Дослідження адгезії харчових мас

Мета роботи: дослідити процес адгезії під час проведення технологічних процесів виготовлення продуктів харчування. Вміти визначити і оцінити вплив властивостей продукту, напівфабрикатів і обладнання на процес адгезії.

Матеріали і обладнання: борошно, ємності, дріжджі, кантор, секундомір, пластини, виготовлені з різного матеріалу – ебонітові, металеві та керамічні.

Загальні теоретичні положення:

Різні процеси харчових виробництв пов’язані з контактною взаємодією харчового матеріалу з поверхнею робочих органів машин, пристроїв і апаратів (ємності, транспортери, трубопроводи, арматура тощо). Адгезія виникає на всіх стадіях технологічного процесу: при транспортуванні і переробці сировини, на проміжних стадіях, при пакуванні і зберіганні тощо.

При поверхневому контакті двох твердих тіл або рідини з твердими тілами виникає явище прилипання різних за структурою матеріалів, яке називають адгезією. Тобто адгезія характеризує зв'язок, що виникає між харчовими масами і поверхнями технологічного обладнання, від якого значною мірою залежить тривалість технологічного процесу, витрати енергії, сировини тощо. В залежності від властивостей харчових мас виникають різні види адгезії – адгезія пружно-пластичних, рідких та сипучих продуктів.

Адгезія сипучих харчових продуктів пов’язана з аутогезією, яка являє собою зв'язок між однорідними за формою та природою частинками сипучого матеріалу. Адгезія сипучого матеріалу відбувається як між частинками, так і між шаром частинок і поверхнею.

При адгезії пружно-пластичних харчових мас спостерігаються супутні
явища, які характеризують об’ємні властивості харчових мас і суттєво впливають на процес адгезії. Об’ємні властивості, що характеризують зв'язок частинок у середині харчових мас, називають когезією. Співвідношення адгезії і когезії визначає умови видалення пружно-пластичних харчових мас під час порушення їх контакту з твердою поверхнею.

Коли переважають когезійні властивості, наприклад, при видаленні тіста з ємностей, спостерігається розрив харчової маси і прилипання частини тіста до внутрішньої поверхні ємностей, до деталей технологічного обладнання і стрічок транспортерів. Змінити когезійні властивості харчових мас можна за рахунок зміни рецептури та технологічних параметрів процесу тістоутворення. Коли переважають адгезії властивості, також відбуваються втрати сировини і зниження продуктивності технологічного обладнання. Тому на практиці приймаються певні міри для зниження адгезії харчових мас.

На формування адгезійного зв’язку між харчовими масами і поверхнею технологічного обладнання, яке виготовляється з різних матеріалів, вирішальний вплив мають реологічні властивості харчових мас, стан контактуючої поверхні обладнання, тривалість і напруга контакту, температура харчової маси і поверхні, спосіб і швидкість відриву.

Адгезія харчових мас являє собою поверхневе явище, тому його можна корегувати за рахунок зміни характеристик як поверхні харчового продукту, так і поверхні матеріалу обладнання. Цього можна досягти шляхом:

- ослаблення адгезійної взаємодії між обладнанням і харчовою масою за рахунок застосовування антиадгезійних матеріалів і покриття (антиадгезійні
плівки);

- створення граничного проміжного шару шляхом нанесення твердого або рідиноподібного покриття на поверхню контакту (змащення олією або борошняною заваркою, посипання крохмалем або борошном тощо);

- зміна фізичного стану контактуючої поверхні (попереднє обдування повітрям або підсушування при заморожуванні);

- внесення в харчовий продукт добавок – поверхнево активних модифікаторів;

- зміна енергетичних рівнів дотичних поверхонь адгезиву та субстрату (створення в зоні контакту подвійного електричного шару шляхом накладання постійного електричного поля).

Для зниження адгезії харчових мас у промисловості широко використовуються різні полімерні матеріали, покриття, напилювання, облицювання, внаслідок чого зменшуються адгезійні властивості, зростає ефективність технологічних процесів і підвищується якість виробів. Застосування полімерних матеріалів на харчових підприємствах знижує прилипання харчової маси, зменшує витрати часу на обслуговування обладнання, поліпшує зовнішній вигляд виробів.

Прилади і методи, які застосовуються для вимірювання адгезії, засновані на руйнуванні адгезійного контакту між харчовими масами і поверхнею обладнання шляхом прикладення зовнішнього зусилля. За способом прикладення зусилля розрізняють методи відриву (рівномірного і нерівномірного) і зсуву. Відрив контактуючих тіл в залежності від їхньої природи і технологічних умов може відбуватися по межі контакту (адгезійний), по харчовій масі (когезійний) і змішаний (адгезійно-когезійний).

При адгезійному відриві порушуються зовнішні зв’язки між контактуючою поверхнею і продуктом і характеризують енергію вільної поверхні. При когезійному відриві порушуються внутрішні зв’язки у самому продукті, які залежать від енергії взаємодії між елементами структури продукту в умовах об’ємного напруженого стану.

Характеристикою адгезії служить сила відриву – Р (кг), віднесена до площі контактуючої поверхні – S (м²). ЇЇ називають адгезійною міцністю, адгезійною напругою – Т (кг/м²).

Адгезійну міцність визначають за залежністю

Т = Р/S,

де Т – адгезійна міцність, кг/м²;

Р – зусилля відриву, кг;

S – площа контакту харчової маси з поверхнею, м².