|
|
Курсовая по реологии. Курсовой проект по дисциплине Реология
2. Реологические и структурно-механические свойства
Теплофизические свойства говядины представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Теплофизические свойства говядины
Говядина
|
Удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) [ккал/(кг-град)]
|
Теплота замерзания или оттаивания, кДж/кр (ккал/кг)
|
выше точки замерзания
|
ниже точки замерзания
|
Тощая
|
3,25 (0,78)
|
1,76 (0,42)
|
234,46 (56)
|
Упитанная
|
2,55 (0,61)
|
1,49 (0,36)
|
171,66 (41)
|
Телятина
|
2,95 (0,70)
|
1,68 (0,40)
|
209,34 (50)
|
Срок хранения говядины при температуре -0,5 – +0,5°С и относительной влажности воздуха 85-90% 14-16 сут. Средняя дневная потеря массы 0,2-0,4%.
Химический состав экстрактивных веществ мышечной ткани непостоянен и зависит от глубины послеубойных изменений в мясе. Отдельные экстрактивные вещества или продукты их превращений существенно влияют на многие свойства мяса. Они оказывают влияние на его консистенцию, влагоудерживающую способность белков и отчасти определяют вкус и аромат мяса.
К азотсодержащим экстрактивным веществам относят креатин, креатинин, креатин фосфат, карнозин, аденозинтрифосфорную кислоту и продукты ее распада, свободные аминокислоты, глюта.тион, пуриновые и пиримидиновые основания. Многие из перечисленных низкомолекулярных соединений участвуют в образовании вкуса и аромата мясных продуктов. По содержанию креатина судят о крепости бульона. Глютатион активизирует мышечные ферменты, улучшающие консистенцию мяса.
К экстрактивным веществам, не содержащим азота, относят гликоген, декстрины, мальтозу, глюкозу, молочную и пировиноградную кислоты. Количество и соотношение этих веществ зависят от состояния животного и продолжительности хранения мяса.
Гликоген, называемый животным крахмалом, играет роль энергетического вещества. В мышечной ткани гликоген содержится в свободном и в связанном с белками состоянии. Содержание гликогена в мышцах достигает 0,8%, но значительно больше его в печени. В мышцах откормленных и упитанных животных гликогена несколько больше, чем у истощенных, утомленных и больных. После убоя животного гликоген распадается с образованием в основном молочной кислоты, от содержания которой зависят многие процессы, косвенно оказывающие влияние на консистенцию и вкус мяса. Кроме того, кислая среда, обусловленная накоплением молочной и фосфорной кислот, препятствует развитию гнилостной микрофлоры.
Соединительная ткань. Эта ткань составляет в среднем 16% массы туши и выполняет в организме в основном механическую функцию, связывая отдельные ткани между собой и со скелетом. Разновидности ткани: ретикулярная, рыхлая и плотная, эластическая и хрящевая. Из соединительной ткани построены сухожилия, суставные связки, надкостница, оболочки мышц, хрящи дыхательных путей, ушные раковины, межпозвоночные связки и кровеносные сосуды.
В отличие от мышечной в соединительной ткани сильно развито межклеточное вещество, которое создает многообразие видов этой ткани. Основным структурным образованием соединительной ткани являются коллагеновые и эластиновые волокна, в зависимости от соотношения которых меняются и ее свойства. Коллагеновые волокна обладают значительной прочностью; отдельные волокна собраны в пучки, покрытые тонкой оболочкой, и связаны аморфным веществом. Эластиновые волокна содержатся в соединительной ткани в меньшем количестве, чем коллагеновые.
Исключение составляет эластическая соединительная ткань, входящая в состав затылочно-шейной связки и крупных кровеносных сосудов. Эластические волокна этой ткани имеют однородную структуру и меньшую прочность, чем коллагеновые.
Коллагеновые и упругие эластические волокна значительно превосходят по прочности волокна мышечной ткани и обусловливают жесткость мяса. С возрастом животного заметно уменьшается растворимость фракций коллагена в связи с образованием дополнительных межмолекулярных поперечных связей. Эти возрастные изменения приводят к увеличению жесткости мяса.
В соединительной ткани меньше воды, чем в мышечной, но преобладают белки. Основными белками этой ткани являются коллаген, эластин, ретикулин, муцины, мукоиды. Коллаген входит в состав всех видов соединительной ткани, но особенно много его в сухожилиях (до 35%). Он не растворяется в холодной воде, но набухает. При нагревании коллагена с водой образуется глютин в виде вязкого раствора, который при охлаждении переходит в студень-гель. Эластин исключительно устойчив к действию горячей воды и не образует при нагревании глютина.
В технологических процессах продукты подвергаются внешним воздействиям, интенсивность которых зависит от сопротивляемости сырья, т.е. его физических характеристик. Величины сопротивляемости особенно важны при проведении процессов с использованием высококонцентрированных источников энергии (инфракрасный и высокочастотный нагревы, высокоскоростная механическая обработка, ультразвук, обработка давлением и др.).
Характеристика продукта складывается из комплекса физических свойств. Отдельные свойства, например, электропроводность, не отражают поведения материала даже в простейшем процессе электроконтактного нагрева. Поэтому для эффективного решения технологических задач необходимо знание динамики изменения структурно-механических, биохимических и других свойств продукта.
Всестороннее изучение свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, т. е. одновременное исследование структурно-механических, физико-химических, электрофизических, биохимических, микробиологических, гистологических и других характеристик, необходимо при обязательной оценке пищевой ценности. Только путем сопоставления и совместного рассмотрения полученных данных можно получить ответ на вопрос о возможности применения на практике новых способов обработки животного сырья, имеющего столь сложный состав и пищевое назначение.
Комплексное исследование свойств мясопродуктов необходимо при обосновании новых физических способов обработки, позволяющих интенсифицировать, а в некоторых случаях и механизировать пассивные технологические процессы.
Физические свойства. Мясо и мясопродукты в связи со сложностью микроструктуры имеют большую оптическую плотность. Поглощение и рассеивание излучения определяются в основном четырьмя процессами: резонансным поглощением излучения молекулами сухого вещества, а также молекулами структурной и связанной влаги; рассеиванием излучения, обусловленным флуктуациями плотности вещества, а также рассеиванием излучения на молекулах белков, полисахаридов, ионах, на взвешенных коллоидных частицах, клетках, частицах пигментов на оптических неоднородностях - капиллярах и порах.
Теплофизические свойства. Аналитическая теория теплопроводности представляет собой теорию распространения теплоты в различных неравномерно нагретых телах, которые рассматриваются как сплошные среды, непрерывно заполняющие пространство, без учета молекулярного строения и молекулярных свойств вещества.
В соответствии с этим тела характеризуются так называемыми макросвойствами. К нимотносятся коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, удельная теплоемкость, объемная масса, вязкость вещества, коэффициенты диффузии и т.д.
Коэффициент температуропроводности, а является основным тепловым параметром при неустановившемся во времени режиме. В этом случае наряду с коэффициентом теплопроводности X на распределение температуры в теле существенное влияние оказывают удельная теплоемкость с и плотность ρ, связанные между собой соотношением, которое показывает, что коэффициент температуропроводности характеризует соотношение между двумя тепловыми свойствами тела: способностью проводить и аккумулировать теплоту.
Теплофизические свойства различных тел зависят от их химического состава, микроструктуры, пористости, влажности, предварительной термообработки, температуры и т.д. Зависимость тепловых свойств веществ от большого количества взаимно связанных факторов делает эксперимент практически единственным источником получения данных для определения этих свойств. Одновременно с этим эксперимент является источником дополнительной информации о поведении веществ, что позволяет углубить существующие физические представления о механизмах переноса теплоты, поскольку они относятся обычно не к реальным телам, а к их идеализированным моделям. Модельные представления о веществе дают возможность построить соответствующие расчетные методы для определения некоторых тепловых свойств.
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.
|
|
|
|
Скачать 67.49 Kb.