Адаптация технологических свойств пищевых сред к конструкциям машин и режимам их работы

Изучение влияния технологических и механических факторов на структурно-механические свойства пластично-вязких пищевых материалов позволяет выявить характер их изменения. Типичный представитель пластично-вязких материалов — колбасный фарш, который при тепловой обработке может переходить из пластично-вязкого в упругоэластичное состояние — готовую колбасу. Качество готовых колбасных изделий зависит от качества фарша. На качество фарша влияют правильная технологическая обработка и соблюдение рецептуры. Процесс фаршеприготовления состоит из посола, измельчения, перемешивания, шприцевания, иногда и дозирования. Соблюдение оптимальных технологических и механических параметров приготовления фарша на его отдельных этапах позволяет стабилизировать выход и качество готовых изделий. Для контроля за оптимальными параметрами используют реологический метод, наиболее чувствительный к различным изменениям технологических и механических факторов при фаршеприготовлении, которые вызывают изменение структуры фарша, а следовательно, и структурно-механических свойств.

Адаптация технологических свойств фарша к конструкциям машин и режимам их работы при производстве колбасных изделий. С целью контроля показателей качества фарша, регулирования технологических процессов и автоматической фиксации рациональных и оптимальных режимов используют сдвиговые структурно-механические свойства фарша, которые более чувствительны к изменениям различных технологических и механических факторов по сравнению с компрессионными и поверхностными. Сдвиговые свойства в отличие от поверхностных характеризуют консистенцию по всему объему продукта и в большей степени характеризуют качество пластично-вязких материалов. Компрессионные свойства более пригодны для оценки качества упругоэластичных материалов, например готовых колбасных изделий.

На примере фарша докторской колбасы и русских сосисок рассмотрим изменения сдвиговых свойств:

-предельного напряжения сдвига Θ ₀, пластической η и эффективной вязкости в зависимости от технологических (влажность, содержание жира, продолжительность старения или осадки, концентрация водородных ионов или рН) и физико-механических (температура, степень измельчения, или дисперсность, давление и вакуум) факторов.

Продолжительность выдержки. Для изучения влияние различных факторов на структурно-механические свойства колбасного фарша, необходимо в первую очередь выяснить, в течение какого времени после приготовления фарша его свойства остаются практически постоянными.

На рис.33 показано влияние продолжительности выдержки на изменение структурно-механических свойств фарша докторской колбасы и русских сосисок. В первые 2...3 ч свойства фарша почти не меняются.

Рис. 33. Зависимость изменения структурно-механических свойств колбасных фаршей от продолжительности выдержки:1 — фарш русских сосисок; 2 — фарш докторской колбасы

При выдержке 6...10 ч (второй период) все показатели (Θ ₀, В, т) возрастают до максимума. Таким образом, это время выдержки старения критическое. Дальнейшее старение (третий период) вызывает уменьшение

числовых значений всех показателей, что, по-видимому, объясняется разупрочнением структуры под действием комплекса микробиологических и биохимических процессов.

Влажность. В процессе изготовления колбас мясные фарши проходят ряд технологических операций.

Одна из них — добавление воды при куттеровании. Для увеличения водосвязывающей способности колбасного фарша и выхода готовой продукции кроме воды к фаршу добавляют поверхностно-активные добавки (фосфат, крахмал и т. д.). Структурно-механические свойства характеризуют качество в зависимости от влажности, если температура и степень измельчения постоянны. Значения основных величин, характеризующих свойства фарша, уменьшаются при увеличении влажности. Коэффициент т остается неизменным, т. е. темп разрушения структуры не зависит от влажности. Сдвиговые характеристики фарша докторской колбасы при изменении его влажности от 60 до 76% и русских сосисок — от 68 до 80% уменьшаются: Θ₀ в 6 раз, В в 5 раз, η в 4 раза.

Сравним, как меняются прочностные компрессионные свойства готовых сосисок от их влажности в пределах от 60 до 12%, которые так же, как и сдвиговые свойства у фарша, уменьшаются: напряжение при 50%-ном сжатии в 4 раза, при 40%-ном в 3,8 раза, напряжение среза в 2,4 раза. С увеличением массовой доли жира в сосисках от 17 до 32% усилие сжатия и напряжение среза снижаются соответственно в 2 и 1,6 раза.

Характер изменения свойств фарша подчиняется экспоненциальному закону. Из экспериментальных данных, показанных на рис. 34, следует, что влажность существенно изменяет структурно-механические свойства.

Рис. 34. Зависимость изменения структурно-механических свойств колбасных фаршей от влажности :1 — фарш русских сосисок; 2 — фарш докторской колбасы

 

Содержание жира. Содержание жира в фарше любой колбасы не является постоянной величиной, так как используемое сырье согласно ГОСТу может содержать различные его количества. Например, при использовании в русских сосисках полужирной свинины, в которой может содержаться жира от 30 до 50%, нельзя получить постоянное содержание жира без дополнительного регулирования химического состава.

Содержание жира в фарше влияет на структурно-механические характеристики: с увеличением содержания жира числовые значения их уменьшаются. При малом содержании влаги в мясном фарше с увеличением в нем массовой доли жира от 0 до 10% значения предельного напряжения сдвига увеличиваются, а затем уменьшаются. С увеличением в фарше содержания влаги количество добавляемого жира, при котором предельное напряжение сдвига возрастает, уменьшается. С увеличением массовой доли жира в фарше (влажностью 66,7%) от 10 до 25% сдвиговые свойства уменьшаются: Θ₀ в 5 раз; В и η в 4 раза.

Влияние концентрации водородных ионов (pH). Установлено, что при pH около 5 достигается определенный минимум текучести (вязкости, предельного напряжения сдвига и пр.). При добавлении соляной кислоты к фаршу этот минимум сдвигается в сторону меньшего значения pH. При изменении pH на единицу в сторону увеличения или уменьшения от значения, соответствующего минимуму вязкости, его величины могут возрасти в 4...5 раз. Добавление нейтральной соли (например, поваренной) смещает изоэлектрическую точку лиофильного белка в область меньших значений pH и увеличивает набухание частиц, а также влагоемкость.

Для изменения pH в целых тканях мяса в широких пределах (от 5,6 до 7,0) животным перед убоем инъецируют лекарственные препараты. Жесткость мышц в процессе тепловой обработки в течение 1 ч при температуре 65 и 90°С снижается примерно в 3 раза с увеличением конечного значения pH от 5,6 до 6,9. При этом потери жидкости уменьшаются линейно, а pH при варке увеличивается, например, у сырого мяса pH составляет 5,4, у вареного — 5,8.

Добавки. Пищевые волокна. Введение гидратированных препаратов пшеничной клетчатки и микрокристаллической целлюлозы повышает вязкость мясного фарша, а соевой клетчатки и свекловичных волокон, напротив, снижает ее. Значительное уменьшение вязкости вызывает добавляемая к фаршу вода. Это объясняется утолщением существующих прослоек и образованием новых при разрушении крупных частиц мяса или жира.

Повышение вязкости фарша с помощью пшеничной клетчатки и микрокристаллической целлюлозы обусловлено высоким содержанием в них целлюлозы. При этом вязкость зависит также от температуры и не служит для структурированных систем исчерпывающей характеристикой. Эти системы характеризуются комплексом структурно-механических свойств, в частности наиболее значимым для фарша рубленых полуфабрикатов свойством является пластичность.

Наибольшей пластичностью обладает фарш, содержащий препарат микрокристаллической целлюлозы, наименьшей — свекловичные волокна. Мясной фарш с препаратами соевой и пшеничной клетчатки имеют приблизительно одинаковые значения пластичности.

Сдвиговые структурно-механические характеристики наиболее чувствительны к изменению технологических и механических факторов в процессе получения фарша и характеризуют консистенцию по всему объему продукта и в большей степени характеризуют качество пластично-вязких материалов.

Внесение таких добавок, как пищевые волокна, позволяет направленно регулировать вязкость, пластичность и другие реологические свойства мясного фарша, влияя, таким образом, на качество готовых мясных изделий.

Рассмотрим адаптацию технологических свойств фарша в процессах измельчения, перемешивания и формования колбасных изделий.

Температура. Кривые температурных зависимостей в интервале температур 2...3°С (рис. 35) показывают, что Θ ₀ и B стремятся к нулю при температуре фарша около 40°С. Это указывает на переход фарша из пластично-вязкого состояния в упругое. Соотношение вязкости фарша при различных температурах примерно равно соотношению вязкости воды при этих же температурах, причем при температурах до 20°С это соответствие больше, а при более высоких температурах меньше. Например, исследования по изучению влияния температуры на структурно-механические характеристики фарша в интервале температуры от 2 до 35°С показали, что они уменьшаются за счет снижения вязкости водно-белковых прослоек между частицами мяса и плавления некоторых жировых кислот. Интересно отметить, что отношение вязкости фарша при температуре от 2 до 23°С и вязкости воды при этих же температурах практически одинаковы и составляют 1,73 и 1,70, а при температурах от 2 до 35°С — соответственно 2,56 и 2,32. Единичная вязкость В с увеличением температуры уменьшается, темп разрушения структуры т вначале увеличивается, затем уменьшается. Сдвиговые свойства необходимо учитывать при тепловой и механической обработке фарша.

Для бесшпиковых колбасных фаршей при температуре от 2 до 35°С предельное напряжение сдвига уменьшается в 5 раз, эффективная вязкость при единичном значении скорости в 3,5 раза, пластическая вязкость в 2,5 раза.

Например, качество измельчения шпика для колбасы каждого вида во многом зависит от его структурно-механических характеристик: чем больше их значения, а следовательно, и твердость шпика, тем он лучше сохраняет свою форму при измельчении и дальнейшей тепловой обработке (варка и сушка).

При производстве сырокопченых колбас предъявляют повышенные требования к размерам и форме кусочков шпика. Для сохранения заданных параметров шпика после измельчения процесс проводят при низких температурах. С понижением температуры шпика при резании возрастает разрушающее напряжение.

Так, при температуре –10°С разрушающее напряжение шпика достигает 7,2∙105 Па, что связано в основном с изменением структуры жира и воды. Уменьшение влажности шпика из-за вымерзания влаги, повышение упругих свойств жира вызывают увеличение предела прочности при растяжении σ_р, которое зависит от температуры и подчиняется следующей зависимости:

s _р = А (0,0075 t *² +4,2), (2)

где s _р — предел прочности при растяжении, Па; А — коэффициент, Па; А = 105 Па; t * — относительная безразмерная температура, равная по абсолютной величине температуре шпика в градусах Цельсия. Уравнение (2) справедливо в пределах от ±10°С.

 

Рис.35. Зависимость изменения структурно-механических свойств колбасных фаршей от температуры: 1 — фарш русских сосисок; 2 — фарш докторской колбасы

 

При измельчении шпика важной характеристикой, оценивающей его жесткость, является предельное напряжение среза, которое возрастает с понижением температуры. Таким образом, с падением температуры шпика при резании улучшается его качество, но возрастают прочность при растяжении и усилие среза, что вызывает увеличение затрат энергии на резание.

Для получения кусочков шпика с ровным срезом поверхностей при отсутствии его деформации и сравнительно небольшом усилии среза рекомендовано измельчать шпик при рациональной температуре от –2 до +2°С.

Итак, целенаправленное искусственное изменение характеристик, в частности температуры сырья — пример адаптации структурно-механических характеристик сырья, с целью повышения эффективности последующих технологических операций.

Посол сырья. Посол мяса, предназначенного для выработки сырокопченых колбас, складывается из следующих операций: измельчение мяса, перемешивание его с солью и выдержка посоленного мяса (созревание). Измельчение мяса перед посолом может быть крупным и мелким. Для традиционных российских сырокопченых колбас используют крупное измельчение мяса путем его нарезания в виде кусков массой до 0,4 кг. При разработке новых видов сырокопченых колбас для ускорения обработки мяса используют мелкое измельчение его на волчке с отверстиями решетки диаметром 2...3 мм.

Посол мяса осуществляется для достижения необходимых технологических свойств готового продукта (цвет, вкус, аромат, консистенция) и предохранения от микробиологической порчи. Доминирующая составляющая посолочных веществ — поваренная соль, которая оказывает значительное влияние на вкус сырокопченых колбас, а также на химические и микробиологические процессы, протекающие во время созревания.

Гигроскопические свойства соли позволяют извлекать из мышечных волокон воду и растворимые в ней белковые вещества, что способствует образованию структуры фарша сырокопченых колбас. Кроме того, растворяются солерастворимые белки мяса, обеспечивая необходимую консистенцию продукта.

Таким образом, посол мяса — пример адаптации сырья к последующим технологическим операциям с целью достижения необходимых технологических свойств готового продукта.

Степень и время измельчения мяса. Степень измельчения и первоначальное состояние сырья будет сказываться на его структурно-механических характеристиках. Качество кускового крупноизмельченного мяса предпочтительней оценивать компрессионными свойствами, а мелкоизмельченного — сдвиговыми.

При измельчении мяса, употребляемого для выработки копченых, в том числе и сырокопченых изделий, нет необходимости в полном разрушении структуры мышечных волокон, сохранение структуры которых обеспечивает более интенсивный влагообмен при последующей сушке колбас. Однако степень измельчения должна быть достаточной для получения однородного фарша с монолитной консистенцией.

Влияние степени измельчения мяса на его структурно-механические свойства представлено на рис.36, где показано изменение Θ ₀ говядины высшего сорта от кратности ее модельного измельчения n на мясорубке с решеткой с отверстиями диаметром 3 мм.

 

Рис. 36. Зависимость предельного напряжения сдвига говядины от кратности измельчения фарша на мясорубке

В начальный период измельчения (n = 1...7) предельное напряжение сдвига уменьшается из-за увеличения числа частиц, а следовательно, и площади их поверхности, а также вследствие выделения мясного сока. При кратности измельчения n = 7...8 фарш имеет наименьшие значения влагосвязывающей способности и предельного напряжения сдвига, что способствует более быстрому удалению из него влаги. В процессе сушки сырокопченых колбас такая степень измельчения является для них рациональной.

При дальнейшем увеличении кратности измельчения значения предельного напряжения сдвига и влагосвязывающей способности фарша возрастают до критического максимального значения, которое является рациональным для фарша вареных колбас.

Причина изменения предельного напряжения сдвига состоит в изменении структуры фарша при измельчении. Гистологическими исследованиями установлено, что при первичном измельчении мяса в поле зрения микроскопа находятся кусочки, имеющие типичную структуру мяса. При многократном измельчении фарша (в 16 и 25 раз) образец в поле зрения микроскопа имеет вкрапления структурных частиц мяса (мышечные волокна, соединительная ткань, жировая ткань). Частицы мышечной ткани незначительно меняют свои

размеры. Например, после первого и третьего измельчений в поле зрения видны частицы мяса и пустоты, так как фарш лежит рыхло.

После 16- и 25-кратного измельчения пустоты исчезают, т. е. фарш уплотняется, а частицы трудно отличить друг от друга. Некоторые мышечные волокна сохраняют свою форму и изменяются незначительно вплоть до 16-кратного измельчения. После 25-кратного измельчения диаметр мышечного волокна уменьшается. Не остается без изменения и сама структура мышечных волокон. Эти изменения зависят от степени измельчения. В поле зрения микроскопа после измельчения находятся фарш и неразделенные мышечные волокна. Так, при однократном измельчении мало фарша, а больше кусочков мышечных волокон, по мере возрастания кратности измельчения пропорции становятся обратными. При переходе в фарш мышечных волокон они становятся разрозненными и растрепанными. Для каждого такого мышечного волокна характерен переход к аморфной структуре. Первое измельчение не влияет на строение жировых тканей. При дальнейшей обработке жировые ткани разбиваются на единичные частицы в массе фарша и при разрушении образуют капли, которые имеют разные размеры. Редко встречаются жировые ткани, сохраняющие свою структуру после 25-кратного измельчения.

Соединительная ткань наиболее хорошо сохраняет свою структуру при прохождении через мясорубку, не претерпевает существенных изменений и представляет собой рыхлые включения в аморфную среду фарша.

Тонкое измельчение выполняют при высоких скоростях резания. Процесс сопровождается выделением большого количества теплоты, что вызывает повышение температуры сырья и может привести к денатурации белков, изменению водосвязывающей способности и структурно-механических характеристик продукта. Это обусловливает необходимость правильного расчета оптимальной продолжительности измельчения.

Рассмотрим изменение структурно-механических свойств (Θ₀, η, η_эф) на примере колбасного фарша при его измельчении на куттере с чашей вместимостью 80 дм³(рис.37).

Имеется две подобные группы кривых: Θ₀ и т η и В. Наибольшие изменения претерпевают величины Θ₀ и т, которые, например, у фарша русских сосисок достигают минимального значения через 5 мин обработки. В дальнейшем Θ₀ и т возрастают до максимальных значений при τ = 14 мин. Менее интенсивно уменьшаются η и В. Их минимальное значение достигается при τ = 14 мин.

Путем обработки экспериментальных данных исследователями получена универсальная зависимость, по которой можно рассчитать рациональную продолжительность измельчения на куттере фарша для сырокопченых колбас (с):

τ_р = A [exp(0,326 K _в 0,35)]Ω⁻¹, (3)

где А — коэффициент пропорциональности, с, А = 21∙105 с; K _в — комплексный коэффициент, характеризующий основной химический состав фарша;

K в = m _a.c /φ=[1−( φ +W)]/ φ , (4)

где m _a.c — содержание абсолютно сухих веществ в фарше, доли единицы; W,φ — соответственно содержание влаги и жира в фарше, доли единицы; Ω — обобщающая кинематическая характеристика куттера, м3(кг∙с∙мин).

У говядины предельное напряжение среза гораздо выше, чем у свинины, поэтому на измельчение расходуется больше энергии и затрачивается больше времени.

 

Рис. 37. Зависимость изменения структурно-механических характеристик от продолжительностиего измельчения на куттере с чашей вместимостью 80 дм3:1 — русских сосисок; 2 — докторской колбасы

 

Целенаправленное изменение степени измельчения мясного сырья является примером адаптации структурно-механических свойств сырья, определяющих глубину технологической обработки и влияющих на форму связей влаги в материале, с целью повышения эффективности последующих технологических операций. Варьирование временем измельчения мясного сырья — пример адаптации структурно-механических свойств фарша, таких как предельное напряжение сдвига, пластической вязкости, эффективной вязкости оказывающих влияние на величину влагосвязывающей способности и потерю массы при последующих технологических операциях.

Время перемешивания. Перемешивание колбасных фаршей — это процесс обработки неоднородной системы с целью равномерного распределения компонентов и целенаправленного изменения ее свойств.

В процессе перемешивания дисперсных биотехнологических систем, состоящих из дисперсной среды (гомогенно однородной системы в виде мясного фарша), и дисперсной фазы в твердом состоянии (шпик, соль), необходимо получить продукт с равномерным распределением в нем компонентов с учетом степени предварительного измельчения дисперсной среды.

При производстве вареных колбасных изделий без шпика перемешивание можно осуществлять в машинах тонкого измельчения. При выработке вареных колбасных изделий со шпиком необходимо дополнительно смешивать фарш со шпиком. Если фарш достиг своих оптимальных значений при тонком измельчении, то в процессе перемешивания вследствие дополнительного механического воздействия могут произойти нежелательные изменения свойств, выходящие за пределы рациональных и оптимальных значений. Это обусловливает необходимость постоянного контроля за изменением структурно-механических свойств, обеспечивая их оптимальные значения на последней стадии механической обработки. Для перемешивания фарша со шпиком применяют фаршемешалки и смесители, которые при помощи различных рабочих органов (лопасти, спирали и др.) равномерно распределяют шпик по всему объему. Процессы тонкого измельчения и перемешивания неотделимы друг от друга при приготовлении фарша для шпиковых колбас.

Универсальные машины позволяют осуществлять оба процесса, однако в машинах и аппаратах, предназначенных для перемешивания фарша с компонентами, не контролируют структурно-механические свойства и степень равномерности распределения компонентов по всей массе продукта.

Куттерование и перемешивание с точки зрения физико-механических изменений — процессы аналогичные. Отличие состоит только в различной продолжительности воздействия рабочих органов на фарш, что является следствием анализа сил, действующих на рабочие органы. По существующей технологии процесс тонкого измельчения фарша заканчивается при рациональной степени измельчения, обеспечивающей при данных технологических характеристиках (влагосодержании и жирности) минимальные потери в процессе термической обработки. Изменения структурно-механических свойств в процессе тонкого измельчения и перемешивания аналогичны. Это объясняется тем, что в обоих процессах мышечные волокна набухают и уменьшаются в размерах в первом случае за счет резания, а во втором — перетирания. Основной целью механической обработки является получение фарша с минимальными для сырокопченых колбас и максимальными для вареных прочностными характеристиками и влажностью и для обоих случаев с равномерным распределением шпика на окончательной стадии фаршеприготовления — перемешивании.

Для оптимизации процессов тонкого измельчения и перемешивания необходимо решить две задачи:

1) определить минимальную продолжительность перемешивания, когда шпик равномерно распределится;

2) получить фарш с наибольшими прочностными свойствами, обеспечивающими максимальную влагопоглощаемость и минимальные потери при термообработке.

В настоящее время эти две задачи для фарша сырокопченых колбас не решены. Для упрощения решения перечисленных задач, рассмотрим анализ результатов исследований для фарша вареных колбас, где необходимо получить фарш с наибольшими прочностными характеристиками, обеспечивающими максимальную влагопоглощаемость и минимальные потери при тепловой обработке. Решение этих задач представлено для типичных видов фарша чайной, московской и любительской колбас, содержащего соответственно 10, 18 и 25% шпика.

Для выявления характера изменения τ _м.т = f (Θ ₀, С) построена графическая зависимость (см. рис. 38), при которой в производственных условиях фарш считается практически однородным.

 

 

 

 

Рис. 38. Зависимость минимальной продолжительности перемешивания от предельного напряжения сдвига и содержания шпика (при β = 0,8)

 

Данная зависимость применима при Θ₀ = 170...310 Па, С = 0,1...0,25 кг шпика на 1 кг сырья. Из нее видно, что чем больше С и меньше Θ ₀, тем меньше требуется времени для достижения заданной однородности, и наоборот.

Для решения второй задачи необходимо определять степень недоизмельчения колбасного фарша, чтобы при минимальной технологической продолжительности перемешивания он достиг экстремальных структурно-механических свойств.

Решение этой задачи рассмотрим на конкретном примере приготовления фарша для шпиковых вареных колбас. Известно, что чем больше разница между предполагаемой продолжительностью измельчения и ее оптимальным значением, тем больше требуется времени для достижения экстремальных значений предельного напряжения сдвига в процессе перемешивания.

При проведении экспериментов фарш подвергали тонкому измельчению в течение 4, 5 и 6 мин. После тонкого измельчения фарш перемешивали. Процесс перемешивания фарша можно разделить на четыре периода. Первый период перемешивания является как бы продолжением первого периода тонкого измельчения. Происходит смятие частиц, влага переходит в более связанное состояние. Значения предельного напряжения сдвига возрастают до некоторого максимального значения, структура фарша упрочняется. Во втором периоде перемешивания процесс протекает аналогично второму периоду тонкого измельчения. Температура фарша повышается. Происходят аэрирование массы и эмульгирование частиц. Однако продолжительность второго периода перемешивания невелика. В третьем периоде перемешивания происходит дальнейшее упрочение структуры. Предельное напряжение сдвига увеличивается до некоторого максимального значения. При этом капельки жира слипаются и происходит дальнейшее аэрирование всей массы фарша. При слиянии жировых капелек белковая фракция, вероятно, более стойко удерживает влагу, упрочняя структуру.

Четвертый период характеризуется уменьшением значений предельного напряжения сдвига. Прочность структуры снижается. Снижение прочности можно объяснить, по-видимому, дальнейшей аэрацией фарша.

Большое количество воздушных пузырьков способствует разрыхлению фарша, увеличению его объема.

Гистологические исследования по изучению изменения микроструктуры фарша в процессе перемешивания подтверждают вышесказанное. Колбаса наилучшего качества получается из фарша, значения предельного напряжения сдвига которого достигли максимальных значений в конце первого периода перемешивания. Продолжительность перемешивания, когда значение предельного напряжения сдвига достигло экстремального значения,

будет рациональной и равной τ _р. Также рациональными будут значения предельного напряжения сдвига Θ _0p, достигнутые к этому времени. Значение рациональной продолжительности перемешивания зависит от степени предварительного измельчения, а также от влагосодержания, жирности и состава сырья.

В производственных условиях влагосодержание и жирность фарша значительно колеблются, что вызывает изменение значений структурно-механических характеристик. При увеличении влагосодержания и жирности фарша значения предельного напряжения сдвига уменьшаются по экспоненциальной зависимости, белки быстрее насыщаются влагой и занимают более устойчивое положение в результате снижения внутреннего трения между частицами. Следовательно, при увеличении влагосодержания до оптимального значения рациональная продолжительность перемешивания фарша уменьшается. Дальнейшее повышение влагосодержания ведет к увеличению рациональной продолжительности перемешивания. Это можно объяснить утолщением водно-белковых прослоек между частицами и, следовательно, уменьшением сил сцепления между элементами структуры.

При обработке на куттере фарша любительской колбасы в течение 6 мин наблюдается переизмельчение фарша. Дальнейшее перемешивание приводит к образованию другой структуры, соответствующей третьему и четвертому периодам перемешивания.

Целенаправленное варьирование временем перемешивания — пример адаптации структурно механических свойств, с целью получения фарша с необходимыми прочностными характеристиками и равномерно распределенными компонентами по всему объему, для эффективного ведения последующих технологических операций и получения качественного готового продукта.

Давление. Избыточное давление используется в процессах шприцевания, формования, дозирования фарша и при его транспортировке по трубам, где давление может достигать 1・106 Па и более.

Плотность шприцевания зависит от вида колбас, содержания влаги в фарше, вида оболочки, ее диаметра и способа термообработки колбасы. Вареные колбасы шприцуют с наименьшей плотностью. Излишняя плотность набивки фарша вареных колбас в оболочку приводит к ее разрыву во время варки батонов из-за расширения содержимого. Копченые колбасы, наоборот, шприцуют с наибольшей плотностью, так как объем батонов сильно уменьшается в результате последующей сушки изделий. Самая плотная набивка необходима для фарша сырокопченых колбас, чтобы исключить попадание в батоны воздуха, который может привести к порче продукта. При шприцевании сосисок и сарделек фарш в оболочке не уплотняют. Таким образом, основная задача шприца — сберечь структуру фарша при наполнении оболочки или даже улучшить ее.

В связи с этим необходимо учитывать влияние давления на структурно-механические свойства продукта. Наибольшие изменения в этом случае претерпевает предельное напряжение сдвига, которое увеличивается в 2...5 раза.

На изменение структурно-механических свойств фарша влияет характер воздействия давления (рис. 39). Давление вызывает переориентацию частиц и приводит к более компактной их упаковке с одновременным объемным деформированием фарша, вследствие которого число и объем воздушных полостей сокращаются, и происходит перераспределение жидкости (раствора) между частицами и дисперсной средой.

Такой механизм воздействия давления ведет к упрочению связей между частицами, т. е. прочность структуры увеличивается и для разрушения системы требуются более интенсивные внешние воздействия.

 

Рис. 39. Изменение структурно-механических свойств фарша русских сосисок при различных методах измерения: 1 — при однократном действии давления; 2 — при последовательном действии давления

 

Данные представленные на рисунке показывают, что при изменении давления от 0,1 до 1 МПа наибольшие изменения претерпевают Θ ₀ (увеличивается в 2...2,5 раза), а наименьшие — т.

Таким образом, варьирование давлением при формовании колбасных изделий — пример адаптации структурно-механических свойств сырья, с целью повышения эффективности последующих технологических операций и качеству готовых изделий.

Вакуум. Колбасный фарш в процессе производства подвергается физическими и механическим воздействиям путем давления. В процессах измельчения, перемешивания и др. для интенсификации технологических процессов широко используют пониженное давление (вакуум). Вакуум способствует ускорению технологических процессов, удалению воздуха из продукта, что создает более однородную и плотную структуру и способствует увеличению водосвязывающей способности.

Вакуумирование приводит к изменению структурно-механических характеристик фарша и готовых колбасных изделий.

При измельчении фарша в вакууме уменьшаются предельное напряжение при разрыве (σ _пр = 545・10³ Па при давлении 1・10⁵ Па и σ _пр = 45・10⁴ Па при давлении 5・10³ Па) и разрушающее контактное напряжение (σ _р = 484・10⁴ Па при давлении 1・10⁵ Па и σ _р = 317・10⁴ Па при давлении 5・10³ Па). Это приводит к снижению общих удельных энергозатрат и сокращению продолжительности измельчения.

Создавать остаточное абсолютное давление в продукте ниже 0,25・105 Па нерационально.

Предельное напряжение сдвига при уменьшении абсолютного давления увеличивается, что объясняется, очевидно, созданием более прочной структуры вследствие ослабления влияния аэрации. Кроме того, установлено, что создание вакуума при куттеровании способствует повышению влагосвязывающей способности продукта.

Создание вакуума (до определенного значения остаточного давления) способствует повышению плотности и прочностных свойств готовых колбасных изделий из-за уменьшения объема воздушных полостей. Давление менее 25・10³ Па приводит к уплотнению структуры колбас, ухудшая их консистенцию. Кроме того, создание глубокого вакуума связано с дополнительными энергетическими затратами.

Создание вакуума в процессах измельчения и перемешивания мясного сырья — пример адаптации структурно-механических свойств сырья, целью которой является сокращение продолжительности и снижение общих удельных энергозатрат процессов переработки [12].