Методология, классификация методов и приборов для измерения структурно-механических свойств пищевых масс

                                     Y = 618 W – 158,0                                                  (11)

                                W = 0,00094Y + 0,296                                                  (12)

крупные сыры из пастеризованного молока (советский и т.п.)

                                Y = 474 W – 112,8                                                            (13)

                           W = 0,00091Y + 0,306                                                         (14)            

сыры рассольного и  полурассольного типа (чанах, лори и др.)

                          Y = 248 W -56,4                                                                         (15)

В табл. 8. приведены основные реологические характеристики сыров, определяемые по кинетическим кривым развития сдвиговой деформации под постоянной нагрузкой и последующего спада деформации после снятия нагрузки, полученные с помощью прибора Толстого с двойным плоскопараллельным зазором.

 

 

       Таблица 10.

Реологические характеристики натуральных и плавленых  сыров (данные  ВНИИМСа)

Наименование сыра и его физико-химические показатели	G1 10-4	G2 10-4	G3 10-4	η1 10-7	η 2 10-6	τ1	τ2
	Па			Па·с		с
1	2	3	4	5	6	7	8
Колбасный плавленый (СВ =0,51; рН 5,7; с = 0,007; 17 0С)	5,31	3,47	2,07	3,03	3,03	566	86
1	2	3	4	5	6	7	8
Городской плавленый (СВ =0,462; рН 5,7; с=0,013; 21 0С)	1,47	1,71	0,70	0,10	0,08	65	72
Костромской плавленый (СВ = 0,514; рН 5,75; с = 0,018; 20 0С)	3,70	2,51	1,37	0,69	0,16	188	79
Пошехонский (СВ = 0,578; рН 5,25, с=0,027; 18 0С)	9,34	7,84	4,19	9,42	4,16	1035	59
Литовский (СВ=0,528; рН 5,35; с = 0,028; 18 0С)	8,88	5,47	3,32	4,95	4,48	599	43
Пикантный (СВ = 0,588; рН 5,25; с = 0,028; 16 0С)	14,50	12,72	6,16	17,26	10,15	1229	76
Чеддер (СВ = 0,73; рН 5,6; с = 0,018; 17 0С	9,37	12,36	5,03	7,06	5,51	788	48

Примечание: с – содержание хлорида натрия, кг на 1 кг продукта

 

Компрессионные  и прочностные  характеристики молочных продуктов, плотность

Компрессионное уплотнение продуктов сопровождается, как правило, изменением их фазового состояния. Фазовое  состояние высокобелковых молочных продуктов, являющихся пористыми дисперсными  телами можно охарактеризовать фазовыми объемами (объемной пористостью), которые  определяют по формулам:

_п = (V_г +V_ж)/V,                                  (16.)

_г   = V_г /V,                                        (17)

где    _п - общая пористость продукта, м³/м³; _г - пористость продукта по газу, м³/м³; V, V_ж,V_г - соответственно объем всего продукта и объем пор (полостей), заполненных жидкой и газообразной фазой.

Пористость материалов часто  характеризуют также коэффициентом  пористости ε_п, который связан с общей объемной пористостью соотношением:

ε_п  = /(1- ),                                  (18)

Данные, характеризующие  общую пористость творога и сыров, приведены в табл.(11).

 

 

 

Таблица 11.

Общая пористость творога и сыров

Продукт	Влажность, кг/кг	Общая пористость,  м3/м3	Коэффициент пористости
Творог  жирный  Творог жирный Сыр      угличский      пошехонский      голландский       российский	0,70 0,60   0,48 0,44 0,40 0,41	0,73 0,64   0,54 0,48 0,44 0,49	2,76 1,78   1,19 0,94 0,79 0,97

 

Пористость сырной массы  по газу зависит от метода формования продукта. Данные, характеризующие  объем пустот в сырной массе при  разных методах формования, приведены  в табл. 2.45.

Таблица 12.

Фазовые объемы пустот сыра при формовании сырной

 массы  разными  методами

Характеристика  сырной массы	Пористость  по газу, м3/м3
Зерненная сырная масса, уложенная  в форму насыпью То же, после прессования Отпрессованная сырная масса, сформованная под слоем сыворотки Сыры, сформованные или отпрессованные с применением вакуума – при  остаточном давлении, Па     34,5·103     8·103	0,170-0,210 0,025-0,079     0,003-0,007     0,008-0,038 0,002-0,004

 

Эмпирические коэффициенты приведены в табл. 13.

Таблица 13.

Коэффициенты  для расчета характеристик

 сжатия  творожной массы

Продукт	аε104	а1	а2	аε 104
Творог: жирный полужирный  обезжиренный                    Сырки творожные  Сырковая масса особая	2,1 100,0 7,3 7,4 20,0	0,46 0,17 0,37 0,33 0,27	0,430 0,250 0,343 0,365 0,310	4,2 164,0 13,0 14,3 35,8

Таблица 14.

Средние значения величины fξ отпрессованной сырной массы

(W =0,42

0,45) при разных сжимающих давлениях

Давление, Па	2500	70000	100000	170000	225000
fξ	0,143	0,071	0,068	0,051	0,036

 

 

Компрессионные свойства сыров оценивают также методом  одноосного сжатия цилиндрической или  прямоугольной пробы сыра с постоянной скоростью. При этом за показатель компрессии принимают выражаемое в процентах  отношение высоты образца к его  высоте до сжатия. Полученные таким  образом компрессионные зависимости  некоторых видов сыра показаны на рис. 8.

 

Рис.  8. –    Степень компрессии сыра при разных давлении и скорости сжатия:

____ сыр гауда (литовский);  ---- -----  сыр белый стилтон (разновидность мягкого плесневого сыра)

 

Существенный интерес  представляют работы В.П. Табачникова и др. по определению компрессионных характеристик сыров, в том числе в условиях наложения вибраций и использования ультразвука для оценки структурно-механических свойств. В частности, определена скорость распространения ультразвука, которая составляет в среднем для сыров различных видов: российского – 1365 м/с, пикантного – 1535, костромского -1645 и голландского брускового – 1650 м/с. Резонансную частоту датчика меняли от 50 до 300 кГц. С уменьшением температуры скорость распространения ультразвука повышается. Она зависит также от длительности хранения сыра, достигая максимума к 30-40 дням.

Компрессионные характеристики плавленых сыров при осевом сжатии  изучали с помощью прибора  для измерения компрессионных характеристик (см. рис. 3.37). Образец сжимали между  двумя параллельными пластинами, верхнюю из которых перемещали по вертикали с постоянной скоростью, равной 0,143·10^-3 м/с. При одноосном сжатии образцов использовали пластины различной площади: от 5·10^-4 м². Толщину образцов изменяли от 0,0003 м до 0,005 м.

Для описания поведения плавленых  сыров в условиях одноосного сжатия использовали обобщенное уравнение  стандартного тела, которое позволяет  определить модуль упругости и период релаксации.

Значительное влияние  на упругопластические свойства плавленых  сыров оказывает и их химический состав. В исследованном диапазоне  изменения влажности плавленых  сыров с увеличением содержания влаги в образце уменьшаются  модуль упругости и период релаксации (табл.15). 

Таблица 15

Изменение модуля упругости и периода релаксации

От  содержания влаги

Содержание  влаги, кг на 1 кг сыра	GR ·10-4, Па	τр, с
0,452                0,551                0,603                0,649	6,13 4,80 3,98 3,25	1,92 1,61 1,47 1,29

 

 

При изменении содержания жира в плавленом сыре от 0,102 кг до 0,403 кг на 1 кг сухих веществ при  постоянном содержании влаги 0,603 кг на 1 кг сыра изменение величин G_R и τ_р, не превышало 10 %. Такие колебания значения G_R и τ_р сопоставимы с ошибкой опыта, что позволяет сделать вывод о том, что в исследованном диапазоне изменение содержания жира не влияет существенно на его упругопластические свойства.

 Поверхностные характеристики

В процессе технологической  обработки пищевые материалы  находятс в контакте с поверхностями различных рабочих органов машин, транспортирующих устройств и т.п. Характер течения массы по каналам формующих машин разных типов (шнековых, валковых, шестеренных), а также по трубопроводам определяется как ее структурно-механическими свойствами, так и силами сцепления с поверхностями контакта. Существенное значение при измерении адгезии (липкости) имеет скорость отрыва пластины от продукта и приложения силы.

Адгезия зависит от ряда технологических характеристик: влажности, состава продукта, степени измельчения  и т.д.

Липкость сыров  литовской группы.  Липкость сыров к различным материалам, по данным ВНИИМСа, приведена в табл.16.

Таблица 16.

Липкость  сыров голладской группы к различным материалам

Материал	Возраст  сыра	Липкость, Па
Древесина   Пергамент   Полиэтилен   Фольга   Прокладочная бумага	1 день 1,5 мес. То же То же То же	2600 1400 600 1700 800

 

 

На рис. 9. показаны величины липкости к сырам защитных покрытий парафинового и комбинированного типов.

Измерения проводились при  температуре 20 ⁰С по методике ВНИИМСа. Адгезив наносили на поверхность сыра, затем на нее помещали перфорированную или стальную пластинку, отверстия которой также заливали адгезивом. После выдержки в течение двух часов проводили нормальный отрыв пластинки со скоростью 0,001 м/с с помощью адгезиометра конструкции МТИММПа, одновременно регистрируя самописцем усилие отрыва. Точность метода 15 %.

Рис. 9.– Липкость парафиновых и комбинированных защитных покрытий к сырам разного вида и возраста:

а – литовский ; б – голландский; в – российский; 1 – восковой состав для сыров; 2 – сплав СКФ-15; 3 – Новаллен-Д; 4 – ВИМ-К; 5 – ВИМ-Д; 6 – Новаллен-К

 

Аутогезионные свойства сырного зерна. Аутогезия сырного зерна, обрабатываемого в сыроизготовителе, представлена в табл. 17.

Аутогезию сыров определяют методом нормального отрыва цилиндрического образца диаметром 0,015 м и высотой 0,015 м от соосно расположенного прямоугольного образца того же сыра, имеющего размеры 0,06х0,06х0,01 м. Площадь контакта образца 1,77·10^-4 м², давление контактирования 10⁴ Па, продолжительность 60 с, скорость отрыва 0,3·10^-3 м/с. Ошибка метода не превышает 10 %.