Структура и основные реологические свойства молока и молочных продуктов

Реология — наука о деформации и течении различных тел. Она изучает способы определения структурно-механических свойств (СМС) сырья, п/ф и функциональных продуктов, приборы для регулирования технологических процессов (ТП) и контроля качества на всех стадиях производства.

При помощи инженерной реологии, на основе биохимических, биофизических, физико-химических и органолептических показателей, решают следующие задачи: глубокое изучение сущности процессов, участвующих в структурообразовании функциональных продуктов, определение нормативных СМС, характеризующих качество изделий, для их использования в технологической документации, получение необходимых данных для расчета и создания специализированного технологического оборудования.

Реология включает два раздела: первый посвящен изучению структурно-механических свойств реальных тел, второй рассматривает движение реальных тел в рабочих органах машин и аппаратов и разрабатывает инженерные способы их расчета.

В данной работе я рассмотрю первый раздел реологии, в котором будет говориться о структурно-механических свойствах реальных тел.

В качестве реальных тел будут представлены молоко и молочные продукты.

Среди огромного количества различных продуктов животного и растительного происхождения наиболее совершенными, т. е. наиболее ценными в пищевом и биологическом отношении, являются молоко и молочные продукты. Пищевая ценность молочных продуктов состоит в том, что они содержат все необходимые для человеческого организма питательные вещества в хорошо сбалансированных соотношениях и легкоперевариваемой форме.

Химический состав молока животных очень сложный. В молоке содержатся аминокислоты, белки, углеводы, липиды, фосфатиды, стероиды, витамины, ферменты, соли, газы, вода, кальций.

Структура — внутреннее строение продукта и характер взаимодействия между отдельными ее элементами (частицами), которую определяют химический состав, биохимические показатели, температура, дисперсность, агрегатное состояние и ряд технологических факторов Молоко является сложной полидисперсной системой. Дисперсные фазы находятся в ионно-молекулярном состоянии (фаза истинного раствора), в виде коллоидных (коллоидная фаза) и грубодисперсных частиц различной величины (фаза эмульсии). Однако провести строгую границу между дисперсными фазами и дисперсионной средой молока нельзя, так как водные растворы одних веществ являются дисперсионной средой для других.

Реологические свойства включают целый комплекс структурно — механических характеристик.

Молоко и молочные продукты: пастеризованное или стерилизованное молоко жирностью не более 3,6%, обезжиренное молоко, пахта, творожная и подсырная сыворотки и свежие напитки на их основе — относят к ньютоновским жидкостям.

Эти жидкости имеют тот самый ряд основных структурно-механических характеристик: сдвиговые, компрессионные и поверхностные.

Сдвиговые свойства: предельное напряжение сдвига, эффективная и пластическая вязкость и др.

Компрессионные свойства: модуль упругости, равновесный модуль, относительная и объемная деформация, плотность и др.

Поверхностные свойства: липкость и коэффициент внешнего трения.

Сдвиговые свойства представляют группу свойств, которые наиболее полно отражают внутреннюю сущность материала (объекта) и поэтому их принято считать основными. Они позволяют судить о качестве продукта и степени его обработки, т. е. дают возможность обосновать оптимальные технологические и механические условия процесса, а приборное оснащение позволяет их контролировать и регулировать, обеспечивая постоянное и стабильное качество.

Вязкость — это свойство жидкостей, оказывающие сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации. Вязкость измеряется в Па*с.

Эффективная вязкость — один из наиболее важных показателей, характеризующий сумму вязкостного и прочностного сопротивлений течению бурового (цементного) раствора; снижается с увеличением касательных напряжений (давления прокачивания) (в Па· с).

Компрессионные свойства — эти характеристики используются для расчета процессов шприцевания, формования, дозирования, транспортирования по трубопроводам и др., а также для оценки качества продуктов. реология пищевой молочный Модуль упругости — общее название нескольких физических величин, характеризующих способность твёрдого тела (материала, вещества) упруго деформироваться (то есть не постоянно) при приложении к нему силы.

Плотность — величина, определяемая для однородного вещества его массой в единице объёма. П. неоднородного вещества в определённой точке — предел отношения массы т тела к его объёму V, когда объём стягивается к этой точке.

Поверхностные свойства и их характеристики оценивают поведение продукта, например, мороженого, на границе раздела с твердым материалом (сталь, полимер и т. д.) или другими компонентами (вафли, глазурь и т. д.) при воздействии касательных и нормальных напряжений. Они необходимы для разработки новых видов материалов, контактирующих с продуктом, и научного обоснования их выбора для изготовления оборудования, тары, трубопроводов и т. д., а также для подбора покрытий мороженого, обладающих рациональной величиной адгезии. Кроме того, на границе раздела они могут характеризовать консистенцию продукта.

Адгезия — это слипание однородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями. Численно адгезия определяется как усилие Р0 (Н), приходящиеся на единицу площади поверхности Г0 (м2), т. е. это удельная сила, действующая по нормали, при которой происходит отрыв пластины изготовленной из соответствующего материала от продукта:

Ра=Ро/Го Отрыв может быть трех видов: адгезионный — по границе контакта, когезионный — по слою продукта и адгезионно-когезионный т. е. смешанный, который в производстве называют липкостью.

Липкость (ро, Па) — усилие, приходящееся на единицу площади поверхности при котором происходит смешанный адгезионно — когезионный отрыв.

Сила внешнего трения (Л Н) — усилие, действующее по касательной к продукту и вызывающее сдвиг твердого материала по продукту. Она может быть статической (Ртр ст) или динамической (Лрд. Н):

• — статическая — максимальное значение, которое достигается в начальный момент сдвига одной поверхности по отношению к другой, и расходуется на преодоление силы трения покоя (инерции) и разрушение связей между материалом и продуктом (поверхностями), образовавшихся в период предварительного контактирования. В начальный момент сдвига (период) происходит переход из состояния покоя в равномерное движение, сопровождаемый пластическими деформациями;
• — динамическая — учитывает силу трения скольжения при установившейся скорости движения. При малых скоростях движения, а следовательно и ускорениях, динамическая сила внешнего трения практически будет равна статической, т. е.^тр ст = Вф д = РТр. Разница между динамической и статической силой составляет инерционную силу Рии.

Заключение

На реологические свойства молочных продуктов существенно влияет длительность механического воздействия во время технологического процесса. Установлено, что наибольшее разрушение структуры молочных продуктов происходит за первые 60 с деформирования.

В качестве контролируемого реологического параметра всех молочных продуктов может быть принята величина эффективной вязкости Гэ (при jfconst). Для молочных продуктов, имеющих вязкопластичный характер течения, необходимо контролировать предельное напряжение сдвига $о и пластическую вязкость ГІпл.

Влияние технологических факторов на структурно-механические свойства пищевых материалов: температуры, влагосодержания, давления, степени измельчения, продолжительности измельчения и др.

Таким образом, для получения инвариантных значений контролируемых реологических параметров молочных продуктов необходима разработка стандартных методик и приборов на основе широких реологических исследований молочных продуктов.

Список используемой литературы

• 1. Методические указания к практическим занятиям с применением персонального компьютера для студентов специальностей 271 100 «Технология молока и молочных продуктов» и 271 500 «Пищевая биотехнология». — СПб.: СПбГУНиПТ, 2005. — 22 с.
• 2. Горбатов А. В. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов. Справочник — Лёгкая и пищевая промышленность, 1982.
• 3. ГОСТ 26 809–86 Молоко и молочные продукты. Правила приемки, методы отбора и подготовка проб к анализу.