Загальні теоретичні положення. Структурно-механічні властивостіхарчової сировини, напівфабрикатів і продуктів дуже різняться і залежать від багатьох технологічних факторів: температури

Структурно-механічні властивості харчової сировини, напівфабрикатів і продуктів дуже різняться і залежать від багатьох технологічних факторів: температури, вологості, тривалості та інтенсивності механічної і теплової обробки, тривалості зберігання тощо.

Реологія – наука про деформацію і течію різних тіл. Предметом реології є дослідження різних видів деформації тіла в залежності від напружень, внаслідок яких виникає деформація.

Деформація – це відносне зміщення частинок матеріального тіла, при якому не порушується безперервність самого тіла. Деформація супроводжується виникненням внутрішніх сил взаємодії між частинками тіла. Величина і характер деформації залежать від властивостей і матеріалу тіла, його форми і способу прикладення зовнішніх сил.

Напруження є мірою інтенсивності внутрішніх сил пружності. Повне напруження складається з нормального і дотичного напруження.

Під напруженням зсуву в реології розуміють опір тіла дії дотичної складової прикладеної сили.

До рідин відносяться такі речовини, в яких при постійному напруженні зсуву спостерігається течія, тобто відбувається деформація з постійною або змінною швидкістю. Наприклад, при постійному зсуві ньютонівської рідини з напруженням τ виникає деформація з певною швидкістю γ. Відношення напруження зсуву до швидкості деформації τ / γ є реологічною константою рідини і називається ньютонівською в’язкістю η:

η = τ / γ (1)

Реологічне рівняння стану ньютонівської рідини має вигляд:

τ = η· γ (2)

Основною властивістю рідин є в’язкість.

В’язкість або внутрішнє тертя – це міра опору течії тобто зміщенню шарів матеріального тіла. Для ньютонівських рідин в’язкість – функція швидкості зсуву, тому її називають ефективною в’язкістю η_еф (Па·с), яка досить повно характеризує поведінку текучого матеріалу, якщо відома швидкість зсуву.

Для характеристики рідин використовують реограми, тобто криві течії, які являють собою залежність напруження зсуву від швидкості зсувної деформації в умовах простого зсуву. Реограми ньютонівських рідин являють собою пряму лінію, яка проходить через початок координат. Якщо криві відхиляються від прямої лінії, це свідчить що рідини відносяться до неньютонівських рідин. У деяких неньютонівських рідин ефективна в’язкість залежить від тривалості зсуву t:

τ / γ = η (γ, t) = η _еф (t). (3)

Режим руху характеризується критерієм Рейнольдса Re, який являє собою безрозмірне числове значення, яке пропорційне відношенню кінетичної енергії потоку m ω²/2 (де m – маса; ω – середнєоб’ємна швидкість) до роботи сил в’язкого опору Pl (де Р – сила опору; l – довжина):

Re = ρdω / η, (4)

де ρ – густина рідини, кг/м³;

d – діаметр трубки, м;

η – в’язкість рідини, Па·с, або її еквівалент.

У загальному випадку теорія віскозиметрії розглядає рівномірний (сили інерції дорівнюють нулю), прямолінійний (відцентрові сили дорівнюють нулю) рух в горизонтальній трубці (сила тяжіння проектується на вісь, яка збігається з напрямком руху, і дорівнює нулю).

Дотичне напруження θ на боковій поверхні виділеного циліндра

θ = (ρ/2 l)·r.(5)

Для лінійної ньютонівської рідини γ( θ) = θ /η використовують рівняння Пуазейля, яке являє собою основний теоретичний закон капілярної віскозиметрії ньютонівської рідини

η = . (6)

Віскозиметри капілярного типу використовуються для визначення в’язкості матеріалів, які мають відносно невелику її величину: соків без м’якоті, сиропів, концентратів, розчинів цукру, кухоннкої солі, тощо.

В капілярних віскозиметрах задаються постійною у всіх дослідах витратою дослідної рідини, або постійним перепадом тиску у капілярах. У віскозиметрах з постійною витратою рідини вимірюється перепад тиску між кінцями капіляра, у приладах з постійним тиском – витрати рідини.

Принцип дії капілярних віскозиметрів заснований на безперервному зсуві в капілярі рідини, яка постійно надходить, і постійному виносі теплоти з матеріалом, який витікає з капіляра.

В дослідах на капілярних віскозиметрах отримують залежність витрати маси Q від перепаду тиску Δ p.

Віскозиметри Освальда, Уббелоде, Освальда-Фенске, Канон-Фенске та ін. відносяться до скляних капілярних віскозиметрів, які являють собою
U-подібні трубки, в одному з колін яких міститься капіляр.

У віскозиметрі Освальда перетікання рідини із одного коліна в друге відбувається під дією гідростатичного тиску. З ємності з рисками (m₁ – m₂) дослідний матеріал протікає через капіляр в ємність з рискою m₃ під дією власної маси. Визначаючи час витікання, знаходять в’язкість за рівнянням Пуазейля.

Для визначення в’язкості молока, непрозорих сиропів та інших рідких харчових продуктів використовується віскозиметр Хеплера з падаючою кулькою. Цей прилад показує час, необхідний для проходження металевою або скляною кулькою певної відстані у трубці, яка заповнена дослідною рідиною. Шляхом підбору маси і діаметра кульки по відношенню до діаметра стовпа рідини можна визначати в’язкість різноманітних рідин.