама (1- 8,1—24,3 8.1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 8,1—24,3 > \ 8,1-24,3 1- 8,1—24,3 > 8,1—24,3 290 0,39 369 0,4 480 0,43 350 0,44 9—44 250 0,75 14—32 1050 0,37 4,8—17,4 1730 0,46 1,7—8,3 25) 620 32,8 730 34,8 117 6,2 195 5,9 255 8,5 362 10,2 460 5,6 790 21,5 1080 33,0 1400 44,5 575 31,5 1000 78,7 1300 140 2350 238 Предельное напряжение сдвига 0О мармелада «Летний» и «Яблоч- ный формовой» определяли на пенетрометре ОМП за 5 с погружения конуса с углом при вершине 75° [8]. Хранение мармелада в течение 5 сут в пластмассовых пакетах при температуре минус 4° С привело к небольшому изменению 9о: с 7-\03 до 8,7-103 Па для «Яблочного формового» и с 7,2-103 до 8-Ю3 Па для «Летнего». С повышением температуры мармелада «Летний» до 17° С значение 90 увеличивает- ся иа 50—70%, а при дальнейшем изменении до 30° С 9о снова умень- шается. Для мармелада «Яблочный формовой» изменение 90 незна- чительное. С увеличением длительности хранения 90 повышается, особенно заметно в первые 15—20 сут. Зависимость 90 (в Па) от температуры (в °С) описывается урав- нениями: для мп^мсмада «лип;::. • 0О= -.0,094*2+ 2,28*+91; 8* (7-3) 227
для мармелада «Яблочный формовой» 0О= —0,089*2 + 1,73*+92. (7-4) Зависимость 0О (в Па) от длительности хранения т (в сут) име- ет экспоненциальный вид: % = аЛФеьГ\ (7-5) где а, 6— эмпирические коэффициенты; для мармелада «Летний» а = 7,6, при /=—4° С 6 = 0,136 и при / = 30° С 6 = 0,178; для мар- мелада «Яблочный формовой» а=6,4, при / =—4° С 6 = 0,175 и при / = 30° С 6 = 0,245. Вязкостные свойства шоколада, Таблица 7-15 Зависимость 0о и т) шоколадной массы «Спорт» от давления Исследование реологических свойств невальцоваиной шоко- ладной массы «Спорт» при температуре 44° С позволяет отнести ее к бингамовскому те- лу (табл. 7—15). Исследование влияния тем- пературы на вязкость шоко- ладной и жировой глазури и шоколадной массы «Басни Кры- лова» вели на пневматическом вискозиметре А1-ЕВШ в про- изводственных условиях кон- дитерской фабрики «Красный Октябрь» [6]. Жирность изу- чаемых продуктов находилась в пределах 0,31—0,36 кг/кг, степень измельчения — 92—96°/о, темпе- ратура изменялась от 29 до 65° С. Установлено, что зависимость эффективной вязкости г|Эф (в Па-с) от температуры массы (в °С) имеет вид (7-6) р.Ю-5 , Па 0 1 3 6 10 е0-ю-2, Па 58 89,5 162 292 440 11-Ю-2,: Па.с 7,20 7,25 8,55 16,40 40,0 т19ф=0+*/*. где а, 6— эмпирические коэффициенты. Для жировой глазури а = = 1,12, 6 = 437,76; для массы «Басни Крылова» а = 5,85, 6 = 222,56; для шоколадной глазури а = 6,14, 6=161,12. Вязкостные свойства карамели. Температура значительно влия- ет на вязкость карамельной массы (табл. 7—16). ^Наименьшая вязкость карамельной массы — при температуре 125—130° С. При охлаждении массы вязкость резко возрастает, при температуре около 80° С скорость кристаллизации становится равной нулю. Вязкостные свойства кондитерского теста. Предельное напряже- ние сдвига теста влажностью 0,28—0,29 кг/кг, приготовленного по рецептурам крекеров «Столовый» и «Молодость», определяли на пе- нетрометре АР-4/1 при погружении конуса с углом при вершине 35° в течение 3 мин [3]. При этом изучали изменение 0О на разных ста- диях производственного тестоприготовлеиия: при замесе, вылежке, прокатке и формовании (табл. 7—17-1-7—19). Оптима^'чьте р-л7?-- • - - свойства гпексрчпго теста достига- ется при замесе в .еченнс 30—40 мин, 00 теста становится равным 1540—1720 Па. 228
Зависимость вязкости (в Па-с) карамельной массы разной рецептуры от температуры \19] Таблица 7-16 Темпера- тура, «с Содержание патоки, кг патоки на 1 кг массы Влажность, кг влаги иа 1 кг продукта 0,0191 0.0184 0,0248 0,0230 0,0319 0.0270 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 31700 11800 4680 2020 955 439 240 132 80 49 — 17400 7320 3030 1400 633 325 167 96 58 39900 12100 4470 1563 691 289 155 88 55 37 95500 30060 11500 4820 2000 881 382 189 100 61 7250 2890 1260 575 325 180 115 76 59 48 35000 11700 5000 2400 900 390 190 ПО 64 Таблица Зависимость 0О (в Па) крекерного теста от длительности замеса [3] 7-17 Таблица 7-18 Зависимость 00 (в Па) крекерного теста от длительности вылежки \3] Длитель- ность за- меса теста, мин „Столовый" „Моло- дость" Длитель- ность вы- лежки тес- та, мин „ Столовый" „ Моло- дость" 10 20 30 40 50 60 4190 2410 1720 1680 1280 1120 3860 2390 1640 1540 1160 1070 30 60 90 120 150 180 1150 980 870 800 850 990 990 850 800 740 750 810 Таблица Изменение 0О (в Па) крекерного теста на стадиях прокатки и формования \3] 7-19 Стадия разделки теста „Столовый^ „Молодость' Реверсивная вальцовка Прокатка на лицевых валках у первых вторых Формование на штампмашине 7200 6120 6340 5340 5150 5080 4920 4830 ,8*-2418 229
Как видно из данных табл. 7—18, минимальное значение дости- гается после 2 ч вылежки. Механическое воздействие на тесто приводит к снижению его предельного напряжения сдвига. Испытания теста для пирожных «Сахарная трубочка» проводили иа вискозиметре РВ-8 при изменении следующих параметров: ско- рость сдвига у от 0,5 до 7 с-1, влажность W от 0,318 до 0,40 кг/кг и температура t от 15 до 30° С [21]. Эффективная вязкость (в Па-с) выражается уравнением Ъф= Ю8,87 —3,99у +0,25у + 1,13* — 0,032/2 _404IF +3601^2 : (7-7) Модуль упругости бисквитного полуфабриката был определен методом сжатия цилиндрических образцов между двумя плоскопа- раллельными пластинами на пенетрометре АР-4/1 (табл. 7—20). Таблица 7-20 Зависимость модуля упругости полуфабриката от качества бисквитного теста [7] Плотность теста, кг/м3 Влажность теста, кг/кг Влажность полуфабриката, кг/кг Пористость, % Модуль упругости я.ю-" Па 664 549 476 454 418 405 . 0,377 0,377 0,375 0,376 0,372 0,373 0,223 0,227 0,230 0,227 0,230 0,230 67,5 73,5 78,5 81,0 80,0 81,5 20,3 12,5 7,2 4,3 4,3 4,2 А. Н. Андреевым [1] из опытов на приборе Б. А. Николаева для теста слоеного на маргарине установлено, что при повышении тем- пературы от 14 до 22° С понижается пластическая вязкость в 8,5 ра- за и модуль упругости Е — в 2,9 раза. Наиболее резкое изменение наблюдается в интервале температур от 18 до 22° С. Зависимости t] (в Па-с) и Е (в Па) от температуры t (°C) теста А. Н. Андреевым представлены уравнениями: т)= 13,3 — 0,58/; £= —\t\ +0,41/— 0,01*2. (7-8) (7-9) При увеличении влажности от 0,277 до 0,445 кг/кг значения т) и Е понижаются соответственно в 1,2 и 2,3 раза. Зависимости г\ (в Па -с) и Е (в Па) от влажности теста W (в %) описываются уравнениями: : 59,65 —253DF+300H72; Е = 5,48 — 12W. (7-П) 230
Время отлежки теста также влияет на Tin л*, если после отлежки в течение 20 мин г|пл снизилась на 17,5%, то за следующие 40 мин — только на 1,4%. Для обеспечения хорошего качества готовых изделий рекомен- дованы следующие величины показателей: Go — от 4 до 5 кПа, т|пл — от 0,34 до 0,4 МПа-с, Е — от 1,1 до 1,6 кПа. Зависимость 60 от температуры и влажности сахарного теста, а также продолжительности его выдержки после замеса определяли на пластометре КП-3 [15]: при / = 24° С: W, кг/кг —0,172; 0,178; 0,216; Go-Ю-3, Па —11,6; 10,9; 7,9; при /-25° С: W, кг/кг —0,159; 0,183; во- Ю-3, Па—19,2; 9,4; при * = 24°С и №=0,172 кг/кг: время выдержки, мин 0; 15; 20; 25; 30 00-Ю-з, па 11,6; 14,9; 16,0; 16,5; 15,6 прн ?=25° С и №=0,159 кг/кг: время выдержки, мин 0; 10; 20; 25; 30; 50 Во-Ю-3, Па 19,2; 20,2; 21,9; 22,2; 22,2; 22,2 Зависимость пластической вязкости г| заварного теста для пря- ников «Медовые» при длительности замеса 30 мин от температу- ры [19]: Температура, °С 20 30 40 Т).10-3, Па 550 270 260 Вязкость сахарного теста при замесе увеличивается [19]: Длительность замеса, мин 6 10 15 20 Л-Ю"3 при температуре 30° С, Па сорта «Фантазия» 2,3 2,9 4,3 4,9 » «Украинская 15 16 17 18 смесь» С увеличением длительности замеса затяжного теста вязкость сначала снижается, а затем резко возрастает. Вязкость теста влаж- ностью 0,25 кг/кг при температуре 40° С, приготовленного по рецеп- туре «Смесь № 12», в зависимости от длительности замеса следу- ющая [19]: Длительность замеса, мин 10 20 30 40 60 80 90 Л-Ю-3, Па 38 36 26 17 60 69 ПО Вязкость затяжного теста снижается при увеличении влажно- сти. Так, для теста, приготовленного по рецептуре «Смесь № 12» (дли- тельность замеса 30 мин, температура 40° С), зависимость вязкости от ^влажности спе;тощая: I Влажность теста, кг/кг 0,2306 0,2523 0,2627 £ Л-Ю-3, Па 170 47 25 Г * 231
Вязкостные свойства конфетных масс при вибрации. Исследова- ния конфетных масс при воздействии вибрации проводили на рота- ционном вибровискозиметре [17]. По результатам наблюдений были построены кривые течения и кривые вязкости при фиксированной частоте /. Характерные для конфетных масс данные зависимости эффектив- ной вязкости от частоты / и амплитуды периодической деформации уо, которую определяли как отношение амплитуды смещения наруж- ного цилиндра к зазору между цилиндрами вискозиметра, представ- лены в табл. 7—21. Таблица Зависимость эффективной вязкости г}Эф-/0_3 (в Па-с) молочной помады при температуре 50° С от частоты и амплитуды периодической деформации 7-21 Частота, Гц 1 2 3 5 10 15 20 25 30 6 11 7 5,2 3,6 3,35 1,85 1,6 1,4 1,25 Амплитуда периодической деформации, 10 5,5 4,2 3,4 2,4 1,5 1,15 0,92 0,74 0,62 13 2,9 2,4 1,95 1,45 0,96 0,74 0,6 0,5 0,42 20 2,5} 1,7 1,35 0,95 0,65 0,49 0,4 0,34 0,29 % 26 1,6 1,2 0,95 0,73 0,48 0,37 0,29 0,25 0,22 Наблюдается значительное, в пределах двух-трех десятичных по- рядков, понижение вязкости. Амплитуда и частота практически в равной степени воздействуют на процесс, в связи с чем эффектив- ность вибровоздействин определяли максимальной амплитудой ско- рости периодической деформации (Ymax), связанной с параметрами ко- лебаний соотношением : 2я/уо, (7-12) где f — частота, Гц; у0—амплитуда деформации. Зависимость эффективной вязкости от максимальной амплитуды скорости периодической деформации была представлена в виде сте- пенного уравнения -Пэф = «Ymax» (7-13) где a, b — эмпирические коэффициенты (табл. 7—22). Реологическое поведение масс как при вибрации, так и без нее описано уоавненнем Гершеля — Балкли (табл. 7—23). Величина 9 11м — i фмл.-.ескнй смысл предельного напряжения сдвига. Однако при наложении вибрации па стационарное течение 0 становится от- рицательным и теряет прежний физический смысл. 232
Значение коэффициентов уравнения (7- при разной температуре Таблица 7-22 -13) для конфетных масс Конфетная масса „Кара-Кум" „ Батончики" Помада сахарная молочная крем-брюле 26 28 30 34 28 34 40 50 40 33500 27200 7560 1195 22350 5240 3256 1305 948 -1,465 — 1,159 —0,878 —0,901 — 1,028 -0,914 —0,638 —0,725 —0,594 Таблица 7-23 Зависимость коэффициентов реологической модели Гершеля — Балкли (7—27) от температуры и режима течения Конфетная масса «Кар а-Кум» Батончики «Походные» Батончики «Шалунья» «Золотой петушок» >, «ч н 26 28 30 34 28 30 32 34 50 32 34 26 28 30 32 Режим течения без вибрации Со 9580 2680 4710 1900 14000 8650 6770 990 5540 4360 3560 9040 5250 1435 1940 * *1 1420 860 1150 378 180 7<00 340 8950 1125 398 174 602 178 1050 282 п 0,547 0,520 0,467 0,499 0,910 0,535 0,675 0,112 0,436 0,572 0,673 0,597 0,710 0,346 0,577 с 8о -2610 —3060 —7530 —2330 —8220 —5380 —2370 —2970 — 250 — 835 — 125 —2180 -3980 —7400 -1830 вибрацией * 8000 3800 7820 2030 10200 6200 2500 3500 1865 513 795 4470 3890 8320 2040 п 0,259 0,341 0,142 0,226 0,180 0,245 0,360 0,355 0,404 0,349 0,418 0,291 0,247 0,146 0,291 Значительное влияние вибрация оказывает на реологические свойства шоколада и конфетной массы «Трюфели». Шоколадная мас- са^ была oni"">»4 ^п1внением Кассо^а -1—26), где а = 6 = 2, а мае.а •Т^юфч,..»!* — уравнением Оствальда (1—27а). Эмпирические коэф- фициенты при различных температурах приведены в табл 7—24 : и 7—25.
Таблица 7-24 Значения коэффициентов уравнения Кассона (1—26) при течении шоколадной массы без вибрации и с вибрацией (f=25 Гц, у0 — 0,12) Температура массы, °С Режим течения без вибрации 1/77 VTK с вибрацией Уь~ V*K 30 32 34 36 38 2,56 2,44 2,54 2,52 2,64 1,65 1,57 1,50 1,43 1,37 —0,604 —0,184 —0,323 —0,479 —0,460 1,94 1,84 1,76 1,64 1,64 Таблица 7-25 Значения коэффициентов уравнения Оствальда при течении массы «Трюфели» без вибрации и с вибрацией Q—24 Гц, у 0—0,12) Темпера массы, 28 30 32 гура Режим без вибрации * *1 268 182 62 п 0,391 0,358 0,428 течения с * *1 148 94 9 вибрацией п 0,414 0,427 0,785 КОМПРЕССИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЛОТНОСТЬ Процесс сжатия пищевых масс в замкнутом объеме делится на два этапа: первый сопровождается интенсивным выделением воздуха и значительным сжатием массы при небольших давлениях; во втором сжатие совершается в основном за счет пластической деформации массы. Зависимость плотности пралиновой массы от давления можно представить уравнением (7~14) Р = Ро+я(/?-Ю-6)*, где р — плотность массы, кг/м3; р — давление формования, Па; ро — плотность массы при атмосферном давлении, кг/м3 (для пралнновых масс ро=П90 ki.V), а, 6--эмпир. ткпе .о/ ^ .. ч." При избыточном давлении от 0 до 1,5• 105 Па я =-13,5 и 6 = 0,728, при давлении от 1,5-105 до 20-105 Па а=14 и 6 = 0,242. Значения ко- 234
эффициентов остаются постоянными при изменении температуры от 2§ до 44е С. Для массы конфет «Русский узор» при температуре 29° С р0= = 1120 кг/м3, а = 30,35 и 6 = 0,15; при 30°С р0=Ю75 кг/м3, а=33,75 и 6 = 0,15. Уравнение Н. Ф. Кунина и Б. Д. Юрчеико [12] нашло широкое применение при описании кривых прессования (зависимость плотно- сти от давления) различных по реологической природе пищевых ма- териалов — от порошкообразных сыпучих до вязко-пластичных, Р^Рпр-Кое-^/а, (7-15) где р — плотность материала, кг/м3; рПр — условная предельная плот- ность, кг/м3; Ко — коэффициент прессования, кг/(Па-м3); а — коэф- фициент потери сжимаемости, Па-1; р — давление прессования, Па. Уравнением (7—15) были описаны кривые прессования помад- ных, сливочных и халвичных масс (табл. 7—26). S Таблица 7-26 '] Значения коэффициентов к уравнению (7—15) Конфетная масса Рпр, кг/м3 а.Ю5, Па""1 Ко.10«, кг/(Па.м8) «Сливочная помадка» 1303 5,64 282 «Халва» 1216 5,09 794 «Трюфель экстра» 1200 3,71 605 «Трюфель» 1265 4,48 319 Прочность карамели при статическом сжатии определяли на ис- • пытательной машине МР-0,5 [14]. Ниже приведены значения времен- • иого сопротивления карамели в зависимости от температуры и содер- ' жания фруктово-ягодной начннки. Содержание начинки, % 29 31 33 Временное сопротивление ав-10-3 (в Па) при тем- пературе начинки, °С 24 428 314 206 39 265 137 98 Прочность карамели не изменяется при температуре начинки ни- :'же 25° С. Карамель с фруктово-ягодными начинками имеет проч- ность иа 25% ниже прочности карамели с шоколадно-ореховыми пе- реслоенными начинками. Временное сопротивление тянутой кара- мельной массы равно (1380db250)103 Па, прозрачной—(1100± ±240)103 Па. Прочностные характеристики печенья при ударе определены на маятниковом копре (табч. 7—27) [10]. Для сахарных'сортов печенья динамическая разрушающая на- грузка составляет 25—30 Н, а для затяжных сортов —65—70 Н. 235
Таблица 7-27 Ударная вязкость печенья Сорт леченья Уларная вязкость! Н/м Сорт печенья Ударная вяз- кость» Н/м «Шахматное» «К чаю» «Цукрове» «Сливочное» «Привет» «Лимонное» 168 175 171 168 176 176 «Далекосхидне» «Крокет» «Спорт» «Аврора» «Москва» 546 518 610 495 455 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ При изучении адгезионных свойств кондитерских масс были ус- тановлены зависимости адгезионного давления от напряжения и дли- тельности предварительного контакта, скорости отрыва, марки кон- тактируемого материала и технологических параметров массы. Опы- ты проводили на адгезиометре, основанном на методе отрыва плас- тины [см. формулу (1 —15)]. Для опытов были изготовлены пласти- ны из стали Ст.З, нержавеющей стали 1Х18Н9Т, бронзы БрАЖЗ-5-5, латуни Л59, алюминия АЛ1, текстолита ПТ, винипласта и фторо- пласта-4. Все материалы имели рабочую поверхность, обработанную по 5-му классу чистоты. Для испытаний брали конфетные массы, приготовленные в про- изводственных условиях по нормальной рецептуре. При изучении влияния времени и напряжения контакта опыты проводили с пластиной из стали 1Х18Н9Т со «Сливочной помадкой» жирностью 0,197 кг/кг и влажностью 0,096 кг/кг при температуре 24° С (табл. 7—28). Таблица 7-28 Зависимость адгезионного давления ро-10~3 (в Па) «Сливочной помадки» от длительности и давления контакта Длительность контакта, с 5 10 20 30 60 I960 1,2 1,7 2,3 2,4 2,4 Давление контакта, Па 3920 1,3 2,3 2,4 2,5 2,5 5890 1,65 2,5 2,6 2,7 2,7 7840 3,2 3,6 3,7 3,8 3,8 9800 3,8 4,0 4,2 4,2 4,3 Исследовано также влияние длительности контакта на адгезион- ное давление пралиновон массы «Теннис» при температуре 34° С. Как видно из данных табл. 7—29, при изменении времени от 0 до 30 с а.. \ •! ... явление пралшювых масс или незначительно, увели- чивается, или практически ие меняется. Подобная картина наблюда- ется и при испытании пластины из фторопласта-4. 236
Рис. 7—2. Зависимость адгези- онного давления «Сливочной помадки» от напряжения кон- такта к различным материалам при температуре 24° С и дли- тельности контакта 30 с; / — фторопласт-4; 2 — сталь Ст.З; 3 — текстолит ПТ; 4 — бронза БрАЖЗ-5-5, 5 —сталь 1Х18Н9Т; 6— винипласт; 7 — алюминий АЛ1 Г № *% 1,5 О 3,92 7,дЬ И,76 &69 Напряжение контактиродания, к Па Таблица 7-29 Зависимость адгезионного давления ро- 10~г (в Па) пралиновой массы от времени и напряжения контакта для стали Ст.З Время контакта, с 0 10 20 30 ЬЧ»^- Давление контакта, кПа 1,87 1,13 1,25 1,43 1,64 3,74 1,69 1,75 1,85 2,00 7,48 2,61 2,64 2,60 2,98 11,22 2,82 3,03 3,21 3,20 14,96 4,21 4,10 4,39 4,10 Адгезионное давление «Сливочной помадки» ко всем материалам увеличивается с повышением давления контакта (рис. 7—2). Испытан- ные материалы пластин можно разместить в ряд, составленный в порядке убывания адгезионного давления: алюминий АЛ1, винипласт, сталь 1Х18Н9Т, бронза БрАЖЗ-5-5, сталь Ст.З, фторопласт-4. Полу- ченный ряд позволяет правильно выбрать материал для рабочих ор- ганов машин, исходя из их функционального назначения. Табл. 7—30 иллюстрирует влияние температуры массы на адге- зионное давление при различном давлении контакта. Для пралиновой конфетной массы «Парус» при температуре от 34 до 40° С получено эмпирическое уравнение вида Ро = Роо + я^к + bpKi (7-16) где ро — адгезионное давление, Па; тк — время контакта, с: рн — давление контакта, Па; р0о, а, Ь — эмпирические коэффициенты (табл. 7—31). Были поставлены опыты по определению влияния длительности контакта при постоянном напряжении на адгезионное давление масс «Космические» и «Русский узор» (табл. 7—32), приготовленных в производственных условиях фабрики «Красный Октябрь». Чл-- •' . ~~ "кнн узор» жпр:;с_тыо 0,197 кг/кг и влажностью 0,GDG кг/кг при температуре 28° С получена зависимость адгезионно- го давления от давления контакта с пластиной из стали 1Х18Н9Т (табл. 7—33). 237
Таблица 7-30 Влияние температуры и давления контакта на адгезионное давление р0-10~3 «Сливочной помадки» (в Па) &У 19 22 23 24 26 19 24 I960 Давление контакта, Па 2940 3920 5880 7850 11760 Материал пластины — фторопласт-4 U5 2,17 2,43 3,35 2,23 3,37 1,27 1,43 2,40 2,65 3,47 1,60 2,27 2,83 3,85 1,33 1,68 2,57 3,16 4,37 1,47 1,64 2,67 3,73 3,25 Материал пластины — фторопласт-4 0,86 1,75 2,27 0,92 2,30 1,43 ' 2,44 1,42 2,70 2,08 2,80 15700 1,99 4,12 5,67 3,00 Таблица 7-31 Коэффициенты к уравнению (7—16) (скорость отрыва пластины 10 мм/с) Материал пластины Роо, Па д, Па/с Сталь Ст.З Текстолит Алюминий АЛ1 Фторопласт-4 Винипласт Таблица 7-32 Влияние длительности контакта на адгезионное давление р0^10~3 (в Па) масс «Космические» и «Русский узор» при температуре 29° С 1030 1226 1360 1484 1632 8,345 8,363 8,426 8,465 8,542 0,18 0,18 0,19 0,19 0,20 Материал пластины Длительность контакта, с 5 10 20 30 60 90 «Космические» (рк — 5,45-103 Па) Фторопласт-4 0,56 0,97 1,28 1,30 Винипласт 0,69 1,50 1,59 1,60 Сталь Ст.З 1,03 1,89 1,96 1,97 «Русский уз ор» (рк = 25,2-103 Па) 1,35 1,61 1,99 1,39 1,75 2,04 Фторопласт-4 Алюминий АЛ1 18,7 23,0 20,0 24,1 21,4 24,2 21,5 24,6 21,9 23,0 24,9 25,8 238
Таблица 7-33 Влияние давления и времени контакта на адгезионное давление ро-10~г (в Па) Длительность контакта, с 1,67 Данлеиие контакта РК*Ю 2,52 Па 3,69 5 1,68 1,88 2,04 10 1,85 2,14 2,74 15 1,88 2,21 3,00 30 1,89 2,21 3,18 60 1,89 2,18 3,18 90 2,01 2,30 3,31 120 2,09 2,57 3,50 Результаты влияния на адгезионное давление длительности кон- такта различных материалов с помадными конфетными массами при напряжении контакта 5450 Па представлены в табл. 7—34 [4]. Таблица 7-34 Зависимость адгезионного давления (в Па) помадных масс от длительности контакта и материала пластин [4] Л £<■> гельн акта 1 я *§ „Буревестник" •<*• о о. -е- О) ю ж >, «J ч ЧОО ТО гч нХ ин „Красный цветок' •<*• U «=: с о Q, о •е- со н и Н9Т ^2 нХ ОН о опла а. о •е- Весна" ч» нХ Ur-t 10 1700 2220 2265 1090 1650 3620 2100 2410 20 2120 2980 2435 1345 1890 4350 2190 2770 30 2265 3180 2550 1485 2020 4950 2280 2870 60 2335 3495 2940 1600 2080 5430 2760 3890 120 2380 — 2960 1670 2170 5945 2840 4330 Отмеченная закономерность увеличения адгезионного давления при повышении длительности и напряжении контакта для материалов пластин является общей для всех пищевых масс. Однако порядок расположения материалов не во всех случаях совпадает. Это можно объяснить специфическими свойствами пищевой массы, условиями проведения эксперимента и микрорельефом поверхности пластин. Коэффициенты внешнего трения сыпучей кондитерской массы пралине находили [13] при изменении угла наклона поверхности, из- готовленной нз стали Ст.З и обработанной по 4-му классу чистоты. Статический коэффициент трения определяли по тчттгангу угла на- клона поверхности, лра котором MaTet .а.< прклидпч d движение, ди- намический коэффициент — по траектории свободного падения мас- 239
сы, сбрасываемой с наклонной плоскости. Опыты проводили с че- тырьмя сортами пралине (табл. 7—35): «Маска» (жирность 0,251 кг/кг , влажность 0,01 кг/кг, температура 28° С), батончики «Спортивные» (соответственно 0,202 кг/кг, 0,012 кг/кг и 32° С), батон- чики «Рот Фронт» (0,26 кг/кг, 0,01 кг/кг и 28° С) и «Антракт» (0,22 кг/кг, 0,014 кг/кг и 29° С). Таблица 7-35 Значения коэффициентов трения пралине [13] Сорт пралине Стати- ческий Динами- ческий «Маска» Батончики «Спортивные» Батончики «Рот Фронт» «Антракт» 0,466 0,625 0,555 0,577 0,435 0,434 0,532 0,518 Коэффициенты трения позволяют определить сопротивление дви- жению рабочих органов технологических машин, а также вести рас- чет и конструирование транспортирующих устройств для кондитер- ских материалов. Таким образом, знание фрикционных и адгезионных свойств кон- дитерских материалов и изделий дает возможность правильно выби- рать конструкционные материалы и кинематические схемы устройств и машин, а также сократить непроизводительные материальные за- траты.
Раздел III Практическое приложение принципов инженерной физико-химической механики 8. РАСЧЕТ ТЕЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ В РАБОЧИХ ОРГАНАХ МАШИН ТЕЧЕНИЕ ПО КАНАЛАМ И ПЛОСКОСТЯМ Короткие каналы При течении по коротким каналам (отношение длины к диамет- ру меньше пяти) потери давления на концевые эффекты (вход и вы- ход из канала) составляют существенную долю общих потерь на про- давливание массы через формующие отверстия. Расчетная формула для определения давления формования вяз- ко-пластичных материалов для цилиндрических каналов круглого се- чения имеет вид р = (2/W/? + Я) 47с/(я«3) + 8/б0/ЗЯ + С, (8-1) где / и R — длина и радиус канала, м; Vc — расход, м3/с; т]Пл — пла- стическая вязкость, Па-с; 0О — предельное напряжение сдвига. При D и С — эмпирические коэффициенты, учитывающие потери давления на входе в канал (табл. 8-—1). Таблица Значение коэффициентов к уравнению (8—/) для конфетных масс -1 Сорт конфет «Батончики» «Колос» «Чудесница» «Кара-Кум» «Московские» «Маска» «Волна» «Теннис» С, Па 63700 29400 7850 37300 17700 8630 9810 27500 D, Па-с 2570,0 77,0 102,8 1180,0 128,5 82,1 641,0 218,0 При расчете давления формования материалов, течение которых описывается степенным законом, предложено сопротивление на входе и выходе из каналов находить по методу Бэгли. Полный перепад давления при течении псевдопластичного мате- риала по пи атипическому каналу можно рассчитать по форму пе P=[VC (Зл Hh 1)/*лЛЗуо Г2т^о (/ +C2R)/R. (8-2) 241
Для кондитерских прессов экспериментально установлено, что в диапазоне скоростей сдвига от 2 до 14 с"1 величина поправки С из- меняется от 1,57 до 2,7 диаметра канала [17]. Общие потери давления в прямоугольном формующем канале при течении вязко-пластичных масс складываются из суммы линейных потерь, найденных на основании уравнения Буссинеска, и потерь на входе: Р = [ I2/W(a*3Cp) + D№/(a + *)3] Vc + 2/0o/Cp + С, (8-3) где а и Ь — ширина и высота канала, м; D и С — эмпирические ко- эффициенты (см. табл. 8—1); Ср — коэффициент формы канала, за- висящий только от отношения Таблица 8-2 Значения коэффициентов к уравнению (8—3) Ь\а (табл. 8—2). При расчете течения не- ньютоновских жидкостей в ка- налах сложной конфигурации [1] иногда используют форму- лы, полученные для ньютонов- ских жидкостей с подстановкой значений эффективной вязкости, определяемых по действитель- ным кривым течения материа- ла (табл. 8—3). Изучено течение вязко-пла- стичных кондитерских масс в круглых цилиндрических кана- лах с отношением длины к диаметру от 2 до 3 20 [15]. По- лученные результаты были представлены в виде зависимости между консистентными перемен- ными Рейнера, т. е. касательным напряжением на стенке р (в Па) и градиентом скорости в том же месте V (в с"1): bfa 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Fd 0,92 0,87 0,83 0,78 0,72 0,67 0,63 0,59 h 0,91 0,87 0,83 0,74 0,69 0,63 0,57 0,51 Ф 0,707 0,702 0,699 0,697 0,695 0,672 0,667 0,647 р = (Щ/d + Ь) V + Шо/d + а. (8-12) Значения постоянных а и Ь в уравнении (8—12) и реологических постоянных к] и 8о приведены в табл. 8—4. Таблица 8-4 Значения 80, т]> а и b для некоторых конфетных масс Сорт пралине «Батончики» «Колос» «Чудесница» «Кара-Кум» «Московские» «Маска» «Волна» «Теннис» °с 29,0 24,0 27,0 25,0 30,0 38,0 37,0 34,5 Содержание, % жира 25,6 29,2 24,4 31,5 27,5 35,5 17,0 33,1 влаги 2,19 2,40 2,42 2,27 3,26 1,90 1,78 1,90 во, Па 12390 3020 6300 882 4730 528 ^455 1790 ч. Па.с 33,3 115,0 293,0 120,0 211,0 19,1 о5 , и 46,1 а, Па 63700 24400 7850 37300 17700 ftfttfi yOi'J 27500 Па.с 2570,0 77,0 102,8 1180,0 128,5 82,1 641,0 218,0 242
Таблица 8-3 Формулы расхода при течении по каналам различной формы Вид канала Формула Вид канала | Формула | Круглый цилиндрический R Прямоугольный f ^°^ А / \ Ус- -7tR*APl(8b(p-0 (8-4) -аЬ3лр/(12П'0 (д-5) То же, при 0,1*b/a*s1 Vc = abJAp(1- - 0,578 b/a)/(12* (8-6) Кольцевой ГЛо г % конический j-y По формуле (8-8) при гьЛ db=rb + rb2 Эллиптический \j Vc =тга3и*Ар/[4* (8-9) у2/а2+х2/Ь2Ч Треугольный Кольцевой ь 4 цилиндрический ^-tRb&pKp ~ -<\>4-(р2-02/(р« F = Rb/Ra Общей формы (8-7) Vc=[3ndaJx (8-8) Vc = a*)/3Ap/o?0x (840) Vc *F3Ap/(2* (8-Ю F,S- площадь и пе~ риметр поперек ного сечения Исследованию начального или входного участка канала, на кото- ром происходит изменение эпюры скоростей потока по сравнению с первоначальной, посвящены работы многих исследователей. Ими по- лучены выражения эпюри скоростей, ^ако..- ь^сщ ^ ^аьлення на начальном участке, длины его. Некоторые из полученных для вяз- кой жидкости результатов приведены в табл. 8—5. 243
1Л об s + 00 (М + <4> ос Q V—^ -J тр СО II О. см и о- *"—"" "5; <] CS SL Си С0 II **, < Q ос *^У 5" т*< со II /^V Си ^—* "^ < CS X ^ >. £ № СХ С а к то д .. к «0 о р х t <и 2 Си ^ « а, - tt то е* о и ХО то Q ТО м ч С* 5 to <v с^ 00 1 1 <м ^ (N и. 1 1 *>sr^* CN £* )LLQC ON ^ w II £ £х ^ S о.* н се а) с Е <и (0 Си 11 S 55 ^ О oc ос ос ос •** CN QJ ос ос (N CN <U ос Q t^ ю о со ос Q ю t- ю о л О н * к о я к к а. к си « i? и s v чЗ 1 244 5. о IQ ХО СП 3 Ч О -?s С 25 я «а С
Рассмотрено движение в цилиндрическом канале тестовой массы с учетом ее сжимаемости [19]. В качестве реологической модели была принята модель обобщенной нелинейной жестко-вязко-пластичной среды. Рассматривая тестовую массу сжимаемой и полагая, что связь между объемом и давлением описывается выражением pVn = const [12], получено соотношение, описывающее распределение давления в цилиндрическом канале: р = Др2 (Д2- r2)K3nPcpl2) [I - .-"PvW"»-""^ + Ро- — Apz/l, (8—I3) где / — длина канала; z — координата рассматриваемого сечения по длине канала; п — показатель сжимаемости; р0 — давление на входе в канал. Была также определена поправка на скорость течения, вызван- ная сжимаемостью тестовой массы: Ш = Ар (/?— r)/(4/>cpnV2) {г + Ар (Я*— г2)/(3рсрп/) X х [Гз^ср/г/(А^-л^)]Ь (8_м) Полученное выражение позволяет выявить влияние сжимаемости на течение различных видов вязко-пластичных жидкостей, описыва- емых классическими реологическими уравнениями. Изучение движения вязко-пластичной пищевом массы в предмат- ричной камере прессов представляет одну из весьма сложных и в то же время практически важных проблем, связанных с необходимостью проведения различного рода расчетов формующего инструмента, в частности определения конфигурации формующей головки [4, б, 22]. Длинные каналы (трубопроводы) Исследованию теч-ения по трубопроводам, имеющим сечение раз- личной формы, посвящено большое количество работ. В ряде случаев используют гидродинамические критерии подобия. Для расчета изотермического ламинарного течения пищевых ма- териалов по прямым горизонтальным трубам круглого сечения доста- точно часто используют формулы, приведенные в табл. 8—б [13, 30]. В работе [8] показано, что эпюры скоростей «степенной» жид- кости в круглой трубе при различном индексе течения распределяют- ся по закону \ a/W = [(l +Зл)/(! +n)][\-(r/R)(n+l)/nl (8-I5) ' где и — локальная скорость слоя, расположенного на расстоянии г от | оси трубы, м/с; W — средняя скорость потока, м/с; R — внутренний I радиус трубы, м; п — индекс течения. 1 При отсутствии проскальзывания продукта по поверхности тру- | бы значения и и W определяются по формулам [II, 25]: L *= [1-(г/Л)<я+1)'я] [*Yi/i/(I +n)U(dp/dl) /г/(2уп1)]1/л, (8-16) | 17==[Лу1л/(1+3Л)][(й^/)/г/(2уп1)]1/л ^- Г, где dp/dl — градиент давления по длине, Па/м; r)i — эффективная I вязкость при градиенте скорости Yi = l с-1, Па-с. I- Ж- 245
Таблица 8-6 Формулы для расчета течения ньютоновской и «степенной» жидкостей Реологическая величина Формула для „степенной* жидкости Формула для ньютоновской жидкости Напряжение сдвига у стенки трубы Напряжение сдвига Скорость в центре трубы 0ст=(*/2)(д/>/д*) О = 6СТ (r/R) "'max =[*/<*+ WX ^ X[(l/2K)(dp/dx))^nx bCT=(R/2) (др/дх) в = ест (г//г> = (*2/4ц) (др/дх) Скорость в лю- бой точке пото- ка Средняя рость ско- vx—vx X •* *max ч XU-{r/R){n+1)/n] ■*cp -*niax Л X [(л + I)/(3« + I)] dvxldr={vXmjR)X X [(n + I)/л] (г/Я)1'" Скорость сдви- (dvx/dr)„ = [(Зл + + О/"] [Рс/(я*3)] ;[1-(/-/Я)2] Скорость сдви га га у стенки ка нала Vr „ = t/v- «0,5 ■*ср -*max dvx/dr=(2vXmaL/R)(r/R) (dvx/dr)cr = Wc/(nR*) Объемный рас-' ^с = [я*3/г/(3л + 1)] X Vc = [я/Р/РнО] (др/дх) ход X [(/г/2/0 (др/дх)]1'п Потери давления могут быть определены по эмпирической зави- симости для случая течения многих мясных и молочных продуктов по трубе [8]: pd/l = aWn9 (8-18) где р — потеря давления, Па; pd/l — величина, пропорциональная на- пряжению на стенке, Па; а — эмпирический коэффициент (табл. 8—7). На основании метода Э. К. Латыпова и Б. С. Филатова разрабо- тана методика расчета падения давления при течении вязко-пластич- ных конфетных масс по трубам [16]. Для расчета падения давления на единицу длины трубы получено уравнение (8-19) A^/ = 9I,6A9V'08Y°'08^b92. 246
Таблица 8-7 Значения коэффициентов к уравнению (8—18) Сырой фарш Говядина, куттерованная с водой Свинина полужирная, кутте- рованная с водой Колбаса любительская докторская чайная Сосиски свиные Котлеты ' «.Ю-2 160 155 130 ПО 91 80 91 п 0,27 0,28 0,21 0,25 0,21 0,23 0,24 Уравнение (8—19) справедливо при изменении v в пределах от 0,01 до 0,2 м/с, 0о—от 100 до 1000 Па, т]пл — от 10 до 200 Па-с, d — от 0,03 до 0,08 м. При расчете падения давления при течении масс по вертикальным трубопроводам помимо линейного сопротивления и гидростатическо- го давления нужно учитывать и дополнительные потери, величина ко- торых зависит от диаметра трубы н расхода массы. Предложена эм- пирическая формула для расчета дополнительных потерь Ьръ = уН (1,08 + 0,563k0»6). (8-20) В табл. 8—8 представлены законы распределения скоростей по сечению трубы и выражения для определения объемного расхода для различных неньютоновских материалов [1]. Местные потери давления при резких сужениях потока рекомен- довано учитывать [16] по методу Бэгли фиктивной длиной трубопро- вода. Коэффициент найден экспериментально, и в зависимости от рас- хода находится в пределах от 6 до 8. У. Л. Уилкинсон рассмотрел [26] задачу течения при внезапном расширении трубы для жидкости, подчиняющейся закону Оствальда: Ар = [&% (Зл + 1)/(2л + I)] [{FlJF2nn + 3)/(Юл + 6)- -(W2)+ 3(3л + 1)/(10л +6)], (8-21) где VCp — средняя скорость потока жидкости в узком сеченин трубы, м/с; F\, F2 — площади поперечного сечення потока до и после рас- ширения, м2. Для расчета местных сопротивлении течению жидкости Шведо- ва— Бингама предложено [14] использовать формулу Дарси — Вейс- баха Ар - ХцрТ^/2, (8-22) где XM = ^/Re*— коэффициент местного сопротивления; Л—коэф- фициент пропорциог чт-,тост , : от вида ccnpoi.хуления: вне- запнее расширение — Л = 210, внезапное сужение — А =320, поворот трубы на 90° — А = 400, задвижка — А =4400. 247
+& о С2 2 СО СО о п <5 00 < ос к II *°? ^ 1 <1 j>> 5- ° «г см s -^ л w О 'X ^ ^г^ 5< ^^ к £5. з? .- с"4 "^, ос tt_ ОС < /—ч + С"3 ос 1—1 11 и X X Tf s I 1 оо 1 ■->. ОС с* с^^г ^ с? ~?| ос^ « ОС "~^ С*. II е ^ X СО о? <] г> С? X •а ОС си N 43 X /—ч о N *- .- см X Л\ р S «" "о: ^« Ю-^ М £ N X са з || = II >-М СТ5 3 СХЭ 03 Ч-Р- S II + а- ^ 'ьГ \ "5 Т5 Ущ—/' 5 "^ ос 1 V» N Т5 "5; V. CNO Nj£ + «2. ос 1 1 /<—ч N Ti ^ <ъ <N О Л v. XX ^}/г ++ •—' о со « С*Д <^ < + О С X С4 + СчЪ + ^ <—■« + е (N™ N С. ОС сч^^ ^ J^oc"^ $ II <<<, (М V i "ос о ^4 4 с ьс ^с CN ^ <. о о К ос ^ I ^ 248
В работе [14] приведены результаты, полученные Д. Э. Шлих- тинской при изучении сопротивления вентиля, задвнжкн и поворота на 90° течению жидкости Шведова — Бингама. Местное сопротивле- ние вычисляют по формуле (8-23) \« = A/Re'\ где А, Ь — коэффициенты, значения которых приведены в табл. 8—9 н 8—10. Таблица 8-9 Значения коэффициентов к уравнению (8—23) Элемент Вентиль Задвижка открытия V4 Чз I i/з 2/з 1 Коэффициент А Re*<Re* кр Re*>Re* кр 4100 76,4 2880 51,3 2030 30,5 695 12,3 540 9,8 355 1,8 Критическое число <р 250 350 550 250 250 400 Примечание.При Re*<Re"* b = l} при Re*>Re 6=0,27 г кр г кр ' Таблица 8-10 Значения А, Ь и Re Зона * к уравнению (8—23) Плавный поворот на 90° Re* А b Резкий поворот на 90° Re* А Ъ (I ламинарное те- 100—850 840 1 100—350 980 чение) II (переходная об- 850— 1 — — — ласть) 1300 III (переходная 1300— 1350 1 350— 6,9 область) 2500 2000 IV (переходная 2500— 3,2 0,223 2000— 2,74 область) 5000 5000 V (турбулентное 5000 0,47 — 5000 2 течение) 0,123 0,367 Сопротивление змеевиков течению неныотоновской жидкости [14] при изменении индекса течения от 0,854 до 0,785 может быть описано выражением ХзчАпр = {— ао26 Rn' °' 675> '8—24^ где А,ям, tap — коэффициенты сопротивления по длине змеевика и пря- молинейной трубы; Re' — число Рейнольдса для змеевика. 249
При расчете коллекторов имеет место переменный расход вдоль оси канала, при этом происходит изменение кинематических и дина- мических характеристик потока [30]. В основу положены диффсрен- циональные уравнения движения тела с переменной массой, полу- ченные И. В. Мещерским. Для случая степенной жидкости, когда весь расход, проходящий через начальное сечение, равномерно рас- пределяется по длине канала, получено выражение Px/(?g) = Ро/Ш + 16 (4л + 2) (on + 3)V%x (2 - x/2)/(tfgDi) - - [4KL/(9gD)] [SVQ (Зл + 1)/(я0Э/!)]я [I/(/i + I)] [I -(I - */2)n + I], (8-25) где^ро — гидростатическое давление на входе в канал, Па; V0 — рас- ход жидкости, проходящей через начальное сечение, м3/с; х— коорди- ната рассматриваемого сечения по оси канала от входного сече- ния, м. Критическим числом Рейнольдса для ньютоновских жидкостей, для которого существует ламинарное движение, является 2320. Для неныотоновских жидкостей это число имеет другое значение. Д. Доуж и А. Метцнер [14], изучая жидкости, подчиняющиеся закону Ост- вальда де Виля, выявили, что критическое число Re с уменьшением индекса течения возрастает: п 1 0,38 0,2 Re* 2I00 3100 5000 Формулы для определения критерия Рейнольдса для различных неныотоновских жидкостей приведены в работе [30]. Каналы переменного по длине сечения Канал разбивается по длине на зоны, в которых сечение имеет одинаковую форму: круг, круг переменной площади, кольцо, кольцо переменной площади и т. д. В зонах, имеющих коническую поверх- ность, последнюю заменяют цилиндром, диаметр которого равен сред- ней арифметической между диаметрами входа и выхода конуса. Кольцевой диффузор можно считать одним из видов плоского диффу- зора. Суммируя изменение зоны, получаем упрощенную рабочую схе- му канала сложной конфигурации. В каждой зоне рабочей схемы в зависимости от формы сечения течение продукта может быть описано, например, одним из следу- ющих выражений. Кольцевой канал: Ус = л (dp/dx) (/?2 + /?i)2 (R2 - Ri) [R2 —Ri — 2t/(dp/dx)]y[4t\ X X (УЪ+УЪП (8-26) гДе Ru R2 — радиус соответственно внутренней и наружной трубы, м; dp/dx — градиент давления, Па. Решать уравнение (8—26^ относительно dp/dx для того, чтобы оп- ределить перепад ^jBjem.-.i ь ..u4a.ie п конце труиы, 6 общем виде че имеет смысла, ибо решение получается громоздким п неудобным 250
для практического применения. После подстановки численных значе- ний всех известных величин dp/dx определяется довольно легко. Круглый канал: Vc = я (dp/dx) R2 [/?— 2d/(dp/dx))<2/4fit (8-27) где R — радиус канала. Конический диффузор: Vc = [9rt tg2 7/(32^0)] [Ар - (20/tg ?)lg r2/riP [/^/(/f2- r\% (8—28) где Ар — перепад давления во входном и выходном сечениях, Па; г2* т\ — радиусы большого и малого сечений, м; <р — угол раствора диффузора, град. Формула (8—28) применима, когда <р2<1, т. е. при малых углах раствора, и когда величина в квадратной скобке значительно мень- ше Др. Для ориентировочных расчетов перепадов давления при работе с массой, имеющей небольшую вязкость (ниже 5-Ю3 Па-с), можно ре- комендовать эмпирические формулы. Перепад давления по длине канала Д/> = V&IK* (8-29) где Vc — объемная скорость (производительность), м3/с; г) — вяз- кость формуемой массы, Па-с; К — константа сопротивления. В литературе имеется большое количество значении К для раз- личных масс. Наиболее близкими для тестовых масс являются вели- чины, приведенные ниже: для круглого сечения К = 0,39/?4//; у =* 1,27Кс//?з; для кольцевого сечения к = о,2б(/?2+ад№-ад; Y = 1,78Кс/[(/?2 Ч- ^i) ^2 — /?i)2]. По приведенным формулам можно рассчитать перепад давления в рабочих каналах сложной геометрической формы, разбив его на ряд элементарных участков, как показано выше. Тогда общая поте- ря давления будет равна Ap = Pc2WK/. (8-30) где Кг и r\i — соответственно константа сопротивления и вязкость на каждом участке канала. Приведенные эмпирические формулы предназначены для расчета каналов, поэтому величины перепадов давлений, полученных по этим фо^мупу ностт гнжг *?! ый а] . Такой способ позволяет не только получить абсолютное значение давления, но подобрать оптимальную форму рабочего канала, при ко- торой величина перепада давления будет наименьшей. Для этого 251
строится график изменения давления по участкам, и в тех зонах, где перепад давления (сопротивление течению теста) наибольший, изме- няют размеры. В тестоделительных машинах роторного типа барабан с несколь- кими карманами вращается непрерывно, при этом карманы пооче- редно проходят через тестовую камеру. Нагнетание теста в мерный карман происходит через сечение, непрерывно меняющееся по време- ни, величине и форме, за исключением того промежутка времени, когда полностью открытый карман перемещается в камере [20]. Течение по наклонной поверхности А. М. Маслов [14] рассмотрел задачу течения на наклонной плоскости. Обозначив угол наклона плоскости к горизонту ф, ширину плоскости а, толщину слоя стекающей жидкости /г, направив оси ко- ординат следующим образом: ось х по свободной поверхности и ось у перпендикулярно направлению течения (вниз), он вывел фор- мулу для расчета расхода стекающей жидкости и толщину h следу- ющего вида: h Vc = a^udut (8—31) о Интегрируя (8—31) по правилу Лейбница и вводя новую пере- менную 6, получим: Vc$l/(ah2)= -f (ди/ду) Ш. (8-32) (ди/ду) для различных реологических уравнений имеет следу- ющие значения: Реологическое уравнение Уравнение расхода О = К (ди/ду)п о = е0 + к (ди/ду)п ди/ду = <р06 -г- <Pi62 ди/ду = <ро0 + <piG3 ди/ду = ^+'0^ Vc=,[nahy(2n + \)]x X (9gh sin y/K)lln Vc=[nah2/(2n + \)]X X(?ghsm<?/K)l/n X X(\-y)nil+n)V+n/(l+n)]y Vc = ^ah^g sin <p/3 + + (<fia/tf/4) (?g sin <p)2 Vc = ^ah^g sin у/3 + + (<h а№/Ъ) (pg sin <p)3 V^ .- ,/. "_ *n <p/3 -b + [?i^^/(v-h2)](P^sincp)v 252
Для жидкости, подчиняющейся закону Оствальда, получено сле- дующее выражение для определения толщины стекающей пленки жидкости: h - [Kf(?g sin cp)I/(2n+D x [{2n + I)/n]«/(2«+i) {Vc/a)n«2n+l\ (8—33) В. Юрчиньски [29] рассмотрел вертикальное извлечение конуса из ванны с жидкостью, подчиняющейся степенному закону. Толщина слоя жидкости на поверхности конуса k=--[KI(?g)]l/{n+1) 1> О + п)/п]п«п+1) (I/cos а)<1-л)'(л+1), (8-34) где v — скорость перемещения конуса, м/с; a — половина угла рас- твора конуса. РАСЧЕТ НАГНЕТАТЕЛЕЙ Шиековые иагиетатели. В основу расчета положены следующие допущения: обрабатываемый продукт принимается несжимаемым, полностью заполняет межвитковое пространство и движется в нем сплошным потоком; режим течения ламинарный; ускорением про- дукта и силами инерции пренебрегаем; теплообмен продукта с окру- жающей средой отсутствует. Геометрическая схема для случая простого сдвига (циркуляци- онными эффектами пренебрегаем) представлена на рис. 8—1. Уравнение, связывающее производительность шпека (в м3/с) с его геометрическими параметрами, скоростью вращения, противодавлени- ем и реологическими свойствами формуемой массы, имеет вид Vc = кЮШ smycos<?Fd<\>/2—nDbz s\n^^рСрЦЩ^Ь), (8—35) где D — внешний диаметр шнека, м; п — частота вращения шнеков, об/с; b — глубина нарезки, м; ф — угол подъема нарезки, град; L — длина шнека вдоль оси, м; Ар — перепад давления на длине шнека, Па; Fd — коэффициент формы нарезки шнека для вынужденного по- тока; ср — коэффициент формы для потока под давлением; ф — по- правочный коэффициент, учитывающий неньютоновское течение мас- сы (см. табл. 8—2). Эффективная вязкость рассчитывается по впскозиметрическим данным для данной массы по формуле Чэф = Чпл + 6о/Тэф> (8—36) где yQ$=7iDn/[60(D—d)] —внутренний диаметр шнека, м. Рис. 8—1. Схема шнека (а) и его плоской модели (б) 253
Рис. 8—2. Зависимость попра- вочного коэффициента 1/с от безразмерного расхода qx и индекса течения п (цифры у кривых) [10] Формула (8—35) получена на основании модели плоскоиарал- лельного течения материала по шнековому каналу и приведена в соответствие с экспериментальны- ми данными посредством эмпириче- ского поправочного коэффициента ■ф, введением эффективной вязко- сти г|Эф и может быть использова- на для инженерных расчетов. Для материалов, течение ко- торых описывается степенным за- коном, уравнения расхода, перепа- да давления и потребной мощно- сти для шнека, имеющего малый угол подъема винтовой линии а (см. рис. 8—2) и число заходов /, имеют вид [10]: Vc = rl^v0bai/2-[2(l-n)/(3-2n)]'[(C/K){bp/L)sma]l«l-nW X (b/2)^-2n^1~'n) si, (8-37) Ар = [2/а/(С sin а)] (3 — 2/г) (т\9фу0Ьа1 - Vc)/[(\ —п) X X {b^-2n)^l-n)si)]t (8-38) N = [(KatL)/s\n а] {[(Ъф^о)2~п/^п] + Ъф^ЬАр/2), (8-39) где К, п — реологические константы материала; 1/с — поправочный коэффициент, который с увеличением расхода для псевдопластичных жидкостей уменьшается, а для дилатантных — увеличивается (рис. 8—2). Из уравнений (8—37) — (8—39) видно, что течение материала состоит из двух потоков: прямого как функции скорости пластины Vo и обратного как функции напорного фактора Др. Шестеренные иагиетатели. Основным показателем качества яв- ляется коэффициент объемной подачи, или объемный КПД, опреде- ляемый по формуле <f=\-(Vy,-Vsc)/VT, (8-40) где V~—теоретическая производительность, кг/мин; VyT—расход ^ндк^сти на утечлл, т. е. объемные потерн насоса, кг/мин; VDc — по- тери на всасывании, кг/мии. 254
Зависимость ф от частоты вращения шестерен п (в об/мин) на- гнетателя конфетных масс имеет вид (16) <р = 0,8+ 0,017/г — 0,0009/г2. (8—41) Теоретическую производительность (в кг/мин) можно вычислить по формуле Е. М. Юдина [28] VT = 2щЬпт2 (г + sin2 a) 10-6, (8—42) где Ь — ширина шестерен, мм; п — частота вращения, об/мин; т — модуль, мм; z — число зубьев; а — угол зацепления передачи; р — плотность массы, кг/м3. Анализ уравнения (8—42) показал, что оптимальным (с точки зрения наибольшего <р) является диапазон скорости вращения от 8 до 15 об/мин. Наибольшее значение коэффициент объемной подачи имеет при /г = 9,5 об/мин. Из большого количества факторов, определяющих сопротивление вращению шестерен насоса, можно выделить основные: момент, созда- ваемый силами давления за счет разности площадей, на которые эти силы действуют в области нагнетания (Mi); моменты силы внутрен- него трения, возникающие при сдвиге слоев жидкости в радиальных (М2) и торцевых (М5) зазорах. Тогда суммарный момент М = Mi + М2 + Af3. (8—43) По крутящему моменту можно рассчитать мощность: N = Мш, (8—44) где М — крутящий момент, Н-м; со — угловая скорость шестерни, с-1; N — мощность, Вт. Моменты М\, Мг> Мз предложено рассчитывать по формулам: Мх = Apb (R] - г2 - Kill 12); (8-45) М2 = АгЪФ [В0 + ApbR/(AzR) + f]^R/bR]\ (8-46) Af3 = 8л60 (/?J - /ф/3 + 2лт,пдсо (/?} - R^/Ъъ (8-47) где Ар—разность давлений в зонах нагнетания и всасывания, Па; Ь — ширина шестерен, м; Ri — радиус окружности головок, м; г — радиус начальной окружности, м; К — коэффициент, равный К=4— —6е+3е2; ^ц —радиус цапфы, м; е — коэффициент (степень) пере- крытия; /0 — основной шаг, м; R — внутренний радиус окружности корпуса насоса, м; 6л и бт — радиальный и торцевой зазоры, м; А — функция, зависящая от числа зубьев (z), приведена ниже. z 10 11 12 13 14 15 А'Ю2 9,87 9,39 8,94 8,53 8,13 7,79 z 16 17 18 19 20 4-102 7,48 7,16 6,87 б,62 6,39 По экспериментальным данным выяснено, что на преодоление ьязко^гп^х сил ,ui4/oiполдня расходуется ит 20 до 60% энергии двигателя. Г. М. Зельтнщсва [7] рассматривала процесс подачи мате- риала шестеренным насосом из области всасывания в область нагне- 255
тания как одновременное существование двух потоков: прямого, по- даваемого зубьями шестерен, и обратного, образуемого утечками мас- сы через торцевые и радиальные зазоры, а также в защемленном объ- еме между зубьями. Это позволило определить минимальную частоту вращения шестерен nmin, при которой коэффициент объемной подачи равнялся нулю (прямой и обратный потоки равны): л,шп =(<*+*) р- Ю-5_ с, (8-48) где опытные коэффициенты: а = 0,195, 6=1,54, с = 0,25. Валковые иагиетатели. Валки одинакового размера нагнетают массу в камеру, ограниченную снизу щелевиднон матрицей. Счища- ющие ножи находятся на уровне линии центров валков так, что угол нагнетания равен нулю. Рабочая поверхность валков находится меж- ду зазорами Н и h0 (H — расстояние между образующими поверх- ностями валков, которые отстоят от плоскости осей валков на угол захвата; h0 — минимальный зазор между валками). Для процесса ка- ландрования Ардичвили было получено уравнение расхода продукта на единицу длины валка [24] Vc = vh — (I/ Щ) (dp/dx) A3, (8-49) где v — окружная скорость валков, м/с; г\ — вязкость массы, Па-с; dp/dx — градиент давления, Па/м; h — текущее значение зазора, м. Для валкового нагнетателя производительность V = vhoK = vh0Vn/Vr, (8-50) где К—коэффициент подачи нагнетателя, равный отношению прак- тической производительности Уп [в м3/(м-с)] к теоретической VT [в м3/(м*с)]. Текущее давление на поверхности валка в зоне захвата р = fr|i/ УгЬо-1'5[{УР~=А/р') [I - (3ft' +2)/4р] - (/~I/fi) X X [1-(Зц+2)/4н.]-(! +0,75/()(arctgyr^r=rT-arctgyr!r=n)], (8-51) где г — радиус валка, м; ji = /z//i0; |j/=tf//io. В общем виде крутящий момент М (в Н-м), реакции в верти- кальной R (в Н) и горизонтальной G (в Н) плоскостях, исходя из равенства угла захвата углу трения материала о поверхность валка (tg <Xi = /), могут быть определены по формулам: М = p^Lf {ai + а2)2/2аь (8-52) R= [p0dL/(ai cos a{)] [sin у cos (a + 5)—: 5 cos (ai + аг) -f-aicos ai] (8-53) G = [podL/(a\ cos ai)] [S sin (ai H- a2)—sin у sin (ai -f 0) — ai sin ai], (8-54) где pu — давление'в минимально:.: зазоре мс^;Д) ^.лка.нп, . ., ai угол захвата, град; а2 — угол нагнетания, град; d— диаметр валка, м; 6=(ai + a2)/2; у=(а2—ai)/2. 256
Рис. 8—3. Схемы валковых устройств для выдавливания (а) и про- катки (б) Результаты опытов с бараночным и хлебопекарным тестом пока- зали, что максимальная производительность нагнетания обеспечива- ется при вполне определенном зазоре между валками, равном 10 мм для бараночного теста и 15 мм для хлебопекарного, и угле нагнета- ния, равном 60—70° для бараночного и 50—55° для хлебопекарного теста. Влияние зазора, частоты вращения и ширины матрицы для ба- раночного теста может быть описано следующими формулами: А = CiV^0, А = Ьх -Ь b2n, A = mi+ щ1, (8—55) где А — крутящий момент, давление или производительность; d, с2, Ьи &2, Wi, я*2 — эмпирические коэффициенты (табл. 8—И). Значения коэффициентов к уравнению (8—55) Таблица 8-11 Коэффициент 0\ Съ ММ" 1 h ь2 Щ т2 Крутящий момент 18 ,.6 Н«м/мм 0,85 Н-м 131 Н-м -1,4 Н-М'МИН/об 45,0 Н.м 1,4 Н»м/мм Давление 2,7 Па/мм 0,09 Па 3,5-10-4 Па 0,29-10-4 Па -мни /об 11,5-10-4 Па —0,17.10-4 Производительно сть 13,4 КГ/(ШН'ММ) 0,10 кг/мин -1,75 кг/мин 0,056 кг/об 0 0,12 кг/(м1ш«мм) Па /мы Формование сбивных масс, подчиняющихся степенному закону течения и обладающих высокой текучестью, также целесообразно осуществлять на валковой машине [5]. принципиальная err"1 роп i.v,.;..3ana на рис. 8—3, а. Массу загружают в оункер /, о ;_о .,..t! захватывается вращающимися валками 2 и продавливается черел формующий клапан 3. 257
Рассмотрим изотермическое, установившееся течение сбивных масс в прессе. Поскольку угол конусности формующего канала мал, в первом приближении будем считать, что течение в этом канале ана- логично течению в зазоре между двумя безграничными неподвижны- ми плоскостями, удаленными на расстояние 2Н. Давление, которое необходимо для продавливания массы через формующий канал, р2 = LJH {К [2 (2л + l)/n]a [Vc/(4Bm)]n - 9gH), (8-56) где L, В — длина и ширина канала, м; К, п — реологические констан- ты степенного закона; р — плотность массы, кг/м3; g— ускорение свободного падения, м/с2; Vc — объемный расход, м3/с В случае течения массы в зазоре между двумя валками, враща- ющимися навстречу друг другу, следует учитывать влияние массы продукта и можно пренебречь инерционными силами по сравнению с вязкими. Тогда выражение для определения давления в зазоре между валками по координате х будет р(х) = 9gx + (А>я/т) [(2n + \)ln]n J {Ci +[2/?(A- A0)- -h2]/2}dh/h2n+l + C% (8-57) где т—(Н*—ho)/a; dx=dh/m; 2tf— толщина слоя продукта, посту- пающего в зазор между валками, м; 2/t — текущий зазор, м. Постоянные интегрирования С\ и С2 рассчитываются из гранич- ных условий: при *=а р=р\, при *=0 р=Рг, где рх—давление массы в бункере, Па. Выбор способа механического формования сбивных масс зави- сит от совокупного учета как геометрических и кинематических па- раметров оборудования, так и структурно-механических свойств про- дукта. Исследования показали, что в ряде случаев целесообразно формовать прокаткой [18, 27]. Масса загружается в бункер / (рис. 8—3, б), откуда поступает в зазор между вращающимся валком 2 и горизонтально движущейся транспортерной лентой 3. Текущий зазор h = R + h0 - Y& — x2. (8-58) Полагаем, что валок вращается с частотой со, а лента движется равномерно со скоростью и. Производительность устройства будет равна: Vc = uiho/in + 1) + rflhtf+2a)fa/[(%n + 1)2(2/2 + I)] (dplKdx)lln + + htf*R (1 + 2n)/{n + 1), (8-59) На результат раскатки тестовых заготовок большое влияние ока- зывает упругое последействие, в результате которого толщина плас- та (h) после раскатки становится больше зазора между валками (Ао). Опыты проводили с тестом из муки I и II сортов на валковой установке, позволяющей изменять зазор между валками от 5 до 10 мм. V- \1Г'»еп ласта предложено характеризовать ко- эффициентом Кв — hjiiQ, который, как показали опыты, зависит от ря- да технологических факторов и кратности прокатки (табл. 8—12). 258
Таблица 8-12 Зависимость коэффициента Кв от зазора между валками, сорта теста и кратности раскатки «! •5 Я Зазор 1 валкам 5 7 9 13 15 17 19 1 4,2 3,3 2,9 2,5 2,3 2,2 2,1 2 3,6 2,7 2,5 2,0 1,9 .1,8 1,7 I сорта 3 2,4 2,1 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 Тесто 1 13 муки Кратность раскатки 4 2,2 1,9 1.8 1,7 1,6 1.5 1.4 5 2,2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,6 1,4 1 3,2 3,0 2,7 2,1 1 9 1,8 1,7 2 2,8 2,3 2,2 1.8 1,7 1,6 1,5 I сорта 3 2,1 2,0 1,8 1,6 1,5 1.4 1,3 4 1,9 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 5 1.9 1.7 1.6 1,5 1,4 1,3 1,2 Изучение раскатки теста показало, что при проектировании зака- точных машин следует предусматривать установку трех-четырех пар валков в формующей головке. Наилучшую раскатку куска теста на- блюдали, когда толщина заготовки перед раскатывающими валками была в 3 раза больше зазора между ними. На основе гидродинамической теории вальцевания проведен анализ условий вза- имодействия карамельной массы с поверх- ностью калибрующих валков [3]. Показано, что прилипание массы к валкам приводит к значительному увеличению распорных уси- лий. При выводе формулы распорных уси- лий были сделаны некоторые допущения: формуемая карамельная масса не прилипа- ет к поверхности валков и обладает посто- янной ньютоновской вязкостью [в жгутовы- тягивающую машину масса поступает с тем- пературой 70—73° С и вязкостью (30ч- -=-100)103 Па-с], радиальная скорость жгу- та в очаге вальцевания пропорциональна его средней осевой скорости, т. е. Vr = =AdVz (рис. 8—4), где А — коэффициент, учитывающий изменение радиальной скорости, обусловленное отклонением нормального сече- ния жгута в очаге вальцевания от плотности при деформации жгу- та, б — dRjdz^ const. Распорное усилие Т = 2ylAVRln/(fb) ((4*!/3) (1/*н + !/Л0) - (/^/Яо)4 X X [(До/Ян)4+ 1]-2}, (8-60) где т) — ^-1^,:ь фоу.»1>«-.....1 миссы, Па-с; V—окружная скорость валка, м/с; R} —- радиус контура нейтрального сечения жгута, м; f — Рис. 8—4. Схема валь- цевания жгута 259
условный коэффициент трения поверхности валка по жгуту; RB — на- чальный радиус жгута, м; R0 — радиус калибрующего отверстия, м. *1 = «н^о![2/(/?4о + tf£)]I/4. (8-61) Безразмерный параметр А для роликовых калибрующих уст- ройств машин типа А2-ШРФ Л = 1,6(1 —/?0/^н)- (8-62) Момент на валу одного валка М = TDf, (8—63) где D — диаметр валка по дну желоба, м. Мощность вальцевания определяется по формуле N = kTDf<*9 (8—64) где k — количество валков, образующих калибр; ю — частота вра- щения валков, с-1. При вальцевании жгута с начинкой распорное усилие, определя- емое по формуле (8—60}, следует умножить на постоянный коэффи- циент: $ = 2В//?Н — (V дн)21 где б — толщина стенки жгута, м. РЕЗАНИЕ ПЛАСТА ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНОГО ПРОДУКТА При резании дисковым вращающимся ножом пласта вязко-пла- стичного материала (рис. 8—5, а) относительная скорость резания vv изменяется от максимального значения в точке / до минимального в точке 3 [2]. В качестве рабочей модели было выбрано внедрение в пласт пластинчатого ножа с плоским торцом. Были приняты следу- ющие допущения: нож абсолютно жесткий, упругие деформации от- сутствуют, процесс изотермический. Равновесие ножа иод действием внешней силы (рис. 8—5, б) записывается [23]: Р\ + Рч + Рг = Р - Р* (8-65) где Pi—сила сопротивления, пропорциональная измеп'мию скорости ножа, Н; Р% — сила вязкого сопротивления, Н; Р3 — с юн Тюкового со- противления, Н; Р4— сила торцевого сопротивления, II; /; — сила ре- зания, Н. Сопротивления Pi, P2, Рз зависят от перемещения ножд h. Сила Р4 постоянна, при малой толщине ножа для неволокнистой вязко- пластичной массы незначительна и в дальнейшем не учитывается. Рис. 8—5. Резание плпста вязко-пластичного магерис,:;:: а— схема резания дисковым ножом; б —рабочая схема 260
Дифференциальное уравнение движения ножа запишется: тХ+7|эфЛ+ЛЛ=Р, (8-66) где A = pJ, ра — адгезионное давление, Па; /—рабочая длина но- жа, м; ./л — масса груза, обеспечивающего внедрение ножа с задан- ной скоростью, кг. Записав характеристическое уравнение для выражения (8—66) и решив его для случая т?Э(^^> АтАу когда вязкие сопротивления зна- чительны по сравнению с боковыми, после соответствующих преобра- зований определили усилие резания (в Н) при h = H: Р = 2А {vytnB- Я)/[(т|эф + Vt^-lmA)C+2 (**■'- I)], (8-67) где В=(^''-^3')/У^-4тЛ; С =(**■' -т-^/)/УГт]^ф-4тЛ; Я\Л = (-~Ъъ±У'ч1ь-ЬтА)12т\ t — время резания, с; Н — толщина пласта, м; q\ и q2—решения ха- рактеристического уравнения. Мощность (в Вт) резания по схеме, представленной на рис. 8—5, а, определяется по формуле N = ЯгСрЧ (8—68) где гСр —средний радиус ножа, м; со — угловая скорость ножа, с-1. 9. КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ ПО СТРУКТУРНО- МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ' И КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ Реологические свойства полуфабрикатов и готовой продукции могут быть с успехом использованы для оценки качества отдельных процессов пищевых производств. Технологические машины различных конструкций, предназначенные для осуществления одного и того же процесса, различаются степенью воздействия на перерабатываемую массу, что приводит к получению конечных продуктов, обладающих неодинаковыми структурно-механическими свойствами, и получению готовой продукции разного качества. Исследование влияния отдель- - ных машин на свойства полуфабриката позволит выбирать наиболее целесообразные конструкции для выработки опредеттертоггч ттппдукта и подбирать оптимальны^. :,^.лнмы его пере^б.чкн. Качество смешения, определяемое максимально достижимой рав- номерностью распределения компонентов в массе продукта, и мини- 261
мальное время, необходимое для получения такой равномерности, являются основными показателями технологической эффективности смесителя. Нередко качество смешения оценивают по изменению фн- зико-механнческих свойств продукта: временного сопротивления, мо- дулей упругости, плотности, вязкости, адгезии. Структурное состояние перемешиваемой конфетной массы наибо- лее четко сказывается на ее основных структурно-механических ха- рактеристиках. Изменение свойств конфетных масс изучали в условиях чистого сдвига на приборе типа Вейлера — Ребнндера при темпера- туре 29° С и скорости сдвига 0,028 с-1. Массу приготовляли в произ- водственном смесителе ММ, из которого через каждую минуту отби- рали образцы массы [4]. Опыты показали, что напряжение сдвига при постоянной скоро- сти деформации изменяется неодинаково: вначале резко возрастает, а затем стабилизируется. Такой характер процесса аналогичен для всех стадий приготовления масс. Опыты на вискозиметре РВ-8 показали, что пластическая вяз- кость т]пл и предельное напряжение сдвига 0О конфетных масс при перемешивании также резко изменяются: вначале они наибольшие, затем сильно уменьшаются. Через 240—360 с после начала процесса дальнейшее перемешивание не приводит к заметному изменению рео- логических характеристик. Например, для массы конфет «Кара-Кум» т)пл(тах)=781 Па-с; г)пл(т1п) = 18,5 Па-с; 60(тах)=П,3 кПа; 60(rain) = 7,05 кПа [3]. Испытания массы конфет «Белочка» показали, что наиболее ин- тенсивно напряжение сдвига снижается в начале перемешивания — примерно в 1,8 раза за первые 6 мин (от 3 до 9 мин), затем умень- шение замедляется: от 9 до 25 мин снижается в 1,6 раза. При этом в диапазоне скоростей сдвига от 0,3 до 45 с"1 кривые течения видо- изменяется: кривые при продолжительности перемешивания 3, 6 и 9 мин можно отнести к псевдопластнческому течению, кривые при 18 и 25 мин имеют S-образнын вид, причем начальный участок (до Y=18 с-1) можно отнести к псевдопластическому течению, конеч- ный — к ньютоновскому [8]. Таким образом, стабилизация структурно-механических характе- ристик указывает на окончание процесса перемешивания и готовность массы. Временем перемешивания будет продолжительность процесса, в течение которого материал приобретает устойчивые реологические свойства. Постоянство структурно-механических свойств теста, обеспечи- вающее оптимальную формо- и газоудерживающую способность тес- товых заготовок, позволяет выполнить операции разделки, расстон- ки и выпечки по строго определенным технологическим нормам и по- лучать готовый продукт хорошего качества. Известно, что реологи- ческие характеристики теста зависят в основном от его рецептурного состава, механической обработки, качества муки и температуры. Для испытаний брали пшеничную муку I сорта со следующими показателями: влажность 0,122—0,128 кг/кг, кислотность 3,2—3.5°, автолптнческая активность 20—35%, содержание клейковины 31— 37% при растяжимости 13—18 см и величине деформации 68—82 ед. ИДК. Те^то гот""т^" * "*^ным способ" ~- гмеснтеле, моделиру- ющем ус.-юиия замеса и машине РЗ-ХТМ при частоте вращения ра- бочих органов 60 об/мин [6]. 262
В результате математической обработки опытных данных на ЭВМ «Одра-1204» найдена корреляционная зависимость между пре- дельным напряжением сдвига 6о, удельной работой ауя, влажностью теста W и показателями качества муки: автолптической активностью Л, содержанием сырой клейковины К при ее растяжимости Р. Урав- нение регрессии имеет вид б0= 175127,12 +83,44яуд-384 679V7 -f 182,9Л + 959,43/С — 2008,08Р. (9-1) Уравнение (9—1) справедливо при температуре теста 29—30° С, величине удельной работы 4—20 кДж/кг, влажности теста 0,386— 0,466 кг/кг и указанных пределах изменения характеристик муки. Ана- лиз уравнения показал, что наибольшее влияние на Оо оказывают влажность теста и содержание сырой клейковины, наименьшее—ав- толитическая активность. Для получения хлеба высокого качества, которое оценивали по балловой методике, из мукисЛ = 33% и Р=14 см при влажности тес- та 0,40—0,50 кг/кг значение предельного напряжения сдвига должно находиться в интервале (8,8-М2,4) 103-Па. Поддержание 0О теста в указанном диапазоне, гарантирующем высокое качество готовой продукции, достигается регулированием соотношения мука — вода и удельной работой в соответствии с уравнением (9—1). Одним из важных показателей готовности тестовых заготовок при расстонке и балловой оценки качества выпеченного хлеба является эффективная вязкость т)Эф. Балловая оценка качества хлеба в зависи- мости от длительности расстойки изменяется по кривой с экстремаль- ным значением, которое находится в диапазоне изменения следующих показателей: эффективная вязкость 5400—5000 Па-с, разрыхленность 55—60%, температура 35—36° С [7]. Уравнение регрессии для хлебопекарного теста имеет вид К = — 8,49Р — 1240/ + 1,55Р2 + 35,5/2—9,35. Ю-зРз + + 1,53-10-10^ -0,337/з, (9-2) где К — комплексный показатель готовности тестовой заготовки по 100-балльной шкале, баллы; Р — разрыхленность, %; Т — температу- ра, °С; г|эф — эффективная вязкость, Па-с. Уравнение (9—2) позволяет не только определить готовность тес- та к разделке, ио и прогнозировать качество выпеченного хлеба. В работе [2] предложена многофакторная математическая модель качества хлеба вида К = а0 + а}хг 4- а2х\ + а3х2 + аАх\ -+- а5х3 + Ч^\> (9—3) где К—показатель качества хлеба (объемный выход или формоус- тойчивость); х\ — сахарообразующая способность муки; х2, Хг— эф- фективная вязкость соответственно непосредственно после замеса и через 30 мин термостатировання; а — эмпирические коэффициенты. При определении объемного выхода хлеба а0= 1919,94; ах = ==—239,69; ао= 115,71: ^=^яяяв; а4 = — 624.36: я5= 17,54; а6 = —0,03. При определении форм оустойч ив ости хлеба ^=1,22; а\=—0,01; 02 = 0; д3=0,55; а4 = — 0,45; д5=—1,13; а6= 1,04. 263
Сахарообразующая способность муки во всех опытах находилась в пределах 178—332 мг мальтозы на 10 г муки. Описанный метод надежно прогнозирует качество готового хлеба и может быть рекомендован для контроля качества муки — теста в технологическом потоке. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ Процесс непрерывного замеса теста осуществляется на агрегатах, включающих тестомесильную машину со шнеком для выгрузки про- дукта, дозаторы муки и жидких компонентов, контрольно-измеритель- ную аппаратуру с датчиком давления, установленным па выходном патрубке. В процессе работы на тестомесильную машину воздействуют раз- личные возмущения, под действием которых регулируемая величина давления принимает значение, отличное от заданного, поэтому задача автоматического регулирования консистенции готового продукта со- стоит в том, чтобы вернуть величину регулируемого параметра на стабилизируемое значение. Для этого регулятор производит па объ- ект регулирования управляющее воздействие определенной величины до тех пор, пока давление не будет равно заданному. Регулирующим параметром может быть величина дозирования одного из компонен- тов, поступающих из дозаторов. Для правильного выбора регулиру- ющего компонента необходимо учесть условия его дозирования и из- менение реологических свойств теста в зависимости от различного процентного содержания этого компонента при условии постоянства дозирования остальных компонентов, требуемых по рецептуре. Консистенция теста зависит в основном от дозировки муки и дрожжевого раствора. Удобно выбрать дрожжевой раствор как регу- лирующий компонент, так как он может дозироваться автоматиче- ской дозировочной станцией [5]. Для осуществления процесса регулирования консистенции заме- шенного теста необходимо знать функцию Др = Др(Дг|), (Ар — от- клонение выходного давления от стабилизируемого значения, соответ- ствующего заданному значению выходного давления, %; At) — от- клонение вязкости от значения, соответствующего заданному, %). В свою очередь Дг) можно связать с требуемым управляющим воз- действием — изменением дозирования дрожжевого раствора ДСДГ, т. е. зависимость Дг)=Дт)(ДСДР), для чего необходимо проделать со- ответствующие эксперименты. Используя методику расчета течения в каналах сложной формы, можно, задаваясь различным содержанием дрожжевого раствора, оп- ределить соответствующие им величины рабочего давления в месте установки датчика системы автоматического регулирования. По результатам расчета построен график Др=Др(ДСдр) (рис. 9—1, а). Полученная линейная зависимость применительно к тестоме- сильной машине как объекту регулирования является статической ха- рактеристикой системы регулирования. Тангенс угла наклона полу- ченной прямой определяет коэффициент передачи объекта Л"0б. Таким образом, проведенные исследования как работы тестоме- сильной маш""ч, так и реологических с^оГ-jtb теста позв -яют здавать систему автоматического-регулирования консистенции теста (рис. 9—1, б). 264
двдр[%] -\—}- ИБ Эб О. ОС вэ ПУ им Рис. 9—1. Контроль качества процесса перемешивания: а — статическая характеристика объекта регулирования; б — структурная схе- ма автоматического регулирования консистенции теста При создании механизированных поточных линии необходимо пре- дусматривать непрерывный контроль качества полуфабрикатов. Су- ществующие химические и органолептические методы оценки не по- зволяют определить качественное состояние полуфабриката непо- средственно в процессе технологической обработки. Наиболее перс- пективными являются реологические методы, поскольку могут быть установлены зависимости между качеством продукта и его свойства- ми, например вязкостью, которые можно использовать не только для контроля качества, но и для его регулирования в процессе производ- ства. В качестве примера рассмотрим автоматизированный контроль качества хлебопекарного теста, которое представляет собой сложную органическую многокомпонентную систему, и для контроля его состоя- ния недостаточно измерения какого-либо одного параметра, поэтому целесообразно применять многопараметрический вычислительный ме- тод. При этом находят уравнение регрессии, характеризующее каче- ство анализируемой смеси. Оно может быть сведено к нахождению зависимостей между единым, обобщенным показателем качества и от- дельными качественными интегральными показателями, зависящими от содержания в них многих компонентов. Зависимость между обоб- щенным и интегральными качественными показателями выражается уравнением линейной регрессии [1] К = Вг + В7х2 + £3*з + ... + Вт** (9-4) где К — среднее значение обобщенного качественного показателя; В и #2, ...,5ш- коэффициенты регрессии; х2, **з, ..., Хгп *~~~ значения отдельных интегральных качественных показ?телрй. Определена обобщенного показателя качества многокомпонент- ного продукта может быть сведено к измерению наибольшего числа интегральных параметров (плотности, вязкости, рН, электропровод- 9—2418 265
ГКНЖУ Охз ^ ^J -о ^ £ СЭ Рис. 9—2. Структурная схема автоматизированного контроля качества теста ности и т. п.) и .решению на», денного уравнения регрессии. Из- менение отдельных параметров осуществляется с помощью датчи- ков, информация от которых в аналоговой или дискретной форме поступает на устройство для ре- шения уравнения регрессии счетно-решающее устройство. Ре- зультат решения выдается в ана- логовой пли дискретной форме для дальнейшего использования в системах автоматического контро- ля и регулирования. Для хлебо- пекарного теста в качестве параметров могут быть выбраны сле- дующие: рН, вязкость и температура. Зависимость между обобщенным показателем качества теста К и отдельными его показателями: х{ (термодинамическая активность ионов водорода в растворе), х2 (вязкость) и хз (температура) —мож- но записать в следующем виде: К = А + Аххг + А2х2 + Лгх3, (9—5) где Л, А[у Аг, Аг — эмпирические коэффициенты. Полученная зависимость позволила предложить систему автома- тического контроля качества, структурная схема которой представле- на на рис. 9—2. Датчики кислотности Dx , вязкости Dx и темпе- ратуры Dx передают сигналы измерительной информации о теку- щих значениях основных параметров теста во вторичные приборы БП\ — ВПъ. С них сигналы поступают в счетно-решающее устройство. Так как автоматический датчик вязкости Dx вырабатывает пневма- тические сигналы, то за вторичным прибором ВЯ2 установлен пневмо- электрический преобразователь Пру который преобразует получаемые сигналы и затем посылает их в счетно-решающее устройство, кото- рое выдает результаты в удобной для непосредственного восприятия форме. СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ И СЕНСОРНОЙ ОЦЕНКОЙ КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ Оценка качества продуктов пищевых производств может осу- ществляться двумя способами. Первый способ — приборное измерение структурно-механических характеристик, выражаемых в определенных физических единицах. Второй способ — сенсорная (органолептическая) оценка качества, т. е. субъективная чувственная оценка сопротивля- емости, деформации и консистенции продукта. Развитие квалиметрнн и психореологии позволило обосновать показатели качества продук- тов и разработать некоторые математические принципы построения обобщенных показателей качества. "_ г..«,.с [9] предложена классификация структурны:; харак- теристик продуктов, которая может быть использована для установ- ления соотношения приборной оценки консистенции продукта с ор- 266
ганолептической. Характеристики разделены на три класса: первич- ные, связанные с аналитическими и геометрическими свойствами (со- держание воздуха, влаги, жира и других компонентов; размер и фор- ма частиц); вторичные, связанные с основными реологическими свой- ствами (упругость, вязкость, адгезия); третичные, связанные с меха- ническими процессами измельчения и жевания продукта. Третичные характеристики имеют термины, наиболее часто используемые потре- бителями при оценке различных пищевых продуктов. Различают сле- дующие разновидности третичных характеристик: для твердых про- дуктов— рассыпчатые, хрупкие, порошкообразные, влажные, липкие, сухие, мягкие, твердые, пористые, нежные, грубые (шоколад, пе- ченье, овощи, фрукты, мясо, сыр, хлеб, масло); для полутвердых про- дуктов — тестообразные, крошащиеся, прилипающие, влажные, сухие, комковатые, нежные (плавленый сыр, пасты, фарш, сливки, джем); для жидких продуктов — жидкие, водянистые, густые, жирные, лип- кие (растаявшее мороженое, майонез, соусы, супы). Установлено, что сенсорная оценка вязкости продукта может быть дана при напряжении сдвига, развиваемом при скорости сдвига око- ло 50 с-1. Зависимость сенсорной оценки продуктов (установленной вязкости) г|) от напряжения сдвига (возбудителя) 0 при у = 50 с-1 имеет вид ф-=*/Ч (9-6) где Ks, пи — эмпирические коэффициенты. В зависимости от вида продукта nD находится в пределах от 0,5 до 2. Например, по данным Вуда, для супов-пюре пв=1,28. Таким образом, по вискозиметрическим данным при определен- ной скорости сдвига можно определить реакцию человека при сенсор- ной оценке вязкости. Однако выводы, основанные на изучении соот- ношений приборной и сенсорной оценок, пока не могут быть исполь- зованы для широких обобщений. При этом должны быть учтены: значения коэффициентов корреляции; характеристики, измеряемые данным прибором, и условия опытов; однородность образцов продук- тов, подвергнутых дегустации; методы расшифровки сенсорных оце- нок.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ К введению 1. Горбатов А. В. Реология мясных и молочных продуктов.—- М.: Пищевая промышленность, 1979.— 384 с. 2. Измайлова В. В., Ребиндер П. А. Структурообразование в бел- ковых системах. — М.: Наука, 1974.— 268 с. 3. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика дисперсных структур. — В кн.: Физико-химическая механика дисперсных струк- тур. — М.: Наука, 1966, с. 3—16. 4. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Т. 1. —М.: Наука. 1970.— 492 с. 5. Урьев И. Б., Талейсник М. А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. — М.: Пищевая про- мышленность, 1976. — 240 с. 6. Химический состав пищевых продуктов/Под ред. А. А. По- кровского.— М.: Пищевая промышленность, 1976. — 228 с. 7. Эйрих Ф. Р. Реология (теория и приложение). — М.: ИЛ, 1962.—824 с. К подразделу 1 ■ 1. Бартенев Г. М., Ермилова Я. В. К теории реологических свойств твердообразных дисперсных структур. — Коллоидный жур- нал, 1967, т. 29, № 6, с. 771—778; 1968, т. 30, Кя 5, с. 662—668; 1969. т. 31, № 2, с. 169—175. 2. Берлин А. А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров. — М.: Химия, 1969. —320 с. 3. Вода в пищевых продуктах/Под ред. Р. Б. Дакуорта: перевод с английского. — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 376 с. 4. Горбатов А. В. Реология мясных и молочных продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1979. — 384 с. 5. Горбатов А. В., Косой В. Д. Влияние давления, влажности и температуры иа структурно-механические свойства фарша. — Изве- стия вузов. Пищевая технология, 1970, № 2, с. 146—151. 6. Горбатов А, В., Лимонов Г. Е. О распределении давлений в фарше по длине канала. — Известия вузов. Пищевая технология, 1972, № 4, с. 184—185. 7. Горбатов А. В., Спирин Е. Т., Башмаков В. И. Пссг.сл ;занпе релаксационных характеристик мясного фарша.— Известия вузов. Пищевая технология, 1971, № 5, с. 171—172. 268
8. Гуль В. Е„ Кулезнев В. Н. Структура и механические свой- ства полимеров. — М.: Высшая школа, 1979.— 352 с. 9. Дерягин Б. В. Что такое трение? — М.: Изд-во АН СССР, 1963. —231 с. 10. Измайлова В. //., Ребиндер Я. А. Структурообразование в белковых системах. — М.: Наука, 1974. — 268 с. 11. Консистентные смазки/\Д. С. Великовский, В. Н. Поддубный, В. В. Вайншток, Б. Д. Готовкин1. —М.: Химия, 1966.— 256 с. 12. Маслов А. М. Инженерная реология в пищевой промышлен- ности. — Л.: ЛТИХП MB и ССО РСФСР, 1977.— 88 с. 13. Манихин Ю. Д., Зурабишвили Г. Г. Таблетирование пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1978. — 136 с. 14. Михайлов И. В., Ребиндер Я. А. О структурно-механических свойствах дисперсных и высокомолекулярных систем. — Коллоидный журнал, 1955, т. 17, № 2, с. 107—119. 15. Николаев Б. А. Измерение структурно-механических свойств пищевых продуктов. — М.: Экономика, 1964. — 223 с. 16. Политехнический словарь/Под ред. И. И. Артоболевского.— М.: Советская энциклопедия, 1976. — 608 с.' 17. Ребиндер Я. А. Физико-химическая механика дисперсных структур. — В кн.: Физико-химическая механика дисперсных струк- тур. — М.: Наука, 1966, с. 3—16. 18. Рогов И. А., Горбатов А. В. Новые физические методы обра- ботки мясопродуктов. — М: Пищевая промышленность, 1966.— 302 с. 19. Рогов И. А., Горбатов А. В. Физические методы обработки пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1974. — 583 с. 20. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Т. 1. — М.: Наука, 1970. —492 с. 21. Урьев Н. Б., Талейсник М. А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. — М.: Пищевая про- мышленность, 1976. — 240 с. 22. Федоткин И. М., Клочков В. Я. Физико-технические основы влагометрии в пищевой промышленности. — Киев: Техника, 1974. — 308 с. 23. Физические основы метода определения адгезии мясопродук- тов/[А. В. Горбатов, В. И. Башмаков, П. Л. Пахомов, Е. Т. Спи- рин].— Известия вузов. Пищевая технология, 1970, № 6, с. 129— 133; 1971. № 1, с. 107—110. 24. Френкель Я. И. На заре новой физики. — М.: Наука, 1970.— 382 с. 25. Химический состав пищевых продуктов/Под ред. А. А. По- кровского.— М.: Пищевая промышленность, 1976. — 228 с. 26. Шульман 3. Я. Конвективный тепломассоперенос в реологи- чески сложных жидкостях. — М.: Энергия, 1975. — 350 с. 27. Яхно О. М:, Дубовицкий В. Ф. Основы реологии полиме- ров.— Киев: Вища школа, 1976.— 186 с. 28. Dodge D. W. Fluid systems. — Industrial Engineering Che- mistry, 1959, v. 51, № 7, p. 839-844. Л* подразделу 2 1. Альтшулъ А. Д. Гидравлические сопротивления. — М.: Недра, 1970.— 216 с. 269
2. Ашкерое Ю. В. Исследование кинетической адгезии. Автореф. канд. дис. — М.: Моск. станкостр. ин-т, 1969. — 14 с. 3. Бакунц Г. В. Прибор для измерения физико-механических сзойств фарша при куттеровании. — Мясная индустрия СССР, 1968 № 6, с. 6—11. 4. Барр Г. В. Вискозиметрия. —М.; Л.: ГОНТИ—НИТП — СССР Гл. ред. хим. лит., 1938.— 274 с. 5. Байгазиева М. Д. Исследование формования полуфабриката кесме с целью механизации его производства. Автореф. канд. дис. — Л.: ЛТИХП, 1978. —22 с. 6. Белкин И. М., Виноградов Г. В., Леонов Л. И. Ротационные приборы. — М.: Машиностроение, 1968. — 272 с. 7. Белый В. А., Егоренкое Н. И., Плескачевский Ю. М. Адгезия полимеров к металлам.— Минск: Наука и техника, 1971. — 286 с. 8. Берлин А. А., Баснн В. Е. Основы адгезии полимеров. — М.: Химия, 1969.— 319 с. 9. Благовещенская М. М. Разработка и исследование метода автоматического измерения качества хлебопекарного теста. Автореф канд. дис —М.: МТИПП, 1975. —26 с. 10. Винокуров Ф. П., Скворцов Б. П., Тетеркин А. Е. Определе- ние сцепления и несущей способности торфяных оснований сфериче- ским штампом. — ИФЖ, 1960, т. 3, № 4, с. 49. 11. Гершгал Д. Л., Фридман В. М. Ультразвуковая технологи- ческая аппаратура. — М.: Энергия, 1976.— 318 с. 12. Горбатов Л. В. Реология мясных и молочных продуктов.— М.: Пищевая промышленность, 1979.— 383 с. 13. Горбатов А. В., Виноградов Я. И., Косой В. Д. Влияние не- которых технологических факторов на реологические свойства кол- басного фарша при термообработке в форме под давлением. — В сб.: Мясная промышленность, № 2. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1975, с. 18—26. 14. Жуковский С. С, Гуткин А. М. О методе определения пре- дельного напряжения сдвига. — Коллоидный журнал, 1966, т. 28, № 1, с. 151—152. 15. Исаев Л. И., Яновский /О. Г. Виброреометр с коаксиальны- ми цилиндрами.— Заводская лаборатория, 1970, т. 36, № 12, с. 1525—1529. 16. Исследование механических характеристик мяса методом проволочной тензометрии/[А. В. Горбатов, Г. Е. Лимонов, Е. Т. Спи- рин, В. В. Небурчилов].— Мясная индустрия СССР, 1968, № 3, с. 28-29. 17. Максимов А. С. Исследование влияния колебаний на реоло- гические свойства конфетных масс и их течение по каналам формую- щих машин. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1976. — 30 с. 18. Малкин А. Я., Аскадский Л. А., Коврига В. В. Методы из- мерения механических свойств полимеров. — М.: Химия, 1978.— 330 с. 19. Методы контроля консистенции и структурно-механических свойств сыра/fB. П. Табачников, Л. И. Тетерева, 3. X. Диланян, Г. Г. Хачатрян]. —М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1975.— 39 с. 20. Нараг"^ Н. Г ^ ' ■-~~ i макаронных пзлелнй. — М.: Пи- щевая промышленность, ,у7$. — 287 с. 21. Николаев Б. А. Измерение структурно-механических свойств пищевых продуктов. — М.: Экономика, 1964.— 224 с. 270
22. Новые приборы Дли контроля реологических свойств мясо- продуктов/^. В. Горбатов, Г. Е. Лимонов, С. И. Суханова и др.]- — Мясная индустрия СССР, 1972, № 10, с. 35—37. 23. Объективная оценка качества мяса и мясных продуктов реологическими методами/ |Т. Е. Лимонов, С. И. Суханова, О. П. Бо- ровиков, А. В. Горбатов]. — В сб.: Мясная промышленность, № 14.— М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1975.— 27 с. 24. Пелеев А. И., Клименко М. И. К теории машинной обработ- ки мяса. Исследование процесса трения скольжения мяса по стали.— Мясная индустрия СССР, 1966, № 5, с. 45—47. 25. Прибор для объективной оценки консистенции колбасных изделий/[Е. Гольдман, О. Холоднова, А. Большаков, А. Фомин].— Мясная индустрия СССР, 1969, № 1, с. 29—31. 26. Разоренов В. Ф. Пенетрационные испытания грунтов. — М.: Стройиздат, 1968.— 182 с. 27. Реология пищевых масс/[К. П. Гуськов, Ю. А. Мачихии, С. А. Мачихин, Л. Н. Лунин]. — М.: Пищевая промышленность, 1970, —208 с. 28. Соловьев А. И., Каплун А. Б. Вибрационный метод измерения вязкости жидкостей. — Новосибирск: Наука (СО), 1970. — 140 с. 29. Спирин Е. Т. Исследование физико-механических свойств мясопродуктов при адгезии и трении. Автореф. канд. дис. — М.: ВНИИМП, 1970. —24 с. 30. Урьев И. Б., Талейсник М. А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. — М.: Пищевая про- мышленность, 1976. — 239 с. 31. Юрчиньски В. Исследование в области формования тестовых заготовок пирожных. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1977.— 36 с. 32. Bourne М. С. A classification of objective methods for measu- ring texture and consistency of foods. — J. Food. Sci., 1966, v. 31, № 6, 1011-1015. 33. Design applications of mechanical properties of solid food materials. The Pensylvania State University, 1975, 198 p. '/ 34. Drake B. K. Automatic recording properties of food—stuffs. — J. of Food Sci., 1962, v. 27, № 2, p. 182—188. 35. Drake В. К. Food crushing sounds: comparisons of objective and subjective data. — J. of Food Sci., 1965, v. 30, № 3, p. 556—559. 36. Hammerle J. R., Mohsenin N. N. Determination and analysis of failure stresses in egg shells. — J. Agric Engng. Res., 1967, v. 12, № 1, p. 13-21. 37. Mohsenin N. N. Application of engineering techniques to eva- luation of texture of solid food materials.— J. of Texture Studies, 1970, № 1, p. 133—154. 38. Puolanne E. Verfahren fur die Bestimmung der Konsistens von Bruhwurst. — Die Fleischwirtschaft, 1975, Jg. 55, № 9, S. 1267— 1270. К подразделу З 1. Андрющеи'кр А. Г TI>" чие эксплуптг""онных и конст- руктивных параметров волчков малой производительности с целью их совершенствования. Автореф. канд. дне. — М.: МТИММП, 1979. — 23 с. 271
2. Арет 6. Л., Коряпкин Ё. /?., Родионов А. X. Ёлняние Темпе* ратуры на вязкость меланжа. — Известия вузов. Пищевая техноло- гия, 1977, № 3, с. 93—96. 3. Большаков Л. С, Мамаджанов 10. Р. Влияние вибрации па изменение реологических свойств колбасного фарша во время осад- ки.— Известия вузов. Пищевая технология, 1978, № б, с. 104—106. 4. Голованец В. Л. Исследование структурно-механических свойств рыбных фаршей с целью расчета и совершенствования тру- бопроводного межоперационного транспорта. Автореф. канд. дис.— М.: МТИММП, 1979.— 24 с. 5. Горбань М. В., Груздев И. Э., Корнильев И. Б. Определение вязкостных характеристик колбасного фарша. — Мясная индустрия СССР, 1978, № G, с. 38—40. 6. Горбатов А. В. Реология мясных и молочных продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1979.— 384 с. 7. Горбатов А. В. Структурно-механические свойства мяса и мя- сопродуктов.— В кн.: Физико-химические и биохимические основы технологии мяса и мясопродуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1973, с. 115—167. 8. Горбатов В. М., Мамонов Н. Д. Сбор, обработка и использо- вание крови на пищевые цели. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1979. —32 с. 9. Графический метод определения гидравлических характери- стик потока крови в трубах/[В. И. Ходос, Н. И. Мизерецкий, В. Д. Косой, Т. В. Чижикова"].— Мясная индустрия СССР, 1977, № 6, с. 39—41. 10. Добромиров Ю. Я., Гинзбург А. С, Рысин А. П. Определе- ние структурно-механических характеристик крови и плазмы. — Мяс- ная индустрия СССР, 1979, № 10, с. 44—45. 11. Жолболсынова А. С, Николаев А. М., Чеховской А. А. Влия- ние хлористого натрия на образование студней желатина. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1979, вып. 2, с. 3—5. 12. Исследование процесса прессования кровяной муки в брике- ты/[В. Ф. Некрашевнч, С. М. Немтинов, Е. В. Гаевой, А. И. Сни- царь"|. — Мясная индустрия СССР, 1977, № 7, с. 26—28. 13. Исследование реологических свойств костного жира, извле- ченного вибрационным методом/[Г. Е. Лимонов, О. П. Боровикова, И. И. Мамедов, А. И. Сницарь]. — Мясная индустрия СССР, 1979, № 3, с. 32—34. 14. Исследование реологических свойств яичного меланжа/ [Г. А. Полякова, А. В. Гаврилии, Н. И. Булгаков, Ю. В. Космо- демьянский].— Мясная индустрия СССР, 1979, № 11, с. 32—34. 15. Косой В. Д. Изменение структурно-механических свойств колбасного фарша в зависимости от влагосодержания, жирности и давления. — Мясная индустрия СССР, 1979, № 4, с. 39—44. 16. Косой В. Д. Определение предельного напряжения сдвига бесшпнгового колбасного фарша для оценки качества готовых изде- лий. — Мясная индустрия СССР, 1978, N° 4, с. 26—32. *~ К у лише в Б. В. Исследование импульсного резания и струк- турно-механических свойств костной ткани с целью разработки соот- ветствующего оборудования. Автореф. канд. дис. — М.: МТИММП, 1979. —16 с. 272
18. Лимонов Г. Е., Орловский В. М. Исследование структурно- механических свойств шпика н выбор оптимальных режимов его охлаждения.— Мясная индустрия СССР, 1978, № 6, с. 30—32. 19. Лимонов Г. Е., Шипилина Н. В., Заславский С. Е. Примене- ние вибрации для интенсификации посола измельченного мяса.— Мясная индустрия СССР, 1977, № 7, с. 28—30. 20. Маслов А. М. Аппараты для термообработки высоковязких жидкостей.— Л.: Машиностроение, 1980.— 206 с. 21. Маслова Г. В., Маслов А. М. Температурно-инвариантная характеристика вязкости рыбных фаршей. — Известия вузов. Пище- вая технология, 1973, № 5, с. 61—63. 22. Метод определения кинематической вязкости растворов же- латииа/["И. П. Хорев, Д. П. Радкевич, Г. Ф. Афанасьева, И. А. Стуль- чинская]. —Мясная индустрия СССР, 1977, № 2, с. 35—38. 23. Николаев Б. А., Баранов А. Ф., Заяс Ю. Ф. Определение консистенции говядины методом растяжения.— Мясная индустрия СССР, 1976, № 6, с. 35—37. 24. Омельченко А. В. Физические методы исследования обезжи- ренной шквары. — Мясная индустрия СССР, 1979, N° б, с. 40—41. 25. Познышев А. Я. Исследование способов и режимов резания мяса с учетом его структуры. Автореф. канд. дис. — М.: МТИММП, 1973.-21 с. 26. Пойменова Я. Б. Зависимость плотности, вязкости и поверх- ностного натяжения меланжа от его температуры. — Известия вузов. Пищевая технология, 1974, № 4, с. 141 —142. 27. Полякова Л. К. Исследование влияния некоторых технологи- ческих факторов на качество рыбной вареной колбасы. Автореф. канд. дис — М.: ВНИРО, 1978.— 26 с. 28. Ребиндер Я. А. Конспект общего курса коллоидной химии.— М.: Изд-во МГУ, 1950.— 112 с. 29. Рогов Я. А., Горбатов А. В. Новые физические методы обра- ботки мясопродуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1966.—302 с. 30. Рогов Я. А., Горбатов А. В. Физические методы обработки пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1974. — 583 с. 31. Семенов М. Я. Исследование процесса резания некоторых пищевых продуктов на технологическом оборудовании. Автореф. канд. дис —Киев: КТИПП, 1978. —23 с. 32. Соколов А. А. Физико-химические и биохимические основы технологии мясопродуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1965.— 490 с. 33. Уманцев А. 3. Физико-механические характеристики рыб. — М.: Пищевая промышленность, 1980.— 152 с. 34. Физико-механические свойства сухих животных кормов/ [В. Ф. Некрашевич, С. М. Немтииов, Е. В. Гаевой, А. И. Сннцарь].— Мясная индустрия СССР, 1976, № 6, с. 25—27. 35. Физико-химические и биохимические основы технологии мя- са и мясопродуктов/Под ред. А. А. Соколова. — М.: Пищевая про- мышленность, 1973. — 496 с. 36. Химический состав пищевых продуктов/Под ред. А. А. По- кровского. — М.: Пищевая промышленность, 1976. — 228 с. сикова Т. Ч. Исследование процесса резания шпика виб- рирующим лезвием, Автореф. канд. дис. — М.: ВНПИМП, 1972. — 28 с. 273
38. Чижикова Т. В., Решетняк В. В., Мизерецкий Н. И. Опреде- ление структурно-механических свойств шпика. Предельное напряже- ние сдвига.— Мясная индустрия СССР, 1971, № I, с. 35—37. 39. Чижикова Т. В., Шишкова А. П., Попов Я. Л. Методика оп- ределения твердости костной ткани. — Мясная индустрия СССР 1977, № 2, с. 34-35. 40. Эффективность применения антиадгезионных покрытий для производства мясных формованных изделий/|Т. В. Рыбалова, С. В. Генель, А. С. Большаков и др.]. — Мясная индустрия СССР, 1978, № 10, с. 24—26. 41. Юрков С. Г., Кулишев Б. В. Импульсное резание мясокост- ного сырья. — Мясная индустрия СССР, 1978, № 9, с. 35—39. 42. Hamm R., Rede R. Zur Rheologie des Fleisches. Die Fleisch- wirtschaft, 1975, Jg. 55, № 1, S. 199—202. 43. Hamm R., Riesner K. Zur Rheologie des Fleisches. — Die Fleischwirtschaft, 1968, Jg. 48, № 2, S. 192—201; 1968, Jg. 48, № 12, S. 1651—1654, 1656—1660. К подразделу 4 1. Абрамочкин А. И., Казенко А. Я. Водные характеристики молочно-белковых концентратов и их определение. — В кн.: Повы- шение эффективности производства и использования молочно-белко- вых концентратов/Под ред. Э. Р. Ставровой.— Минск: Наука и тех- ника, 1977, с. 117—124. 2. Агранат И. И., Широков М. Ф. Теория метода определения предельного напряжения сдвига дисперсных систем погружением ко- нуса.— Коллоидный журнал, 1957, т. 19, № 1, с. 9—13. 3. Березко В. А., Лапшин А. А. Реологические характеристики сливочного масла. — В кн.: Повышение эффективности процессов и оборудования холодильной и пищевой промышленности. — Л.: 1972, с. 136—142. 4. Боровикова 0. Я. Исследование структурно-механических свойств плавленых сыров. Автореф. канд. дис. — М.: МТИММП, 1972. —20 с. 5. Боровикова О. Я., Горбатов А. В., Косой В. Д. Исследование адгезионных свойств плавленых сыров. — В кн.: Современные дости- жения в производстве масла и белковых молочных продуктов. — Каунас, 1973, с. 165—166. 6. Боровикова О. П., Горбатов А. В., Косой В. Д. Исследование вязкостных свойств плавленых сыров. — В ки.: Современные дости- жения в производстве масла и белковых молочных продуктов.— Каунас, 1973, с. 167—168. 7. Боровикова О. П., Косой В. Д. Зависимость адгезионных свойств плавленых сыров от условий их измерения. — М.: МТИММП, 1972, с. 108—109. 8. Вайткус В. В. Гомогенизация молока. — М.: Пищевая про- мышленность, 1967. — 216 с. 9. Воропаева В, С. Производство заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных. — М.: Пищевая про- мышленность, 1977. — 130 10. Горбатов А. В. Реология мясных и молочных продуктов.— М.: Пищевая промышленность, 1979. — 383 с. 274
11. Горбатов А. В., Косой В. Д., Виноградов Я. Я. Гидравлика и гидравлические машины для вязко-пластичных масс. — М.: МТИММП, 1977. —86 с. 12. Горбатов А. В., Косой В. Д., Гердаускене Л. Л. Исследова- ние структурно-механических свойств оводненных молочных продук- тов сублимационной сушки. — В кн.: Состояние и перспективы раз- вития технических наук в Киргизии. — Фрунзе: Фрунз. политехи. ин~т, 1980, с. 29—31. 13. Дыкало Я. Я., Табачников В. Я. Влияние температуры сыра на характер его консистенции. — В кн.: Современные достижения в производстве сыра. — Ярославль: Труды ВНИИМСа, 1979, вып. 27. с. 55—60. 14. Дьяченко Я. Ф„ Нго-Лой. Влияние солей кальция на вяз- кость молока. — Известия вузов. Пищевая технология, 1967, № 4, с. 15—16. 15. Ересько В. Л. Высокотемпературная обработка сливок в пла- стинчатых аппаратах с комбинированным нагревом. Автореф. канд. дис.— Л., 1981. —22 с. 16. Ересько Г. А., Ересько В. А., Коваленко Л. М. Исследование процесса вязкого течения сливок. — Труды ВНИИМСа, 1974, вып. 15, с. 42—49. 17. Зайковский Я. С. Химия и физика молока и молочных про- дуктов. — М: Пищепромиздат, 1950. — 370 с. 18. Измайлова В. Я., Ребиндер Я. А. Структурообразование в белковых системах. — М.: Наука, 1974. — 268 с. 19. Исследование адгезионной прочности покрытии сыра в про- цессе созревания/ГГ. Г. Шилер, В. К. Неберт, И. А. Роздов, В. В. Пе- рова].— В кн.: Труды ВНИИМСа. Современные достижения в про- изводстве сыра. — Ярославль: 1979, вып. 27, с. 43—50. 20. Исследование структурно-механических свойств плавленых сыров/[А. В. Горбатов, В. Д. Косой, Г. Н. Крусь, О. П. Боровико- ва].— Молочная промышленность, 1976, № 12, с. 9—13. 21. Казенко А. Я., Абрамочкин А. И. Исследование грануломет- рического состава сухих молочно-белковых концентратов с помощью оптического микроскопа. — В кн.: Повышение эффективности произ- водства и использования молочно-белковых концеитратов/Под ред. Э. Р. Ставровой. — Минск: Наука и техника, 1977, с. 124—130. 22. Конаныхин А. В. Исследование гидравлического сопротивле- ния и теплообмена при охлаждении аномально-вязких молочных про- дуктов в гофрированных каналах пластинчатых теплообменников. Автореф. канд. дис. — Л., 1973.— 23 с. 23. Конаныхин А. В., Маслов А. М. Влияние температуры н гра- диента скорости на вязкость сливочного масла. — Известия вузов. Пищевая технология, 1973, № 3, с. 89—92. 24. Кузнецов Е. С. Исследование распределений влаги и жира в сыре с целью совершенствования метода их контроля. Автореф. канд. дис —М., 1979. —20 с. 25. Кук Г. А. Процессы н аппараты молочной промышленно- сти. — М.: Пищевая промышленность, 1973. — 767 с. 26. Лепилкин А. Н., Борисов В. Я. Исследование влияния тем- пературы и- теплофнзнческ! ciofu.^ —Молочная промыш- ленность, 1966, № 8, с. 9. 275
27. Лимонов Г. Е., Боровикова О. П., Мамедов #. И. Исследо- вание реологических свойств костного жира, извлеченного вибраци- онным способом.— Мясная индустрия СССР, 1979, № 3, с. 32—34. 28. Маслов Л. М. Аппараты для термообработки высоковязкпх жидкостей. — Л.: Машиностроение, 1980. — 208 с. 29. Маслов Л. М., Березко В. Л. Структурно-механические свой- ства молочных продуктов. — Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1979. — 61 с. 30. Методы контроля адгезии покрытий сыра/fB. С. Илюшкнн, И. А. Роздов, В. П. Табачников, Г. Г. Шилер]. — В кн.: Совершен- ствование технологии техники и методов контроля в сыроделии. — Труды ВНИИМСа, 1975, вып. 18, с. 116—117. 31. Методы контроля консистенции н структурно-механических свойств сыра/[В. П. Табачников, Л. И. Тетерева, 3. X. Диланяп, Г. Г. Хачатрян]. —М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1975. —39 с. 32. Мусабаев Н. Л. Исследование структурно-механических свойств творога и творожных масс. Автореф. канд. дис. — М.* МТИММП, 1970. —20 с. 33. Николаев Л. К. Обобщенные реологические характеристики плавленых сыров. — Известия вузов. Пищевая технология. 1978, № 6, с. 97—106. 34. Николаев JI. К. Расчетная зависимость реологических харак- теристик смесей мороженого. — Известия вузов. Пищевая техноло- гия, 1978, № 5, с. 114—117. 35. Николаев Л. К. Реологические свойства жиросодержащих пищевых продуктов.— Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1978.— 86 с. 36. Николаев Л. К. Реологические свойства свиного жира. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1976. 37. Николаев Л. К. Реологические характеристики маргаринов. — Известия вузов. Пищевая технология, 1976, № 4, с. 134—136. 38. Определение оптимального времени набухания молочных продуктов сублимационной сушки/[В. Д. Косой, А. В. Горбатов, М. Л. Фрумкин, Л. Л. Гердаускене]. — Молочная промышленность, 1980, № и, с. 25—26. 39. Раманаускас Я. Влияние хранения молока на изменение его структурно-механических показателей. — М.: ЦНИИТЭИмясомол- пром, 1971, № 8, с. 1—3. 40. Раманаускас Р. Изучение реологических свойств твердого сычужного сыра. — Труды Литовск. филиала ВНИИМСа, Вильнюс, 1968, т. 3, с. 139—147. 41. Раманаускас Р., Песецкас Д. Влияние поваренной соли на изменение дисперсности казеинового комплекса молока во время сычужной коагуляции. — Труды Литовск. филиала ВНИИМСа, Виль- нюс, 1976, т. 8, с. 139—143. 42. Раманаускас Р., Урбене С. Способы улучшения консистенции кисломолочных продуктов. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1978.— 44 с. 43. Раманаускас Р., Кайрюкштене И., Лашас В. Изучение реоло- гических свойств плавленых сыров. — Труды Литовского филиала ВНИИМСа, Вильнюс, 1973, т. 7, с. 231—244. 44. Раманаускас Р., Урбене С, Пасернскина М. Влияние обра- ботки молока перекисью водорода на свойства сычужного сгустка. — Труды Литовск. филиала ВНИИМСа, Вильнюс, 1976, т. 8, с. 97—103. 45. Селиванов И И. Механизация процессов сыроделия. Al^o- рсч,. к:шд. дне. — л., 1У37. — 25 с. 276
46. Селиванов Н. И., Ершова А. В. Коэффициент трения при скольжении сыра. — В кн.: Сборник рефератов иаучиых работ.— Труды ВНИИМСа, 1957, вып. 4, с. 66—70. 47. Согалович В. 3., Зверховский Ю. Е. Исследование реологи- ческих свойств концентрированных суспензий молочно-белковых концентратов с помощью ротационного вискозиметра. — В кн.: По- вышение эффективности производства и использования молочно-бел- ковых концентратов. Минск: Наука и техника, 1974, с. 111—116. 48. Согалович В. 3., Ламинский А. В. Вязкость растворов ка- зеината натрия. — В кн.: Роль физико-химической механики в реше- нии задачи повышения качества пищевых продуктов. — М., 1978.— 40 с. 49. Табачников В. П. Исследование процесса вакуум-прессования сыра. Автореф. канд. дис. — М., 1967. — 23 с. 50. Табачников В. П. Реологические методы зондирования сы- ра.— В кн.: Физико-химические и физико-мехаиические процессы в сыроделии. — Труды ВНИИМСа, 1974, вып. 17, с. 84—94. 51. Табачников В. П., Плюшкин В. С, Опоприйко А. В. Прибор для контроля клейкости сырного зерна. А. с. 494684 (СССР).— Б. И., 1975, № 45. 52. Табачников В. П., Крашенинин П. Ф., Хохлов В. Ф. Прессо- вание, дробление и сушка казеииа. — М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1971.—56 с. 53. Урбене С, Раманаускас Р. Влияние технологических факто- ров на реологические свойства кисломолочных продуктов. — Труды Литовск. филиала ВНИИМСа, Вильнюс, 1978, т. 12, с. 62—66. 54. Хачатрян Г. Г. Исследование консистенции крупных и рас- сольных сыров с целью установления параметров ее инструменталь- ного контроля. Автореф. каид. дис. — Ереван, 1975. — 32 с. 55. Химический состав пищевых продуктов/Под ред. А. А. По- кровского.— М.: Пищевая промышленность, 1976. — 300 с. 56. Цытович Н. А. Механика грунтов. — М.: Госстройиздат, 1951. —528 с. 57. Чагаровский А. П. Исследование структурно-механических свойств кислотио-сычужного сгустка, полученного из обезжиренного молока. —В кн.: Использование непрерывной коагуляции белков в молочной промышленности. М., 1978. 58. Чубик Я. А., Маслов А. М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. — М.: Пи- щевая промышленность, 1970. — 184 с. 59. Шульман 3. П., Согалович В. 3., Ламинский Л. В, Исследо- вание реологических свойств гелей молочно-белковых концентратов с помощью видоизмененного прибора Вейлера — Ребиндера. — В ки.: Повышение эффективности производства и использования молочно- белковых коицентратов/Под ред. Э. Р. Ставровой. — Минск: Наука и техника, 1977, с. 106—111. 60. Экспериментальные исследования сдвиговых свойств творож- ной массы/[Н. А. Мусабаев, А. В. Горбатов, В. Д. Косой, О. П. Бо- ровикова].— Молочная промышленность, 1975, № 3, с. 21—23. 61. Baron M. Mechanical properties of cheese onol butter. Lon- don. Dairy Industries Ltod, 1952, 106 p. 62. Dnlctrilb 7. . Bfezina P., Peterkoud L. Viskozita roztoku ka- zeinatu z icL.u. Mu^ie — Kino hlediska. Prumysl Potravin, 1072, t. 20, Xo 5, 156.
63. Mohsenin N. N. Physical properties of plant and animal ma- terials. Volume I. Structure, physical characteristics and mechamical properties. London, Gordon and Breach science publishers, 1970, 580 p. 64. Myck G. A., Tobias J. Effect of high heat on the viscosity of model milk systems. J. of Dairy Science. 1963, 18, N 8, p. 420. 65. Nickerman T. A. et al. The Influence of Sugar in Ice Cream 111. Effect on Physical Properties. Food TechnoL, 1961, 15 p. 105—106. 66. Pisecky /., Hejl J., Cekna M. Nektere vlasti zahusteneho mlika a jejich vliv na jakost suseneho mlika. Prumysl potravin, 1966 17, N 6. p. 304—309. 67. Schneider S. A., Hammonol E., Recibold G. W. and Vedamu- thu E. R. One-Sided Defect of Swiss Cheese. J. of Dairy Science 1970. 53, N 1, p. 30—37. 68. Scott Blair G. W. and Burnett J. An apparatus for mea- suring the elast in properties of very saff gels. Laboratory practice, 1957, № 10, p. 570—572. 69. Shama F., Sherman P. Evaluation of some textural properties of foods with the Instron universal testing" machine.— J. of texture Studies, 1973, v. 4, N 3, p. 344—352. 70. Sherman P. Rheological Methods for Studying the Physical Properties of Emulsifier Films at the Oil—Water Inlerfau in Ice Cream. Food Technol., 1961, 15, p. 394—396. 71. Szabo G. Uber die rheologischen Eigenschaften des Schmelz- kases. XVII. Internalionaler Milchwirtschaftskongress. Section D-257, Munchen, 1966. —926 S. К подразделу 5 ' ^ 1. Аыошин II. M., Mepoicanuan А. А. Физические процессы вино- делия.— M.: Пищевая промышленность, 1976. — 375 с. 2. Бабарин В. П., Тартаковская 3. М., Солодовникова О. А. Рео- логические и теплофизические свойства некоторых консервов для де- тей.— Консервная и овощесушильная промышленность, 1970, № 5, с. 33—35. 3. Барановский Н. В. Пластинчатые теплообменники пищевой промышленности. — М.: Машгиз, 1962. — 327 с. 4. Берсенева Е. А. Исследование процесса и разработка техно- логии микрокапсулирования жирорастворимых витаминов. — Авто- реф. канд. дне. — М.: МТИПП, 1980. — 19 с. 5. Бытьева В. В., Маслов А. М. Кривые течения абрикосового сока. — Известия вузов. Пищевая технология, 1970, № 6, с. 96—97. 6. Войтко А. М., Ковалева Р. И., Цаплин В. А. Исследование не- которых теплофнзическнх характеристик консервированного вино- градного сока. —Консервная и овощесушильная промышленность, 1904, Ко 11, с. 28—29. 7. Гарсэлл Л. Исследование реологических свойств пищевых ма- териалов с целью совершенствования расчета технологических про- цессов. Автореф. канд. дне. — М.: МТИПП, 1975.— 29 с. 8. Клепан II. Л., Петрушевский В. В. Зависимость вязкости утфелен глюкозы от технологических параметров процесса .,pi:cia^i -тпзашш. — Сахарная промышленность, 1974, № 2, с. 58—61. 278
9. Коларов К. Графо-аиалитично определяне вискозитета иа- плодови сокове. — Научни Трудове на ВИХВП.— Пловдив, 1969, т. XVI, св. И, с. 257—264. 10. Коларов К. М. О некоторых реологических характеристиках томатных концентратов. — Известия вузов. Пищевая технология, 1971, № 1, с. 175—177. П. Крючков И. В. Основные закономерности непрерывного из- влечения плодовых соков и разработка оборудования для поточных линий. Автореф. докт. дис. — М.: МТИПП, 1978.— 37 с. 12. Кудрявцева А. П. Производство концентрированных фрук- товых соков. — В сб.: Пищевая промышленность. М.: ЦИНТИпище- пром, 1964, № 4, с. 7—9. 13. Литвинов Л. К. Исследование работы гидроциклонов при осветлении виноматериалов. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1980. —25 с. 14. Монастырский В. Ф., Мержаниан А. А. О физических свой- ствах мезги при переработке винограда. — Известия вузов. Пищевая технология, 1973, № 2, с. 58—62. 15. Панин А. Д. Исследование физнко-мехаиических характери- стик плодоовощного сырья с целью уточнения расчета резательных машии. Автореф. канд. дис. — Краснодар: КПИ, 1968.— 23 с. 16. Справочник по сырью, полуфабрикатам и готовым изделиям кондитерского производства/ГМ. Я. Антокольская, И. И. Бронштейн, М. И. Мартынов и др.]. — М.: Пищевая промышленность, 1964.— 232 с. 17. Технологическое оборудование предприятий бродильной про- мышленности./ [Попов В. И., Кретов И. Т., Стабников В. Н., Андре- ев Е. П.1—М.: Пищевая промышленность, 1972. — 592 с. 18. Технология кондитерского производства/Под ред. А. Л. Со- коловского.— М.: Пищепромиздат, 1959.—710 с. 19. Фан-Юнг А. Ф. Вязкость плодовых соков. — Известия ву- зов. Пищевая технология, 1962, № 5, с. 65—67. 20. Харин С. Е., Книга А. А. Вязкость водно-спиртовых и вод- но-спиртово-сахарных растворов в зависимости от их состава, и температуры. — Известия вузов. Пищевая технология, 1964, № 5, с. 135—139. 21. Чубик Я. А., Маслов А. М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. — М.: Пи- щевая промышленность, 1970. — 184 с. 22. Шишацкий Ю. И., Федоров В. А., Найму шина Л. И. Физи- ческие характеристики мелассы и мелассовых растворов.—Хлебо- пекарная и кондитерская промышленность, 1976, Mb 1, с. 26—28. 23. Штейнберг Р. В. Исследование процессов производства кон- сервов детского питания и совершенствование оборудования для их изготовления. Автореф. каид. дис.— Одесса: ОТИ, 1973.— 23 с, К подразделу 6 1. Адгезионные свойства теста для армянского матнакаша/ [Г. А. Бадаляи, 3. Б. Казумян, В. Н. Данилов и др.].— Хлебопекар- ная и кондитерская промышленность, U;76. Mb 2, :. 6—8. 2. Андрианова В. А. Исследование адгезионных cbohcib пшенич- ного теста и разработка мероприятий по предотвращению прилипа- 279
ния теста к рабочим поверхностям оборудования тесторазделочных линий. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1968. — 27 с. 3. Ауэрман Л. Я. Технология хлебопекарного производства. — М: Пищевая промышленность, 1972. — 512 с. 4. Байгазиева М. Д. Исследование формования теста кесме с целью механизации его производства. Автореф. канд. дис —Л- ЛТИХП, 1978. —25 с. 5. Башкина Л. В. Механико-технологические параметры хране- ния муки в силосах. — М.: ЦИНТИ Госкомзага СССР, 1968.— 84 с. 6. Беркутова Н. С, Швецова И. А. Микроструктура пшеницы. — М,: Колос, 1977.—125 с. 7. Бестарное хранение муки, отрубей и комбикормов/[Л. В. Баш- кина, П. Д. Буренин, Б. А. Краюшкин, Г. М. Румянцев]. — М.: Ко- лос, 1974.— 224 с. 8. Благовещенская М. М. Разработка и исследование метода ав- томатического измерения качества хлебопекарного теста. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1975.— 129 с. 9. Боженов Г. П., Макаров Д. Я. Определение коэффициентов трения методом наклонной плоскости.— Хлебопекарная и кондитер- ская промышленность, 1977, № 2, с. 30—32. 10. Бооюенов Г. П., Макаров А. Я. Изменение коэффициентов ^трения хлеба в процессе сушки на сухари. — Хлебопекарная и кон- дитерская промышленность, 1979, № 12, с. 20—22. 11. Бондаренко В. В., Каретникова Л. И., Золотое Э. Б. Дейст- вие интенсивности механической обработки теста при формовании на качество городской булки. — Хлебопекарная и кондитерская про- мышленность, 1975, № 4, с. 20—22. 12. Бородянский В. П., Сенцов Б. И., Кегелес В. Л. Влияние параметров прессования на плотность и прочность брикетов из та- бачной пыли. — Известия вузов. Пищевая технология, 1978, № 6, с. 151—153. 13. Бронштейн Э. А., Бурляй Ю. В., Сухой А. А. Эксперимен- тальное определение упруго-пластичных и прочностных характери- стик хлеба. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1975, № 4, с. 22—24. 14. Буров Л. А,, Семко В. Т. Влияние вида муки на реологиче- ские свойства макаронного теста. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1978, № 4, с. 43—44. 15. Влияние микрорельефа поверхности матрицы на адгезионное взаимодействие ее с макаронным тестом/[Ю. А. Лебедев, В. Ф. Ба- ранов, В. П. Негруб, М. К. Чернов]. —Хлебопекарная и кондитер- ская промышленность, 1975, № 5, с. 26—27. 16. Гришин А. С, Цирульников В. Д., Энкина Л. С. Исследова- ние реологических свойств теста. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1971. — 35 с. 17. Гуськов К. П., Тихомиров Я. В., Тульский И. В. Влияние давления на объемный вес хлебопекарного теста. —В сб.: Пищевая промышленность (хлебопекарная, кондитерская, макаронная и дрож- жевая). М.: ЦИНТИпнщепром, 1965, № 4, с. 2—6. 18. Данилов В. А., Мачихин 'О. \.f ~v. .. • ~. Влияние соле- вого обдува на адгезию мучного теста. — Хлебопекарная и конди- терская промышленность, 1979, № 1, с. 30—32. 250
19. Данилов Б. Н., Мачихин С. А. Физико-механические свойства хлебопекарного теста в условиях одноосного растяжения. — Хлебо- пекарная и кондитерская промышленность, 1974, № 12, с. 15—16. 20. Действие акустической обработки жидкой опары на ее реоло- гические свойства/ [В. В. Дмитриев, С. В. Сорокин, С. А. Мачихин и др.]. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1977, № 6, с. 22—23. 21. Диккер Г. Л., Дорохов Я. К, Скиба Г. М. Технологический контроль табачного производства. — М.: Пищевая промышленность, 1973. —223 с. 22. Зурабиигвили Г. Г., Мачихин Ю. А., Шмидт Ю. А. Таблети- рование быстрорастворимого чая. — В сб.: Чайная промышленность. М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1973, № 3, с. 1—10. 23. Искру к А. А. Особенности реологических свойств риса и их учет при совершенствовании конструкции шелушильных машин.— В сб.: Мукомольно-крупяная промышленность. М.: ЦНИИТЭИ Мин- зага СССР, 1977, вып. 3. — 19 с. 24. Исследование реологических свойств теста для матнакаша/ [Г. А. Бадалян, 3. Б. Казумян, В. Н. Данилов и др."|. — В сб.: Хле- бопекарная и кондитерская промышленность. М.: ЦНИИТЭИпище- пром, 1975, вып. 8, с. 17—20. 25. Калинин Ю. В. Исследование реологических свойств мака- ронного теста и течение его в трубах тубусных прессов. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1966.— 28 с. 26. Карнаушенко Л. И., Цыналевский В. Т., Корнев Н. К. Моду- ли деформации пшеницы. — Известия вузов. Пищевая технология-, 1978, № 6, с. 101—103. 27. Козьмина Н. П. Биохимия зерна и продуктов его переработ- ки. — М.: Колос, 1976.— 375 с. 28. Кузьминский Р. В. Исследование процесса интенсивной ме- ханической обработки жидкой опары в коаксиальном смесителе. Ав- тореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1972. —23 с. 29. Мазур П. #., Дятлов В. Л. Влияние сахара и жира на адге- зионные свойства теста. — Хлебопекарная и кондитерская промыш< ленность, 1974, № И, с. 17—19. 30. Маратов Б. Некоторые физнко-механические свойства зерна сорго.—Мукомольно-элеваторная промышленность, 1968, № 12, с. 17—18. 31. Мачихин С. А. Реологические процессы и совершенствование тестоприготовнтельного оборудования пищевых производств. Авто- реф. докт. дис— М.: МТИПП, 1975.— 32 с. 32. Мачихин Ю. А. Исследование процесса и определение основ- ных физико-механических характеристик макаронного теста. Авто- реф, канд. дис. — М.: МТИПП, 1961. —22 с. 33. Назаров Н. И., Калошина Е. Я., Цивцивадзе Г. В. Структур- но-механические свойства макаронных изделий, подвергнутых гигро- термообработке. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1974, № 12, с. 22—24. 34. Наумов И. А., Егоров Г. А., Бацдарбеков А. Р. Механические свойства зерня крупяных культуп и гороха ппи одноосном сжатии. — Известия вузов. Пищевая техн« .»оп;я, ь "и, .,. ., ... G0—63. 35. Николаев Б. А. Измерение структурно-механических свойств пищевых продуктов.— М.: Экономика, 1964. — 223 с. 251
36. Николаев Б. А., Митюкова Л. А. Влияние помола пшеничной муки на структурно-механические свойства теста. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1976, № 11, с. 24—26. 37. Николаев Б. А., Митюкова Л. Л., Беркутова Н. С. Влияние кондиционирования и опытного помола пшеницы на структурно- механические свойства теста. — Известия вузов. Пищевая техноло- гия, 1978, № 5, с. 35—38. 38. Николаев Б. А., Некрасова О. Г. Структурно-механические свойства клейковины. — Хлебопекарная и кондитерская промышлен- ность, 1977, № б, с. 31—33. 39. Новиков А. Ф.} Бородянский В. П. Коэффициенты трения ли- стового табака при давлениях прессования кипы. — Табак, 1971, № 2, с. 21—23. 40. Осетров В. И. Исследование тестоделительных машин ротор- ного типа. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1972.— 30 с. 41. О таблетировании, растворимого кофе/fT. Г. Зурабишвили, Ю. А. Мачихин, Ю. А. Шмидт, М. А. Бокучава").— В сб.: Овоще- сушильная и пищсконцентратная промышленность. — М.: ЦНИИТЭИ- пищепром, 1974, № 2, с. 12—17. 42. Оценка механических свойств макаронных изделий/ [Е. П. Козьмина, Ю. И. Чимиров, Д. Б. Изюмов, В. Б. Толстогу- зов]. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1973. № 8, с. 20-21. 43. Панфилов В. А. Исследования с целью усовершенствования делительно-закаточных машин и повышения качества бараночных изделий. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1966.— 23 с. 44. Пашков В. С, Авакян Э. Р. Некоторые упруго-пластические свойства фракций резаного табака. — Табак, 1970, № 3, с. 37—38. 45. Пашков В. С, Мхитарьянц Г. А. Резание табачного топа ножом с деформирующей планкой. — Известия вузов. Пищевая тех- нология, 1974, № 4, с. 133—134. 46. Пашков В. С, Мхитарьлнц Г. А. Влияние абсолютной ско- рости резания топа на технологические свойства резаного табака.— Известия вузов. Пищевая технология, 1978, № 5, с. 170—172. 47. Пучкова Л. И., Коряякина С. #. Влияние поверхностно-ак- тивных веществ на структурно-механические свойства теста и каче- ство хлеба. — В сб.: Хлебопекарная и макаронная промышленность. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1975, вып. 6, с. 22—29. 48. Рябов О. А. Исследование процесса формования круглых лепешек из пшеничного теста. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1975. —22 с. 49. Сорокин С. В. Исследование реологических свойств и процес- са транспортирования заквасок в хлебопекарном производстве. Ав- тореф. канд. дис —М.: МТИПП, 1979.— 25 с. 50. Сурашов А. А. Исследование процесса резания ржаного хлеба в производстве сухарей. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1976. —28 с. 51. Тульский Н. В. Исследование работы тестоделительных ма- шин поршневого типа. Автореф. каид. дис. — М.: МТИПП, 1967. — 28 с. ^2. Физико-механические свойства пшеничной муки/ГЛ. И. ]<^.р ьаушсико, А. Д. Чмырь, В. И. Наумепко, К. И. Осадили"!. — Хлебо- пекарная и кондитерская промышленность, 1977, N° 8, с. 22—23. 282
53. Хведелидзе В. Г. Исследование процесса прессования пли- точного чая. Автореф. канд. дис. — М.: 1972. — 25 с. 54. Хорошая Э. Физико-механические свойства муки при раз- личных условиях хранения. — Мукомолыю-элеваториая промышлен- ность, 1968, № 11, с. 25—27. 55. Хромеенков В. М. Исследование процесса резания сухарных плит в производстве сдобных сухарей. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1970.— 24 с. 56. Шкваркина Т. И., Юкиш М. Г., Смолина Н. И. Исследование крупности помола муки по ее удельной поверхности. — Хлебопекар- ная и кондитерская промышленность, 1977, № 12, с. 31—34. 57. Шуляков Ю. М., Трухан Ю. В. Реологические коэффициенты уплотнения дисперсных материалов. — Известия вузов. Пищевая технология, 1978, № 3, с. 158—160. К подразделу 7 1. Андреев А. И. Исследование процесса обработки пресного слоеного теста на тестораскаточной машине. Автореф. канд. дис. — Л.: ЛИСТ, 1975. —28 с. 2. Беркович М. А. Исследование и разработка устройства для механизации художественной отделки тортов. Автореф. канд. дис. — М.: ВЗИПП, 1974. — 40 с. 3. Бернштейн Т. С, Антокольская М. #. Исследование реологи» ческих свойств крекерного теста. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1978, № 12, с. 31—32. 4. Бурашников Ю М. Адгезионные свойства помадных масс. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1973, № 6, с. 29—30. 5. Вельтищев В. Н. Исследование процесса формования некото- рых кондитерских масс валковыми нагнетателями. Автореф. канд. дис —М.: ВЗИПП, 1970. —27 с. 6. Влияние температуры на вязкость шоколадных масс различ- ного состава/fM. М. Благовещенская, Н. В. Лаврова, Ю. К. Осипов- ский и др.]. —Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1979, Кя 4, с. 33-36. 7. Воларович М. П., Теплова Р. В. Определение реологических характеристик бисквитного полуфабриката. — Хлебопекарная и кон- дитерская промышленность, 1970, № 10, с. 12—13. 8. Изменение реологических и химических свойств мармелада при хранении/[Л. И. Карнаущенко, А. Д. Чмырь, Э. И. Погонцева и др.]. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1978, Кя 7, с. 26-27. 9. Клаповский /О. В., Мани хин 10. А. Исследование вязкости сливочной помадки. — Хлебопекарная и кондитерская промышлен- ность, 1969, № 4, с. 17—19. 10. Кобинек /О. Д., Сухой Л. А., Шапран В. 3. Определение прочностных характеристик печенья. — Хлебопекарная и кондитер- ская промышленность, 1975, Кя 7, с. 21—24. 11. Корячкин В. П. Исследование течения вязко-пластичных конфетных масс с целью усовершенствования производства изделий. Автореф. канд. дис —М.: МТИПП, 1975. —28 с. 19. Кунин И. Ф., Юрченко Б. Д. Закономерности прессования ,;ск,. «1ЧМЫХ. материалов. — Порошковая металлуршя, 1963, Кя 6, :. 3-5. 283
13. Лунин Л. И., Пушкарева Л. С. Некоторые физико-химиче- скне свойства сыпучих масс пралине. — Хлебопекарная н кондитер- ская промышленность, 1976, № 3, с. 31. 14. Маришлкин Г. А., Симутенко В. В. Современная техника упаковки кондитерских изделий. —М.: Пищевая промышленность 1975.— 144 с. 15. Маршалкин Г. Л., Раббата М., Прокопенко А. Д. Структур- но-механические свойства сахарного теста. — Хлебопекарная и кон- дитерская промышленность, 1973, № 7, с. 13—15. 16. Мачихин /О. А., Корячкин В. П., Клаповский Ю. В. Струк- турно-механические свойства конфетных масс. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1975, № 8, с. 22—24. 17. Мачихин Ю. Л., Максимов А. С. Вибровискозиметр для вяз- ко-пластичных пищевых масс. — Хлебопекарная и кондитерская про- мышленность, 1978, № 10, с. 39—41. 18. Реологические характеристики помадных масс/[Ю. А. Мачи- хин, Ю. Ф. Белокрылов, Ю. М. Бурашников и др.]. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1979, № 12, с. 22—24. 19. Справочник кондитера. Ч. 1/Под ред. Е. И. Журавлевой.— М.: Пищевая промышленность, 1966. — 712 с. 20. Чувахин С. В., Королев В. И. Влияние различных видов жиров на вязкость пралиновой массы. — Хлебопекарная и кондитер- ская промышленность, 1979, № 8, с. 26—27. 21. Юрчиньски В. Исследование в области формования тестовых заготовок пирожных. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1977.— 36 с. К подразделу 8 1. Азаров Б. М., Арет В. Л. Инженерная реология пищевых про- изводств. — М.: МТИПП, 1978. —112 с. 2. Байгазиева М. Д. Исследование формования полуфабриката с целью механизации его производства. Автореф. канд. дис. — Л.: ЛТИХП, 1978. —31 с. 3. Березовский Ю. М. Исследование и усовершенствование жгутоформующей машины с целью повышения качества карамели. Автореф. канд. дне —М.: ВЗИПП, 1979. —30 с. 4. Берман Г. К-, Мачихин Ю. А. Течение вязко-пластичных пи- щевых масс по коническому каналу. — Известия вузов. Пищевая технология, 1972, № 5, с. 122—124. 5. Берман Г. /С, Мачихин Ю. А., Литвинова Я. А. Формование сбивных конфетных масс на валковых прессах. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1977, № 5, с. 32—33. , 6. Берман Г. К., Мачихин Ю. А., Лунин Л. Н. Течение вязко- пластичных пищевых масс в предматричной камере шнекового прес- са.— Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1972, № 3, с. 18—20. 7. Вельтищева Г. М. Исследование процесса формования заго- товок многослойных пряников и разработка устройства для механи- зации их производства. Автореф. канд. дис.—М.: ВЗИПП, 1974.— 29 с. 8. Горбатов А. В. Рео.мгия мясных и молочных ■ •_■.. лов.— М.: Пищевая промышленность, 1979.— 383 с. 284
9. Гортинский В. В., Мачихин С. А., Панфилов В. А. Исследо- вание и расчет валковых нагнетателей бараночного теста. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1971.—23 с. 10. Груздев И. Э., Мирзоев Р. Г., Янков В. И. Теория шнековых устройств.— Л.: Изд-во ЛГУ, 1978.— 144 с. 11. Гуськов К. 77., Берман Г. /С. Течение пищевых масс в кана- лах различной формы. — Известия вузов. Пищевая технология, 1968, № 6, с. 138—142. 12. Игнатенко В. В., Мачихин С. А., Михайленко В. Г. О сжи- маемости теста. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1972, № 2, с. 8—10. 13. Мак-Келви Д. М. Переработка полимеров. — М.: Химия, 1965. —442 с. 14. Маслов А. М. Инженерная реология в пищевой промышлен- ности. - М.: ЛТИХП, 1977. — 88 с. 15. Мачихин Ю. А., Арет В. А. Формование конфетных масс выдавливанием. — М.: ЦИНТИпищепром, 1969. — 35 с. 16. Мачихин Ю. А,, Бирфельд А. А. Механизация перекачки пралиновых масс. — М: ЦНИИТЭИпищепром, 1970. — 46 с' 17. Мачихин Ю. А., Клаповский Ю. В. Современные способы формования конфетных масс. — М.: Пищевая промышленность, 1974. —184 с. 18. Мачихин /О. А., Чувахин С. В., Карпин Б. А. Структурно-ме-• ханические свойства конфетной массы трюфелей. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1976, № 9, с. 34—35. 19. Михайленко В. Г. Исследование влияния сжимаемости и уп- ругого восстановления на течение теста в каналах формующих ма- шин.— Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1977. — 24 с. 20. Осетров В. И. Исследование тестоделительных машин ротор- ного типа. Автореф. канд. дис. — М.: МТИПП, 1972. — 28 с. 21. Осетров В. И., Мачихин С. А., Сорокин С. В. Исследование процесса нагнетания хлебопекарного теста валками. — Хлебопекар- ная и кондитерская промышленность, 1974, № 1, с. 16—17. 22. Прагер В., Ходж Ф. Теория идеально пластичных тел. — М.: ИЛ, 1956, —398 с. 23. Ребрик Б. М. Ударное бурение грунтов. — М.: Недра, 1976.— 232 с. . 24. Реология пищевых масс/[К. П. Гуськов, Ю. А. Мачихин, С. А. Мачихин, Л. Н. Лунин]. — М.: Пищевая промышленность, 1970. —207 с. 25. Смольский Б. М.г Шульман 3. Л., Гориславец В. М. Реоди- иамика и теплообмен нелинейно-вязко-пластичных сред. — Минск: Наука и техника, 1970. — 446 с. 26. Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. — М.: Мир, 1964. —215 с. 27. Формование кремовых конфетных масс прокаткой/[Ю. М. Ма- чихин, Г. К- Берман, С. В. Чувахин, Б. А. Карпин]. — Известия ву- зов. Пищевая технология, 1978, № 5, с. 108—111. 28. Юдин Е. М. Шестеренные насосы. — М.: Машиностроение, 1964.— 236 с. 29. Юрчиньски В. Исследование в области фппмодяния тестовых заготовок пирожных. Автореф. канд. дис. — М.; Awium, 1977. — 36 с. 285
30. Яхно О. M.t Дубовицкий В. Ф. Основы реологии полимеров Киев, Вища школа, 1976.— 186 с. К подразделу 9 1. Благовещенская М. М. Разработка и исследование метода ав- томатического измерения качества хлебопекарного теста. Автореф канд. дис. — М.: МТИПП, 1975.—29 с. 2. Контроль качества муки — теста в технологическом потоке/ [Р. В. Кузьминский, Т. И. Шкворкина, Г. А. Алпатова, Е. Н. Лу- кач]. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1978, № 2 с. 35—37. 3. Лунин Л. И., Мачихин Ю. А. Изменение вязкости и предель- ного напряжения сдвига пралиновых масс при перемешивании. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1966, № 5, с. 15—17. 4. Лунин Л. И., Мачихин Ю. А. Определение времени переме- шивания пралиновых масс по изменению их реологических свойств.— Известия вузов. Пищевая технология, 1968, № 4, с. 133—135. 5. Мачихин С. Л., Дмитриев В. В., Сорокин С. В. Рекомендации и методика создания систем автоматического регулирования работы тестоприготовительных агрегатов непрерывного действия. — В сб.: Хлебопекарная и макаронная промышленность. М.: ЦНИИТЭИпище- пром, 1974, вып. 1, с. 1—18. 6. Оптимизация процесса приготовления теста на основе реоло- гического параметра/1 В. П. Амелин, А. Б. Никольский, С. А. Мачи- хин, С. В. Сорокин]. — Хлебопекарная и кондитерская промышлен- ность, 1980, № 4, с. 35—36. 7. Черных В. Я. Исследование и разработка метода автомати- ческого контроля готовности теста по его физическим характеристи- кам. Автореф. канд. дне. М.: МТИПП, 1980.— 29 с. 8. Чувахин С. В. Влияние продолжительности механической об- работки иа реологические свойства пралиновой массы. — Хлебопе- карная н кондитерская- промышленность, 1980, № 9, с. 27. 9. Sherman P. Industrial Rheology, Academic Press, London, New York, 1970, 321 p.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ А Адгезиометры: классификация 63 конструкции 64 Адгезионные свойства 18 Акалориметр — см. Компресси- онные приборы Альбуминная масса белковая, вязкость 139 Амилограф 68 Анализ модельный 18, 20, 21, 23 Аномально-вязкие жидкости 25, 26, 28 Б Бачинского формула 32 Бингама — Шведова модель 21 Биигамово тело 24 Бражка метановая: вязкость 171 плотность 177 Бульон: вязкость 75 плотность 106, 107 В Ван-дер-Ваальса силы 11 Вибрационные приборы: вискозиметры 60 дефометры 62 Вина: вязкость 172 плотность 172 Вискозиметры, классификация 36 Вискозиметры капиллярные: АКВ-3, АКВ-5 46 Виноградова 44 Горбатова — Сухановой 44 классификация 36 Оствальда 43 Уббелоде 43 Вискозиметры прочу -^ Гспплера (шарпкопын) 47 Симоняна 46 с шюскопараллсльнымн пла- стинами 50 Вискозиметры ротационные: Бакупца 71 Воларовпча РВ-8 38 классификация 36 Мачпхпна РМ-1 40 ААТИММП 39 МТИПП РМ-2 40 Павлова 41 «Реотест» 41 схемы 37 Витамины: вязкость 173 плотность 173 Влага, связанная: адсорбционно 12 механически 13 осмотически 12 химически 12 Влагосодержанне 8 Влажность относительная 8 Водно-спнртовон раствор вязкость 170 плотность 176 Вязкость: кессоновская 22 наибольшая практически не- разрушенной структуры 26 наименьшая предельно раз- рушенной структуры 26 ньютоновская 19 пластическая 22 эффективная 19 — пересчеты 25 Г Гатчека формула 33 Гистерезисные явления 28, 29 Градиент скорости (скорость деформации): сдвига в капиллярном виско- зиметре 14 — истинный 14 — средний 15 сдвига в ротационном виско- зиметре 15 — исти;шыг'15 — средний 15, 60 — сжатия объемного 16 287
Гуна: закон 17 модель 18 Д Давление: боковое 15, 17 гидростатическое 15 предварительного контакта 18, 19 прилипания 18 распределения по длине труб- ки 17 сопротивления движению 241, 242 — в насадках 250 — в трубах 245 Дерягина закон 18 Дефометр — см. Компрессион- ные приборы Деформаций эпюры 245, 253 Деформационные характеристи- ки 14—18 Деформация: абсолютная 14 кинематическое уравнение 17, 20, 21 объемная 16 одномерная 14, 16 относительная 14 сдвига 14 скорость 14, 15 удлинения 14 упругая 17, 20 Дилатантные системы 24 Дисперсные системы 10, 33 Длительность: куттерования фарша 91, 92 — оптимальная фарша 92 Долговечность структуры 11, 12 Ж Жидкообразные системы 26 Жир животный топленый: вязкость 81, 82, 83 плотность 82 1П7 прочности ыи ла^акк'рнстнкн 105 Жир рыбный, вязкость 81 288 3 Заварка осахаренная, вязкость 180 Закваска молочнокислая, вяз- кость 179 Закваска ржаная, вязкость 179 И Индекс течения 22, 25 К Казеината растворы: вязкость 138 плотность 156 Карамель, временное сопротив- ление 235 Карамельная масса, вязкость 229 Качество, контроль 3, 4, 261, 264 Кисломолочные продукты: вязкость 128, 129 плотность 154 Классификация: дисперсных систем 10, 27 реальных тел 9, 23, 24 реологических приборов и ме- тодов измерения 34 реологических тел 18, 26 структур дисперсных систем \\ форм связи влаги 12 Клейковина, структурно-меха- нические характеристики 182 Компрессионные приборы: ВНИИМП 54 дефометр МТИММП 55 Мачихнна — Максимова 57 Николаева 56 Конвиграф 72, 73 Консистометр: Гепплера 56 Табачникова 52 Конфетные массы: вязкость 215, 225 предельное напряжение сдви- га 223, 225 •х'опрецнпитаты: вязкость 138, 139 Плотность 156
Корми сухие животйыё: коэффициент внешнего трения 122, 123 —внутреннего трения 122, 123 плотность 109, ПО Кости: коэффициент внешнего трения 121, 122 плотность 109, 110 прочностные характеристики 106 Костная мука, фрикционные ха- рактеристики 122 Кофе быстрорастворимый, плотность 204 Коэффициент: бокового давления 15, 17 объемного сжатия 16 поверхностного натяжения 31 Пуассона 16 температурного расширения 31, 32 трения 18, 19 Крем сливочный, вязкость 224 Кривые течения 24 Кровь: вязкость и предельное напря- жение сдвига 76, 77, 79 плотность 79, 107 Кровяная мука: плотность 109 фрикционные характеристики 122 Л Липкость 18, 30 М Максвелла: модель 20 тело 18 /Маргарин, вязкость 132, 134 Мармелад, предельное напря- жение сдвига 227 Масло сливочное, вязкость 131 — 134 М- ■ совьи", iv Матурограф 69, 70 Мезга плодово-ягодная: коэффициент трения 178 ПЛОТНОСТЬ 1?5 предельное напряжение сдви- га 166 условная сила трения 177 Меланж: вязкость 79, 80 плотность 107 Меласса: вязкость 164, 165 плотность 174 поверхностное натяжение 177 Модели реологических тел 18 Модули: объемной упругости 17 релаксационный 21 сдвига 17 упругости при растяжении — сжатии 17 Молоко коровье: вязкость 123—127 плотность 154 поверхностное натяжение 157 Молоко сгущенное: вязкость 125, 127, 128 плотность 155, 156 поверхностное натяжение 137 Молочные гели, сдвиговые ха- рактеристики 142, 143 Молочные продукты сублимиро- ванные, сдвиговые характе- ристики 137 Морковь, временное сопротив- ление 174 Мороженого смеси, вязкость 135—137 Мука мясокостная, мясная — см. Костная мука Мука пшеничная, фрикционные характеристики 212 Мясо животных, целые ткани: адгезионные характеристики 113, 114 компрессионные характери- стики 97 при объемном сжатии 101 липкость 113, 114 плотность 108 прочностные характеристики 101, 102, 103 при срезе 103, 104 — фрикционные характери- стики 116, 117, 118, 119 28 9
н Нагнетатели: валковые 253 шестеренные 254 шнековые 253 Напряжения: нормальные 15 сдвиговые 19 Нежность мяса 102 Ньютона: гипотеза 19 модель 18 О Объемное сжатие 16 Объемный расход — см. Пода- ча Овощи, коэффициенты трения 178 Опара жидкая, вязкость 180, 181 Ошибка экспериментов 6 П Пенетрометры: 50 АР 4/2 53 КП-3 51 МТИПП 51 схемы 52 Период релаксации: деформаций 21 напряжений 21 Печенье, ударная вязкость 236 Пиво: вязкость 173 плотность 173 поверхностное натяжение 177 Пластично-вязкие системы 21 Пластичность 19 Пластометры: ЛТИХП 50 с пластиной 48 Толстого 49 Плотность 30 Поверхностное натяжение 31 Подача 14, 248, 252, 256 ГК ,. ... чвочная: Hiprooi!. 218 давление адгезионное 239 Помадные массы: вАзКость 221, 232 давление адгезионное 239 Пралине: вязкость 216 давление адгезионное 237 плотность 234 предельное напряжение сдви- га 216 тиксотропные характеристи- ки 220 Предел: текучести 18, 26 упругости 18, 26 Прилипание — см. Липкость Псевдопластические тела 24 Пшеница: микротвердость 196 модуль упругости 195 сопротивление временное 196 Пюре плодовое, вязкость 169 Р Растяжения приборы 58 Расчет реологических характе- ристик для степенной жидко- сти 22, 24 Резание продуктов 260 Рейнольдса число 249 Релаксационный спектр 20, 27 Релаксация 20, 21 Реогониметр 60 Реологические уравнения: линейных тел 20, 21 нелинейных тел 22 Реология 4 Реопексия 28, 29 Рис: пластичность 198 упругость 198 Рыбный фарш, сдвиговые ха- рактеристики 90, 94—95 Рыба: компрессионные характери- стики 98, 99 коэффициент внешнего трения 121 плотность 98, 109 фрикционные характеристи- ки 119-121 С Сахара растворы: плотность 175 290
поверхностное натяжение 177 Сахаропродукты, вязкость 164 Свойства тел: компрессионные 5, 13, 30 поверхностные 5, 13, 31 сдвиговые 5, 13, 23—30 Сен-Венана модель 9, 18 Скорость среднеобъемпая 14, 245 Сливки: вязкость 129—133 плотность 154, 155 поверхностное натяжение 157 Сметана: вязкость 130 плотность 156 Сок виноградный, поверхност- ное натяжение 177 Сок плодовый: вязкость 167, 168, 169 плотность. 175 Степенные жидкости 22, 24 Cvxapn, коэффициент трения 214 Сыр: аутогезня 161 компрессионные характери- стики 145, 146, 148 коэффициент трення 162, 163 липкость 159 плотность 156 пористость 152 Сыр плавленый: вязкость 141 липкость 159, 160 141 плотность 156 Сырково-творожные массы: компрессионные характери- стики 152, 153 липкость 158, 159 плотность 156 сдвиговые характеристики 140 Сырная масса: компрессионные свойства 153 липкость 161. сдвиговые свойства 141 Табак: коэффициент трения 213 плотность 206 упруго-пластичность 205 Твердообразные системы 26 Творожные массы — см. Сырко- во-творожные массы Текучести предел 27 Темп разрушения структуры 25, 26 Темп убывания площади кон- такта 31 Температурно-инвариантные ха- рактеристики 33 Температурные изменения: вязкости 32, 33 плотности 31, 32 Термодинамики уравнения 16 Тесто бараночное: вязкость 188, 190 релаксация напряжений 207 реологические характеристи- ки 189 Тесто бездрожжевое, вязкость 182 Тесто бисквитное: вязкость 230, 231 модуль упругости 230 предельное напряжение сдви- га 229, 231 Тесто макаронное: временное сопротивление 202 вязкость 191, 192 предельное напряжение сдви- га 191 реологические характеристи- ки 191 Тесто для пирожных, вязкость 230 Тесто пшеничное хлебопекар- ное: адгезионное давление 210 вязкость 183, 185, 186 плотность 208 предельное напряжение, сдви- га 184, 187 - релаксация напряжений 207 Тесто ржаное: вязкость 187 плотность 209 предельное напряжение сдви- га 187 Течение: вязкое 24 пластическое 24 реологические кривые 24 эпюры 245, 253 291
Течение по каналам: неременного сечения 250 по наклонной плоскости 252 по трубопроводам 245 прямоугольным 242 цилиндрическим 241 Тиксотропия 28, 29 Томатный концентрат: вязкость 168 плотность 175 предельное напряжение сдви- га 168 Трение: внешнее 18 динамическое 31 - коэффициент истинный 18, 19 — эффективный 18, 19 статическое 31 удельная сила 18 Трибометры: классификация 66, 67 конструкция 67, 68 У Универсальная газовая посто- янная 32 Упругость 17, 27 Условные обозначения 6, 7, 8 Утфель, вязкость 165 Ф Фаринограф 69, 70 Фарш мясной колбасный: компрессионные характери- стики при объемном сжатии 99, 100, 101 при осевом сжатии 95, 96, 97 липкость (адгезионные ха- рактеристики) 111, 112, 114, 115, 116 плотность 107, 108 релаксационные характери- стики 84, 97 сдвиговые характеристики влияние технологиче- ских факторов 80—91 в области лавинного разрушения структуры 84, 85, 86 в области практически неразрушенной структуры 83 84 фрикционные характеристи- ки 116, 117, 118 эталонные характеристики 93 Физико-химическая механика, задачи 4 Френкеля — Эйринга формула 32 Фрикционные характеристики 18, 19 X Хлеб: коэффициент трения 214 упруго-пластические харак- теристики 199, 200 Ч Чаи байховый, плотность 204 Ш Шквара мясная, прочностные характеристики 105, 106 Шпик: адгезионные характеристики 113 коэффициент внешнего трения 121, 122 плотность 108 прочностные характеристики 105 Шоколад: вязкость 228, 233 предельное напряжение сдви- га 228 Э Экстенсограф 59 Энергия активации 32 Эффективная вязкость 19 Я Яблоки, временное сопротив- ление .. .
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение (А. В. Горбатов) 3 Условные обозначения (А. В. Горбатов) . . 6 РАЗДЕЛ I ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 1. Основные закономерности деформирования и течения пище- вых продуктов (А. В. Горбатов) . 9 Общие положения 9 Основные уравнения напряжений и деформаций реальных тел 13 Реологическая классификация пищевых продуктов и ос- новные структурно-механические свойства 23 2. Методы и приборы для измерения структурно-механических характеристик пищевых продуктов (Ю. А. Мачихин, С. А. Ма- чихин) 34 Классификация методов и приборов для измерения струк- турно-механических характеристик 34 Методы и приборы для измерения сдвиговых характери- стик 35 Методы и приборы для измерения компрессионных харак- теристик 54 Методы и приборы для измерения виброреологических ха- рактеристик 60 Методы и приборы для измерения поверхностных характе- ристик 63 Методы и приборы для относительных и условных измере- ний характеристик, непрерывнодействующие приборы . . 68 РАЗДЕЛ II ЗНАЧЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 3. Структурно-механические характеристики мясных н рыбных продуктов (А. В Г^м^^топ^ . ... ... 75 Сдвиговое ха;-г.\.ернстм т ,\j Компрессионные и прочностные характеристики, плотность 95 Поверхностные характеристики 111
4. Структурно-механические характеристики молока и молоч- ных продуктов (В. П. Табачников, А. М. Маслов, В. Д. Косой) 123 Сдвиговые характеристики 123 Компрессионные и прочностные характеристики, плот- ность 152 Поверхностные характеристики 157 5. Структурно-механические характеристики сахаропродуктов, плодов, ягод, соков и напитков (Ю. А. Мачихин, А. М. Маслов) 164 Сдвиговые характеристики 164 Компрессионные и прочностные характеристики, плотность 174 Поверхностные характеристики 177 6. Структурно-механические характеристики сыпучих продук- тов и мучных изделий (С. А. Мачихин) 179 Сдвиговые характеристики 179 Компрессионные и прочностные характеристики, плотность 195 Поверхностные характеристики 209 7. Структурно-механические характеристики кондитерских про- дуктов (Ю. А. Мачихин) 215 Сдвиговые характеристики 215 Компрессионные и прочностные характеристики, плотность 234 Поверхностные характеристики 236 РАЗДЕЛ III ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ (Ю. А. Мачихин, С. А. Мачихин) 8. Расчет течения продуктов в рабочих органах машин .... 241 Течение по каналам и плоскостям 241 Расчет нагнетателей 253 Резание пласта вязко-пластичного продукта 260 9. Контроль производственных процессов и качества продук- тов по структурно-механическим характеристикам пищевых продуктов 261 Контроль технологических процессов и качества продуктов 261 Автоматизированный контроль качества продуктов .... 264 Связь между структурно-механическими характеристиками и сенсорной оценкой качества продуктов 266 Список использованной литературы 268 Предметный указатель 287
АЛЬФРЕД ВАСИЛЬЕВИЧ ГОРБАТОВ, АНАТОЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ МАСЛОВ, ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ МАЧИХИН, СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ МАЧИХИН, [ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ ТАБАЧНИКОВ.| ВАЛЕНТИН ДАНИЛОВИЧ КОСОЙ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Редактор Г. И. К Р У г л о в а Художник М. В. Носов Художественный редактор В. А. Чуракова Технический редактор Г. А. А л а в и н а Корректор Н. П. Б а г м а ИБ № 1135 Сдано в набор 25.11.81. Подписано в печать 07.06.82 Т-П926. Формат 84X108V3:- Бумага типографская № 2. Литературная гарнитура. Высокая печать. Объем 9,25 усл. п. л. 15,54 усл. л. кр.-отт. Уч.-нзд. л. 19,73. Тираж 5600 экз. Заказ 2418. Цена I р. 30 к. Издательство «Легкая н пищевая промышленность», 113035, Москва, М-35, 1-й Кадашевский пер., д. 12. -тКая типография № 8 Союзполнграфпрома .. #>cr!'t'h-ом комитете СССР «• :: \o.\i изда-. j."!l,ctb, полиграфии и книжной торговли, Хохловский пер., 7.