CC BY
12
Ключевые слова: желеобразные композиции; реологическая модель; модули упругости; эластичность; время релаксации; вязкость.
УДК 634./22
Контроль качества желеобразных композиций
на основе красной смородины
Большинство процессов в пищевой промышленности связано с переработкой дисперсных систем, суспензий, коллоидных растворов, различных упруго-пластично-вязких материалов. Реологические исследования позволяют глубже познать явления, происходящие при обработке пищевого сырья.
Внесение биологически активных добавок, изменения режимов и способов технологической обработки оказывают существенное влияние на стуктур-но-механические (реологические) характеристики пищевых продуктов.
Реологические свойства пищевых масс оцениваются напряжением сдвига, скоростью деформации и вязкостью. Для ньтоновских материалов напряжение сдвига т пропорционально вязкости и скорости сдвиговой деформации:
И.Н. Фролова, аспирант, А.М. Евтушенко, д-р хим. наук, И.Г. Крашенинникова, д-р техн. наук, Т.В. Шленская, д-р техн. наук Московский государственный университет технологий и управления
х = 11Y ■
(1)
Для неньютоновских жидкостей, вязкость которых зависит от скорости деформации у, зависимость х от у имеет более сложный характер, например, уравнение Баркли - Гершля:
х = Ь + /Су",
где Ь- предельное напряжение сдвига; К- величина равная (пластической) вязкости при п = 1.
Реология изучает поведение твердых и жидких тел. Главное отличие жидкого тела от твердого заключается в малой силе сцепления между отдельными частицами жидкого тела и в их подвижности. Термин «жидкость» означает, что в рассматриваемой точке тела, находящегося в покое, напряженное состояние приводится к гидростатическому давлению. Для изменения формы твердого тела необходимо приложить значительное усилие. Термин «твердое тело» означает, что напряженное со-
стояние при покое может быть отличным от состояния, соответствующего гидростатическому давлению. У вязкого тела напряжение зависит от скорости деформации.
Свойства твердых тел сложны и разнообразны. Очень трудно составить для сложного напряженного состояния единую математическую модель или систему уравнений, правдоподобно и подробно описывающих упругое изменение формы тела, ползучесть, пластическое течение, релаксацию, явление усталости.
Исследуемые в данной работе желеобразные композиции на основе красной смородины с 30 %-ным содержанием сахара, фруктозы и сорбита могут быть представлены реологической моделью Зинера (стандартного линейного тела) (рис. 1).
Кривые деформации (истинное напряжение - деформация) при растяжении с постоянной скоростью =0,3333 с-1, что эквивалентно частоте 6,67 Гц, приведены на рис. 2. В данном случае G1 - модуль, характеризующий упругость желе, а G2- модуль высоко-эластичности сетки из физических узлов.
В соответствии с моделью Зинера зависимость между напряжением и деформацией при сдвиге пищевых сред с постоянной скоростью (у =сопб1) может быть представлена уравнением:
t= G-j+ GrfXCl-e^),
(2)
80 70 60 5 50
" 40
р
30 20 10 0
У
Экспериментальные значения
— Расчетные значения
" Экспериментальные значения
— Расчетные значения
— Экспериментальные значения
а Расчетные значения
Рис. 2. Зависимость напряжения сдвига от деформации ягодного желе с сахаром (1), с фруктозой (2), с сорбитом (3)
Показатель Сахар Фруктоза Сорбит
G1, Па 9,621 15,905 9,081
G2, Па х с 4,744 22 889 2,477 29 475 0,378 16,399
П*, Па^с 220,219 71 737 468,812 62 575 148,916 35,087
max R2 (апроксимация) 0,997 0,995 0,973
* Значение вязкости течения желе п = GЯ. ** Напряжение, при котором начинается пластическое течение желе
где у - деформация; X - время релаксации напряжения, у - скорость деформации, с-1.
Используя метод нелинейного регрессивного анализа [1], определяли константы уравнения (1).
Из представленных в таблице данных видно, что наибольшие модуль упругости, время релаксации и вязкость имеет желе, полученное на основе фруктозы. Следует отметить, что количество влаги наименьшее в желе, содержащее сорбит, 60,125 %, фруктозу - 61,824, сахар - 65,684 %.
В результате проведенных исследований предложена методика и найдена
математическая модель, оценивающая реологические свойства желеобразных композиций на основе красной смородины, позволяющие определить такие характеристики качества, как модули упругости и эластичности, время релаксации и вязкость. Установлено, что желе, включающее фруктозу, обладает лучшими показателями качества (орга-нолептическими и структурно-механическими свойствами).
ЛИТЕРАТУРА
Рональд У. Ларсен. Инженерные расчеты в Excel. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 12/2009 5 3
