Методы и средства для измерения технологических компрессионных свойств пищевых сред

Компрессионные (объемные) свойства определяют поведение продукта в замкнутом объеме или между двумя плоскостями при воздействии на него нормальных напряжений. Компрессионные свойства включают относительную линейную или объемную деформацию, скорость деформации, коэффициент объемного сжатия, упругость, объемный модуль упругости, общую деформацию, период релаксации, а также коэффи-
циент бокового давления и плотность.

Коэффициент бокового давления — это отношение бокового давления к осевому при действии нормальных напряжений в замкнутом объеме.

Для ньютоновских и структурированных жидкостей ξ = 1, а для пластично-вязких ξ < 1.

Кроме основных компрессионных характеристик используют и вспомогательные, применяемые в технических измерениях: это сопротивление деформации, восстановление и упрочение.

Сопротивление деформации — это давление (Па), необходимое для сжатия цилиндрического образца продукта между двумя плоскостями в течение определенного времени на определенную величину в сравнении с первоначальной (если допускает структура, то на 50%).

Восстановление — часть деформации сжатия, релаксирующаяся в течение первой минуты после удаления нагрузки и выраженная в процентах от общей деформации сжатия под действием нагрузки.

Упрочение — остаточная деформация после снятия нагрузки по истечении определенного времени ее действия в процентах от общей деформации сжатия.

Основные способы и приборы для измерения указанных свойств подразделяются следующим образом:

1) приборы для осевого растяжения продукта (экстенсографы и др.);

2) приборы для осевого сжатии продукта (дефометры и др.);

3) приборы для объемного сжатия продукта (компрессионный α-калориметр и др.).

Принципиальные схемы приборов для измерения компрессионных характеристик (рис. 7.2) представляет собой следующее:

1) осевое сжатие;

2) осевое растяжение;

3) объемное сжатие:

а) односторонние;

б) двухстороннее.

Принцип действия различных приборов, имеющих цилиндр с поршнем одинаков. Образец продукта, взвешенный с заранее установленной точностью (±0,05…0,1%), помещается в измерительный цилиндр, в который входит притертый поршень. К нему прикладывается усилие от гидроприводной установки или набора грузов. Для удаления воздуха продукт подпрессовывается или вакуумируется. Высоту продукта в цилиндре измеряют после подпрессовки. Затем при постоянном давлении через равные промежутки времени (20 с) записывают величины абсолютных деформаций. Максимальное время необходимое для достижения равновесного состояния 180 с, что примерно соответствует периоду релаксации многих пищевых продуктов. Затем нагрузку снимают и исследуют кинетику восстановления образца. Если цилиндр снабжен водяной рубашкой, а в продукт помещены термопары, то прибор можно рассматривать в качестве акалориметра и определять в нем теплофизические характеристики продукта.

Экстенсограф предназначен для исследования растяжения (обычно хлебопекарного теста). Данный прибор (рис. 7.3) позволяет определить модуль упругости, влияние продолжительности замеса и отлежки, а также влияние обработки теста на его пластические свойства.

Тесто замешивается на месилке до определенной консистенции, делится на куски и взвешивается по 150 г, затем из них формуют цилиндры, которые в дальнейшем подвергаются отлежке в течение 45 мин в специальном сосуде. Для проведения опыта цилиндр 1 из теста помещается в лоток 2 аппарата. От перемещения тесто удерживается скобами 3. Растягивающий крючок 5 получает движение от электромотора 4 и перемещается с постоянной скоростью вертикально вниз, перпендикулярно оси исследуемого цилиндра. Усилия, возникающие при растяжении теста, через систему рычагов 6 передаются балансиру самописца, к которому присоединен пишущий рычаг. Записывающее устройство 8 включается одновременно с электромотором 4. На бумаге, перемещающейся со скоростью 390 мм/мин, вычерчивается кривая растяжения теста — экстенсограмма. При обрыве тестового жгута регистрирующее устройство автоматически выключается; для смягчения колебаний рычажной системы служит масляный амортизатор 9.

Дефометр. Предназначен для определения свойств продуктов при осевом сжатии между двумя плоскими пластинами (рис. 7.4). Прибор имеет корпус, состоящий из верхней и нижней частей. Внутри верхней части установлен выдвижной столик с тензометрической балкой, которая расположена в фиксированном положении на призмах. На тензометрической балке в средней ее части жестко закреплена бобышка для установки и крепления нижней пластины. Эти пластины могут иметь различную площадь и быть выполнены из разного материала. Подвижная штанга-гайка получает возвратно-поступательное равномерное движение от вращающегося винта, жестко соединенного с электродвигателем через редуктор и ступенчатый вариатор, позволяющий создавать различные скорости движения штанги-гайки. В нижней части штанги-гайки крепится пластина-поперечина, служащая опорой для ножки индикатора, и верхняя рабочая пластина. На корпусе прибора смонтированы включатель и переключатель реверса. Данный прибор позволят определить, как модуль упругости продукта, так и величину адгезии.

Консистометр Гепплера предназначен для определения плотности пластично-вязких, сыпучих и кусковых мясных продуктов при различных давлениях. Консистометр (рис. 7.5) представляет собой термостатируемый корпус, внутри которого располагается цилиндр с поршнем. На поршень воздействует грузовое устройство рычажного типа. Объем, занимаемый продуктом при данном давлении, определяют по высоте испытуемого образца, которую можно определить с помощью индикатора часового типа. Прибор применяют в лабораторной практике. Возможности использования его в производственных условиях ограничены из-за малых размеров измерительного цилиндра.

Компрессионный α-калориметр. Более совершенен чем консистометр Гепплера. С его помощью наряду с измерением плотности можно определять и теплофизические свойства мясных продуктов. Прибор (рис. 7.6) состоит из цилиндра с водяной рубашкой, подвешенного на пружинах, и двух поршней, между которыми закладывают исследуемую среду. Верхний поршень закреплен неподвижно на корпусе, нижний — на подвижном штоке, который посредством грузов, навешиваемых на рычаги, осуществляет поступательное

движение, обеспечивая подпрессовку исследуемого фарша. Шток и поршень в нерабочем состоянии уравновешены (с учетом массы фарша). Для измерения температуры фарша в различных точках установлены термопары игольчатого типа. Плунжер индукционной катушки неподвижно соединен со штоком с помощью рычага, на который опирается также конец стержня индикатора часового типа. Деформации можно наблюдать визуально и записывать с помощью потенциометра по сигналам, полученным от перемещения сердечника в индукционной катушке.

Компрессионные свойства определяют поведение продукта в замкнутом объеме или между двумя плоскостями при воздействии на него нормальных напряжений. К основным компрессионным свойствам пищевых сред относятся относительная линейная или объемная деформация, скорость деформации, коэффициент объемного сжатия, упругость, объемный модуль упругости, период релаксации, а также коэффициент бокового давления и плотность.