Влияние добавок на реологические свойства фарша

 

Содержание

 

Введение

1. Реологические  свойства мясного фарша

1.1 Реологические  свойства в области практически  неразрушенных структур (θ<θ0

1.2 Реологические  свойства от начала течения  до предельного разрушения структуры  (θ>θ0)

2. Влияние  технологических факторов на  реологические свойства фарша

2.1 Продолжительность  выдержки

2.2 Влажность

2.3 Температура

2.4 Степень  измельчения

3 Влияние  добавок на реологические свойства  фарша

3.1 Пищевые  волокна

3.2 Гидролизат мясокостного остатка

3.3 Гуммиарабик

3.4 Альгинат натрия

Заключение

Список используемых источников

 

 

 

Введение

 

Мясной  фарш, с точки зрения реологии, обладает вязкопластичной структурой и обладает всеми, присущими вязкопластичным структурам, свойствами. Качество мясного фарша напрямую зависит от его реологических характеристик, поэтому вопросы, прорабатываемые в данной семестровой работе, являются своевременными и актуальными и в настоящее время.

Цель  работы заключается в рассмотрении основных реологических характеристик  фарша, влияния технологических  факторов и различных добавок  на реологические свойства, используемых в рецептуре при производстве колбасных изделий. К основным задачам  относится проработка литературного  материала, на основе которого необходимо представить реологические свойства мясного фарша, а так же выявление  зависимости этих свойств от влияния  добавок.

 

 

 

1. Реологические  свойства мясного фарша

 

Мясные  фарши характеризуются предельным напряжением сдвига θ0, поэтому их свойства рассматривают обычно в  области напряжений (θ), меньших предельного (θ<θ0), и в области напряжений, превышающих предельное (θ > θ0).

Свойства  этих систем измеряют на ротационных  и капиллярных вискозиметрах. Поведение  этих систем описывается различными реологическими параметрами, которые  определяются выбранной математической моделью тела и ее соответствием  реальным условиям течения.

 

1.1 Реологические  свойства в области практически  неразрушенных 

структур (θ<θ0).

 

Деформационное  поведение продукта при напряжениях, меньших предельного напряжения сдвига, обычно характеризуют кинетическими  кривыми деформации в соответствие с рисунком 1.

В первый малый промежуток времени действия напряжения (0,5...1 с) на продукт, возникает  истинно упругая условно-мгновенная деформация γ0, которая подчиняется  закону Гука и полностью исчезает после его снятия.

При увеличении напряжения наблюдается процесс  упругого последействия (γ0+γ), который  после снятия напряжения сопровождается мгновенным уменьшением деформации на величину γ0, а затем постепенным  ее уменьшением до постоянного значения γ. Переход от упругих деформаций к процессу упругого последействия  наблюдается при напряжениях, превышающих  предел упругости, лежащей в интервале 100...150 Па. При дальнейшем увеличении напряжения наблюдается остаточная деформация γη, когда наблюдается ползучесть. При напряжении, близком к пределу текучести, происходит частичное разрушение структуры и начинается пластично-вязкое течение с малым градиентом скорости. Оно характеризуется наибольшей эффективной вязкостью [1,2].

 

Рисунок 1 – Кинетика деформаций фарша при  действии постоянного напряжения сдвига:

1 – нагрузка; 2 – разгрузка; 3,4 – прямые стабилизации  нагрузки и разгрузки.

 

Диаграмма кинетики деформации складывается из двух кривых: нагрузки (действия постоянного  напряжения сдвига θ) – кривая 1 и  разгрузки (деформации после снятия нагрузки) – кривая 2. Момент снятия нагрузки устанавливают после появления  прямолинейного участка на ее кривой (прямая 3). На диаграмме полное развитие деформации γт к моменту снятия нагрузки выражает уравнение

 

,(1)

 

где – деформация, спадающая самопроизвольно после разгрузки (упругая деформация);

       – остаточная деформация, не исчезающая после разгрузки;

       – условно-мгновенная истинно упругая деформация, спадающая за 0,5...1 с;

      – деформация упругого последействия (эластическая).

Остаточная  деформация , которая образуется после разгрузки, не исчезает во времени. После выхода на прямолинейный участок (прямой) разгрузки наблюдается ползучесть. Деформация упругого последействия, или замедленно развивающаяся (эластическая), является обратимой. Обусловлена она структурой реальных тел [1,2].

 

1.2 Реологические  свойства от начала течения  до предельного

разрушения  структуры (θ>θ0)

 

Деформационное  поведение мясного фарша при  θ>θ0 характеризуют эффективной, пластической вязкостью, предельным напряжением  сдвига и пределом текучести. Поскольку  эти свойства определяются в широком  диапазоне градиента скорости и  напряжения сдвига, они необходимы для расчета течения продуктов  в рабочих органах машин и  аппаратов. Кроме этого сдвиговые  свойства более глубоко характеризуют  внутреннюю сущность объекта по сравнению  с поверхностными.

Эффективная вязкость – это итоговая переменная характеристика, которая описывает  равновесное состояние между  процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке и зависит от изменений градиента  скорости и напряжения сдвига.

 

,(2)

 

где – коэффициент эффективной вязкости, при фиксированном градиенте скорости, равном 1;

       – темп разрушения структуры;

  – безразмерный градиент скорости.

Течение «степенной» псевдопластичной жидкости (θ0=0, n<1) показано на рисунке 2a, бингамовского тела (θ0>1, n = 1) – на рисунке 2б.

Переменную  эффективную вязкость определяют через  тангенс угла наклона линий 1,2,3, рисунок 2 б:

 

,(3)

 

По аналогии с  можно определить постоянную пластическую вязкость для кривой 4 рисунок 2 а [1,2]:

 

,(4)

 

Отрезок , отсекаемый на оси абсцисс линией 5, представляет собой динамическое предельное напряжение сдвига. Действительная кривая течения 4 (рисунок 2 а) иногда может быть аппроксимирована линейной бингамовской моделью – прямой 5, если реальные процессы реализуются в области градиентов скорости от и напряжений сдвига от до . Однако такая аппроксимация в определенной мере произвольна, но может быть допустима, если ошибки не превышают заранее заданных значений. Для вычисления эффективной вязкости по результатам измерений с помощью ротационного вискозиметра, когда не известен закон изменения градиента скорости, его заменяют окружной скоростью вращающегося ротора и тогда используют зависимость

,(5)

 

где – эффективная вязкость при фиксированном единичном значении окружной скорости, Па∙с;

       – окружная скорость коаксиально-цилиндрического ротора вискозиметра, м/с;

  – фиксированное единичное значение окружной скорости, м/с;

– безразмерная окружная скорость [1].

 

Рисунок 2 – Кривые течения псевдопластичной (а) и бингамовской (б) систем:

1,2,3 –  линии, характеризующие эффективную  вязкость; 4 – действительные (реальные) кривые течения; 5 – аппроксимация  кривой течения псевдопластичной системы к бингамовской

 

 

 

2. Влияние  технологических факторов на  реологические свойства 

фарша

 

Рассмотрим  на примере фарша докторской колбасы  и русских сосисок изменения  сдвиговых свойств: предельного  напряжения сдвига , пластической и эффективной вязкости где – эффективная вязкость при единичном значении скорости м/с, – темп разрушения структуры в зависимости от технологических (влажность, содержание жира, продолжительность старения или осадки, концентрация водородных ионов или рН) и физико-механических (температура, степень измельчения, или дисперсность, давление и вакуум) факторов [2].

 

2.1 Продолжительность  выдержки (старения)

 

Чтобы изучать  влияние различных факторов на структурно-механические свойства колбасного фарша, необходимо в первую очередь выяснить, в течение, какого времени после приготовления  фарша его свойства остаются практически  постоянными.

На рисунке 3а, показано влияние продолжительности  выдержки (старения) на изменение структурно-механических свойств фарша докторской колбасы  и русских сосисок. В первые 2...3 ч свойства фарша почти не меняются. При выдержке 6... 10 ч (второй период) все показатели ( ) возрастают до максимума. Таким образом, это время выдержки старения критическое. Дальнейшее старение (третий период) вызывает уменьшение числовых значений всех показателей, что, по-видимому, объясняется разупрочнением структуры под действием комплекса микробиологических и биохимических процессов.

 

 

2.2 Влажность 

 

В процессе изготовления колбас мясные фарши проходят ряд технологических операций. Одна из них – добавление воды при куттеровании. Для увеличения водосвязывающей способности колбасного фарша и выхода готовой продукции кроме воды к фаршу добавляют поверхностно-активные добавки (фосфат, крахмал и т. д.). Структурно-механические свойства характеризуют качество в зависимости от влажности, если температура и степень измельчения постоянны. Изменение основных свойств фарша показано на рисунке 3б. Значения основных величин, характеризующих свойства фарша, уменьшаются при увеличении влажности. Коэффициент остается неизменным, т. е. темп разрушения структуры не зависит от влажности. Сдвиговые характеристики фарша докторской колбасы при изменении его влажности от 60 до 76% и русских сосисок – от 68 до 80% уменьшаются: в 6 раз, в 5 раз, в 4 раза. Характер изменения свойств фарша подчиняется экспоненциальному закону. Из экспериментальных данных, показанных на рисунке 3б, следует, что влажность существенно изменяет структурно-механические свойства [2].

 

2.3 Температура

 

Кривые  температурных зависимостей в интервале  температур 2...3°С (рисунке 3в) показывают, что и стремятся к нулю при температуре фарша около 40°С. Это указывает на переход фарша из пластично-вязкого состояния в упругое. Соотношение вязкости фарша при различных температурах примерно равно соотношению вязкости воды при этих же температурах, причем при температурах до 20°С это соответствие больше, а при более высоких температурах меньше. Например, отношение вязкости воды при 2 и 23°С составляет 1,73, для фарша русских сосисок – 1,7, для воды при 2 и 35°С – 2,32, для фарша – 2,56 и т.д. Единичная вязкость с увеличением температуры уменьшается, темп разрушения структуры вначале увеличивается, затем уменьшается [1].

 

Рисунок 3 – Зависимость изменения реологических  свойств колбасных фаршей:

а – от продолжительности старения; б –  от влажности; в – от температуры; 1 – фарш русских сосисок; 2 – фарш докторской колбасы

 

2.4 Степень  измельчения мяса

 

Степень измельчения мяса влияет на его структурно-механические свойства. На рисунке 4а, показано изменение  говядины высшего сорта от кратности ее модельного измельчения на мясорубке с решеткой с отверстиями диаметром 3 мм. При измельчении растет поверхность частиц, что приводит к увеличению адсорбционно-связанной влаги. В начальный период (при ) уменьшаются значения из-за увеличения поверхности раздела частиц и выделения влаги в количестве . В дальнейшем , и связываемость содержащейся влаги возрастают. Рассмотрим изменение структурно-механических свойств ( , , ) на примере колбасного фарша при его измельчении на куттере с чашей вместимостью 80 дм3 (рисунок 4).

Имеется две подобные группы кривых: и , и . Наибольшие изменения претерпевают величины и , которые, у фарша русских сосисок достигают минимального значения через 5 мин обработки. В дальнейшем и возрастают до максимальных значений при =14мин. Менее интенсивно уменьшаются и . Их минимальное значение достигается при = 14 мин [1].

 

Рисунок 4 – Зависимость изменения реологических  характеристик говядины высшего  сорта (а) и колбасного фарша (б) от продолжительности  его измельчения на куттере с  чашей вместимостью 80 дм3:

1 – для  русских сосисок; 2 – для докторской  колбасы

 

 

 

3. Влияние  добавок на реологические свойства  фарша

 

3.1 Пищевые  волокна 

 

Результаты  исследований влияния ПВ на структурно-механические свойства (CMC), выполненные на модельных  мясных системах, приведены на рисунках 5 и 6. Используемые на предприятиях фаршемешалки и фаршеприготовительные агрегаты имеют среднюю скорость вращения лопастей 0,5 об/с. В связи с этим сравнение показателей динамической вязкости исследуемых образцов проводили в точке, соответствующей данной скорости вращения ротора вискозиметра [3].

 

Рисунок 5 – Изменение показателя динамической вязкости в зависимости от градиента  напряжения среза

 

Рисунок 6 – Влияние препаратов пищевых  волокон на пластичность мясного  фарша: 1 – «Витацель»; 2 – МКЦ; 3 – соевая клетчатка; 4 – свекловичные волокна

 

Введение  гидратированных препаратов пшеничной  клетчатки (образец 1) и микрокристаллической целлюлозы МКЦ (образец 2) повышает вязкость мясного фарша, а соевой клетчатки (образец 3) и свекловичных волокон (образец 4), напротив, снижает ее. Значительное уменьшение вязкости вызывает добавляемая  к фаршу вода. Это объясняется  утолщением существующих прослоек и  образованием новых при разрушении крупных частиц мяса или жира.