CC BY
335
УДК 637.133/14
Изучение реологических характеристик консервированного молочного продукта с сахаром и солодом
Гнездилова Анна Ивановна, доктор технических наук., профессор кафедры технологического оборудования
e-mail: gnezdilova.anna@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Шарова Татьяна Юрьевна, аспирант кафедры технологического оборудования
e-mail:tatyana_sharova1990@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация. В работе были изучены реологические свойства выработанных образцов консервированного молочного продукта с сахаром с различной долей замены сухого обезжиренного молока на солод. Установлено, что продукт относится к псевдопластичным жидкостям с достаточно высоким корреляционным коэффициентом.
Ключевые слова: реология; структура; касательное напряжение; эффективная вязкость; скорость сдвига; «ньютоновские» жидкости; псевдопластичные пищевые продукты.
Измерение или прогнозирование реологических свойств пищевых продуктов очень важно для проектирования и оптимизации технологических процессов, а также для контроля качества пищевых продуктов. При формировании качества сгущенного молока с сахаром, в том числе и составных молочных консервов, выработанных с компонентами немолочного происхождения, реологические характеристики являются определяющими его консистенцию. Особенно это актуально при разработке новых видов молочных продуктов [1, 2]. В настоящее время согласно ГОСТ 27709 [3] вязкость должна измеряться на вискозиметре Гепплера. Авторы работы [4] показали, что сгущенные молочные консервы с сахаром относятся к аномально вязким структурированным жидкостям, поэтому для контроля их вязкости следует рекомендовать ротационный вискозиметр с предварительным разрушением структуры.
Наиболее важными реологическими характеристиками являются касательное напряжение (или напряжения сдвига) и эффективная вязкость [5]. Эти характеристики зависят от скорости сдвига. Под напряжением сдвига в реологии понимают
V/ V V U I
сопротивление тела действию касательной составляющей приложенной силы. Эффективная вязкость определяется по уравнению:
Лэф = т / Y .
Жидкие и полужидкие пищевые продукты представляют собой продукты с разнообразным реологическим поведением. Различают «ньютоновские» и «неньютоновские» жидкости. Для «ньютоновских» жидкостей характерна линейная связь между напряжением и скоростью сдвига:
т = k • y , (1)
где к - коэффициент, равный вязкости р, Па •с.
У «неньютоновских» пищевых продуктов реологические свойства характеризуются более сложной зависимостью между скоростью течения и напряжением сдвига. Эту зависимость, как известно [5, 6], можно описать уравнениями (2) - (5): бингамовская пластическая жидкость т = k • Ym + то, m = 1 (2)
псевдопластические пищевые продукты т = k • Ym, m < 1 (3)
дилатантные пищевые продукты т = k • Ym, m > 1 (4)
пластичность смешанного типа т = k ^m + то, m < 1 (5)
где k - коэффициент консистенции,
m - показатель степени для течения жидкостей (характеризует степень «не-ньютоновости» жидкости),
то - остаточное напряжение, Па.
Целью данного исследования является изучение реологических свойств консервированного молочного продукта с сахаром с различной долей замены сухого обезжиренного молока на солод и обоснование метода определения вязкости в разработанном продукте.
Объектом исследования явился консервированный молочный продукт с сахаром с различной долей замены сухого обезжиренного молока на солод.
Исследования проводились с использованием ротационного вискозиметра «Реотест - 2.1» по методике [6]. Обработка полученных данных велась с помощью программы Microsoft Excel.
Были построены графики зависимости напряжения сдвига (т, Па) от скорости сдвига (y, с-1) для образцов свежевыработанного продукта, а также в процессе его хранения. Результаты исследований представлены на рисунках 1-3.
Рисунок 1. Влияние скорости сдвига на напряжение сдвига в свежевыработанных образцах консервированного молочного продукта с сахаром при 20 °С в зависимости от доли замены СОМ ферментированным солодом: 1 - 0 %, 2 - 5 %, 3 - 10 %, 4 - 15%.
Рисунок 2. Влияние скорости сдвига на напряжение сдвига в образцах консервированного молочного продукта с сахаром после шести месяцев хранения при 20 °С в зависимости от доли замены СОМ ферментированным солодом: 1 - 0 %, 2 - 5 %, 3 - 10 %, 4 - 15%.
550 500 С 450 400 сЗ 350 Я “ 300 ч « 250 я 200 Й 150 1> Оч & 100 1=1 42 50 X 0
3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Скорость сдвига, у, с "1
Рисунок 3. Влияние скорости сдвига на напряжение сдвига в образцах консервированного молочного продукта с сахаром после тринадцати месяцев хранения при 20 °С в зависимости от доли замены СОМ ферментированным солодом: 1 - 0 %, 2 - 5 %, 3 - 10 %, 4 - 15%.
Из анализа рисунка 1 следует, что контрольные образцы свежевыработанного продукта практически подчиняются линейной зависимости и описываются уравнением (1) с коэффициентом корреляции 0,99:
т= 2,45 ■ Y■
Однако, при хранении в течение шести и тринадцати месяцев (рисунки 2 и 3, кривая 1) зависимость приобретает вид степенной функции:
в течение шести месяцев: т= 7,62^8252,
в течение тринадцати месяцев: т= 8,81^9085
Следовательно, в контрольных образцах в процессе хранения происходит за-густевание продукта за счет укрепления пространственной структуры, что подтверждается исследованиями авторов [7]. Таким образом, продукты ведут себя как псевдопластичные жидкости.
■ у V V V/ V/
Консервированный молочный продукт с сахаром с заменой различных долей СОМ ферментированным солодом также подчиняется степенной зависимости. Для этих образцов были получены уравнения, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Уравнения влияния скорости сдвига на напряжение сдвига в образцах консервированного молочного продукта в зависимости от доли замены СОМ ферментированным солодом
Доля замены, % свежевыработанный продукт коэффициент коррелляции
5 т = 4,84*/0,9215 0,9999
10 т = 6 44 *Y0,S776 0,9992
15 т = 9,13*/0'8324 0,9975
Доля замены, % Продукт после шести месяцев хранения коэффициент коррелляции
5 т = 40,11 ^0'6034 0,9958
10 т = 55,17 */0'5311 0,9976
15 т = 59,47 ^0,5246 0,9967
Доля замены, % Продукт после тринадцати месяцев хранения коэффициент коррелляции
5 т = 43,21*/ °'6139 0,9979
10 т = 59,58^ °'5456 0,9994
15 т = 81,34*/ °'4647 0,9975
Продукт с различной долей замены СОМ соответствует псевдопластическим пищевым продуктам, что подтверждает достаточно высокий коэффициент корреляции. Из уравнений видно, что в процессе хранения увеличивается коэффициент консистенции (к) и уменьшается индекс течения (т). Это говорит об уплотнении структуры, повышении ее вязкости (степень «неньютоновости» продукта повышается). То есть чем большее количество СОМ заменено на солод, тем более структурированным получается продукт.
Для описания зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига было использовано степенное уравнение вида /6/:
Лэф = К X ут, (6)
где лэф - эффективная вязкость, Пахс; у - частота деформирования, с-1;
К - коэффициент консистенции, значение которого соответствует величине динамической вязкости при у = 1 с-1; т - темп разрушения структуры.
Рисунок 4. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в свежевыработанных образцах консервированного молочного продукта с сахаром в зависимости от доли замены СОМ ферментированным солодом:
1 - 0 %, 2 - 5 %, 3 - 10 %, 4 - 15 %
ЦТ
А
Н
О
о
и
о
РС| *
ТС
ТС И с
И
і—і
н
и
'О
г > .
■-—>
>
.'Т'- С)
70
60
50
40
зо
20
ю
о
¥ 4
3
■К О 1 л
—♦— —ф- ♦ 1
10 20 30 40 50 60 70
Скорость сдвига, у, с _1
80
90
Рисунок 5. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах консервированного молочного продукта с сахаром после шести месяцев хранения в зависимости от доли замены СОМ ферментированным
солодом: 1 - 0 %, 2 - 5 %, 3 - 10 %, 4 - 15 %
Рисунок 6. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах консервированного молочного продукта с сахаром после тринадцати месяцев хранения в зависимости от доли замены СОМ ферментированным солодом: 1 - 0 %, 2 - 5 %, 3 - 10 %, 4 - 15 %
В таблице 2 приведены значения коэффициентов в уравнении (6) при различных массовых долях добавок для продуктов, проанализированных в различные периоды времени.
Таблица 2 - Зависимость коэффициентов в уравнении (6) от доли замены СОМ солодом
Процент замены СОМ соло- Значения коэффициентов
дом, % к т
свежевыработанный продукт |
0 3,466 0,071
5 4,835 0,079
10 6.436 0,122
15 9,130 0,168
продукт после шести месяцев хранения
0 7,623 0,175
5 40,114 0,397
10 55,171 0,469
15 59,474 0,475
продукт после тринадцати месяцев хранения
0 8,811 0,175
5 43,210 0,397
10 59,580 0,469
15 81,344 0,535
Для контрольного образца свежевыработанного продукта темп разрушения структуры близок к нулю и зависимость 1 (рисунок 4) практически параллельна оси абсцисс, что характерно для ньютоновских жидкостей.
Для того чтобы проследить за динамикой изменения темпа разрушения структуры результаты, приведенные в таблице 2, представлены графически (рисунок 7).
Рисунок 7. Зависимость темпа разрушения структуры от процента замены СОМ ферментированным солодом:
1 - свежевыработанный продукт, 2 - после шести месяцев хранения,
3 - после тринадцати месяцев хранения.
Как видно из рисунка 7, при увеличении массовой доли добавок темп разрушения структуры возрастает. Причем, в свежевыработанном продукте при доле
замены 5 % значение т практически не изменяется, после чего возрастает. С увеличением доли замены значение т также увеличивается. После шести месяцев хранения темп разрушения структуры в контрольных образцах увеличивается незначительно по сравнению с образцами продукта, где была произведена замена СОМ на солод. Резкое увеличение темпа разрушения структуры свидетельствует о возникновении прочной пространственной структуры.
Выводы:
1. Свежевыработанные сгущенные молочные консервы с сахаром практически можно отнести к ньютоновским жидкостям.
2. Изменение компонентного состава этих продуктов приводит отклонению кривых течения от «ньютоновских» жидкостей. Эти продукты следует отнести к псевдопластичным телам.
3. В процессе хранения для всех исследованных продуктов наблюдалось уплотнение структуры и повышение степени «неньютоновости» продукта.
4. Измерение вязкости в контрольных свежевыработанных образцах можно осуществлять на вискозиметре Гепплера.
5. Вязкость разработанного продукта следует измерять на ротационном вискозиметре.
Список литературных источников:
1. Пат. 2280992 РФ. Сгущенное молоко с сахаром и способ его получения / Гнездилова А. И., Шохалов В. А., Самойлов В. А., Суюнчев О. А. - Опубл. 10.08.2006.
2. Пат. 2407347 РФ. Способ производства молокосодержащего концентрированного продукта с сахаром / Гнездилова А. И., Куленко В. Г., Глушкова А. В. - Опубл. 27.11.2010.
3. ГОСТ 27709-88. Консервы молочные сгущенные. Метод измерения вязкости. - Введ. 01.08.1989.
4. Пирогов, А. Н. Методика определения вязкости молочных консервов на ротационном вискозиметре / А. Н. Пирогов, Н. А. Пирогова, А. В. Шилов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - №4. - С. 46-48.
5. Реометрия пищевого сырья и продуктов : справочник / под. ред. Ю. А. Ма-чихина. - М : Агропромиздат, 1990. - 271 с.
6. Кузнецов, О. А. Реология пищевых масс : учебное пособие / О. А. Кузнецов, Е. В. Волошин, Р. Ф. Сагитов. - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2005. - 106 с.
7. Заварин, Ю. А. Структурообразование при производстве сгущенного молока с сахаром / Ю. А. Заварин, Л. В. Чекулаева // Молочная промышленность. - 1977. - №9. - С. 11-13.
The study of rheological characteristics of canned dairy product with sugar and malt
Gnezdilova Anna Ivanovna, Doc. of Sciences (Technics), Professor of the Technological Dairy Equipment Chair
e-mail: gnezdilova.anna@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Sharova Tatyana Yur'evna, the post graduate of the Technological Dairy Equipment Chair
e-mail:tatyana_sharova1990@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract: The rheological properties of the produced samples of canned dairy product with sugar with different fractions replacement of skimmed milk powder for the malt have been studied. It is established that the product belongs to pseudo-plastic liquids with high correlation coefficient.
Keywords: rheology; structure; shear stress; effective viscosity; shift speed; «Newtonian» liquids; pseudo-plastic foods.
