Определение компрессионных характеристик пищевых масс

Наряду со сдвигом объемное или осевое сжатие, а также осевое растяжение являются основными типами механической деформации продуктов. В ряде машин - как то волчках, шприцах, дозировочно-формующих, прессах, дозаторах и др. - продукты находятся при повышенных давлениях, что изменяет их первоначальный объём и плотность. На выходе из машины объём и плотность также могут отличаться от первоначальных. Эти изменения в продукте определяют, основываясь на компрессионных характеристиках.

Основными методами измерения (рис. 19) компрессионных характеристик продуктов являются: осевое сжатие (а), осевое растяжение (б), одностороннее объемное сжатие (в) и двухстороннее объемное сжатие.

а

б

Рисунок 19 - Методы измерения компрессионных свойств продуктов 5.5 Определение поверхностных характеристик пищевых масс

Приборы и методы измерения адгезии основаны на разрушении адгезионного соединения путем приложения внешнего усилия. Определение адгезионных свойств продуктов в зависимости от способа приложения усилия производят методом отрыва и методом сдвига. Для указанных методов могут применяться различные способы их проведения, которые схематично представлены на рис. 20, где пищевой продукт (адгезив) показан темным, а материал, с которым он контактирует (субстрат) - светлым.

7, 8 - разрушение соединения при сдвиге; 9, 10 - сдвиговое разрушение при кручении.

Рисунок 20 - Методы измерения адгезии

Разделение (отрыв) контактирующих тел в зависимости от их природы и технологических условий может быть по границе контакта (адгезионный отрыв), по слою продукта (когезионный отрыв) или смешанным (адгезионно-когезионный отрыв). Учитывая эти обстоятельства, перед испытаниями необходимо тщательно подготавливать образцы исследуемого продукта (адгезива) и материала (субстрата) с которым он будет контактировать. При адгезионном отрыве нарушаются внешние связи между материалом и продуктом, которые характеризуют энергию свободной поверхности. При когезионном отрыве нарушаются внутренние связи в продукте, которые зависят от энергии взаимодействия между элементами структуры в условиях объемного напряженного состояния. Для пищевых продуктов чистый адгезионный отрыв наблюдается редко, поэтому в опытах измеряют усилие отрыва материала (субстрата), часто без конкретизации его вида.

Р 1 - отрыв нормальной силой при растяжении; 2 - отрыв при внецентренном растяжении (сжатии); 3, 4 - отслаивание материалов при изгибе; 5, 6 - отслаивание при отрыве;

На величину адгезии влияют:

• технологические свойства самого продукта (температура, влажность, состав и др.);

• марка конструкционного материала;

• шероховатость поверхности материала;

• условия измерения (геометрические, кинематические и динамические параметры прибора).

Требования, предъявляемые к адгезиометрам:

- показания приборов должны быть первичными, т.е. не нуждаться в предварительной тарировке на каком-либо эталонном материале и выражаться в абсолютной системе единиц;

- перед измерением продукт должен прижиматься к субстрату для установления контакта и удаления из него воздушных пузырьков;

- нанесение продукта заданной толщины на пластины прибора должно проводиться с помощью шаблона, чтобы исключить влияние толщины на его адгезионные свойства;

- в приборах должна быть предусмотрена возможность замены пластин с целью определения влияния марки материала пластин и степени его обработки (шероховатости) на прочность молекулярных контактов;

- приборы должны допускать возможность варьирования, скорости приложения силы отрыва или сдвига в широком диапазоне, для установления влияния силы отрыва на распределение деформаций и усилий между пластинами и продуктом.

Характеристикой адгезионной способности продукта могут быть следующие величины:

• сила отрыва, отнесенная к площади контакта;

• работа отрыва, отнесенная к площади контакта;

• время, необходимое для разрушения связи между субстратом и адгезивом под действием заданной нагрузки.

Удельную минимальную силу иначе называют адгезионной прочностью, адгезионным напряжением (давлением), давлением прилипания или удельным прилипанием.

Приборы для определения адгезионных характеристик по способу

приложения нагрузки делят на:

• адгезиометры с постоянным отрывом;

• адгезиометры с мгновенным отрывом;

• сдвигомеры.

При равномерном отрыве нагрузка прикладывается перпендикулярно плоскости субстрата, при этом адгезия характеризуется нормальной силой, отнесенной к единице площади контакта, т.е. нормальным напряжением. При сдвиге определяются касательные напряжения, возникающие при относительном смещении слоев адгезива относительно субстрата. Для исследования адгезии пищевых вязко-пластичных материалов используются приборы, основанные на способе нормального отрыва.

Коэффициент внешнего трения пищевых материалов в зависимости от реологических свойств, состояния фрикционных поверхностей и скорости скольжения определяется различными способами. Классический тип прибора для измерения силы внешнего трения представляет собой пару тел, соприкасающихся плоскими поверхностями, площадь которых может быть от долей квадратных миллиметров до десятков квадратных сантиметров. При этом одно из тел смещается относительно другого. Сила, прикладываемая для смещения (трения) одного тела относительно другого, измеряется тензометрическими, динамометрическими или какими-либо другими датчиками.

И. В. Крагельский, положив в основу геометрический и кинематический принципы, предложил известные методы определения коэффициента трения разделить на четыре группы, которые в виде схем показаны на рис. 21.

Первая группа - методы, в которых одна плоскость поступательно перемещается относительно другой плоскости (рис. 21 а, б, в). По схеме а продукт перемещается по движущейся исследуемой поверхности, при этом сила трения измеряется динамометром любого типа. Таким наиболее распространенным методом определяют трение твердообразных материалов: мяса, рыбы, хлеба и т.п.

По схеме б продукт перемещается с помощью груза по исследуемой неподвижной поверхности. Сила трения в этом случае равна минимальной массе груза, необходимой для равномерного перемещения продукта. Этим методом определяют коэффициент трения таких продуктов, как сыр, рыба, кондитерские изделия и др.

По схеме в продукт скользит по наклонной поверхности. Коэффициент трения определяется по минимальному углу наклона а поверхности испытуемого конструкционного материала, по которому скользит пищевой продукт. Такой метод позволяет определить статический коэффициент трения для сыра, сухарей, сыпучих продуктов. Метод считается недостаточно точным и широкого применения не получил.

Jii?

а), б), в) - при поступательном перемещении плоскостей;

г), д) - при вращательном движении одной из фрикционных пар;

е) - при соприкосновении образующей цилиндра с плоскостью;

ж) - при перемещении цилиндрической или плоской гибкой поверхности по цилиндрической

поверхности

Рисунок 21 - Методы измерения силы трения скольжения

Вторая группа - методы, при которых одна из фрикционных пар совершает вращательное движение. По схеме г продукт, закрепленный на упругой балочке, скользит по вращающейся поверхности из исследуемого материала. Этим методом определяют коэффициент трения мяса, рыбы и т.п. По схеме д продукт лежит на
вращающемся диске, исследуемый конструкционный материал скользит по вращающемуся продукту. Сила трения определяется по крутящему моменту, передаваемому от диска образцу.

Третья группа - методы, в которых образующая цилиндра соприкасается с плоскостью. По схеме е балка, совершающая колебательные движения на двух вращающихся навстречу друг другу роликах.

Четвертая группа - методы, в которых одна цилиндрическая или плоская гибкая поверхность перемещается по цилиндрической поверхности (рис. 21 ж¹).

В настоящее время для достаточно многих пищевых продуктов природа адгезии не выяснена, хотя этому вопросу посвящено большое количество исследований и предложено несколько гипотез для объяснения физико- механической сущности адгезионных явлений.

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 874; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!