|
|
Курсовая по реологии. Курсовой проект по дисциплине Реология
3. Технологические расчеты
Сдвиговые характеристики твердообразных мясных продуктов
В отличие от жидкообразных, твердообразные и твердые системы имеют сравнительно прочную структуру, которая до начала разрушения характеризуется определенной прочностью (предельным напряжением сдвига, пределом прочности, модулями упругостей, релаксацией и т.д.), а после разрушения – соответствующими сдвиговыми и другими характеристиками. Они определяются выбранной математической моделью тела и ее адекватностью реальным условиям деформирования.
Сдвиговые характеристики продуктов в области практически неразрушенных структур определяют по кинетическим кривым деформации с помощью коаксиально-цлиндрического вискозиметра, сдвиговых приборов с двумя параллельными пластинами, а также различными инденторами (конус, сфера, пластина и т.д.).
Значения основных сдвиговых характеристик для говядины, измеренные при температуре 10 ºС с помощью ротационного вискозиметра РВ-8, представлены в табл. 2.
Таблица 2 – Сдвиговые характеристики различных видов мясного и колбасного фарша
Наименование фарша
|
Предельное напряжение сдвига, Па
|
Пластическая вязкость, Па.с
|
Коэффициенты
|
В, Па.с
|
, Па.с
|
m
|
Говядина куттерованная (с водой)
|
700
|
18-20
|
6,1
|
510
|
0,73
|
Прочностные характеристики целых тканей мяса и мясопродуктов
В табл. 3 приведены значения прочностных характеристик мяса и мясопродуктов по усилию резания на единицу длины лезвия ножа. При этом лезвие ножа установлено нормально скорости его перемещения, заточено под малым углом, тонкое и движется со скоростью 1 м/с.
Таблица 3 – Прочностные характеристики целых тканей мяса и мясопродуктов
Продукт
|
Сопротивление резанию р·10-3, н/м
|
Предел прочности ·10-5, н/м2
|
сырых
|
вареных
|
растяжение
|
сжатие
|
Мускулы разные
Волокна:
- коллагеновые
- эластиновые
Парное мясо
Плотная часть кости
Поверхностный жир (филейный)
Шкура
|
1,3-8,8
41,0
27,5
5-8
-
4,2
-
|
2,7-4,8
7,3
14,4
-
-
1,0
-
|
10-20
2000-6500
1000-2000
-
500-1200
-
100-400
|
-
-
-
400-900
-
-
|
Плотность мяса и мясопродуктов
Плотность, как одно из фундаментальных свойств, является существенной характеристикой при расчете машин и аппаратов и оценке качества продукта. Среднюю плотность продукта , кг/м3, для сравнительно небольшого объема определяют по формуле:
= m/V,
где m – масса продукта, кг;
V – объем продукта, м3.
Величина плотности продукта обуславливается концентрацией сухих веществ в нем. Так, плотность несоленой говядины 1-го сорта составляет 1048 кг/м3, а говядины соленой без воды – 1054 кг/м3. Повышение плотности говядины соленой объясняется уплотнением тканей при посоле в результате выделения части клеточного сока.
Поверхностные свойства продуктов отражают взаимодействие их с твердыми телами и характеризуются такими характеристиками, как липкость (адгезия) и коэффициентом внешнего трения. Данные характеристики используются при выборе материала для изготовления рабочих органов машин, аппаратов.
Исследования ученых показали, что адгезия говядины вдоль и поперек волокон почти одинаковая (превышение в первом случае достигает 10%). Значительно уменьшается адгезия дефростированной говядины, что связано с необратимыми изменениями структуры ткани и сока при замораживании и размораживании.
Структурно-механические свойства продуктов не являются постоянными «константами» и в процессах обработки могут существенно изменяться в зависимости от различных технологических факторов, например, температуры, влагосодержания, давления, степени измельчения, продолжительности измельчения и др.
К результатам метареологических исследований можно отнести данные о прочностных свойствах говядины в испытаниях на разрыв, сопоставляемых органолептической оценкой нежности мяса в баллах.
Величины предела прочности говядины на разрыв (σпр∙10-5, Па) приведены в табл. 4.
Таблица 4 – Предел прочности говядины на разрыв
Определение реологических характеристик (адгезии) проводили по методике Тышкевича на лабораторной установке по определению липкости. По методике Воларовича на лабораторной установке пластометра конического измеряли сдвиговые структурно-механические свойства. Для определения вязкости использовали насадку PV6 на прибор «Вязкозиметр Брукфельда» модели RVDVE, скорость ее вращения установили в 2 оборота в минуту.
На основании лабораторных исследований можно полагать, что с увеличением массовой доли белков структуре мяса и уменьшением доли жировой ткани увеличивается и прочность белково-жировой эмульсии, следовательно, увеличивается и предельное напряжение сдвига, о чем свидетельствует величина пенетрации, представленная в табл. 5.
Таблица 5 – Реологические характеристики говядины
Предельное напряжение сдвига, Па
|
Адгезия, Па
|
Вязкость, Па·с
|
2033,33±59,60
|
258,23±10,21
|
1631,00±122,33
|
4. Основы реометрии и технологического контроля
Определение усилия среза для целых тканей мяса
Увеличение производства качественных мясных изделий – является одной из главных задач, стоящих перед мясной промышленностью. Одним из путей решения поставленной задачи является широкое использование в процессе производства продуктов различных способов обработки мяса с целью улучшения его консистенции и повышения нежности – главных показателей качества для потребителя.
В последние годы в научной и патентной литературе появилось значительное число сообщений об экспериментальных исследованиях, в которых улучшение нежности мяса удавалось добиться путем использования механических, физических, химических или комбинированных способов воздействия на него.
Следует отметить, что многие проблемы, связанные с улучшением нежности мяса, и теоретические аспекты механизма этого процесса, имеющие прямое отношение к выявлению оптимальных путей практического использования различных методов обработки, остаются до сих пор нерешенными и оставляют широкое поле деятельности для специалистов мясной промышленности.
Вопросам изучения нежности мяса посвящены многочисленные работы советских и зарубежных ученых: А.С. Большакова, И.А. Рогова, Н.К. Журавской, А.В. Горбатова, А.С. Ратушного, В.Е. Мицыка, Э. Кармаса и др. Однако причины нежности или жесткости мяса до конца еще не раскрыты, поскольку исследователям приходится иметь дело со сложной многокомпонентной биологической системой, состояние которой зависит от различных факторов: прижизненных (вида, пола, возраста, условий содержания животного, состава и строения соединительной ткани, размера мышечных пучков и волокон, количество внутримышечного жира и т.п.) и послеубойных – скорости и степени созревания мяса, а также различных видов обработки.
Целенаправленное использование перечисленных факторов, активно воздействующих на процессы, протекающие в мясе при автолизе, однотипные для всех теплокровных животных и птиц, позволяет получить продукты высокого качества. Управлять нежностью мяса можно предубойной обработкой животных или воздействием на мясо после убоя. Главная цель того или другого вида обработки - добиться быстрого и полного созревания мяса, т. е. совокупности изменений важнейших его свойств, обусловленных углублением автолиза, в результате чего мясо приобретает хорошо выраженный вкус и аромат, становится мягким и сочным, более влагоемким и доступным действию пищеварительных ферментов.
Для проведения оценки нежности мяса до и после тепловой обработки применяются: объективные методы - физические (инструментальные) и химические, связанные с физическими и биохимическими процессами, происходящими в нем, и основанные на определении усилия резания, проникающего усилия, усилия раскусывания, измельчения, растяжения мяса, силы сжатия, содержания соединительной ткани, степени атакуемости белков ферментами пищеварительного тракта и других показателей; субъективные методы – органолептические, как сочность, мягкость, легкость пережевывания и количество остатка после жевания.
Из физических методов оценки нежности мяса наибольшее распространение получили приборы, основанные на определении усилия резания (среза). Однако, следует отметить недостаток этого метода, который заключается в трудности контроля направления мышечных волокон при резании, соблюдения идентичной температуры образцов, остроты лезвия.
При определении усилия резания определяют максимальное усилие резания Рср, которое фиксируется динамометром.
К приборам для определения нежности мяса, работающих по принципу резания можно отнести: прибор Леймана, прибор Уорнера-Брацлера, прибор Крамера, прибор ПМ-3 Большакова А.С. и др., прибор фирмы Инстрон и ряд других.
Лабораторный прибор предназначен для определения усилия среза и напряжения среза для целых тканей мяса, а также для определения усилия среза (нежности) колбасных и других мясных изделий.
Общий вид конструкции лабораторного прибора представлен на рис. 4. Прибор состоит из основания (1), П-образной вертикальной стойки (2), на которой в верхней части закреплен держатель образцов (3), подвижной планки (4), в которой установлен режущий орган (5), динамометра (6) и нити (7).
Рисунок 4 – Лабораторный прибор для определения усилия среза
Подготовка прибора к измерениям
Вначале проверяют правильность установки прибора. Проверяют заточку ножа, его крепление в держателе. Правильность установки нуля на динамометре, прочность крепления динамометра к подвижной планке прибора.
Методика проведения испытаний образцов продукта и измерения
Перед началом испытаний производят выбор режущего органа (ножа), который затем закрепляется с помощью винтов к планке прибора. Подготовленный образец закладывают в держатель и, взявшись пальцем руки за кольцо динамометра, производят движение ножа вниз. Резание рекомендуется производить без рывков и не слишком медленно, стараясь соблюдать одинаковую скорость движения ножа. В процессе резания по показанию максимальной силы фиксируют значение усилия среза. По окончании процесса резания производят подъем ножа в исходное положение и одновременно осуществляют перемещение испытываемого образца вдоль держателя под лезвие ножа и снова проводят испытание.
Приготовление из мяса образцов для испытаний
Для испытаний готовят 5 образцов вдоль волокон по длине и 5 образцов поперек волокон по длине массой около 100 г. Взвешивают, упаковывают в фольгу и помещают их одновременно в емкость с водой, имеющей температуру 90 оС, и варят: первый – 10 мин, второй – 20 мин, третий – 30 мин, четвертый – 60 мин и пятый – 90 мин. После образец вынимают, разворачивают, остужают до комнатной температуры. Далее из каждого куска вырезают 2-3 образца прямоугольной формы размерами 10×10×40 мм. При вырезании необходимо следить, чтобы направление мышечных волокон в образце было строго параллельно или перпендикулярно направлению движения режущего органа.
На одном образце делают измерение 3-5 раз, каждый раз снимая показания динамометра. Таким же образом проводят испытания и для других кусков мяса.
По результатам испытаний строят график изменения усилия среза Рср, от продолжительности варки .
Заключение
Требования к безопасности и качеству продуктов питания в Европейском союзе и России в последние годы ужесточаются, касается это и качества мяса. Создаются мясопродукты с заданным уровнем качества, пищевой и биологической ценностью.
Особое внимание уделяется белковой составляющей животных и растительных белков. Общепризнано, что говядина является ценным источником полноценного белка, так как используется организмом человека на анаболитические цели в полном объеме.
Используя методы реологических исследований, можно наиболее полно судить о качестве и свойствах говядины, которые зависят от химического состава и определяются внутренним строением.
Список используемой литературы
ГОСТ Р 50814-95 «Методы определения пенетрации конусом и игольчатым индентором».
Ильичев А.Ф. Основы реологии. Учебное пособие. – Калининград, КГТУ, 2001. – 36 с.
Косой В.Д. и др. Инженерная реология биотехнологических сред. Учебное пособие / В.Д. Косой и др. – СПб.: ГИОРД, 2005. – 648 с.
Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: Концепции, методы, приложение / Пер. с англ. – СПб.: Профессия, 2007. – 480 с.
Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. – 216 с.
Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник / Под ред. Ю.А. Мачихина. – М.: Агропромиздат. – 1990. – 271 с.
Рогов И.А. и др. Дисперсные системы мясных и молочных продуктов. – М.: Агропромиздат, 1990. – 320 с.
Структурно-механические характеристики пищевых продуктов / А.В. Горбатов и др.; под ред. А.В. Горбатова. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. – 296 с.
Реология пищевых систем и текстурный анализ. методические указания для выполнения практических работ для магистров 1 курса направления подготовки 19.04.04 Технология продукции и организация общественного питания / Под. ред. Моргуновой Н.Л. Сост. Моргунова Н.Л. // ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2016. – 44 с.
|
Рисунок 1
а б
Рисунок 1 – Механическая модель тела Гука
Данная модель характеризуется тем, что при приложении мгновенной нагрузки пружина сжимается, а после снятия возвращается в исходное положение. При этом понимается, что деформации возникают непосредственно после приложения нагрузки и скорость ее распространения практически мгновенна.
Ее поведение описывается законом Гука, основным уравнением которого являются выражения вида:
;
.
Зависимость напряжения от деформации ( или ) принято показывать в виде реограммы, т.е. в виде графика (рис. 1, б).
На практике механические модели «идеальных» тел и их основные уравнения используются для описания поведения, свойств реальных пищевых материалов, жидкостей, которые достаточно близки по свойствам к ним. Однако, в большинстве это невозможно по причине того, что пищевые материалы представляют собой достаточно сложные композиции, которые одновременно могут обладать двумя, тремя и более свойствами.
Основными сложными моделями, широко используемыми для моделирования реальных пищевых продуктов (говядина), являются: модель упруго-вязкого тела (тело Максвелла), модель упруго-вязкого тела (тело Фойгта-Кельвина).
Механическая модель вязкоупругого тела с релаксацией деформаций (тела Максвелла)
Механическая модель вязко-упругого релаксирующего тела Максвелла (рис. 2) представляет последовательное соединение элементов Гука с модулем упругости и Ньютона с вязкостью . На оба элемента действует одинаковое напряжение . Для последовательного соединения элементов считается, что полная скорость деформации тела равна сумме скоростей ее элементов и каждый элемент передает полную нагрузку.
Рисунок 2 – Механическая модель тела Максвелла
Поведение модели. Если к модели приложить мгновенную нагрузку и сразу снять, то успевает отреагировать только пружина, которая растянется и сожмется, а поршень не успевает сдвинутся. В этом случае модель ведет себя как упругое тело. Если после приложения нагрузки продолжать поддерживать растяжение пружины постоянным, то она релаксирует, т.е. сжимается, перемещая поршень, до тех пор, пока полностью не вернется к своему первоначальному состоянию. В этом случае модель ведет себя, почти как ньютовская жидкость.
Для упругого элемента скорость деформации определяется из закона Гука , а для вязкого из закона Ньютона .
Складывая скорости упругой и вязкой деформаций и проведя математические действия, получаем основное реологическое уравнение для тела Максвелла вида:
или
.
Механическая модель вязкоупругого тела с релаксаций напряжений (тела Фойгта-Кельвина)
Механическая модель вязкоупругого тела Фойгта- Кельвина (рис. 3) представляет параллельное соединение элементов Гука с модулем упругости и Ньютона с вязкостью .
а б
Рисунок 3 – Механическая модель тела Фойгта-Кельвина
Поведение модели. Если к модели приложить нагрузку мгновенно и снять, модель остается неподвижной, т.е. она ведет себя, как абсолютно твердое тело. Если к модели приложить нагрузку и ее удерживать постоянной, то под действием растягивающего усилия пружина удлиняется, и одновременно перемещается поршень в жидкости. При этом движение поршня связано с вязким сопротивлением жидкости, ввиду чего полное растяжение пружины наступает не сразу. После снятия нагрузки, пружина сжимается до первоначальной длины, но это требует времени вследствие вязкого сопротивления жидкости.
Поведение модели описывается основным уравнением Фойгта-Кель-вина вида:
.
Если предположить, что деформация постоянна, то =0, при этом наблюдается процесс рассасывания, релаксации напряжений, причем при =0 напряжение равно какому-то начальному значению . При интегрировании уравнения в пределах от до и времени от 0 до получают уравнение вида:
или
.
Если в этом уравнении выражение обозначить через , то уравнение примет вид:
,
где – период релаксации, сек.
Данное уравнение называют экспоненциальным уравнением релаксации напряжений.
Период релаксации характеризует быстроту процесса перехода системы из неравновесного термодинамического состояния, вызванного внешним воздействием, в состояние термодинамического равновесия. За этот период напряжение убывает в 2,7 раза.
|
|
|
Скачать 67.49 Kb.