Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Методические указания,
программа курса и контрольные задания
для студентов специальности 260601.65
заочной формы обучения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
Саратов 2009
ВВЕДЕНИЕ
Основными задачами, стоящими перед пищевой промышленностью страны, являются повышение качества продуктов и эффективности производства путем строгого соблюдения рецептурного состава, сокращения доли ручного труда, внедрения комплексной механизации и автоматизации производства, расширения ассортимента продуктов путём внесения новых добавок и получения функциональных продуктов. В связи с поставленными задачами перед научными и производственными работниками пищевой промышленности стоят проблемы создания и освоения прогрессивных технологических процессов с применением физических методов обработки, создания новых видов оборудования, разработки объективных научных методов оценки качества исходного сырья и получаемых продуктов. При решении этих вопросов существенное значение имеют реологические методы как научный фундамент для практических и теоретических разработок. При проектировании машин и аппаратов не всегда верно учитываются важнейшие физические свойства пищевых продуктов. Для научно обоснованного учета этих свойств в различных областях техники и технологии пищевых производств необходимо знание о структурно-механических характеристиках сырья и готовой продукции, что и выполняет курс «Физико-механические свойства сырья и готовой продукции» для студентов специальности «Машины и аппараты пищевых производств».
1. ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Основные закономерности деформирования и течения пищевых продуктов. Классификация реальных тел. Классификация дисперсных систем. Классификация структур дисперсных систем. Форма связи влаги с продуктами.
Основные уравнения напряжений и деформаций реальных тел. Сдвиговые свойства. Компрессионные свойства. Поверхностные свойства. Деформация. Напряжение. Гидростатическое давление. Упругость. Коэффициент объемного сжатия. Адгезия. Внешнее трение. Пластичность. Вязкость. Линейные уравнения напряжений и деформаций.
Методические указания
Деформационные характеристики множества реальных продуктов можно моделировать с помощью основных «первичных» тел – упругого, пластичного и вязкого в различных сочетаниях и комбинациях. При этом обычно деформации и скорости деформаций связаны линейно. Классическими объектами инженерной физико-химической механики являются дисперсные системы, состоящие из 2 и более фаз. В них дисперсионной средой является непрерывная фаза, дисперсной фазой – раздробленная фаза, состоящая из частиц, не контактирующих друг с другом. При этом под фазой понимается совокупность гомогенных частей системы, ограниченных от других частей физическими поверхностями раздела.
По классификации академика структуры пищевых продуктов можно разделить на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные. Обратите внимание на механизм оборудования этих структур и приведите примеры из области пищевых продуктов. Рассматривая формы связи влаги с продуктом, обратите внимание на
3 формы: химическую, физико-химическую и физико-механическую. Разобраться, как разделяются продукты по преобладанию формы связи влаги с продуктом.
Структурно-механические свойства характеризуют поведение продукта в условиях напряженного состояния и позволяют связать между собой напряжения, деформации или скорости деформаций в процессе приложения усилий. По виду приложения усилия или напряжения к продукту реологические свойства можно разделить на три связанные между собой группы – сдвиговые, компрессионные и поверхностные свойства. Влияние технологических факторов (температуры, влажности и др.) на структурно-механические характеристики будут рассмотрены на ряде конкретных пищевых продуктов.
2. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Классификация методов и приборов для измерения структурно-механических характеристик. Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик. Ротационные вискозиметры. Вискозиметры капиллярные с падающим шариком. Приборы с плоско-параллельным зазором. Пенетрометры и консистометры. Методы и приборы для измерения компрессионных характеристик. Приборы для осевого сжатия продукта. Приборы для объемного сжатия продукта. Приборы для растяжения продукта.
Методы и приборы для измерения поверхностных характеристик. Адгезиометры. Приборы для определения внешнего трения.
Методы и приборы для относительных и условных измерений характеристик, непрерывнодействующие приборы.
Методические указания
Приборы для измерения значений каждой группы свойств (сдвиговых, компрессионных и поверхностных) имеют свою специфику. Однако общими будут: сила, момент или напряжение, расстояние, деформация, площадь или объем, время, скорость деформации или линейная скорость, энергия. В соответствии 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 реологические приборы делят на четыре группы. Первый метод – постоянной скорости сдвига – реализуется обычно путем применения электромеханического или гидравлического привода, сила измеряется различными динамометрами.
Второй метод – метод постоянной нагрузки – конструктивно значительно проще, т. к. скорость перемещения или вращения легко измерить обычным секундомером или записать на диаграммной ленте.
При третьем методе измерения постоянная сила нагружения обусловлена неизменной массой подвижной части прибора, время измерения обычно постоянно (180-300 с) и принимается несколько больше, чем период релаксации. В приборах измеряют глубину погружения при уменьшающейся скорости, которая в пределе достигает нуля.
Четвертый метод позволяет по площади диаграммы определить энергию деформирования, а ордината на диаграмме показывает усилие.
3. ЗНАЧЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Структурно-механические характеристики представляют собой фундаментальные физические свойства продуктов. Они проявляются при механическом воздействии на обрабатываемый продукт и характеризуют его сопротивляемость приложенным из вне усилиям, обусловленную строением и структурой продукта. Эти характеристики используются для расчета процессов течения продуктов в рабочих органах машин с целью определения их механических параметров – геометрических, кинематических и динамических. Кроме того, структурно-механические характеристики учитываются при расчете различных физических процессов: гидромеханических, термических, массообменных и т. д.
3.1. Структурно-механические характеристики мясных и рыбных продуктов
Сдвиговые характеристики жидкообразных и твердообразных систем
Жидкообразные системы обладают слабой структурной сеткой, которая разрушается при течении в рабочих органах машин с высоким значением градиентов скорости или при изменении температуры. Характеристики жидкообразных систем описываются вязкостью или эффективной вязкостью.
Характеристики твердообразных систем описываются различными реологическими параметрами, которые определяются выбранной математической моделью тела и ее соответствием реальным условиям течения.
Методические указания
В качестве объекта изучения жидкообразных систем выбраны топленые животные жиры, вязкость определяем с помощью вискозиметра, при температуре 40-100°С.
Для свиного жира установлено, что вязкость его в области от температуры плавления до 65-70°С при нагревании и охлаждении не имеет одинаковых значений, что связано с наличием дисперсной фазы в виде кристалликов жира в этом температурном диапазоне. При переходе за верхний температурный предел аномалии вязкости исчезают, жир становится истинно-вязкой жидкостью. При охлаждении ниже 27°С, если механическое воздействие отсутствует в свином жире начинается образование сплошного кристаллизационного каркаса и жир теряет текучесть. Существует зависимость между йодным числом жира и вязкостью, которая уменьшается пропорционально увеличению йодного числа для всех температур от 60 до 90°С [1, 8].
Для расчета эффективной вязкости свиного жира (ηэф, Па∙с) в области температур от 12 до 26°С предложена зависимость [6]
, (1)
которая справедлива при изменении градиента скорости (
, с-1) от 0,176 до 4,5 с-1. Экспериментальные данные, по которым выведена эта зависимость, получены на ротационном вискозиметре «Реостат».
Деформационное поведение твердообразных систем – колбасного, рыбного и мясного фарша при напряжениях, превышающих предельное напряжение сдвига, характеризуют предельным напряжением сдвига – пределом текучести – и вязкостями в зависимости от вида принятой математической модели. Поскольку эти характеристики определяются при сравнительно высоких градиентах скорости и напряжениях сдвига, они являются наиболее существенными по сравнению с другими для расчета перемещения продуктов в рабочих органах машин и аппаратов. Они же более глубоко характеризуют внутреннюю сущность объекта, т. е. его качественные показатели [9-12].
При изготовлении пищевых продуктов их состав или состав исходной смеси, температура, время выдержки и пр. могут отличаться от обусловленных стандартом. Поэтому представляется важным рассмотреть влияние некоторых основных технологических факторов на величины сдвигов характеристик. Эти данные позволяют обосновать параметры оптимального процесса, а так же выполнить реологические расчеты рабочих узлов машин и аппаратов.
При изучении влияния концентрации водородных ионов (рН) на сдвиговые характеристики фарша было установлено, что при рН = 5,0 достигается наибольшая текучесть. 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 на сдвиговые характеристики фарша было изучено в области от 2 до 35°С. Увеличение температуры вызывает снижение значений всех реологических характеристик, за исключением темпа разрушения структуры. С повышением температуры связи в водно-белково-солевых прослойках ослабляются в результате уменьшения вязкости растворителя, что ведет к ослаблению прочности структуры в целом.
Влияние времени выдержки на сдвиговые характеристики сырого фарша важно знать для нахождения оптимального времени осадки колбасных изделий. Установлено, что время выдержки 4-6 часов является критическим, когда заканчивается процесс самопроизвольного упрочнения и влага полностью насыщает все имеющиеся связи.
Влияние влажности на сдвиговые характеристики фарша показало, что повышение его влажности ведет к утолщению жидкостных прослоек дисперсионной среды между частицами, уменьшает концентрацию белков в растворе прослоек, снижая их вязкость. В связи с этим прочность структуры и значения сдвиговых характеристик фарша понижаются. При этом темп разрушения структуры от влажности не зависит и при ее изменении остается постоянным. Одновременно происходит развитие встречного процесса – увеличение диаметра мышечных волокон, благодаря осмотическому перераспределению влаги. Процесс утолщения водных прослоек, вызывающий снижение прочности структуры, значительно тормозится обратным процессом – набуханием мышечных волокон, увеличением их поверхности и связыванием влаги, который способствует возрастанию прочности. Суммарное действие этих процессов дает в итоге сравнительно небольшое снижение прочности структуры фарша.
Влияние давления на сдвиговые характеристики сырого фарша изучали на специальном вискозиметре [13]. При увеличении давления значения всех характеристик увеличиваются. Исключение составляет пластическая вязкость, которая практически не зависит от давления; отклонение опытных величин от расчетных не превышает ±6%. Изменение значения величин характеристик при различных давлениях объясняется главным образом перераспределением дисперсионной среды в системе и изменением размера частиц гидратных оболочек. Кроме того, приложенное давление вызывает переориентацию частиц, более компактную их упаковку с одновременным деформированием, количество и объем воздушных полостей сокращается. Все это ведет к упрочнению связей между частицами, и для разрушения системы требуются более интенсивные внешние воздействия.
Влияние механической обработки [6,7] на сдвиговые характеристики фарша следует изучать комплексно при куттеровании. Исследования позволили научно обоснованно подойти к расчету, осуществлению и прогнозированию этого процесса с целью получения готовых продуктов высокого качества.
Процесс куттерования состоит из трех основных периодов, в которых все реологические и технологические характеристики сырого фарша и готовых изделий из него претерпевают изменения.
Оптимальная продолжительность механического воздействия (куттерование, перемешивание) и оптимальный химический состав (влагосодержание, жирность и пр.) соответствуют эталонным условиям его обработки и дают эталонные значения реологических и технологических показателей готового продукта.
Влияние вибрации на сдвиговые характеристики фарша исследовано как при перемешивании, так и при осадке фарша, набитого в оболочку
[14,15]. Три экспериментальные партии, обработанные по различным вариантам, дали выход на 1,5-2,5 % выше при улучшении качества на 0,3-0,4 балла по сравнению с контрольной. Напряжение среза опытных готовых изделий составило Па, контрольных – 32000 Па.
4. КОМПРЕССИОННЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. ПЛОТНОСТЬ
4.1. Компрессионные характеристики фарша при объемном сжатии
Характеристики изучали с помощью консистометра Гепплера и специальных приборов – цилиндров с поршнем и водяной рубашкой. Кривые кинетики относительной деформации объемного сжатия имеют логарифмический характер, типовые компрессионные кривые показаны на рисунке.
|
Общую деформацию фарша можно рассматривать состоящей из
3 зон. При напряжениях, меньших предела упругости, который в среднем равен 105 Па, реализуется зона мгновенно-упругих деформаций. Для нее модуль упругости составляет 0,6∙107 Па. Величина максимальной упругой относительной деформации достигает 1,6∙10-2 Па, при увеличении нагрузки она остается постоянной. Вторая зона – упругого последствия – лежит в пределах напряжений (1-3,5)∙105 Па. Третья зона – пластических деформаций – лежит в области напряжений, превышающих 3,5∙105 Па. При этом общая деформация зависит не только от напряжения, но и от длительности его действия.
На кинетических кривых (рис.) с момента начала варки – от 180 с и далее – деформации уменьшаются. При наименьшем давлении
(0,32∙105 Па) деформации переходят в отрицательную область, т. е. объем фарша становится больше начального.
Плавное уменьшение деформации обусловлено наличием температурного градиента. Температура, при которой деформация достигает минимума, не постоянна и зависит от влагосодержания, 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. Наименьшие значения удельной работы соответствуют «эталонному» влагосодержанию.
При дальнейшем нагревании фарша до готовности деформации увеличиваются, а объем уменьшается, если происходит отделение жира и бульона из продукта. Если же форма герметична, то уменьшение объема незначительно.
Существенную роль при термообработке фарша в форме играет давление, приложенное к торцам формы [12, 13, 16].
4.2. Прочностные характеристики целых тканей мяса
Если считать мясо нелинейным реологическим телом [1, 6, 7], то прочностные характеристики будут зависеть от геометрических размеров образца и кинематики нагружения.
Авторы [17] установили корреляционную связь между прочностными характеристиками и органолептической оценкой нежности. Их данные показывают, что для сырого мяса напряжение разрыва зависит от вида мышцы; для вареного мяса такой дифференциации не наблюдается. С улучшением нежности напряжение разрыва и модули упругости уменьшаются, при чем для сырого мяса эта зависимость более пологая, для вареного – более крутая.
4.3. Плотность тонкоизмельченных видов колбасного фарша
Плотность была исследована для фаршей докторской колбасы и русских сосисок [8]. В процессе экспериментов влажность W изменяли от 0,65 до 0,73 кг влаги на 1 кг фарша, жирность φ – от 0,15 до 0,22 кг жира на 1 кг фарша. На основании полученных данных выведено уравнение.
. (2)
Уравнение справедливо при давлении р = (0,1 – 16) ∙ 105 Па. Оно получено в расчете на начальное влагосодержание u от 1,8 до 2,7 кг влаги на 1 кг сухого вещества фарша.
Зависимость плотности фарша от степени измельчения и вида измельчающей машины обнаружить не удалось.
4.4. Поверхностные характеристики
Поверхностные характеристики продуктов основываются на их взаимодействии с твердыми телами (липкость или адгезия, и коэффициент внешнего трения). В некоторых опубликованных работах, посвященных изучению этих характеристик, отсутствуют исследования влияния на липкость и трение геометрических, кинематических и динамических параметров прибора, т. е. полученные величины имеют не количественное, а качественное технологическое значение. Использовать их для расчетов машин и аппаратов затруднительно. Сравнительно подробно исследованы величины липкости и внешнего трения мясопродуктов в работах [7, 12-13].
Методические указания
Адгезионные характеристики (липкость) мясных продуктов
Липкость фарша русских сосисок была исследована [6, 7] при различных толщине слоя и влагосодержании методом нормального отрыва. Толщину слоя фарша меняли в пределах (0,3-1,0)∙10-3 м, влагосодержание имело значения: 2,21; 2,44; 2,70; 3,01.
Данные, полученные при давлении контакта 2350 Па и длительности предварительного контакта 300 с с пластинами из нержавеющей стали площадью 0,001 м2 при скоростях: отрыва – 0,00358 м/с, приложения
силы – около 25 Н/с.
С увеличением длительности τк (с) и величины рк (Па) предварительного контакта липкость р0 (Па) увеличивается. Ее изменения описываются кинетическим уравнением
, (3)
где α – эмпирический коэффициент, характеризующий темп нарастания липкости при увеличении времени контакта, Па; р01 – эмпирический коэффициент представляет собой липкость при времени контакта 1 с.
Увеличение давления контакта рк ведет к увеличению липкости.
При высоких рк толщину слоя не удается сохранить постоянной.
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 между 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 толщине, имеют постоянное значение около 72000 Па. Эту величину можно, по-видимому, интерпретировать как истинную адгезию.
Материал пластин оказывает влияние на величину липкости.
Понижение температуры фарша от 17-18°С до 4-5°С ведет к уменьшению липкости на 30-40%. Наибольшее значение липкость имеет при температуре 23-27°С. Эксперименты проведены при времени предварительного контакта 3 с, давлении 3440 Па и скорости отрыва 0,00358 м/с. Для уменьшения липкости используют антиадгезионные покрытия [5, 15, 17].
5. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ
5.1. Сдвиговые характеристики жидкообразных систем
Сдвиговые свойства высокобелковых молочных продуктов в зависимости от их физико-химического состояния, обусловленного их температурой, химическим составом и степенью механической обработки оцениваются различными методами.
Методические указания
Вязкость коровьего молока. Коровье молоко представляет собой сложную полидисперсную систему. Дисперсионная среда (вода) составляет 83-89 %, дисперсная фаза – жир, белки, углеводы, минеральные вещества, газы – составляет 11-17 %.
Вязкость молочных продуктов можно представить как сумму вязкости дисперсионной среды и дисперсной фазы, а также приращение вязкости вследствие образования структуры [25, 26].
, (4)
где T* – избыточная обратная абсолютная температура, 1/К;
R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль∙K);
Vд. ф. – объемная концентрация дисперсной фазы, м3/м3;
4,5 Vд. ф – поправка на дисперсную фазу; второй комплекс в фигурных скобках учитывает приращение вязкости за счет структуры.
Структурная составляющая вязкости молока исчезает после механического воздействия на молоко. У концентрированных белковых молочных продуктов, наоборот, структурная компонента вязкости настолько велика, что в сравнении с ней, вязкостью дисперсной 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 температуры.
Это явление наблюдается до тех пор, пока температура молока не перейдёт предел, выше которого начинается денатурация белков молока, сопровождаемая реакцией меланоидинообразования, вследствие чего темп возрастания вязкости молока с увеличением температуры повышается.
Вязкость сгущенных молочных продуктов. Вязкость сгущённых молочных продуктов уменьшается с повышением температуры, увеличивается с повышением концентрации сухих веществ. Высокотемпературная обработка также приводит к повышению вязкости.
Сгущенное цельное молоко и обезжиренное молоко без сахара при концентрации сухих веществ до 0,45 кг на 1 кг сгущенного молока (45%) проявляет малую аномалию вязкости.
Для вычисления вязкости несгущенного и сгущенного молока в зависимости от температуры удобно пользоваться достаточно универсальной обобщенной зависимостью:
, (5)
где 
, 
– эффективная вязкость при единичном значении градиента скорости или ньютоновская вязкость, Па∙с; 
, 
– абсолютная температура жидкости, К; 
, 
– плотность жидкости, кг/м3;
a, b – эмпирические коэффициенты; a = 1,975; b = 162 К;
индекс «пр» означает, что вязкость и плотность отнесены к некоторой температуре приведения, которая подбирается эмпирически.
Для молока с φ = 0,032 кг жира на 1 кг молока (3,2%) Тпр = 295 К
и ηпр = 1,65∙10-3Па∙с.
Температура приведения и соответствующее ей значение вязкости сгущенного обезжиренного молока зависят от содержания СОМО:
Тпр = 293 + 267(СОМО)2, (6)
lg(γпр∙106) = 2,34СОМО – 0,168, (7)
Формула (7) действительна для молока с содержанием СОМО от 0,10 до 0,20. При содержании СОМО в молоке от 0,08 до 0,10 γпр изменяется от 1,96∙10-6 до 2∙10-6 м2/с.
На вязкость сгущенных молочных продуктов с сахаром существенное влияние оказывает применяемый способ сгущения и способ внесения сахара в молоко.
Вязкость обезжиренного молока, сгущенного посредством ультрафильтрации, может быть вычислена по формуле:
, (8)
где с – концентрация белка, кг белка на 1 кг продукта; формула (8) действительна при с < 0,15 и t = 20°С.
Вязкость кисломолочных продуктов. Кисломолочные продукты производят путем внесения в молоко закваски, под действием которой происходит свертывание белков и образование пространственной структуры из белков молока с включениями молочного жира и влаги.
Вязкость кисломолочных продуктов во многом определяется видом вносимой в молоко закваски, а также видом и количеством применяемого стабилизатора.
Вязкость сливок из коровьего молока. В зависимости от концентрации 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 инженерных расчетах их можно отнести к ньютоновским жидкостям.
Вязкость сливок во многом определяется соотношением фракций жира с высокой и низкой температурой плавления, продолжительностью и условиями их хранения. Сливки после созревания перед сбиванием их в масло имеют большую вязкость, чем сливки, полученные из свежего молока и не подвергавшиеся созреванию.
Вязкость сливочного масла. Вязкость расплавленного масла практически соответствует вязкости сливок при одинаковой температуре и таком же содержании жира.
Маргарин, как и животные жиры, при температуре ниже температуры фазовых переходов большинства фракций жира, проявляет аномалию вязкости, заключающуюся в том, что с увеличением касательного напряжения (градиента скорости) вязкость маргарина уменьшается. Это дает основание отнести маргарин к псевдопластичным жидкостям.
5.2. Компрессионные и прочностные характеристики, плотность
Компрессионное уплотнение продуктов сопровождается, как правило, изменением их фазового состояния. Фазовое состояние высокобелковых молочных продуктов, являющихся пористыми дисперсными телами можно охарактеризовать фазовыми объемами (объемной пористостью), которые определяются по формулам:
Vп = (Vч + Vж)V, (9)
Vч = Vч / V, (10)
где Vп – общая пористость продукта, м3 / м3; Vч – пористость продукта по газу, м3 / м3; V, Vж, Vч – соответственно объем всего продукта и объем пор, заполненных жидкой и газообразной фазой.
Пористость материала часто характеризуют также коэффициентом пористости Eп, который связан с общей объемной пористостью соотношением:
Eп = V / (1 – V). (11)
Компрессионные свойства сыров оценивают также методом одноосного сжатия цилиндрической или прямоугольной пробы сыра с постоянной скоростью. При этом за показатель компрессии принимают выражаемое в процентах отношение высоты образца к его высоте до сжатия.
Плотность молока и молочных продуктов. Плотность цельного и обезжиренного молока понижается с повышением температуры.
Плотность молока ρ в (кг / м3) с содержанием жира 0,03 кг / кг (3%) и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) 0,087 кг / кг (87%) при температуре от 10 до 45°С подчиняется зависимости [24]:
, (12)
а плотность обезжиренного молока (0,02%), СОМО – 8,9% в том же интервале изменения температуры [25]:
. (13)
Плотность кисломолочных продуктов практически не отличается от плотности исходного молочного сырья до заквашивания.
Плотность сливок в зависимости от температуры определяется по зависимости [25]:
. (14)
Приведенная температура (Tпр) определяется по формуле:
, (15)
где 
– содержание жира, кг жира на 1 кг сливок.
Приведенная плотность () для сливок в зависимости от жирности находится по справочнику.
Плотность сгущенных молочных продуктов понижается с повышением температуры и повышается с увеличением концентрации сухих веществ.
Поверхностное натяжение молока. Поверхностное натяжение
α (Н/м) цельного и обезжиренного молока уменьшается с повышением температуры.
Поверхностное натяжение обезжиренного молока выше, чем цельного, однако с повышением температуры разница уменьшается.
На величину поверхностного натяжения молока влияет его гомогенизация. Повышение давления гомогенизации не пастеризованного молока приводит к некоторому снижению величин поверхностного натяжения молока, что, по-видимому, можно объяснить не
только дроблением жировых шариков молока, но и механическим
повреждением белковых частиц, т. е. частичным разрушением белково-жировых агрегатов [26].
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Контрольная работа представлена десятью вариантами. Выбор номера варианта контрольной работы производится студентом согласно последней цифре номера его зачетной книжки. Если номер книжки оканчивается нулем, то выполняется вариант 10.
К выполнению контрольной работы предъявляются следующие требования. Задание должно быть выполнено полностью и аккуратно оформлено. Работа выполняется в виде пояснительной записки чернилами и разборчивым почерком на стандартных листах бумаги (допускается выполнение работы в ученической тетради). С правой стороны на каждой странице оставить поля размером 25-30 мм для замечаний рецензента. Расчетные схемы и рисунки должны выполняться карандашом четко, с использованием чертежных принадлежностей. В конце пояснительной записки дается список использованной литературы, а в тексте записки должны быть ссылки на указанные источники. На последней странице ставится дата выполнения контрольной работы и подпись исполнителя. На первой странице записки следует указать номер варианта задания и его содержание. Титульный лист работы выполняется в точном соответствии с формой, указанной в приложении.
Контрольная работа, оформленная с нарушением указанных требований, к рассмотрению не принимается. Срок выполнения контрольной работы устанавливается планом-графиком учебного процесса.
Контрольная работа рецензируется преподавателем и после собеседования со студентом оценивается «зачтено» или «не зачтено». Иногородним студентам рецензированная контрольная работа высылается по их адресу. При положительной рецензии студент допускается к собеседованию, а затем – к экзамену. При явке на экзамен необходимо иметь при себе зачтенную работу.
В случае отрицательной рецензии студент должен переработать задание и представить его на повторную рецензию вместе с первоначальной рецензией на незачтенную работу.
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Вариант 1
1. Анатомическое строение зерна, химический состав и пищевая ценность.
2. Основные закономерности деформирования и течения пищевых продуктов. Классификация формы связи влаги с продуктом.
Вариант 2
1. Основные уравнения напряжений и деформации реальных тел (сдвиговые – деформации, упругость).
2. Структурно-механические характеристики мясных и рыбных продуктов (сдвиговые характеристики).
Вариант 3
1. Структурно-механические характеристики зерна.
2. Компрессионные и прочностные характеристики мясных и рыбных продуктов.
Вариант 4
1. Поверхностные характеристики мясных и рыбных продуктов.
2. Структурно-механические характеристики сахаропродуктов (вязкость).
Вариант 5
1. Методы и приборы для измерения поверхностных характеристик – адгезия, трение.
2. Структурно-механические характеристики кондитерских продуктов (поверхностные характеристики).
Вариант 6
1. Компрессионные характеристики молочных продуктов.
2. Структурно-механические характеристики сыпучих продуктов и мучных кондитерских изделий – сдвиговые характеристики.
Вариант 7
1. Структурно-механические характеристики молока и молочных продуктов – сдвиговые характеристики (вязкость коровьего и сгущенного молока).
2. Классификация методов и приборов для измерения структурно-механических свойств пищевых продуктов.
Вариант 8
1. Сдвиговые характеристики – вязкость сливок и сливочного масла.
2. Методы и приборы для измерения компрессионных характеристик пищевых продуктов.
Вариант 9
1. Реологическая классификация пищевых продуктов и основные структурно-механические свойства (сдвиговые свойства).
2. Структурно-механические характеристики сыпучих продуктов и мучных изделий – сдвиговые характеристики.
Вариант 10
1. Критерии процесса измельчения сырья: степень измельчения, энергозатраты, удельная нагрузка на рабочий орган машины.
2. Основные закономерности деформирования и течения пищевых продуктов. Классификация.
ЛИТЕРАТУРА
1. МакКенна и текстура пищевых продуктов. Продукты эмульсионной природы / Кенна. СПб.: Профессия, 20с.
2. Зверев свойства зерна и продуктов его переработки/ , . М.: ДеЛи принт, 20с.
3. Инженерная реология в производстве мороженного / , , . М.: ДеЛи принт, 20с.
4. Пищевая инженерия: справочник с применением расчетов / К. Валентас. СПб.: Профессия, 20с.
5. Зимон пищевых масс / , . М.: ДеЛи принт, 20с.
6. Малкин : концепции, методы, приложения /
, . СПб.: Профессия, 20с.
7. Белкин приборы / , , . М.: Машиностроение, 19с.
8. Спирин физико-механических свойств мясопродуктов при адгезии и трении: автореф. диссертации канд. техн. наук / . М.: ВНИИМП, 19с.
9. Назаров макаронных изделий / . М.: Пищевая промышленность, 19с.
10. Bourne M. C. A classification of objective methods for measuring texture and consistency of foods / J. Food. Sci.. 1966. V. 31. № 6.
P. 1011 – 1015.
11. Drake B. K. Food crushing sounds: comparisons of objective and subjective data / J. of Food. Sci.. 1965. V. 30. № 3. P. 556 – 559.
12. Урьев -химическая механика и образования пищевых масс / , . М.: Пищевая промышленность, 19с.
13. Методы контроля консистенции и структурно-механических свойств сырья / , , . М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 19с.
14. Бакунц для измерения физико-механических свойств фарша при куттеровании / // Пищевая промышленность, 1978. № 6. С. 6 – 11.
15. Белый полимеров к металлам / ,
, . Минск: Наука и техника, 19с.
16. Объективная оценка качества мяса и мясных продуктов реологическими методами / , ,
и др. // Мясная промышленность. 1975. № 14. С. 27.
17. Эффективность применения антиадгезионных покрытий для производства мясных формованных изделий / ,
, и др. // Мясная промышленность, 1978. № 10. С. 24 – 26.
18. Горбатов мясных и молочных изделий /. М.: Пищевая промышленность, 19с.
19. Кук и аппараты молочной промышленности /
. М.: Пищевая промышленность, 19с.
20. Влияние хранения молока на изменение его структурно-механических показателей / Р. Раманаускас. М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1971. № 8. С. 1 – 3.
21. Влияние технологических факторов на реологические свойства кисломолочных продуктов / С. Урбене, Р. Раманаускас. Труды Литовск. Филиала ВНИИМСа, Вильнюс, 1978. Т. 12.
С. 62 – 66.
22. Дьяченко солей кальция на вязкость молока /
, Нго-Лой // Известия вузов. Пищевая промышленность, 1976. № 4. С. 15 – 16.
23. Влияние поваренной соли на изменение дисперсности казеинового комплекса молока во время сычужной коагуляции / Р. Раманаускас, Д. Песецкас. Труды Литовск. филиала ВНИМСа, Вильнюс, 1976. Т. 8. С. 139 – 143.
24. Ересько процесса вязкого течения сливок /
, // Труды ВНИИМСа, 1974. Вып. 15.
С. 42 –49.
25. Зайковский и физика молока и молочных продуктов / . М.: Пищепромиздат, 19с.
26. Вайткус молока / . М.: Пищевая промышленность, 19с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭНГЕЛЬССКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ВЕЧЕРНЕ-ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра «МАШИНЫ, АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
И ТЕПЛОТЕХНИКА»
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЫРЬЯ
И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Контрольная работа, вариант №___________
Студент_______________________________
Шифр №_______________________________
Домашний адрес________________________
20… г.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЫРЬЯ
И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Методические указания,
программа курса и контрольные задания
Составили: РАМАЗАЕВА Людмила Федоровна
НИКОНОРОВ Сергей Николаевич
ПОЗДЕЕВА Марина Геннадьевна
Рецензент
