Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

Таблица 2

Размеры шариков выбраны так, чтобы каждая область из­ мерения перекрывалась соседней примерно на 30%. Время падения шарика должно составлять 30—300 с. Первый шарик на­ бора входит в измерительную трубку с капиллярным зазором, поэтому исследуемую жидкость перед измерением тщательно очищают от взвесей.

Вискозиметр Энглера— условный прибор, наиболее удач­ ное теоретическое обоснование которого, соответствующее экспе­ риментальным результатам наблюдений, выполнено А. Д. Альтшулем [7]. Этот прибор широко вошел в практику измерения вязкости жидкости благодаря простоте конструкции. Прибор состоит из внешнего и внутреннего с крышкой цилиндрических резервуаров, соединенных в нижней части капиллярной насад­ кой для истечения жидкости. Насадка сверху закрыта штиф­ том. В рубашку между резервуарами заливают термостатирующую жидкость. Тарировка заключается в определении «водного числа», т. е. времени истечения 200 мл воды при 20° С. Шести­ кратно повторенные измерения должны давать отклонения не выше 0,5 с, а общее время опорожнения составляет от 50 до 52 с.

При рабочих измерениях определяют время истечения 200 мл жидкости при необходимой температуре. Отношение времени истечения жидкости к времени истечения воды дает условную вязкость в градусах Энглера (°Е).

Для пересчета вязкости из градусов Энглера в единицы кинематической вязкости предложено несколько эмпирических формул, в том числе и формула Уббелоде

48

Теория А. Д. Альтшуля при v > 0,5-10 4 м2/с приводит к простой формуле для пересчета

Подготовка образцов жидкости для исследования сказывается на ко­ нечных результатах. Для удаления воздуха жидкость нагревают до тем­ пературы выше температуры плавления, но ниже температуры кипения. Испарение даже небольшого количества воды резко сказывается на вяз­ кости. Очищают жидкость от взвесей отстаиванием или фильтрованием. Фильтр не должен поглощать какой-либо компонент, поэтому фильтро­ вальная бумага неприменима; лучшие результаты дают металличе­ ские сита. Образцы отбирают в соответствии с правилами технохимического контроля.

Изменение реологических свойств пищевых продуктов в зависимости от некоторых техно­ логических факторов

Для расчета технологических процессов и рабо­ чих органов машин и их совершенствования необходимо опреде­ ление среднестатических значений СМС производственных ком­ позиций для данного предприятия, района; определение величин СМС продуктов, состав которых точно соответствует ГОСТу; определение влияния на величины СМС различных факторов, например химического состава, длительности тепловой или ме­ ханической обработки (вымешивание, резание), давления, тем­ пературы и т. д. К сожалению, экспериментов в указанных аспектах с четко очерченными границами проводилось мало.

Твердообразные продукты. Твердообразные пищевые продук­ ты характеризуются наличием предельного напряжения сдвига (ПНС). Поэтому измерения проводят при напряжениях ниже и выше ПНС.

Структурно-механические свойства в области практически неразрушенных структур [36, 106] можно характеризовать за­ коном Гука. Деформация остается постоянной во времени, а после снятия напряжения мгновенно и полностью исчезает (рис. 11). Модуль мгновенной упругости, например сосисоч­ ного фарша, для этой зоны составляет 1,23 • 104 Па. При увели­ чении напряжения наблюдается процесс упругого последей­ ствия, который после снятия напряжения сопровождается мгно­ венным уменьшением деформации на величину начальной е0 = = 8,35-10-3, а затем постепенным уменьшением деформации до нуля.

При дальнейшем увеличении напряжения наблюдается пол­ зучесть (кривые За, 36, Зв). После снятия напряжения деформа­ ции мгновенно уменьшаются на величину начальной, а затем до некоторой остаточной величины, которая для всех напряже­ ний (кривые За, 36, Зв) при одном и том же времени после раз-

49

грузки постоянна. Для наибольшего напряжения (кривая 4), близкого к пределу текучести, происходит частичное разрушение структуры и начинается пластично-вязкое течение с малым градиентом скорости. Оно характеризуется наибольшей эффек­ тивной вязкостью (около 5 • 105 Па-с). Эффективная вязкость, соответствующая состоянию ползучести, имеет величину пример­ но в 3 раза большую (16-105), так как движение происходит практически без разрушения структуры.

-■Ю^Па1

Результаты экспериментов, проведенных по описанной выше методи­ ке (см. рис. 11), дают возможность вычислить спектр распределения периодов релаксаций деформаций при различных, но постоянных для каж­ дого опыта напряжениях сдвига. Расчеты могут быть выполнены по ме­ тодике проф. В. Е. Гуля [47], согласно которой на графике In е (т) (рис.12) экстраполяцией прямолинейного участка кривой до т = 0 находим slt а по углу наклона прямой т0 —• первый наибольший период релаксации

деформации при постоянном напряжении. Далее эта операция повторя­ ется несколько раз: In (е—ех) = / (т), 1п [(е—Ей)—е2] — /(т) и т. д. Для каждого графика аналогично определяется е2 и т0п , е3 и и т. д. При этом

время, для которого реализуется один из периодов релаксаций, будет увеличиваться. Указанные графики описываются уравнением

Экспоненциальный член включает период релаксации, который зависит от продолжительности действия напряжения, но не от его величины:

тв = 7300 т-1 (ошибка ±6 %).

50

Описанные результаты получены по экспериментальным дан­ ным для малых относительных деформаций при величине аб­ солютных деформаций до 170 мкм в области до начала лавин­ ного разрушения структуры. В качестве измерительного прибо­ ра использован ротационный вискозиметр РВ-8.

Структурно-механические свойства пластично-вязких про­ дуктов от начала течения до предельного разрушения структуры

Рис. 12. Графические зависимости для расчета спектра распределения вре­ мен релаксаций деформаций:

характеризуются эффективной и пластической вязкостью и предельным напряжением сдвига. Поскольку эти свойства оп­ ределяются при сравнительно высоких градиентах скорости и напряжениях сдвига, они являются наиболее существенными по сравнению с другими [62 ] при расчете перемещения продук­ тов в рабочих органах машин и аппаратов. Эти свойства более глубоко характеризуют внутреннюю сущность объекта, т. е. его качественные показатели.

На рис. 13 приведены типичные интегральные реологические зависимости течения (рис. 13, а), кривые степени разрушения структуры (рис. 13, б) и изменения эффективной вязкости (рис. 13, в). Большой интерес представляют зависимости часто­ ты вращения ротора вискозиметра в секунду (градиент ско­ рости) от массы сдвигающих грузов (напряжение сдвига) для неразрушенной 1 и разрушенной 2 структуры. Они являются

51

продолжением кривой 4 по рис. 11, но для больших деформаций. Расчет величин реологических свойств по кривым 1 и 2 рис. 13, б

Рис. 13. Типичные кривые изменения реологических характеристик реаль­ ных пластично-вязких тел:

рассматривать как твердообразную систему, имеющую упруго­ пластично-вязкие свойства и определенную пространственную структуру. Последняя по своему характеру относится к коагу­ ляционной, что подтверждают результаты микроскопических исследований.

Реограммы рис. 13 образуют петли гистерезиса, объясняемые отсут­ ствием равновесия при замерах в связи с постепенным разрушением струк­ турной сетки (см. выше). Каждому значению градиента скорости соот­ ветствует определенное равновесное состояние системы, которое наступает при медленных его изменениях [54]. А. А. Багров [11] рассматривает гистерезисные явления по развиваемой удельной мощности (она пропор­ циональна площади между реограммой и осью ординат). Прохождение участка кривой вверх-вниз (по напряжениям) позволяет получить равно­ весные значения напряжения и градиента скорости (кривая 2 на рис. 13, а и б) для соответствующей степени разрушения структуры. Обоб­ щают гистерезисные явления поверхности по рис. 15.

52