Пищевые продукты как реологические тела

В пищевой промышленности вырабатывают широкий ассортимент продуктов, которые по своей структуре представляют собой различные реологические тела - от упруго-пластичных твердых тел до истинно-вязких (ньютоновских) жидкостей. Продукты, включая сырье и полуфабрикаты, в зависимости от состава, дисперсного строения и структуры обладают различными реологическими свойствами и текстурными отличи тельными признаками. Для полной количественной оценки реологических свойств тела необходимо применять различные методы нагружения.

Под действием внешней нагрузки в теле возникают деформации и напряжения, являющиеся мерой сил внутреннего взаимодействия между элементами тела, взаимосвязь между которыми описывается посредством реологических констант (коэффициентов уравнений деформации и течения) — различных структурно-механических характеристик.

Свойства упругих изотропных тел (сливочное масло при отрицательных температурах, карамель, печенье, ядра орехов).Для них характерны следующие реологические константы: модуль сдвига — G (Па); модуль объемной упругости — E (Па); модуль Юнга, или модуль продольной упругости, — Е(Па); коэффициент Пуассона — m.

Свойства жидких и жидкообразных продуктов.Кжидкостям относятся такие вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига наблюдается течение, т. е. деформация с постоянной или переменной скоростью. Свойства жидкостей проявляются и у пластичных тел после повышения предела текучести. Отношение напряжения сдвига к скорости деформации является реологической константой жидкости и называется ньютоновской (динамической) вязкостью:

Для неньютоновских жидкостей (кисломолочные продукты: кефир, творог, творожные изделия, сметана и др.) вязкость — функция скорости сдвига, поэтому ее называют кажущейся или эффективной вязкостью (Па с).

Для характеристики жидкостей используют кривые течения — реограммы, которые представляют собой зависимость напряжения сдвига от скорости сдвиговой деформации в условиях простого сдвига.

Для ньютоновских и неньютоновских жидкостей применяют математические модели, которые достаточно точно описывают поведение в интересующей области напряжений, при этом модели неньютоновских жидкостей содержат по крайней мере две реологические характеристики материала.

Свойства твердообразных продуктов.Твердые тела в зависимости от упругости бывают гуковскими и негуковскими. Гуковское тело — это идеально упругое тело, состояние которого описывается уравнением Гука. После снятия нагрузки, отдавая накопленную энергию, гуковское тело без запаздывания возвращается в исходное состояние. Поведение негуковских тел не соответствует поведению идеально упругого тела. Для негуковского твердого тела с нелинейной упругостью полагают

При этом модуль сдвига является функцией деформации, что характерно, например, для пористых пенообразных пищевых продуктов, в частности, натуральных сыров, мороженого. По аналогии с неньютоновскими жидкостями вводят понятие эффективного модуля упругости Gэф.

Течение реальных твердых тел наблюдается после превышения критического напряжения - предела текучести. При дальнейшем нагружении достигается предел прочности, при превышении которого твердое тело разрушается. Это явление наблюдается в таких процессах, как дробление или резание, и поэтому имеет технологическое значение. Если разрушение происходит без существенного изменения формы — говорят о хрупком разрушении. Если разрушению предшествует значительное изменение формы — говорят о вязком разрушении.