6.1.2 Сдвиговые характеристики твёрдообразных систем
В твердообразном состоянии при обычных условиях могут находиться растворы и суспензии казеина, казеинатов, коприципитатов, некоторые творожные изделия, белковые растворообразные массы из подсырной сыворотки и расплавленная сырная масса. Сдвиговые свойства этих продуктов оценивают главным образом предельным напряжением сдвига и показателями вязкости.

Сдвиговые свойства сыров. При исследовании сдвиговых характеристик сыров наибольшее применение получили методы пенетрации и реологического зондирования.

Пенетрацию осуществляют с помощью полуавтоматических пенетрометров "Лабор" (Венгрия) или АР 4/1 (Германия). Измеряют в показателях пенетрации (1 ед. пенетрации равна 1∙10^–4м) глубину погружения в продукт конусного или шаровидного инденторов под действием полезной массы подвижной части прибора. По величине показателя пенетрации конусом вычисляют пенетрационную твёрдость θ_т, Па, пользуясь формулой Ребиндера для определения предельного напряжения сдвига:

, (6.8)

где: М – масса нагрузки, действующей на конус, кг (за вычетом величины, компенсирующей трение и сопротивление пружины индентора);

К_α – константа конуса, зависящая от угла при его вершине.

Величина пенетрационной твёрдости тесно коррелирует (коэффициент 0,8 – 0,9) с предельным напряжением сдвига сыра θ₀, определённым методом конического пластометра Ребиндера. При реологическом зондировании по методике ВНИИМСа в продукт с постоянной скоростью на глубину более высоты индентора внедряют металлический конус (диаметр основания 0,015 – 0,025 м, угол 45 – 90^о) или шарик (диаметр 0,012 – 0,016 м), измеряя при этом силу сопротивления продукта.

По результатам реологического зондирования конусным индентором можно определить предел прочности τ_Г, предельное напряжение сдвига (динамическое) τ_S, эффективную вязкость η_ЭФ, и модуль сдвига G, по формулам:

; (6.9)

; (6.10)

; (6.11)

, (6.12)

где: Р_max, Р_S, Р₀, Р_К – силы сопротивления внедрению индентора соответственно максимальная; на участке стационарного течения; в начале и конце гуковского деформирования, Н;

h_К – глубина погружения индентора, соответствующая величине Р_К, м;

l – высота конуса, м;

r – радиус основания конуса, м;

w – скорость движения индентора, м/с;

К_α – поправка, зависящая от угла конуса при его вершине.

При шаровом инденторе эффективную вязкость условно рекомендуется определять по формуле Стокса:

, (6.13)

где: r – радиус шарика, м.

С показателями качества сыра, в частности с органолептической оценкой консистенции, наиболее тесно коррелируют (коэффициент корреляции 0,80 – 0,92) показатели пенетрации и вращательного среза.


6.1.3 Компрессионные характеристики
Компрессионное уплотнение продуктов сопровождается, как правило, изменением их фазового состояния. Фазовое состояние высокобелковых молочных продуктов, являющихся пористыми дисперсными телами, можно охарактеризовать фазовыми объёмами (объёмной пористостью), которые определяют по формулам:

; (6.14)

, (6.15)

где: v_П – общая пористость продукта, м³/м³;

v_Г – пористость продукта по газу, м³/м³;

V, V_Ж, V_Г – соответственно, объём всего продукта и объём пор (полостей), заполненных жидкой и газообразной фазой.

Пористость материалов часто характеризуют также коэффициентом пористости ε_П, который связан с общей объёмной пористостью соотношением:

. (6.16)

Данные, характеризующие общую пористость творога и сыров, приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Общая пористость творога и сыров

Продукт	Влажность, кг/кг	Общая пористость, м3/м3	Коэффициент пористости
Творог жирный	0,70	0,73	2,76
Творог жирный	0,60	0,64	1,78
Сыр: угличский голландский российский	0,48 0,40 0,41	0,54 0,44 0,49	1,19 0,79 0,97

Пористость сырной массы по газу зависит от метода формования продукта. Данные, характеризующие объем пустот в сырной массе при разных методах формования, приведены в таблице 6.2.
Таблица 6.2. Фазовые объемы пустот сыра при формовании сырной массы разными способами

Характеристика сырной массы	Пористость по газу, м3/м3
Зерненная сырная масса, уложенная в форму насыпью	0,170 – 0,210
То же, после прессования	0,025 – 0,079
Отпрессованная сырная масса, сформованная под слоем сыворотки	0,003 – 0,007
Сыры, сформованные или отпрессованные с применением вакуума – при остаточном давлении, Па: 34,5·103 8·103	0,008 – 0,038 0,002 – 0,004

Компрессионные характеристики, относительную деформацию, ε, и коэффициент объемного сжатия, β, можно определить по формулам:

, (6.17)

, (6.18)

где: α_ε, а₁, а₂ – коэффициенты, зависящие от геометрических и механических факторов, физико-химического состояния продукта, его состава и особенностей исходного сырья;

Δр – изменение давления, Па.

Компрессионные свойства сыров оценивают также методом одноосного сжатия цилиндрической или прямоугольной пробы сыра с постоянной скоростью. При этом за показатель компрессии принимают выражаемое в процентах отношение высоты образца к его высоте до сжатия.

6.1.4 Поверхностные характеристики
Поверхностное натяжение цельного и обезжиренного молока α [Н/м] уменьшается с повышением температуры. Поверхностное натяжение обезжиренного молока выше, чем у цельного, однако с повышением температуры разница уменьшается.

На величину поверхностного натяжения влияет его гомогенизация. Повышение давления гомогенизации сырого непастеризованного молока приводит к некоторому снижению величины поверхностного натяжения молока, что, по-видимому, можно объяснить не только дроблением жировых шариков молока, но и механическим повреждением белковых частиц, т.е. частичным разрушением белково-жировых агрегатов.

Поверхностное натяжение сгущённого молока на выходе из вакуумного аппарата несколько ниже, чем у молока до сгущения, однако со временем он увеличивается настолько, что уже через 2 – 3 ч оказывается выше, чем у исходного молока.

2. 
   Измерение реологических свойств в процессе
   

переработки и готовой продукции молочной

промышленности
Непрерывный контроль какого-либо параметра в любом технологическом процессе намного точнее и объективнее отражает ход этого процесса, его скорость, направленность и т.д., чем дискретный лабораторный контроль этих же параметров на входе, выходе и промежуточных фазах. Особенно актуально это для реологических свойств материалов в пищевой отрасли, где перерабатываемые материалы в процессе обработки нередко кардинально меняют свою структуру, химический состав и т.д. Как правило, изменение реологических свойств находятся в жесткой связи с химическими, структурными или иными преобразованиями перерабатываемого материала, что дает возможность судить о начале, окончании, скорости и направленности этих преобразований и самого процесса.

Все выше перечисленное делает непрерывный контроль реологических параметров особо значимым для пищевой отрасли. Поэтому разработка приборов для непрерывного реологического контроля является актуальной проблемой. Эти приборы можно разделить на два типа: первые – устанавливаются в трубопроводах и служат для измерения свойств в потоке; вторые – устанавливаются непосредственно в рабочей ванне, на машине или на аппарате и следят за изменением реологических характеристик в процессе переработки пищевых материалов.

Приборы первого типа служат для контроля подаваемых в переработку материалов по трубопроводам или материалов, выходящих из рабочей машины. С их помощью можно регулировать только свойства подаваемых материалов, они не позволяют следить непосредственно за прохождением процесса переработки, а только отслеживать его конечный результат. Для этой задачи используются приборы второго типа. Рассмотрим некоторые из конструкций приборов, предназначенных для контроля процессов переработки.

Консистометр «Элгеп» (рис. 6.3) предназначен для контроля консистенции молочного сгустка непосредственно в ванне. Принцип его работы состоит в вытягивании индентора через свертываемое молоко. В молочную смесь опускают почти до дна ванны индентор 8, выполненный в виде крестовины с тремя кольцами. Нить 7 перекидывают через блок силоизмерительного устройства. Затем совмещают подвижный указатель 3 с нулевым делением шкалы 5 и с помощью ручки 4 устанавливают прорезь на диске против того деления шкалы, которое соответствует желаемой консистенции сгустка. После включения прибора тумблером 1 начинает работать электродвигатель, соединенный с барабаном 6, на который наматывается нить. При этом индентор начинает подниматься, разрезая сгусток.

В процессе свертывания плотность сгустка нарастает, увеличивается сопротивление движению индентора. При достижении заданной консистенции сгустка (при совмещении прорези на диске с уровнем указателя) автоматически зажигается красная лампочка 2 и включается звуковой сигнал. Недостатком устройства является то, что свертываемая смесь налипает на диск, что приводит к искажению результатов измерений готовности сгустка.

Еще одной конструкцией, работающей по такому же принципу является автоматический пластометр ЛТИХПа, схема которого представлена на рис. 6.4. Принцип действия прибора основан на определении напряжений тангенциального сдвига, возникающих при смещении пластины 3 под действием электромагнитного поля, создаваемого катушкой 2, в контролируемой среде. Контроль осуществляется без отбора проб при погружении герметичного измерительного преобразователя непосредственно в резервуар со средой. Для регистрации глубины погружения служит датчик 1. Однако на рифления пластины 3, выполненные для предотвращения ее проскальзывания относительно материала, во время измерений налипает материал, что незамедлительно сказывается на результатах измерений.

Переносной эластомер (рис. 6.5) предназначен для определения готовности сгустка к резке. Он состоит из измерительного блока 2, индентора 6 с ребрами вдоль образующей и динамометрического устройства 5. эластомер закрепляется в верхней части корпуса ванны

при помощи кронштейна 7 и винтового зажима 1. После внесения сычужного фермента в молочную смесь опускают измерительный цилиндр. Сопротивление перемещению последнего, которое по мере упрочнения структуры сгустка растет, отмечается лимбом 4. С помощью установочного диска 3 эластомер настраивается на определенную величину сопротивления, при достижении которой прибор подает звуковой сигнал, извещающий о готовности сгустка к резке. Это позволяет производить резку сгустка при заданных структурно-механических свойствах, дает объективную оценку свойств сгустка перед резкой, сокращает потери жира и сухих веществ в сыворотку.

Недостатком этого прибора является то, что при колебаниях биохимического состава сырья будут меняться и структурно-механические характеристики сгустка, а это может привести к значительной ошибке в определении момента готовности сгустка к резке.

В лаборатории «Сопротивления материалов» КемТИППа разработан ротационный датчик «Сгусток – Р1», в котором устранены недостатки предыдущих конструкций. Схема прибора «Сгусток – Р1» показана на рис. 6.6.

Прибор состоит из основания 1, в подшипниках 2 которого установлен измерительный валик 3. Снизу к валику замком 4 крепится рифленый измерительный цилиндр 5, а сверху валик 3 соединен соосно с валом синхронного электродвигателя 6, на верхнем торце которого установлена стойка 7, управляющая резистором 8, установленном на раме 9, прикрепленной к основанию 1. Пружина силоизмерителя 10 нижним концом закреплена на электродвигателе 6, а верхним – к раме 9. Прибор имеет также кожух 11. Измерение угла закручивания цилиндра осуществляется прецизионным резистивным датчиком, выходной сигнал которого подается на блок обработки и индикации.

Благодаря тому, что этот прибор имеет лишь одну фиксированную скорость вращения выходного вала и один силоизмеритель, упрощается его конструкция и уменьшаются габариты. Однако, как и у предыдущего датчика, у этого имеются такие же недостатки как: налипание исследуемого материала на рабочий орган и частичное разрушение продукта в месте его работы.

Все перечисленные выше приборы используют методы «разрушающего» контроля, что является их общим, довольно существенным недостатком.

Известна конструкция датчика для непрерывного контроля процесса свертывания молока, работающего по методу «неразрушающего» контроля. Мембранный прибор для определения готовности сгустка к резке (рис. 6.7) работает на принципе деформации мембран под влиянием повышенного давления. Прибор состоит из двух капсул 3 и 4, на внутренней поверхности которых поставлены гофрированные мембраны. Они полностью погружаются в емкость с молоком. С помощью насоса 2 задается циклически (2 раза в минуту) повышенное давление в капсулу 3, которое ведет к деформации мембран, и это воздействие передается на свертываемый продукт. Пока смесь не свернулась, эта деформация мембран почти не передается на приемную капсулу 4. Приемная капсула связана с приемным устройством, состоящим из камеры давления и трансформаторного датчика 1 с линейной дифференциальной характеристикой. При свертывании молока и увеличении плотности сгустка пульсации мембран приемной капсулы увеличиваются. Недостатком данного прибора является сложность конструкции.

Помимо непрерывного контроля за процессами, происходящими при переработке того или иного продукта, имеется необходимость исследования материалов в лабораторных условиях. Это позволяет при разработке новых продуктов еще до запуска их в производство, знать, как отразится на его свойствах изменение того или иного технологического параметра, подобрать наиболее рациональные режимы переработки и хранения.

В пищевой промышленности очень эффективными являются портативные приборы, позволяющие не только контролировать конечный продукт, но и проводить исследования его структурно-механических свойств в лабораторных условиях. К таким приборам относятся портативные сдвигометры. Экспериментальным машиностроительным заводом ВНИИМСа изготавливается портативный прибор Табачникова для контроля консистенции сыра (рис. 6.8), основными элементами которого являются специальный съемный пробоотборник и присоединенный к нему динамометр вращательного движения. Пробоотборник выполнен с продольными рифлениями вдоль наружной поверхности, которые предотвращают его проскальзывание относительно сыра.

В лаборатории «Прикладной механики» КемТИППа разработана конструкция сдвигометра для определения предельного напряжения сдвига твердых и мягких сыров СР –1 (рис. 6.9). Отличительной особенностью данного сдвигометра является наличие внутри измерительного цилиндра 4 сверла 2, размещенного на стержне 3, выполненного в виде четырех винтовых лопастей расположенных через 90^о по окружности, и снабженного коническим наконечником 1 с винтовой нарезкой, которая позволяет более точно установить прибор в вертикальном положении относительно материала за счет того, что форма резцов 2 (угол конуса) точно соответствует углу фаски нижнего торца цилиндра. Причем диаметр сверла гарантированно меньше диаметра впадин измерительного цилиндра. Для автоматической фиксации данных измерения устройство имеет тормоз, выполненный в виде фрикционной обгонной муфты, что повышает точность измерений.

Пенетрометр ППМ – 4 (рис. 6.10), основан на внедрении конического индентора в материал. Его достоинствами является четыре легко заменяемые силоизмерительные гильзы, позволяющие проводить исследование материалов различной твердости, кроме того, прибор снабжен цифровым индикатором перемещений индентора. В качестве индентора можно использовать как конусы с различными углами при вершине, а также одно- и четырехигольчатые инденторы.

Рис. 6.10. Пенетрометр ППМ – 4

3. 
   Реометрия в макаронном, кондитерском и
   

хлебопекарном производствах

1. 
   Реологические свойства полуфабрикатов и
   

готовых изделий хлебопекарного, кондитерского

и макаронного производств
Молочная закваска для приготовления теста представляет собой сложную дисперсную систему. В интервале влажности 0,65 – 0,67 кг влаги на 1 кг закваски не наблюдается статического предела текучести. Понижение влажности до 0,63 вызывает появление этого предела; закваска обладает динамическим предельным напряжением сдвига, которое меняется от 3,5 до 6 Па. В диапазоне скоростей сдвига от 20 до 105 с^–1 среднее значение индекса течения равняется 0,8, а темпа разрушения структуры – 0,2.

Полученные на вискозиметре РМ-2 зависимости показали, что молочнокислая закваска обладает аномалией вязкости.

Вязкость ржаной закваски влажностью 0,663 – 0,669 кг влаги на 1 кг закваски изучали на ротационном вискозиметре РМ-2 при скоростях сдвига от 3,6 до 122 с^–1. Построение зависимостей позволило выявить, что в исследованном интервале скоростей сдвига индекс течения равен 0,45. При влажности 0,7 закваска является жидкообразной аномально-вязкой системой, а при 0,61 – твердообразной. При скоростях сдвига более 50 с^–1 интенсивность снижения вязкости сравнительно мала, т.е. вязкость практически перестает зависеть от скорости сдвига.

Эффективная вязкость ржаной закваски зависит от ее плотности ():

ρ, кг/м³ 750 800 850 900 950

η_ЭФ, Па∙с 2,25 2,35 2,65 3,05 3,35

Вязкость жидкой опары из пшеничной муки I и II сортов в диапазоне изменения влажности 0,62 – 0,68 кг влаги на 1кг опары при температуре 28 ^оС была изучена в процессе брожения на ротационном вискозиметре РВ-8. Исследования показали, что жидкая опара влажностью 0,65 и 0,7 по своим свойствам приближается к ньютоновским жидкостям.

Одним из перспективных методов интенсификации тестоприготовления является акустическая обработка жидких полуфабрикатов хлебопекарного производства. Для изучения реологических свойств использовали вискозиметр РМ-2. Наибольшую вязкость обработанная опара имеет после 120 мин брожения.

Вязкость бездрожжевого теста влажностью 0,44 – 0,62 кг влаги на 1 кг теста из пшеничной муки высшего и I сортов при температуре 30 ^оС исследовали на вискозиметре «Reotest». Полученные зависимости при различных влажностях (W, кг влаги на 1 кг теста) имеют экспоненциальный характер; они могут быть описаны выражением:

, (7.1)

где: а₁,а₂, а₃ – эмпирические коэффициенты.

Вязкостые характеристики хлебопекарного теста из пшеничной муки определяли на вискозиметре РВ-8 при скоростях сдвига 0,01 – 0,1 с^–1. Обработка результатов экспериментов позволила получить зависимость пластической вязкости от влажности:

, (7.2)

где: W – влажность, кг/кг;

а₁,а₂, а₃ – коэффициенты.

Зависимость модулей упругости G₁ и эластичности G₂ от влажности имеет вид:

, (7.3)

где: b₁ и b₂ – эмпирические коэффициенты.

Исследование бараночного теста на ротационном вискозиметре РМ-1 показало, что тесто относится к упруго-пластическим телам. Зависимость для бараночного, ванильного и сахарного теста может быть описана выражением:

, (7.4)

где: t – температура, ^оС;

а₁,а₂, – коэффициенты, зависящие от скорости сдвига.

При увеличении температуры уменьшается не только вязкость, но и другие реологические характеристики: модули G₁ и эластичности G₂ и предельное напряжение сдвига θ₀. Как показали исследования, наиболее сильно на реологические характеристики влияет изменение температуры в диапазоне 30 – 40 ^оС. При увеличении влажности величины η_ЭФ, G₁, G₂, θ₀ снижаются. Во время отлежки вязкость, модули упругости и эластичности бараночного теста уменьшаются. Давление влияет не только на вязкость, но и на другие реологические характеристики бараночного теста.

Исследование реологических характеристик теста для макаронных изделий проводили на ротационном вискозиметре в зависимости от технологических параметров (t, W) и давления (98∙10⁵ Па). Анализ кривых течения макаронного теста позволяет отнести его к обобщенному телу Шведова – Бингама, с ростом скорости сдвига вязкость макаронного теста понижается. Повышение температуры теста приводит к снижению его вязкости. С ростом скорости сдвига влияние температуры ослабевает. При увеличении температуры происходит также уменьшение предельного напряжения сдвига: при 18 ^оС – 183000 Па, при 40 ^оС – 5600 Па, при 56 ^оС – 2100 Па.

При температуре 40 ^оС и давлении 49∙10⁵ Па предельное напряжения сдвига θ₀∙10^–3, Па, зависит от влажности W, кг/кг, следующим образом:

W 0,281 0,294 0,306 0,316 0,322 0,355

θ₀ 8,9 6,55 4,75 3,80 3,0 2,20

Предельное напряжение сдвига с увеличением давления возрастает. Для теста из муки I сорта при влажности 0,3 кг/кг и температуре теста 40 ^оС изменение θ₀ представлено ниже:

р∙10^–5, Па 34 49 68 88

θ₀, Па 4300 5600 6050 6350

Реологические характеристики зависят также и от сорта муки. Например, в зависимости от сорта муки изменяется предельное напряжение сдвига: при влажности 0,3 кг/ кг, температуре 40 ^оС и давлении 49∙10⁵ Па оно равно для теста из муки высшего сорта 3280 Па; I сорта – 5600 Па; полукрупки – 15000 Па.

Построение зависимости пластической вязкости от давления показало, что она имеет линейный характер в диапазоне изменения скорости сдвига от 0,13 до 1,16 с^–1:

, (7.5)

где: р – давление, Па;

а и b – коэффициенты.

Вискозиметрия пралине на приборах РВ-8 и РМ-1 позволила отнести их к вязко-пластичному телу Бингама. Отмечается преобладающее влияние на предельное напряжение сдвига θ₀ и пластическую вязкость η_ПЛ температуры и жирности и незначительное влияние изменения (в пределах рецептуры) влажности.

Как показывают эксперименты, величина вязкости снижается с увеличением скорости сдвига, достигая наименьшего значения при скорости 7 с^–1, что приближается к предельной степени разрушения структуры. При напряжениях ниже предельного, характеризующего прочность пространственной структуры, наблюдается медленное течение типа ползучести. При таком очень медленно течении структура разрушается, но успевает вновь восстановиться. Это течение обусловлено практически постоянной (ньютоновской) наибольшей вязкостью в области малых напряжений сдвига.
7.2 Измерение свойств муки и теста на различных

приборах, моделирующих технологические процессы
В некоторых приборах, применяемых в хлебопекарной промышленности, не производится непосредственное измерение вязкости продукта, но получаемая на них диаграмма, её форма и размеры зависят от этой величины. Таким прибором, в частности, является амилограф фирмы «Брабендер» (Германия) рис. 7.1.

Этот прибор позволяет косвенным путём определять изменение вязкости при замере теста. Смеситель 9 заполняется суспензией муки в воде, в него погружается деталь, которая связана с чувствительной измерительной системой 6. С помощью электродвигателя 1 смесителю 9 придаётся равномерное вращение, при этом наличие вязкого материала заставляет деталь 10 поворачиваться на некоторый угол. Возникающий таким образом момент через измерительную систему регистрируется записывающим устройством 5. При необходимости может производиться подогрев суспензии электрическим обогревателем 2, температура контролируется контактным термометром 8, установка необходимой температуры производится вращением рукоятки 7. Исследования можно проводить как при постоянной, так и при непрерывно и равномерно повышающейся температуре. В последнем случае для автоматического управления присоединяется устройство 3 с синхронным двигателем 4. Таким образом, на непрерывно движущейся бумаге вычерчивается диаграмма, причём перемещение пишущего устройства пропорционально вязкости суспензии.

В технологических лабораториях для определения качества и особенностей обработки пшеничного теста применяется фаринограф (рис. 7.2), принцип работы которого заключается в том, что в месилку 1 загружается 450 г исследуемого теста, движение месильным лопастям передаётся от электродвигателя 3, ось ротора которого находится в подшипнике 4. Сопротивление, которое испытывают лопасти месилки при вращении в исследуемом тесте, изменяется и как реактивный момент передаётся на корпус двигателя, поворачивая его в противоположном направлении. Это сопротивление через систему рычагов 7, колебания которых смягчаются масляным демпфером 8, передаётся на весы 5 и регистрирующий прибор 6. На приборе записывается диаграмма в осях «нагрузка – время», высота кривой показывает плотность теста. Термостат 2 обогревает корпуса месилки и демпфера.

На фаринографе можно производить специальные исследования влияния температуры, различных добавок и времени расстойки на консистенцию теста.

Одним из недостатков некоторых исследований хлебопекарных свойств муки является то, что в исследуемом образце теста нет такого важного компонента, как дрожжи. Это устраняется использованием прибора фирмы «Брабендер» – матурографа (рис. 7.3).

Прибор состоит из рычага 1, шарнирно закреплённого на одном конце, а на другом имеющего ролик, находящийся в контакте с кулачковой шайбой, усилие замыкания кинематической пары создаётся грузом 4, асимметрично установленным на рычаге; вала с жёстко закреплённым на нём диском 3, механически связанным с регистрирующим пером. Порция теста (150 г) закладывается в стакан и помещается в камеру, где поддерживается температура 30^оС и относительная влажность 80 – 85%. В начале испытания расстояние между дном стакана и диском минимальное (36 мм).

Прибор регулируется так, чтобы давление диска на тесто достигло 200 ед., в которых протарирован матурограф. Каждые 2 мин автоматически происходит механическое сжатие теста, помещённого в стакан, после чего диск как постоянный груз давит на бродящее тесто. В зависимости от количества газа, выделенного при брожении, газоудерживающей способности и упругости теста диск поднимается до различных уровней, но через 2 мин опять вдавливается в тесто. Перемещения диска фиксируются на диаграмме регистрирующего механизма.

Для оценки хлебопекарных свойств муки используется три величины: продолжительность окончательной расстойки, сопротивление теста и стабильность теста в конце расстойки.

8. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
8.1 Исследование реологических характеристик на

ротационном вискозиметре «Реотест-2»
Цель работы: ознакомиться с теорией ротационных вискозиметров существующими конструкциями вискозиметров, их принципов работы, методики измерения и расчёта; провести исследование реологических параметров пищевых материалов при разных скоростях сдвига, температурах, построить кривые течения.

Порядок выполнения лабораторной работы. 1. Ознакомиться с теоретической частью работы (прослушав преподавателя и самостоятельно). 2. Подготовить лабораторную установку к проведению исследований (выставить на «ноль», заправить материал, провести термостатирование). 3. Провести измерения в трёх повторностях, данные занести в таблицу 8.1. 4.Построить зависимость предельного напряжения сдвига τ от скорости сдвига . 5.Сделать выводы по лабораторной работе.

Методика проведения эксперимента. Опыты проводятся на ротационном вискозиметре «Реотест-2», рисунок которого и описание конструкции приведены в разделе 2.3.1 (рис. 2.4).

1. Перед началом опыта порцию исследуемой массы помещают в наружный цилиндр 3 (при этом внутренний цилиндр 2 уже должен быть закреплен на ведущем валу 6) и устанавливают его в рабочее положение коаксиально цилиндру 2. При этом происходит заполнение исследуемой массой кольцевого зазора. После установки цилиндров при необходимости проводят термостатирование материала и коаксиальных цилиндров, для чего в конструкции прибора предусмотрен ультратермостат, сосуд которого надевается поверх наружного цилиндра и крепится при помощи специального замка. Термостатирование необходимо проводить не менее 20 мин., что позволяет равномерно прогреть не только исследуемый материал, но и рабочие цилиндры 2 и 3.

2. После выполнения приведенных выше операций начинают снимать показания, для чего устанавливают рукоятку переключения скоростей на первую скорость, выбирают жесткость измерительной пружины, переведя переключатель на отметку I или II (начинают обычно с I диапазона). После включения прибора внутренний цилиндр начинает вращение. Вращение на данной скорости проводят до стабилизации положения показаний вторичного прибора, измеряющего угол α относительного поворота цилиндров 2 и 3. Показания прибора записывают в таблицу 8.1. включают последовательно следующие скорости сдвига (их 12) и по выше описанной методике получают соответствующе данные, которые также записывают в таблицу.

После измерений выключают привод, снимают с прибора термостатирующий сосуд, а затем цилиндры 2 и 3. Рабочие цилиндры тщательно моют, сушат, а их поверхности обезжиривают.

3. Для получения достоверных данных необходимо провести эксперимент в трех повторностях по представленной выше схеме. Данные с каждого измерения заносятся в таблицу 8.1.2.
Таблица 8.1. Экспериментальные данные

№	Скорость сдвига , с–1	Показания прибора, α, деления									τ ↑
		α1 ↓	α1 ↑	α2 ↓	α2 ↑	α3 ↓	α3 ↑	αср ↓	αср ↑	τ ↓
1	1,0
2	1,8
3	3,0
4	5,4
5	9,0
6	16,2
7	27,0
8	48,6
9	81,0
10	145,7
11	243,0
12	437,4

Обработка результатов эксперимента. Напряжение сдвига вычисляют по формуле:

τ = α·z, (8.1)

где: z – константа измерительного цилиндра, Па на ед. шкалы

(таблица 8.1.1).

α – показания вторичного прибора, деления.

Таблица 8.2. Константы вискозиметра «Реотест-2»

Измерительный цилиндр	Соотношение радиусов цилиндров	Константы цилиндров, Па на ед. шкалы		Пределы измерения градиента скорости
		диапазон I	диапазон II
S1	0,98	1,19	5,92	1,5 – 1310
S2	0,94	1,23	6,16	0,5 – 437
S3	0,81	1,69	8,45	1/6 – 146
H	0,81	5,89	29,29	1/6 – 146

<предыдущая страница | следующая страница>