Структурно-механические (реологические) свойства продукции

Структурно-механические (реологические) свойства (СМС) харак­теризуют поведение продукта в условиях напряженного состояния и позволяют связать между собой напряжения, деформации или ско­рости деформации в процессе приложения усилий. Они не являются «чистыми» константами материала и существенно зависят от формы и размера тела, скорости нагружения, состояния поверхности, влияния окружающей среды, температуры, структуры и множества других факторов.

Наука, занимающаяся изучением деформации и течением различ­ных тел, называется реологией, предметом которой является исследо­вание различных видов деформации в зависимости от сопровождаю­щих их напряжений.

Большая часть пищевых продуктов, исследуемых реологией, пред­ставляет собой дисперсные системы, состоящие из двух и более фаз. С точки зрения реологии дисперсные системы можно разделить на золи, которые ведут себя как жидкости, и на гели, обладающие свой­ствами твердых тел. В золях сплошная фаза, или дисперсионная сре­да, является жидкостью; дисперсная фаза может быть жидкой в случае эмульсии или твердой в случае суспензии.

К основным реологическим (структурно-механическим) свойствам материалов (пищевых продуктов) относятся: упругость, пластичность, вязкость и прочность.

Под упругостьюпонимается способность тела после деформиро­вания полностью восстанавливать свою первоначальную форму или объем, то есть работа деформирования равна работе восстановления. Упругость тела характеризуется модулем упругости.

Пластичность — способность тела под действием внешних сил не­обратимо деформироваться без нарушения сплошности. Пластиче­ское течение начинается при величине напряжения, равной пределу текучести. Для характеристики сдвиговых деформаций используется понятие «предельное напряжение сдвига». Оно характеризует проч­ность системы.

Вязкость— способность тела оказывать сопротивление относитель­ному смещению его слоев. Основным свойством жидкостей является вязкость.

Вязкое течение реализуется в истинно вязких, ньютоновских жид­костях при любых, сколь угодно малых напряжениях сдвига.

При течении неньютоновских (аномально вязких) жидкостей вяз­кость не остается величиной постоянной: она зависит от напряжения сдвига и градиента скорости. Тогда пользуются понятием «эффектив­ная вязкость», которая вычисляется (по зависимости) для фиксиро­ванных значений напряжения и градиента скорости.

Эффективная вязкость является итоговой характеристикой, ко­торая описывает равновесное состояние между процессами восста­новления и разрушения структуры в установившемся потоке. Она является условной характеристикой, измеряемой у высоковязких неньютоновских систем при определенных значениях скорости и напря­жения сдвига.

Эффективная вязкость неньютоновских жидкостей состоит из двух компонентов:

1) ньютоновской вязкости, которая основана на внутреннем тре­нии и представляет физическую константу материала;

2) структурного сопротивления, которое зависит от структурного состояния дисперсных систем и является функцией скорости сдвига.

Следовательно, эффективная вязкость является реологической ха­рактеристикой, которая учитывает внутреннее трение и структурно-динамическую равновесную компоненту.

Прочностьюназывают сопротивление тела действию внешних сил, которые приводят тела к течению или разрушению.

У твердых пищевых продуктов, которые обладают как упругими, так и пластичными и вязкими свойствами, прочность зависит от скорости деформации.

Минимальной прочностью обладают тела при статическом или квазистатическом нагружении, при котором вязкоупругие напряже­ния полностью релаксируют (рассеиваются). Разрушение наступает только после превышения предела текучести и развития пластичной деформации. Максимальной прочности твердые пищевые продукты достигают при крайне высокой скорости нагружения. В этом случае вязкоупругие напряжения практически не релаксируют, предел проч­ности наступает непосредственно за пределом текучести, пластичная деформация отсутствует, поэтому наблюдается хрупкий излом.

Кроме основных СМС на качество пищевых продуктов, а следова­тельно, и на качество продукции общественного питания оказывают влияние и ряд вспомогательных физико-механических свойств, таких как твердость, мягкость, хрупкость, когезия, адгезия, липкость.

Твердость – это комплексное свойство твердых пищевых продуктов оказывать сопротивление проникновению другого тела вследствие не­обратимых (упругой и вязкой) деформаций. При негомогенном струк­турном строении продуктов микротвердость в различных точках не­одинакова. Вследствие этого прямой зависимости между твердостью и прочностью не существует.

Твердость нельзя выразить как физическую величину с однознач­ной размерностью. Она является некоторым техническим параме­тром, который выражается в относительных величинах в зависимости от метода определения. Коэффициент твердости рассчитывают по величине силы и геометрическим параметрам остаточной деформации (шарового сегмента, глубины внедрения и т. д.).

Мягкость– свойство, противоположное твердости.

Хрупкость– свойство твердых тел достигать разрушения без пла­стичной деформации.

Когезия– сопротивление тела разрушению, связанному с преодо­лением сил взаимодействия между атомами и молекулами на поверх­ности раздела. Под когезией понимается сцепление частиц внутри рассматриваемого тела (продукта). Между работой когезии и работой хрупкого разрушения существует прямая зависимость.

Адгезия – свойство, которое основывается на взаимодействии двух различных тел на границе раздела фаз и вызывает сцепление тел. Ад­гезия (прилипание) – это слипание поверхностей двух разнородных материалов.

Величину адгезии двух тел принято характеризовать силой отрыва; удельной работой отрыва, отнесенной к единице площади; временем, необходимым для нарушения связи между субстратом и адгезивом под действием определенной нагрузки.

Для пищевых продуктов характерны разные виды отрыва: адгезион­ный, когезионный и смешанный – адгезионно-когезионный.

Липкость— свойство пограничного слоя вязких или пластичных ма­териалов оказывать сопротивление разделению находящихся в контакте поверхностей. Оно основывается на адгезии материалов на поверхно­стях раздела и когезии самого испытуемого материала. Если силы ко­гезии больше, чем силы адгезии, разделение происходит в результате преодоления сил адгезии и наоборот. Если обе силы приблизительно равны, разделение происходит благодаря частичному преодолению сил когезии и адгезии.

По виду приложения усилия или напряжения к продукту структурно-механические (реологические) свойства можно разделить на три свя­занные между собой группы.

Сдвиговые свойства характеризуют поведение объема продукта при воздействии на него сдвиговых, касательных напряжений. Сдвиговые свойства представляют собой основную группу свойств, которые ши­роко используются как для расчета различных процессов движения в рабочих органах машин, так и для оценки качества пищевых продук­тов. В связи с этим наибольшее распространение получили способы классификации пищевых и других реологических тел по сдвиговым характеристикам (модулю упругости, вязкости и др.

Компрессионные свойства характеризуют поведение объема про­дукта при воздействии на него нормальных напряжений в замкнутой форме, между двумя пластинами или при каком-либо другом способе растяжения – сжатия образца продукта. Эти свойства используются для расчета рабочих органов машин и аппаратов и для оценки качества продукта. К ним относятся модули упругости, пластичность и др.

Поверхностные свойства характеризуют поведение поверхности про­дукта на границе раздела с другим твердым материалом при воздействии нормальных (адгезия и мягкость) и касательных (внешнее трение) на­пряжений. Они характеризуют усилие взаимодействия между поверх­ностями конструкционного материала и продуктом при нормальном отрыве или сдвиге.

Классификация пищевых продуктов по реологическим (структурно-механическим) свойствам приведена в табл. 2.1.

Дата добавления: 2014-03-03; просмотров: 1606; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!