Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

УДК 637.133

Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом

Гнездилова Анна Ивановна, доктор технических наук, профессор кафедры технологического оборудования

e-mail: [email protected]

ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Куренкова Людмила Александровна, аспирант кафедры технологического оборудования

e-mail: [email protected]

ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Аннотация: в работе рассмотрен вопрос о принадлежности консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом к «неньютоновским» жидкостям. Установлено, что разработанный продукт относится к псевдопластич-ным жидкостям.

Ключевые слова: структура, касательное напряжение, эффективная

вязкость, скорость сдвига, «ньютоновские» и «неньютоновские» жидкости.

Согласно ГОСТу 15.467-79, под качеством продукции понимают совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Наиболее полное представление о качестве продукта дают свойства, определяемые его структурой.

Структура - это внутреннее строение продукта, определяющее характер взаимодействия между отдельными его элементами (частицами), и зависящее от химического состава, биохимических показателей, температуры, дисперсности, агрегатного состояния и ряда других технологических факторов [1]. Поэтому исследование структуры является необходимым этапом при разработке нового продукта.

Прототипом разрабатываемого продукта является сгущенное молоко с сахаром. Наряду с множеством достоинств оно обладает таким значительным недостатком как высокая калорийность, обусловленная главным образом сахарозой, выполняющей роль подсластителя и консерванта. Для снижения калорийности нами предлагается замена части сахарозы на крахмальную патоку [2].

Для проведения общей оценки качества продукта используется комплекс его свойств: химических, биологических, физических, электрофизических, оптических и др. Среди них комплекс физических свойств, так называемые структурно-механические, предопределяют поведение продуктов в самых разнообразных технологических процессах. Они являются качественно внешним выражением внутренней сущности объектов, т.е. определяют агрегатное состояние, дисперсность, строение, структуру и вид взаимодействий внутри продукта. В количественном отношении структурно-механические свойства представляют в виде характеристик, т.е. значений, соответствующих физических величин в виде принятых для них единиц измерения [1].

Структуры пищевых продуктов по характеру связей между их элементами подразделяют на два основных класса: коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные [3].

Существует точка зрения, что сгущенные молочные консервы относятся к слабоструктурированным продуктам и занимают промежуточное положение между продуктами с кристаллизационной и конденсационной структурами, при максимальном удалении жидкой дисперсной среды (воды) возможен переход структуры в кристаллизационную [4]. Авторы [5] считают, что сгущенные молочные консервы обладают пространственной структурой, текут как аномально-вязкие жидкости и их течение характеризуется эффективной вязкостью.

К жидкостям относят такие вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига наблюдается течение, т.е. деформация с постоянной или переменной скоростью. Различают «ньютоновские» и «неньютоновские» жидкости. Для «ньютоновских» жидкостей характерна линейная связь между напряжением т и скоростью сдвига Y :

т = к • Y , (1)

где к - коэффициент, равный вязкости р, Па •с.

Течение различных неньютоновских систем, к которым относятся пищевые жидкости, описываются множеством зависимостей. Наиболее общим уравнением является уравнение Гершеля-Балкли [6]:

т = то +к^т, (2)

где т - напряжение сдвига между слоями продукта, Па;

то - предельное напряжение сдвига, т.е. напряжение, по достижении которого

в системе начинают развиваться необратимые деформации, Па;

к - коэффициент консистенции, пропорциональный вязкости, Па-с; т - показатель степени, индекс течения жидкости;

Y - градиент скорости или скорость сдвига,с-1.

Для псевдопластичной жидкости то=0, т < 1.

Целью данной работы является установление принадлежности разработанного продукта к группе ньютоновских или «неньютоновских» жидкостей. Для достижения цели нами были проведены исследования реологических свойств продукта с помощью ротационного вискозиметра «Реотест -2» по методике [7]. На основании полученных данных были построены зависимости напряжения сдвига (т, Па) от скорости сдвига ^, с-1) и эффективной вязкости (рисунки 1 - 6) .

5

4

3 2

1

Скор о сп> сдвига, т, с-1

Рисунок 1. Влияние скорости сдвига на касательное напряжение в образцах свежевыработанного консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в составе:

1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

5

4 3

1

Скорость сдвига, т, с-1

Рисунок 2. Влияние скорости сдвига на касательное напряжение после 3 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

О 20 40 60 80 100 120 140 160

Скорость сдвига, у,с-1

Рисунок 3. Влияние скорости сдвига на касательное напряжение после 13 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

Как следует из рисунков 1 и 2, кривые, отражающие зависимость касательного напряжения от скорости сдвига, в свежевыработанных контрольном образце и в образце с заменой 30% и 40% сахара на крахмальную патоку, а также в контрольном образце и в образце с заменой 30% после 3 месяцев хранения, носят прямолинейный характер, что позволяет отнести их к «ньютоновским» жидкостям (таблица 1).

Остальные кривые, представленные на рисунках 1 и 2, описываются степенной зависимостью, что является основанием для того, чтобы отнести эти образцы продукта к псевдопластичным телам.

Таблица 1. Уравнения зависимости касательного напряжения от скорости сдвига в свежевыработанных образцах с различной долей замены сахара на крахмальную патоку и в образцах после 3 месяцев хранения

Замена са- Свежевыработанные образцы Образцы после 3 месяцев хранения

харозы, % Вид зависимости Корреляция Вид зависимости Корреляция

0 т = 3,2476 Y 0,996 т = 6,0942 Y 0,992

30 т =3,4893 Y 0,993 т = 6,0554 Y 0,992

40 т =3,8236 Y 0,994 т = 21,303 Y 0,6984 0,985

50 т =14,322 Y 0,7064 0,992 т = 33,339 Y 0,5982 0,993

100 т =44,189 Y 0,5856 0,994 т = 44,714 Y 0,5541 0,996

Через 13 месяцев хранения (рисунок 3) все кривые подчиняются степенной зависимости с коэффициентом корреляции 0,996 и выше. В таблице 2 представлены степенные уравнения, которые описывают кривые рисунка 2.

Таблица 2. Уравнения зависимости касательного напряжения от скорости сдвига в образцах с различной долей замены сахара на крахмальную патоку после 13 месяцев хранения

Замена сахарозы, % Вид зависимости Коэффициент корреляции

0 т = 10,834 Y 0,8659 0,999

30 т = 16,781 Y 0,7299 0,997

40 т = 25,294 Y 0,7521 0,998

50 т = 30,816 Y 0,7172 0,996

100 т = 39,514 Y 0,6579 0,996

На основании данных таблицы 2 можно заключить, что все кривые, изображенные на рисунке 3, подчиняются уравнению Гершеля-Балкли, где то=0, т <

1, что соответствует псевдопластичной жидкости. При увеличении доли замены сахарозы на крахмальную патоку возрастает коэффициент к (коэффициент консистенции) и снижается показатель степени т (индекс течения жидкости), что свидетельствует об увеличении вязкости и снижении текучести.

Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига представлены на рисунках 4-6.

Скорость сдвига, у ,с-1

Рисунок 4. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах свежевыработанного консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в составе:

1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

45

40

ге

С

35

30

25

20

щ 15 т 10

\1/ / ч

5

2

1

20

40 60

Скорость сдвига, у, с-1

80

Рисунок 5. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость после 3 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

Рисунок 6. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость после 13 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

В таблицах 3 и 4 представлены уравнения, которым подчинены кривые рисунков 4-6.

5

0

0

Таблица 3. Уравнения зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига в свежевыработанных образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой и при хранении в течение

3 месяцев

Замена са- Свежевыработанные образцы После 3 месяцев хранения

харозы, % Вид зависимости Корреляция Вид зависимости Корреляция

0 И 0,995 И 0,993

30 И 0,992 И 0,987

40 И 0,959 И 0,935

50 И 0,967 И 0,964

100 И 0, ,9833 И 0,986

Таблица 4. Уравнения зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой и при хранении в течение 13 месяцев

Замена сахарозы, % Вид зависимости Корреляция

0 И 0,9585

30 И 0,9575

40 И 0,9471

50 И 0,9893

100 И 0,9969

Кривые 1 и 2 рисунков 4 и 5, соответствующие контрольному образцу и образцу с заменой 30 % сахара на крахмальную патоку, проходят практически параллельно оси абсцисс, что характерно для ньютоновских жидкостей. Остальные кривые, в том числе и все кривые рисунка 6 подчиняются степенному закону, что подтверждает их принадлежность к псевдопластичным жидкостям.

Показатель степени в уравнениях, представленных в таблицах 3 и 4, характеризует темп разрушения структуры. Для более полного описания поведения продуктов был проанализирован темп разрушения структуры и представлен на рисунке 7 .

Доля замены сахарозы, %

Рисунок 7. Зависимость темпа разрушения структуры продукта от массовой доли добавок: 1 - свежевыра-ботанный продукт; 2 - продукт после 3 месяцев хранения; 3 - продукт после 13 месяцев хранения.

Как следует из рисунка 7, во всех образцах продуктов наблюдается резкое увеличение темпа разрушения структуры при замене сахарозы на крахмальную патоку на 40 и более процентов. Таким образом, к ньютоновским жидкостям можно отнести свежевыработанные контрольный образец и образцы с заменой 30 % и 40 % сахарозы на крахмальную патоку, а также контрольный образец и образец с заменой 30 % в течение первых трех месяцев хранения, в последующем в продукте происходит нарастание вязкости и его поведение соответствует поведению псевдопастичного тела. Образцы консервированного молочного продукта с заменой 40 и более процентов сахарозы на крахмальную патоку обладают значительной вязкостью и имеют прочную структуру, что может быть обусловлено изменением углеводного состава продуктов, а именно введением в него полисахарида - крахмальной патоки.

ВЫВОДЫ.

Во всех образцах продуктов наблюдается резкое увеличение темпа разрушения структуры при замене сахарозы на крахмальную патоку на 40 и более процентов.

В процессе хранения во всех исследованных образцах наблюдалось уплотнение структуры и повышение степени «неньютоновости» продукта.

Вязкость разработанного продукта следует измерять на ротационном вискозиметре.

Список литературных источников:

1. Ильиных, В. В. Инженерная реология : учебно-методический комплекс. -Кемерово: КемТИПП, 2005. - 138 с.

2. Пат.2490920 Российская Федерация, МПК-8 А23С9/18. Способ производства сгущенного молочного продукта с сахаром / Гнез-дилова А. И., Куленко В. Г., Виноградова Ю. В., Куренкова Л. А., Бурдейная О. С.,заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина». - Заявл. 17.01.12, опубл. 27.08.13, Бюл. №24.

3. Кузнецов, О. А. Реология пищевых масс : учебное пособие / О. А. Кузнецов, Е. В. Волошин, Р. Ф. Сагитов. - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2005. - 106 с.

4. Заварин, Ю. А. Структурообразование при производстве сгущенного молока с сахаром / Ю. А. Заварин, Л. В. Чекулаева // Молочная промышленность, 1977. - №9. - С. 11-13.

5. Пирогов, А. Н. Методика определения вязкости молочных консервов на ротационном вискозиметре / А. Н. Пирогов, Н. А. Пирогова, А. В. Шилов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - №4. - С. 46-48.

6. Падохин, В. А. Физико-механические свойства сырья и пищевых продуктов: учебное пособие / В. А. Падохин, Н. Р. Кокина; Иван. гос. хим.-технол. унт.; Институт химии растворов РАН. - Иваново, 2007. - 128 с.

7. Арет, В. А. Инженерная реология жиросодержащих пищевых продуктов : учебное пособие / В. А. Арет, Г. П. Забровский, Б. Л. Николаев, Л. К. Николаев; Санкт-Петербургский гос. ун-т низкотемпературных и пищевых технологий. - СПб., 2002. - 294 с.

The rheological characteristics of canned milk product with a complex carbohydrate composition

Gnezdilova Anna Ivanovna, Can. of Sciences (Technics), professor of the Technical Equipment Chair

e-mail: [email protected]

FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy

Kurenkova Ludmila Aleksandrovna, a post-graduator

e-mail: [email protected]

FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy

Abstract: he paper considers the question of property of canned milk product with a complex carbohydrate composition to the „non-Newtonian" fluids. It is established that the developed product is a pseudo-plastic fluids.

Keywords: the structure, shear stress, the effective viscosity, shift speed, „Newton" and „non-Newtonian" fluids.