CC BY
13
HayKOBHH BicHHK .HbBiBCbKoro HaqioHa№Horo ymBepcurery BeTepHHapHOi MegunHHH Ta 6i0TexH0H0riH iMeHi C.3. f^H^Koro Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after S.Z. Gzhytskyj
doi:10.15421/nvlvet6819
ISSN 2413-5550 print ISSN 2518-1327 online
http://nvlvet.com.ua/
УДК 637.3.022
Реолопчш характеристики бшково-сироватково1 сумiшi
М.П. Сичевський, Ю.Т. Орлюк dnistranka@mail.ru
1нститут продовольчихресурав НААН, вул. С. Сверстюка, 4а, Кигв, 02660, Украша
Дослгджено вплив технологгчнихрежимгв процесу отримання сирного зерна нареологгчш характеристики робочого се-редовища, що утворюеться в сировиготовлювачах марки Я5-ОСЖ. Робочим середовищем е бтково—сивороткова сумгш, в якш постшно проходить змгна фгзико—хгмгчних, структурно—мехатчних та теплофгзичних властивостей г яка може роз-шаровуватися та задати тд час проведення експериментгв. Найбтьш значущим емтричнимреологгчним параметром, що характеризуе процеси при виробництвг сирного зерна е в'язюсть робочого середовища сировиготовлювача. Вона е сенсорною характеристикою, яку сировар визначае вгзуально за вгдсотковим вмгстом компонентгв (сирного зерна та сироватки). Методом визначення умовного показника в'язкостг за допомогою утверсального вимгрювального прилада «1т^оп—1122» була визначена ефективна в'язюсть робочого середовища сировиготовлювача. Дослгдження проводились в дгапазош температур вгд 10 °С до 60 °С та змШ масовоI частки сироватки в дгапазот вгд 78% до 87%.
Отримано емшричну залежшсть, яка описуе змту реологгчних характеристик робочого середовища, що дозволяе про-водити тженерт розрахунки при розробц конструкцш сировиготовлювачгв.
Ключовi слова: реологгчт характеристики, сирне зерно, сировиготовлювач, ефективна в'язюсть
Реологические свойства белково-сывороточной смеси
М.П. Сичевский, Ю.Т. Орлюк dnistranka@mail.ru
Институт продовольственных ресурсов НААН, ул. Е. Сверстюка, 4а, Киев, 02660, Украина
Исследовано влияние технологических режимов процесса получения сырного зерна на реологические характеристики рабочей среды, образующейся в сыроизготовителях марки Я5-ОСЖ. Рабочей средой является белково—сывороточная смесь, где постоянно происходит изменение физико-химических, структурно—механических и теплофизических свойств и которая может расслаиваться и оседать во время проведения экспериментов. Наиболее значущим эмпирическим реологическим параметром, характеризующим процессы при производстве сырного зерна, является вязкость рабочей среды сы-роизготовителя. Обычно это сенсорная характеристика, которую сыровар определяет визуально по процентному содержанию компонентов (сырного зерна и сыроворотки). Методом определения условного показателя вязкости с помощью универсального измерительного прибора «Instron—1122 была установлена эффективная вязкость рабочей среды сыроизго-товителя. Исследования проводились в диапазоне температур от 10 °С до 60 °С и изменении массовой доли сыворотки в диапазоне от 78% до 87%.
Получено эмпирическую зависимость, описывающую изменение реологических характеристик рабочей среды, что позволяет проводить инженерные расчеты при разработке конструкций сыроизготовителей.
Ключевые слова: реологические характеристики, сырное зерно, сыроизготовитель, эффективная вязкость
Citation:
Sychevskiy, N., Orlyuk, Yu. (2016). Reological characteristics of whey protein mixture. Scientific Messenger LNUVMBT named after S.Z. Gzhytskyj, 18, 2(68), 95-98.
HayKOBHH BicHHK .HHyBMET iMeHi C.3. IW^KOTO, 2016, T 18, № 2 (68)
Reological characteristics of whey protein mixture
N. Sychevskiy, Yu. Orlyuk dnistranka@mail.ru
Institute of food resources of NAAS, E. Sverstyuk Str. 4a, Kyiv 02660, Ukraine
Influence of technological modes of process of obtaining of the curd on rheological characteristics of whey protein mixture which is formed in curd development equipment model YA5-OSG is investigated. The working environment is whey protein mixture, where constantly there is a change of physical and chemical, structural-mechanical and thermophysical properties, which can flake and settle during the experiments. Most important empiric rheological parameter, characterizing processes at the curd production, there is viscosity of working environment of curd development equipment. It is ordinary sensory description that a cheese-maker determines by sight on the components percentage (curd and whey). The effective viscosity of working environment curd development equipment by the method of viscosity conditional index on means of universal measuring device «Instron - 1122» was determined. Viscosity conditional index by the Stokes formula was calculated. Graphic processing of experiments results yielded the dependence of the magnitude of the effective viscosity of the working environment in curd development equipment on the temperature and the percentage of whey. The studies in the temperature range from 10 °C to 60 °C and the change of the mass fraction whey in the range from 78% to 87 % were conducted. Graph-analytical processing of the experiments results in logarithmic coordinates and their generalization possible to obtain the empirical formula to calculate the effective viscosity of the working environment elliptic curd development equipment YA5-OSG.
The empirical dependence change rheological characteristics of the working environment in curd development equipment to carry out engineering calculations by development of their designs are describing. The error in comparing the results of determining the effective viscosity of the working environment from experimentally obtained and calculated according to the formula does not exceed 12.5%.
Key words: reological characteristics, curd, curd development equipment, effective viscosity
BcTyn
npu BH3HaneHm peogoriHHHx BgacrHBocren po6ono-ro cepegoBH^a, me yraoproerbca b cHpoBHroroBgMBa-Hax npu OTpHMaHHi cupHoro 3epHa norpi6Ho BpaxoByBa-th, ^o poöoHHM cepegoBH^eM e cyMim b min nocriHHo npoxogurb 3MiHa $i3HKo-xiMiHHHx, crpyKrypHo-MexaHinHHx Ta rengo$i3HHHHx BgacrHBocren. Ochob-hhmh cKgagoBHMH TaKoi' cyMimi e cupHe 3epHo (nogpi6-HeHHH go neBHHx po3MipiB MogoHHHn 3rycroK, yrBope-hhh cuHyKHHM 3cigaHH3M MogoKa) Ta cupoBarKa. Mo-gonHHH 3iycTOK e aMop^HHM TigoM, ^o 3aHMae npoMiK-He nogoKernia MiK pigKHM i TBepguM craHoM Ta Mae öigKoBy nopucry, HegocrarHbo BHBHeHy crpyKrypy. Ochobom MogoHHoro 3rycrKy e cirKa 6igKoBHx gaHuro-KKiB, ^o oxongrororb cupoBarKy, ma i 3ano6irae 3'eg-HaHHM ciTKH b KoMnaKTHy Macy.
PeogoriHHi BgacrHBocri npogyKriB 3ageKarb Big bh-gy ix crpyKrypu, aKi aKageMiK n.A. Pe6iHgep Kgacu^i-Kye aK Koaryg^inHi, KoHgeHcaqinm i KpHcragi3aqiHHi (Rebinder, 1950). npu gocgigKeHHi peogoriHHHx xapaK-repucrHK po6onoro cepegoBH^a cHpoBHroroBgroBaniB MapKH .35-OC® cgig po3rgagaru noro aK gucnepcHy cucreMy i BuxoguTH 3 rinore3 cyцigbнocri cepegoBH^a ra HenepepBHocri po3nogigeHHa ge^opMa^i i $i3HHHHx BgacrHBocren (Dudkin, 1976). TeoperuHHi ochobh Me-rogiB peogoriHHux gocgigKeHb BHKgageHi b npanax BirHH3HaHux ra 3aKopgoHHHx BHeHHx - n.A. Pe6iHgepa, M.n. BogapoBHHa ra iH. (Volarovich, 1954; Gorbatov, 1979; Rebinder, 1985). ^,ga gocgigKeHHa 3MiH, aKi npo-xogarb b MogoHHoMy 3rycrKy, BHeHi 6ararbox KpaiH b pi3Hi poKH 3acrocoByBagu pi3Hi $i3HHHi Merogu, aKi MoKHa Kgacu^iKyBaru HacrynHHM hhhom (Rebinder, 1950; Izmailov and Rebinder, 1974; Dudkin, 1976; Machikhin and Machikhin, 1981): gocgigKeHHa 3a gono-
MoroM neHerpoMerpiB, gocgigKeHHa 3a gonoMororo nigBimeHux rig, gocgigKeHHa 3a gonoMororo onruHHux MerogiB, gocgigKeHHa 3a gonoMororo ygbrpa3ByKoBHx BicKo3HMerpiB, gocgigKeHHa 3a gonoMororo MaHoMerpu-hhhx MerogiB, gocgigKeHHa 3a gonoMororo KpyrugbHux guHaMoMerpiB.
3a xapaKTepoM gii Ha cepegoBH^e ix MoKHa po3gigu-th Ha gBi rpynu. ,3,o nepmoi BigHocarbca Merogu, aKi npu BHMipMBaHHax noBHicrro a6o HacrKoBo nopymyrorb cepegoBH^e npu noro yrBopeHHi, go gpyroi - Merogu ^o garorb MoKgHBicrb orpuMyBaru gaHi 6e3 nopymeHHa cepegoBH^a. CKgagHicrb npo^cy yrBopeHHa MogoHHo-ro 3rycrKy i rpygHo^i Ha mgaxy npoBegeHHa peogoriH-hhx BHMipMBaHb noacHMMTb 6araroHucegbHicrb eMni-puHHHx MerogiB, ra eMnipuHHux peogoriHHHx napaMer-piB - TBepgicrb, onip pi3aHHM, B'a3Kicrb i r. n. . AHagi3 MerogiB gocgigKeHHa 3a gonoMororo icHyronux 3aco6iB BHMipMBaHHa noKa3aB, ^o Bci 3 BH^e nepepaxoBaHHx MerogiB Marorb cBoi nepeBaru i HegogiKH. ^o ogHoro i3 HaH6igbm 3Hany^ux eMnipuHHux peogoriHHHx napaMer-
piB, ^o xapaKrepu3yMTb пpoцecн npu Bupo6HH^Bi
cupHoro 3epHa MoKHa BigHecru B'a3Kicrb po6onoro ce-pegoBH^a cupoBHroroBgMBana. BoHa e ceHcopHoM xapaKrepucruKoM, aKy cupoBap BH3Hanae Bi3yagbHo 3a BigcorKoBHM BMicroM KoMnoHeHriB (cupHoro 3epHa ra cupoBarKu).
Mema poöomu - gocgiguru BngHB rexHogoriHHHx peKHMiB пpoцecy orpuMaHHa cupHoro 3epHa Ha peogo-riHHi xapaKrepucrHKH po6onoro cepegoBH^a b cupoBH-roroBgMBanax MapKH ^5-OC®, orpuMaru eMnipuHHy 3ageKHicrb 3MiHH peogoriHHHx xapaKrepucruK po6onoro cepegoBH^a npugarHy gga iHKeHepHHx po3paxyHKiB npu po3po6^ hobhx KoHcrpyKqin cupoBHroroBgMBaniB.
MaTepia™ та методи дослвджень
Враховуючи, що робочим середовищем сировиго-товлювач1в е сумш, в якш пвд час проведения експе-рименпв з визначення реолопчних властивостей складно уникнути !! розшарування та зсвдання, слщ розглядати робоче середовище сировиготовлювач1в як «не ньютошвську» рщину i припустити, що реолопч-ш властивосл робочого середовища некоректно хара-ктеризувати за допомогою величини динамiчно! в'яз-костi, яку визначають загальноприйнятими методами. Тому, поняттю в'язкостi робочого середовища необ-хiдно надати бiльш широкого розумшня i пiд в'язшс-тю робочого середовища слад мати на увазi загальну реологiчну властивiсть, яку доцшьно назвати ефекти-вною в'язшстю i вимiрювати li за допомогою емшри-чного параметра, вираженого в довшьних одиницях. Для вивчення ефективно! в'язкостi робочого середовища сировиготовлювачiв у вiддiлi сироробства 1ПР НААН був використаний метод, що грунтуеться на принципi визначення умовного показника в'язкосп, який вимiрювали на ушверсальному вимiрювальному приладi «Instron-1122» шляхом занурення кулькового iндикатора в робоче середовище з заданою швидшс-тю.
Умовний показник в'язкосп розраховували за формулою Стокса:
P = 6 ж ■ и ■ V ■ Г , (1)
де: P - лобовий отр, що рееструеться приладом, Н;
tи - в'язшсть, Па с; V - швидшсть занурення кулькового iндентора, м/с;
цеф 10-2 Нс/м2 0,30
Г - радус кулькового iндентора, м.
Формула справедлива у випадку, коли кульковий iндикатор пiд час руху у робочому середовищi ввдчу-вае тiльки лобовий опiр i опiр вiд тертя середовища, яке рухаеться вздовж його поверхш, причому середовище не руйнуеться, а тшьки деформуеться як пластична маса. Стокс встановив, що формула справедлива у випадку, коли при руа кулькового шдикатора критерiй Рейнольдса менше 1, тобто:
(2)
в-Г
Re = — Z1;
V
де: в - напруження зсуву, Па;
У ввдповвдносп з вищевказаним було пщбрано необхвдний дiаметр кулькового iндикатора та встано-влено необхвдну швидк1сть його занурення. Така методика визначення ефективно! в'язкосп мае ряд пере-ваг у порiвняннi з iншими. Вона дозволяе визначити значення ефективно! в'язкостi робочого середовища не порушуючи його структури, що е особливо важли-вим тому, що дозволяе повшстю iмiтувати виробничi умови в процеа лабораторного дослiдження.
Результата та Тх обговорення
Графiчне опрацювання результатiв експерименпв дозволило отримати залежнiсть змiни величини ефективно! в'язкосп робочого середовища сировиготов-
лювача иеф вiд температури та вiдсоткового вмiсту
сироватки у в робочому середовищi (рис. 1).
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
- Робоче середовище на початку першого нагрiвання робоче середовище на початку другого нагрiвання робоче середовище пюля другого нагрiвання
«1
-
-
-
-
t, oc
10
20
30
40
50
60
70
Рис. 1. Змша величини ефективноТ в'язкосп робочого середовища сировиготовлювача в .иамазои! температур вщ 10 °С до 60 °С.
Отримана графiчна залежнiсть змши величини ефективно! в'язкостi робочого середовища не завжди зручна в користуванш пiд час iнженерних розрахункiв при розробщ нових конструкцiй сировиготовлювачiв.
Графо-аналггичне опрацювання результатiв експери-ментiв в логарифмiчних координатах i !х узагальнен-ня (Rumshilskii, 1971) дозволило отримати емтричну формулу для розрахунку ефективно! в'язкосп робочо-
0
HayKOBHH bîchhk ÏÏHyBMET iMeHi C.3. IKH^KOTO, 2016, T 18, № 2 (68)
ro cepegoBH^a eginraHHHx cupoBHroTOBgroBaniB MapKH ^5-OC®. ^ $opMyga cnpaBeggHBa gga BH3HaneHHa e^eKTHBHoï b's3koctî poöonoro cepegoBH^a b giana3oHi TeMnepaTyp Big 10 °C go 60 °C:
= 0,147 • t-
W
(3)
^a.
ge: №e$ - e^eKTHBHa B'a3KicTb poöonoro cepegoBH-H • c .
t - TeMnepaTypa poöonoro cepegoBH^a, °C. wc - BigcoTKoBHH BMicT cHpoBaTKH b poöonoMy cepego-
BH^i, %
noxHÖKa npH cniBcTaBgeHHi pe3ygbTariB 3 BH3HaneHHa BegHHHHH e^eKTHBHoï B'a3KocTi poöonoro cepegoBH^a oTpHMaHHx eKcnepHMeHTagbHHM mgaxoM Ta po3paxoBa-HHx 3a $opMygoro (3) He nepeBH^yBaga ± 12,5%.
Ehchobkh
B pe3ygbTari npoBegeHHx gocgigKeHb 6ygo BH3Ha-neHo 3MiHy BegHHHHH e^eKTHBHoï B'a3Kocri po6onoro cepegoBH^a, ^o yTBoproeTbca b cupoBHroTOBgroBanax MapKH .35-OC® npH oTpHMaHHi cHpHoro 3epHa. gocgigKeHHa npoBogHgHcb b giana3oHi TeMnepaTyp po6onoro cepegoBH^a Big 10 °C go 60 °C Ta 3MiHi MacoBoï nacTKH cHpoBaTKH b giana3oHi Big 78% go 87%. Pe3ygbTaTH gocgigKeHb go3BogHgH oTpHMaTH eMnipHHHy 3ageK-HicTb gga po3paxyHKy e^eKTHBHoï B'a3KocTi po6onoro cepegoBH^a npugaray gga npoBegeHHa iHKeHepHHx po3paxyHKÎB npH po3po6ui hobhx KoHCTpyKuin cupoBH-roTOBgroBaniB.
ei6.rnorpa$ihm iiocii. lamm
Rebinder, P.A. (1950). Novye metody harakteristiki upru-go - plastichnykh viazkikh svoistv strukturnykh dis-persnykh sistem i rastvorov vysokopolimerov [New
methods characteristics of elastic - plastic viscous properties of structure of disperse systems and solutions superior polymer]. Novye metody fiziko-khimicheskikh issledovanii poverkhnostnykh yavlenii, Moskow, 16-18 (in Russian).
Gorbatov, V.A. (1979). Reologiya miasnykh i molochnykh produktov [Rheology of meat and dairy products]. Moskow, Pishchevaia promyshlennost (in Russian).
Rebinder P.A. (1985). Fiziko-khimicheskie osnovy pishchevykh proizvodstv [Physico-chemical basis of food production]. Moskow, MTIPP (in Russian).
Volarovich, M.P. (1954). Issledovanie reologicheskikh svoistv dispersnykh system [The study of rheological properties of dispersed systems]. Kolloidnyi zhurnal. 3(3), 227 - 231 (in Russian).
Dudkin, P.I. (1976). Issledovanie strukturno -mekhanicheskikh svoistv syrnogo sgustka s tselu ustanovlenii obektivnykh pokazatelei ego gotovnosti [Study of structural-mechanical properties of curd with the aim of establishing objective indicators of readiness]: Doctoral thesis - Leningrad (in Russian).
Izmailov, V.N., Rebinder, V.A. (1974). Strukturoobrazovanie v belkovykh sistemakh [Structure formation in protein systems]. Moskow, Nauka (in Russian).
Machikhin, Ya.A., Machikhin, S.A. (1981). Inzhenernaia reologiia pishchevykh materialov [Engineering rheology of food materials]. Moskow, Legkaia i pishchevaia promyshlennost.
Rumshilskii, M.Z. (1971). Matematicheskaia obrabotka rezultatov eksperimenta: Spravochnoe rukovodstvo [Mathematical processing of experimental results. Reference guide]. Moskow, Nauka (in Russian).
Cmammn nadiumm do peda^iï 23.09.2016
2
M
