Научная статья на тему 'Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом'

Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

CC BY
164
96
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРУКТУРА / КАСАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ / ЭФФЕКТИВНАЯ ВЯЗКОСТЬ / СКОРОСТЬ СДВИГА / «НЬЮТОНОВСКИЕ» И «НЕНЬЮТОНОВСКИЕ» ЖИДКОСТИ / „NEWTON“ AND „NON-NEWTONIAN“ FLUIDS / THE STRUCTURE / SHEAR STRESS / THE EFFECTIVE VISCOSITY / SHIFT SPEED

Аннотация научной статьи по животноводству и молочному делу, автор научной работы — Гнездилова Анна Ивановна, Куренкова Людмила Александровна

В работе рассмотрен вопрос о принадлежности консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом к «неньютоновским» жидкостям. Установлено, что разработанный продукт относится к псевдопластичным жидкостям.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по животноводству и молочному делу , автор научной работы — Гнездилова Анна Ивановна, Куренкова Людмила Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The rheological characteristics of canned milk product with a complex carbohydrate composition

He paper considers the question of property of canned milk product with a complex carbohydrate composition to the „non-Newtonian“ fluids. It is established that the developed product is a pseudo-plastic fluids

Текст научной работы на тему «Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом»

УДК 637.133

Реологические характеристики консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом

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»

Куренкова Людмила Александровна, аспирант кафедры технологического оборудования

e-mail: kurenkovser.35@rambler.ru

ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Аннотация: в работе рассмотрен вопрос о принадлежности консервированного молочного продукта со сложным углеводным составом к «неньютоновским» жидкостям. Установлено, что разработанный продукт относится к псевдопластич-ным жидкостям.

Ключевые слова: структура, касательное напряжение, эффективная

вязкость, скорость сдвига, «ньютоновские» и «неньютоновские» жидкости.

Согласно ГОСТу 15.467-79, под качеством продукции понимают совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Наиболее полное представление о качестве продукта дают свойства, определяемые его структурой.

Структура - это внутреннее строение продукта, определяющее характер взаимодействия между отдельными его элементами (частицами), и зависящее от химического состава, биохимических показателей, температуры, дисперсности, агрегатного состояния и ряда других технологических факторов [1]. Поэтому исследование структуры является необходимым этапом при разработке нового продукта.

Прототипом разрабатываемого продукта является сгущенное молоко с сахаром. Наряду с множеством достоинств оно обладает таким значительным недостатком как высокая калорийность, обусловленная главным образом сахарозой, выполняющей роль подсластителя и консерванта. Для снижения калорийности нами предлагается замена части сахарозы на крахмальную патоку [2].

Для проведения общей оценки качества продукта используется комплекс его свойств: химических, биологических, физических, электрофизических, оптических и др. Среди них комплекс физических свойств, так называемые структурно-механические, предопределяют поведение продуктов в самых разнообразных технологических процессах. Они являются качественно внешним выражением внутренней сущности объектов, т.е. определяют агрегатное состояние, дисперсность, строение, структуру и вид взаимодействий внутри продукта. В количественном отношении структурно-механические свойства представляют в виде характеристик, т.е. значений, соответствующих физических величин в виде принятых для них единиц измерения [1].

Структуры пищевых продуктов по характеру связей между их элементами подразделяют на два основных класса: коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные [3].

Существует точка зрения, что сгущенные молочные консервы относятся к слабоструктурированным продуктам и занимают промежуточное положение между продуктами с кристаллизационной и конденсационной структурами, при максимальном удалении жидкой дисперсной среды (воды) возможен переход структуры в кристаллизационную [4]. Авторы [5] считают, что сгущенные молочные консервы обладают пространственной структурой, текут как аномально-вязкие жидкости и их течение характеризуется эффективной вязкостью.

К жидкостям относят такие вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига наблюдается течение, т.е. деформация с постоянной или переменной скоростью. Различают «ньютоновские» и «неньютоновские» жидкости. Для «ньютоновских» жидкостей характерна линейная связь между напряжением т и скоростью сдвига Y :

т = к • Y , (1)

где к - коэффициент, равный вязкости р, Па •с.

Течение различных неньютоновских систем, к которым относятся пищевые жидкости, описываются множеством зависимостей. Наиболее общим уравнением является уравнение Гершеля-Балкли [6]:

т = то +к^т, (2)

где т - напряжение сдвига между слоями продукта, Па;

то - предельное напряжение сдвига, т.е. напряжение, по достижении которого

в системе начинают развиваться необратимые деформации, Па;

к - коэффициент консистенции, пропорциональный вязкости, Па-с; т - показатель степени, индекс течения жидкости;

Y - градиент скорости или скорость сдвига,с-1.

Для псевдопластичной жидкости то=0, т < 1.

Целью данной работы является установление принадлежности разработанного продукта к группе ньютоновских или «неньютоновских» жидкостей. Для достижения цели нами были проведены исследования реологических свойств продукта с помощью ротационного вискозиметра «Реотест -2» по методике [7]. На основании полученных данных были построены зависимости напряжения сдвига (т, Па) от скорости сдвига ^, с-1) и эффективной вязкости (рисунки 1 - 6) .

5

4

3 2

1

Скор о сп> сдвига, т, с-1

Рисунок 1. Влияние скорости сдвига на касательное напряжение в образцах свежевыработанного консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в составе:

1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

5

4 3

1

Скорость сдвига, т, с-1

Рисунок 2. Влияние скорости сдвига на касательное напряжение после 3 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

О 20 40 60 80 100 120 140 160

Скорость сдвига, у,с-1

Рисунок 3. Влияние скорости сдвига на касательное напряжение после 13 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

Как следует из рисунков 1 и 2, кривые, отражающие зависимость касательного напряжения от скорости сдвига, в свежевыработанных контрольном образце и в образце с заменой 30% и 40% сахара на крахмальную патоку, а также в контрольном образце и в образце с заменой 30% после 3 месяцев хранения, носят прямолинейный характер, что позволяет отнести их к «ньютоновским» жидкостям (таблица 1).

Остальные кривые, представленные на рисунках 1 и 2, описываются степенной зависимостью, что является основанием для того, чтобы отнести эти образцы продукта к псевдопластичным телам.

Таблица 1. Уравнения зависимости касательного напряжения от скорости сдвига в свежевыработанных образцах с различной долей замены сахара на крахмальную патоку и в образцах после 3 месяцев хранения

Замена са- Свежевыработанные образцы Образцы после 3 месяцев хранения

харозы, % Вид зависимости Корреляция Вид зависимости Корреляция

0 т = 3,2476 Y 0,996 т = 6,0942 Y 0,992

30 т =3,4893 Y 0,993 т = 6,0554 Y 0,992

40 т =3,8236 Y 0,994 т = 21,303 Y 0,6984 0,985

50 т =14,322 Y 0,7064 0,992 т = 33,339 Y 0,5982 0,993

100 т =44,189 Y 0,5856 0,994 т = 44,714 Y 0,5541 0,996

Через 13 месяцев хранения (рисунок 3) все кривые подчиняются степенной зависимости с коэффициентом корреляции 0,996 и выше. В таблице 2 представлены степенные уравнения, которые описывают кривые рисунка 2.

Таблица 2. Уравнения зависимости касательного напряжения от скорости сдвига в образцах с различной долей замены сахара на крахмальную патоку после 13 месяцев хранения

Замена сахарозы, % Вид зависимости Коэффициент корреляции

0 т = 10,834 Y 0,8659 0,999

30 т = 16,781 Y 0,7299 0,997

40 т = 25,294 Y 0,7521 0,998

50 т = 30,816 Y 0,7172 0,996

100 т = 39,514 Y 0,6579 0,996

На основании данных таблицы 2 можно заключить, что все кривые, изображенные на рисунке 3, подчиняются уравнению Гершеля-Балкли, где то=0, т <

1, что соответствует псевдопластичной жидкости. При увеличении доли замены сахарозы на крахмальную патоку возрастает коэффициент к (коэффициент консистенции) и снижается показатель степени т (индекс течения жидкости), что свидетельствует об увеличении вязкости и снижении текучести.

Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига представлены на рисунках 4-6.

Скорость сдвига, у ,с-1

Рисунок 4. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость в образцах свежевыработанного консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в составе:

1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

45

40

ге

С

35

30

25

20

щ 15 т 10

\1/ / ч

5

2

1

20

40 60

Скорость сдвига, у, с-1

80

Рисунок 5. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость после 3 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

Рисунок 6. Влияние скорости сдвига на эффективную вязкость после 13 месяцев хранения в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой при доле крахмальной патоки в

составе: 1 - 0%; 2 - 30%; 3 - 40%; 4 - 50%; 5 - 100%.

В таблицах 3 и 4 представлены уравнения, которым подчинены кривые рисунков 4-6.

5

0

0

Таблица 3. Уравнения зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига в свежевыработанных образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой и при хранении в течение

3 месяцев

Замена са- Свежевыработанные образцы После 3 месяцев хранения

харозы, % Вид зависимости Корреляция Вид зависимости Корреляция

0 И 0,995 И 0,993

30 И 0,992 И 0,987

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

40 И 0,959 И 0,935

50 И 0,967 И 0,964

100 И 0, ,9833 И 0,986

Таблица 4. Уравнения зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига в образцах консервированного молочного продукта с сахаром и крахмальной патокой и при хранении в течение 13 месяцев

Замена сахарозы, % Вид зависимости Корреляция

0 И 0,9585

30 И 0,9575

40 И 0,9471

50 И 0,9893

100 И 0,9969

Кривые 1 и 2 рисунков 4 и 5, соответствующие контрольному образцу и образцу с заменой 30 % сахара на крахмальную патоку, проходят практически параллельно оси абсцисс, что характерно для ньютоновских жидкостей. Остальные кривые, в том числе и все кривые рисунка 6 подчиняются степенному закону, что подтверждает их принадлежность к псевдопластичным жидкостям.

Показатель степени в уравнениях, представленных в таблицах 3 и 4, характеризует темп разрушения структуры. Для более полного описания поведения продуктов был проанализирован темп разрушения структуры и представлен на рисунке 7 .

Доля замены сахарозы, %

Рисунок 7. Зависимость темпа разрушения структуры продукта от массовой доли добавок: 1 - свежевыра-ботанный продукт; 2 - продукт после 3 месяцев хранения; 3 - продукт после 13 месяцев хранения.

Как следует из рисунка 7, во всех образцах продуктов наблюдается резкое увеличение темпа разрушения структуры при замене сахарозы на крахмальную патоку на 40 и более процентов. Таким образом, к ньютоновским жидкостям можно отнести свежевыработанные контрольный образец и образцы с заменой 30 % и 40 % сахарозы на крахмальную патоку, а также контрольный образец и образец с заменой 30 % в течение первых трех месяцев хранения, в последующем в продукте происходит нарастание вязкости и его поведение соответствует поведению псевдопастичного тела. Образцы консервированного молочного продукта с заменой 40 и более процентов сахарозы на крахмальную патоку обладают значительной вязкостью и имеют прочную структуру, что может быть обусловлено изменением углеводного состава продуктов, а именно введением в него полисахарида - крахмальной патоки.

ВЫВОДЫ.

Во всех образцах продуктов наблюдается резкое увеличение темпа разрушения структуры при замене сахарозы на крахмальную патоку на 40 и более процентов.

В процессе хранения во всех исследованных образцах наблюдалось уплотнение структуры и повышение степени «неньютоновости» продукта.

Вязкость разработанного продукта следует измерять на ротационном вискозиметре.

Список литературных источников:

1. Ильиных, В. В. Инженерная реология : учебно-методический комплекс. -Кемерово: КемТИПП, 2005. - 138 с.

2. Пат.2490920 Российская Федерация, МПК-8 А23С9/18. Способ производства сгущенного молочного продукта с сахаром / Гнез-дилова А. И., Куленко В. Г., Виноградова Ю. В., Куренкова Л. А., Бурдейная О. С.,заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина». - Заявл. 17.01.12, опубл. 27.08.13, Бюл. №24.

3. Кузнецов, О. А. Реология пищевых масс : учебное пособие / О. А. Кузнецов, Е. В. Волошин, Р. Ф. Сагитов. - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2005. - 106 с.

4. Заварин, Ю. А. Структурообразование при производстве сгущенного молока с сахаром / Ю. А. Заварин, Л. В. Чекулаева // Молочная промышленность, 1977. - №9. - С. 11-13.

5. 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.

6. Падохин, В. А. Физико-механические свойства сырья и пищевых продуктов: учебное пособие / В. А. Падохин, Н. Р. Кокина; Иван. гос. хим.-технол. унт.; Институт химии растворов РАН. - Иваново, 2007. - 128 с.

7. Арет, В. А. Инженерная реология жиросодержащих пищевых продуктов : учебное пособие / В. А. Арет, Г. П. Забровский, Б. Л. Николаев, Л. К. Николаев; Санкт-Петербургский гос. ун-т низкотемпературных и пищевых технологий. - СПб., 2002. - 294 с.

The rheological characteristics of canned milk product with a complex carbohydrate composition

Gnezdilova Anna Ivanovna, Can. of Sciences (Technics), professor of the Technical Equipment Chair

e-mail: gnezdilova.anna@mail.ru

FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy

Kurenkova Ludmila Aleksandrovna, a post-graduator

e-mail: Kurenkovser.35@rambler.ru

FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy

Abstract: he paper considers the question of property of canned milk product with a complex carbohydrate composition to the „non-Newtonian" fluids. It is established that the developed product is a pseudo-plastic fluids.

Keywords: the structure, shear stress, the effective viscosity, shift speed, „Newton" and „non-Newtonian" fluids.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.