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

Формула дает точность до третьей значащей цифры, что впол­ не достаточно для технических расчетов. Незначительные откло­ нения экспериментальных данных от вычисленных по формуле объясняются различным химическим составом сухого остатка.

Определить плотность раствора данной концентрации при температуре выше указанной в табл. 28 можно по формуле, выведенной из уравнения (I—108а)

1+

Среднее значение коэффициента температурного расширения Р, (1 /град) многих водно-белковых систем для интервала темпе­ ратур 40—95° С такое же, как и для воды: Р, = 56 • 10'5.

Плотность жира при различных температурах определена [36] пикнометром и ареометром и приведена в табл. 29. Кроме того, плотности при любой температуре можно вычислить по формуле, аналогичной (I—ПО).

105

Плотность водно-спиртово-сахарных растворов предлагает­ ся [129] определять по следующим зависимостям:

юоо

При концентрациях этанола от 0 до 0,175 и сахарозы от 0 до 0,20 коэффициент рассчитывается по зависимости:

у — 0,383ссах — 0,1863ссп + 0 ,1855с^п.

Если концентрация этанола от 0,175 до 0,45 и сахарозы от 0,20 до 0,45, то расчетная зависимость имеет вид:

Плотность смеси из нескольких компонентов обычно можно определить по уравнению

Уравнение (I—111) справедливо, когда компоненты не всту­ пают во взаимодействия, при которых меняется состав или объем смеси.

Плотность тонкоизмельченных видов колбасного фарша была исследована для фарша докторской колбасы и русских сосисок. На основании данных экспериментов, обработанных графо­ аналитически, выведено уравнение [37]

Уравнение справедливо при р = (0,1 +-16) 105 Па. Оно получено в расчете на начальное влагосодержание фарша. Поскольку при повышенном давлении отделение влаги незна­ чительное, то ошибка в вычислении плотности не превышает 3—4%. В табл. 30 приведены данные по плотности фарша.

106

Т а б л и ц а 30

Плотность творожно-сырковых масс определена при давле­ ниях (0,1 -4-16) 105 Па и времени действия давления 180 с:

р = ИЗО— 250/\ + (60/( — 100) lgp,

где К — вычисляется по уравнению (I—80); величина ошибки не пре­ вышает 6%.

Плотность конфетных и других пищевых масс [81, 104] определяли при различной влажности, температуре и давлении. При увеличении давления плотность повышается резко, затем медленно. Кривые сжатия, как правило, представляют собой степенные зависимости, подобные кривым сжатия для фарша. При увеличении давления до 5-105 Па плотность пралиновых масс увеличивается примерно на 12%, сливочной помадки — на 4%.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА С ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ

Поверхностные свойства пищевых продуктов — адгезия и внешнее трение — проявляются на границе раздела между продуктом и твердой стенкой. Они имеют существенное значение в разнообразных технологических процессах, где воз­ можен контакт между продуктом и стенкой обрабатывающей ма-

107

шины, например при отделении продукта от формы в пельменных или конфетных машинах. Величины этих реологических свойств зависят не только от структуры продукта и его технологических показателей, но и от условий измерения и параметров прибора, поэтому с практической точки зрения целесообразно в общем случае рассматривать адгезионные и фрикционные характе­ ристики [68].

Приборы и методы исследования адгезионных и фрикционных характеристик пищевых про­ дуктов

Для исследования адгезионных и фрикционных характеристик продуктов наибольшее распространение получи­ ли приборы, реализующие нормальный разрыв двух плоско­ параллельных дисков, между которыми находится продукт, и касательное смещение продукта по твердой поверхности.

Адгезия р0 (Па) определяется как удельная сила нормального отрыва продукта от пластины:

где Ро— сила отрыва, Н;

Fo— геометрическая площадь пластины, ма.

Отрыв может быть трех видов: по границе контакта (адгези­ онный), по слою продукта (когезионный) и смешанный (адге­ зионно-когезионный). Адгезионный отрыв происходит редко, поэтому удельную силу при любом виде отрыва называют лип­ костью, или давлением прилипания [91, 106].

Липкость определяет величину внешнего трения продукта. Многие экспериментальные работы, проведенные в этой области, подтвердили применимость двучленного уравнения Б. В. Де­ рягина [51 ] для вычисления силы тренияJ

В ряде случаев удобнее оперировать с эффективным коэффи­ циентом внешнего трения, который вычисляется по зависимо­ сти:

и может быть связан с величиной р.:

108

На внешнее трение влияют те же факторы, что и на липкость. Следовательно, статическое трение должно быть больше дина­ мического. При первоначальном сдвигании часть усилия расхо­ дуется на выход молекул одного тела из молекулярных ям дру­ гого, остальное — на разрыв молекулярных контактов, которые во время движения не успевают восстанавливаться. Доста­ точно малая скорость относительного движения трущихся тел мо­ жет вызывать скачки, т. е. прерывистость движения: тело пере­ ходит из одного статического состояния в другое, где вновь образуются контакты с поверхностью скольжения. Большие скорости при неизменном состоянии поверхности скольжения не вызывают существенного изменения силы трения [117].

Теоретически, особенно на молекулярном уровне, вопросы адгезии и внешнего трения разработаны недостаточно, а для пищевых продуктов такие разработки практически отсутствуют. Для объяснения адгезии су­ ществует несколько гипотез [18, 20, 100].

Адсорбционная теория Дебройна и Мак-Ларена увязывает адгезию с действием межмолекулярных сил: физических — ван-дер-ваальсовых или химических, например ковалентно-ионных.

Электрическая теория Б. В. Дерягина и Н. А. Кротовой объясняет адгезию разностью потенциалов на границе разнородных тел, т. е. возник­ новением в зоне контакта своеобразного электрического молекулярного конденсатора, обусловленного двойным электрическим слоем.

Согласно электромагнитной теории адгезия вызывается электромаг­ нитным взаимодействием, т. е. с излучением и поглощением электромаг­ нитных волн атомами и молекулами, что может реализоваться в конден­ сированных телах.

Электрорелаксационная теория Н. М. Москвитина возникновение адгезии объясняет наличием двойного электрического слоя и скоростью отрыва, изменение которой вызывает появление деформационной состав­ ляющей силы или работы разрушения, связанной со скоростью протека­ ния релаксационных процессов в разрушаемом соединении.

По диффузионной теории С. С. Вогоцкого и Б. В. Дерягина адгезия вызвана диффузией концов макромолекул через границу первоначального контакта, в результате чего в предельном случае граница раздела фаз может исчезать. Согласно механической теории адгезионный контакт образуется в результате механического зацепления молекулярных или надмолекулярных образований с микронеровностями поверхности.

Термодинамическая теория связывает адгезию с поверхностным на­ тяжением, которое обусловливает по правилу Дюпре работу по замене

ницу разрушения трудно. Поверхность пластины после отрыва может быть смочена дисперсионной средой либо на поверхности может нахо­ диться тончайшая пленка тонкодисперсной фракции исследуемого про­ дукта [106]. Аналогичные соображения высказывает Дж. Бикерман [134] при рассмотрении адгезии полимеров к металлам.

Общей количественной теории адгезии пока нет, хотя весьма плодо­ творными являются попытки комплексного объяснения адгезии на основе различных механизмов взаимодействия.

В этом смысле для разработки теоретических представлений об адге аии перспективны фундаментальные работы П. А. Ребиндера об адсорб;

109