Технохимический контроль сельскохозяйственного сырья и продуктов из него (стр. 2 )

Очень важны реологические методы при определении упруго-вязких характеристик теста, липкости мясного фарша, прочности макаронных изделий, сахара-рафинада, вязкости майонеза и др.

Существует несколько систем классификации реологических методов и приборов для их измерения. , классифицируют методы и приборы на три группы: абсолютные, относительные и условные. Абсолютные – измеряют и показывают численные значения свойств в абсолютной системе единиц, которые вычисляют, основываясь на геометрических размерах рабочих органов и условиях проведения опыта.

Относительные – требуют предварительной тарировки на эталонном материале, измеренные значения свойств относятся к свойствам этого эталонного материала, т. е. получаются безмерные, относительные показатели, которые легко пересчитать в абсолютные. Абсолютные и относительные методы и приборы имеют теоретическое обоснование. Условные — измеряют и показывают численные значения свойств в условных единицах. Например, с помощью пенетрометра измеряют степень пенетрации, по которой рассчитывают предельное напряжение сдвига.

В соответствии с классификацией все методы определения СМС можно разделить на интегральные и дифференциальные. Интегральные – дают возможность определить суммарный эффект течения. Дифференциальные – позволяют наблюдать непосредственно деформацию во времени в каждой точке системы при ее течении. классифицирует все приборы и методы на группы в зависимости от вида деформации структуры: сдвига, сжатия и изгиба.

По виду измеряемой величины и другие подразделяют реологические приборы и методы на четыре группы.

Первый метод – метод постоянной скорости сдвига – реализуется обычно путем применения электромеханического или гидравлического привода; сила, напряжение измеряются различными динамометрами. Второй метод – метод постоянной нагрузки – конструктивно значительно проще, так как скорость перемещения или вращения легко измерить обычным секундомером или записать на диаграмме. При третьем методе измерения постоянная сила нагружения обусловлена неизменной массой подвижной части прибора; время измерения обычно постоянно, и оно принимается несколько больше, чем период релаксации. При этом 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.

Многие исследователи классифицируют методы и приборы в зависимости от вида определяемых свойств на следующие группы:

• методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик;

• методы и приборы для измерения объемных (компресионных) характеристик;

• методы и приборы для измерения поверхностных характеристик.

 

2.1 Методы и приборы для измерения сдвиговых характеристик

Сдвиговые свойства проявляются, как известно, при касательном смещении слоев продукта. Приборы для измерения сдвиговых свойств по принципу действия подразделяют на следующие группы: ротационные и капиллярные вискозиметры, пенетрометры, приборы с плоскопараллельным смещением пластин и др.

Ротационные вискозиметры. Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили коаксиальноцилиндрические комбинированные поверхности для измерения характеристик вязких и пластично-вязких продуктов (мясной фарш, тесто, конфетные массы, помады и др.). На рис. 1 показана принципиальная схема ротационного вискозиметра, рабочий орган которого имеет одну геометрическую форму в виде коаксиальных цилиндров. На рис. 2 представлены схемы ротационных вискозиметров, рабочий орган которых комбинирован: цилиндр-полусфера (а) или цилиндрконус-диск (б).

Между рабочими поверхностями находится исследуемый продукт, сила сопротивления внутри которого при вращении одной из поверхностей измеряется. Известны два основных принципа действия приборов с коаксиальными Цилиндрами.

 

 

В первом случае 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 цилиндр и по углу поворота второго. Во втором варианте внешний цилиндр неподвижен, внутренний крепится на оси, вмонтированной для уменьшения трения в шариковых подшипниках, и приводится во вращение с помощью падающего груза. Экспериментально получают зависимость крутящих моментов от угловой скорости вращения измерительной поверхности.

При исследовании пищевых масс часто применяют ротационные вискозиметры РВ-4, РВ-7, РВ-8, разработанные . В этих приборах используется второй вариант привода от падающих грузов (рис. 3).

 

Капиллярные вискозиметры. Эти приборы используются для определения вязкости бульона, топленых жиров, крови, растительных масел. Наибольшее распространение и применение получили вискозиметры Оствальда, Убеллоде (рис. 4).

 

 

Капиллярные вискозиметры представляют собой U-образные трубки, в одно из колен которых помещен капилляр. В приборе Убеллоде для истечения жидкости необходимо в одном из колен принудительно создавать давление или вакуум, в то время как в приборе Оствальда перетекание жидкости из одного колена в другое происходит за счет гидростатического давления. Вискозиметр Оствальда используют как относительный прибор.

 

Пенетрометры различных модификаций производства Венгрии, Германии, России предназначены для качественного и быстрого измерения как в лабораториях, так и в производственных условиях. Они широко применяются для испытаний в нефтеперерабатывающей, косметической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Принцип действия пенетрометров заключается в том, что прибор автоматически измеряет степень пенетрации, т. е. выраженное в 0,1 мм расстояние, на которое индентор (игла или конус) проникает в испытуемый материал перпендикулярно его поверхности при температуре 20°С в течение 5 с.

На рис. 5 представлены пенетрометры венгерской фирмы.

Автоматические пенетрометры ОВ-204, ОВ-205, ОВ-202 имеют реле времени и тормозной механизм. Арматура автоматического пенетрометра расположена в корпусе (1) из алюминиевого литья, установленном на трех регулируемых установочных винтах (2), с помощью которых, а также уровнемера (5) прибор устанавливается в горизонтальное положение.

 

Испытуемый продукт помещается на столик подъемного винта (6), благодаря которому испытуемый материал поднимается до соприкосновения с индентором (8). Индентор (игла или конус) при помощи зажимной головки (9) ввинчивается в отверстие направляющей, выступающей из панели над рабочим пространством, и после ввода до отказа фиксируется винтом.

Перед измерением проводят нулевую коррекцию шкалы (11), по которой отсчитывается степень пенетрации. Нулевая метка шкалы должна совпадать с горизонтальной меткой матового стекла.

Пенетрометр ручной переносной ППМ-4 показан на рис. 6.

По определяемому среднему арифметическому значению глубины пенетрации, выраженному в метрах, рассчитывают предельное напряжение сдвига (ПНС) по формуле П.А. Ребиндера.

Рассмотренные выше пенетрометры, а также пенетрометр переносной малогабаритный ППМ-4, разработанный профессором , применяются для определения пенетрации мясных продуктов по ГОСТ Р 50814-95 «Мясопродукты. Методы определения пенетрации конусом и игольчатым индентором».

 

 

Приборы с плоскопараллельным смещением пластин. Эти приборы служат для определения сдвиговых характеристик в области практически не разрушенных структур при малых величинах деформаций. С помощью этих приборов можно исследовать вязкость, упругость, период релаксации. Метод смещения пластин используется в конструкции приборов со смещением верхней пластины, когда исследуемый материал находится между двумя пластинами (рис. 7). Имеются также приборы со смещением пластины, погруженной в исследуемую среду (рис. 8).

 

В первом приборе (а) кювета (1) с исследуемым материалом устанавливается неподвижно, в нее помещается пластина (2). Пластина приводится в движение грузом (3) при помощи нити, переброшенной через блок. Часть груза уравновешивает пластину (2), другая — рабочую нагрузку.

Между пластиной и нитью установлена микрошкала (4), по которой с помощью микроскопа (5) измеряют величину деформации. Время отсчитывают по секундомеру.

Во второй модификации (б) пластина через микрошкалу прикрепляется к заранее тарированной пружине. При опускании столика с закрепленной на нем кюветой по величине растяжения пружины определяют напряжение.

 

 

2.2 Методы и приборы для определения объемных свойств

В тех случаях, когда исследуемый материал обладает высокой вязкостью и значительной неоднородностью структуры, целесообразно определять его СМС по деформации растяжения или сжатия. Наряду со сдвигом объемное или осевое сжатие, а также осевое растяжение являются основными типами механической деформации продуктов. Принципиальные схемы приборов для измерения объемных (компрессионных) характеристик и способы их измерения показаны на рис. 9.

На указанных приборах можно определить упругую деформацию, модуль упругости сжатия, а также вязкость и предельное напряжение сдвига материала. Деформация реализуется под действием постоянных грузов, либо при постоянной скорости движения пластины от электропривода.