Лекции по дисциплине «Технология мяса и мясных продуктов»

   К основным  компрессионным (объемным) свойствам  относятся модуль упругости (Е, Па), равновесный модуль (Е , Па), период релаксации деформации при постоянном напряжении( )относительная деформация ( ). Эти параметры необходимы для расчета процессов шприцевания, формования, дозирования и течения по турбопроводным пластично-вязких продуктов. Объемные свойства можно также использовать для оценки качество пластично-вязких (фарши) и упруго - эластичных (колбасные изделия) продуктов.

   Особе место  среди структурно-механических характеристики занемеют поверхностные свойства (адгезия, коэффициент внешнего трения и др.). Они характеризует усилие при взаимодействии между поверхностями контакта при нормальном отрыве или сдвиге. Для пищевых материалов различают три основных вида отрыва: адгезионный, когезионный и адгезионно-когезионный, или так называемый смешанный отрыв. Наиболее часто в адгезионный реализуется схема нормального отрыва от поверхностей исследуемого продукта. Для большинства мясных продуктов природа адгезии не выяснена, хотя существует несколько гипотез для объединения физико-химической сущности адгезионных явлений: адсорбционная теория Дебройа и Мак Лорена, электрическая теория Б. В. Дерягинаа и Н.А. Кратовой, электромагнитная теория, электрорелакционная теория  Н. М. Москвитина  диффузионная теория С.С Воюцкого и Б.В.Дерягина и др.

   Коэффициент внешнего  трения в отличие от вязкости  и предельного напряжения сдвига  представляет собой комплексную  величину и, по – видимому его нельзя отнести к конкретным физическим свойствам продукта.

Поверхностные характеристики необходимы для выбора и разработки новых видов, контактирующих   материалов с продуктом для оборудования, тары, трубопроводов и т. д. Поверхности которых должны обладать малой адгезией и минимальным сопротивлением при движении продукта. Кроме того, величины поверхностных свойств частично могут характеризовать консистенцию продукта.

 Мясо и мясопродукты  сложны по химическому составу  и обладают комплексом различных  свойств, составляющих в совокупности  качество продукции, при этом структурно – механические свойства занимают ведущее место. Знание этих свойств, установление их зависимости от различных факторов приобретают больше практическое значение для получения объективной информации о состоянии продукта на различных стадиях обработки. Такая информация нужна также при разработке новых технологий и методов управления и контроля за технологическими процессами, при проектировании машин и аппаратов. Таким образом, структурно – механические свойства нужны для определения и контроля с точки зрения качества продукта структурно – механических характеристик; разработки технологий, обеспечивающих получение дисперсных систем с заранее заданными свойствами; разработки научно обоснованных методов расчета машин и аппаратов с учетом особенностей обрабатываемого продукта; создания автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами.

Структурно – механические свойства отражают внутреннее строение (структур) и состав вещества. Наиболее полно они характеризуют структуру, которая может быть коагуляционной и конденсационно – кристаллизационной. Для мясопродуктов наиболее распространен коагуляционный тип структуры, которая является следствием взаимодействия между частицами вещества на основе сил Ван- дер- Ваальса через дисперсионную среду.

Структурам такого типа присуща тиксотропия, т. е. способность восстанавливать свои свойства после снятия напряжения или даже после разрушения. Очевидно, что структурно – механические свойства коагуляционных систем значительно зависят от содержания воды, Для технологии представляется важной зависимость структурно – механических свойства от изменения размеров частиц, например при измельчении мяса в процессе приготовления колбасного фарша.

 При обезвоживании коагуляционные структуры могут переходить в конденсационно – кристаллизационные, которые характеризуются большой прочностью, необратимостью характера разрушения, отсутствием тексотропности.

Электрофизические свойства.

Мясо и мясопродукты с точки  зрения поведения их в электромагнитном и акустическом полях представляют собой гетерогенные смеси, содержащие воду. Такие компоненты, как белки, жиры, углеводы, вода, по существующей классификации можно отнести к разряду диэлектриков с потерями, а водные растворы солей—электролиты—к разряду проводников.

Электрические и магнитные поля являются векторными величинами и характеризуют  электромагнитной напряженностью Е  и Н. Электрические и магнитные  поля взаимосвязаны и могут превращаться одно в другое. Для реальной среды  связь векторов поля можно описать системой уравнений

В = μ Н ;  D = ; .

Где — магнитная индукция; μ—магнитная проницаемость; D — электрическая индукция; — абсолютная диэлектрическая проницаемость; δ —плотность тока проводимости; x—проводимость;

Диэлектрические свойства материала могут быть описаны  с помощью комплексной диэлектрической  проницаемости  . Действительная часть называется диэлектрической проницаемостью, мнимая часть - фактором потерь и является мерой того, сколько энергии материал может рассеять в виде тепла. Тангенс угла потерь tg δ= определяет отношение энергии, расходуемой на нагрев, к энергии, запасенной за период электромагнитных колебаний. Зависимость диэлектрических свойств от частоты представляется очень важной. Диэлектрическая проницаемость и удельное сопротивление мыщечной ткани зависит от частоты. Существуют три области дисперсии электрофизических свойств: α(низкие частоты), β(радиочастоты),γ(сверхвысокие частоты). Такой вид дисперсии характерен для большинства пищевых продуктов, содержащих значительное количество воды.

Внутри каждой области  возможны довольно значительные вариации, которые обусловлены химическим составом, структурой и др. При рассмотрении этих позиций мясо с некоторым упрощением можно считать двухфазной системой: оболочка клетки и ее содержимое. Если первая фаза приближается по своим свойствам к диэлектрикам, то вторая — типичный электролит с ионным характером проводимости, причем первая фаза устойчива в живом организме и после убоя животного разрушается, а вторая фаза относительно стабильна. В связи с этим при микроскопическом рассмотрении электрофизические свойства мяса в постоянной системе координат имеют разрывы в своих значениях, совпадающие с границей раздела фаз. Наличие ионной проводимости существенно изменяет частотные характеристики, причем оказывается, что ионная проводимость играет большую роль,  чем релаксационные   явления. На практике диэлектрические потери нельзя отделить от потерь проводимости.

 Как видно, водные растворы белков имеют в основном две области дисперсии; первая ( Гц) относится к молекулам белков, вторая (примерно 2* Гц) — к молекулам воды. В настоящее время не существует удовлетворительной теоретической трактовки частотной зависимости диэлектрических свойств воды.

Дисперсия для трех видов  белков — гемоглобина, яичного и сывороточного альбумина — лежит в интервале .Аминокислоты и пептиды имеют дисперсию в области . Эти данные показывают, что некоторые молекулы биологического происхождения взаимодействуют с электромагнитными полями на СВЧ примерно в области .

Фазовые переходы оказывают  большое влияние на  электрофизические  свойства продукта. Так, при переходе воды (при понижении температуры) из жидкого состояния в твердое тело — лед имеют место скачкообразные изменения свойств (табл. 3.)

Из табл. 3 видно, что, несмотря на то что концентрация уменьшилась в раз, электропроводность (при С) изменилась незначительно. Это объясняется резким увеличением подвижности ионов водорода в твердой фазе.

Обезвоживание компонентов  мяса и мясопродуктов характеризуется  высокими  значениями , так как отдельные молекулы не имеют свободного вращения и вклад переноса ионов незначителен. Удельное сопротивления обезвоженных компонентов велико. Численные значения удельного сопротивления обезвоженных белков и полипептидов (в Ом * м) представлены ниже.

Таблица 3

 

Свойства	Жидкость	Лед
Концентрация ионов  Н:
Удельная электропроводность
Подвижность ионов Н.
Скорость реакции
Коэффициент диффузии молекул

 

 

     

 

 

    Тромбины                                        

Фибриноген   

Альбумин плазмы крупного рогатого скота  

Эластин   

Коллаген   

Желатин   

Гемоглобин

Нативный     

Денатурированный     

Глобин     

 

Для животных тканей в  области низких частот  (α–дисперсия) превалирует ионная проводимость.  Низкочастотные токи могут протекать только во внеклеточной среде, что и обусловливает низкую удельную проводимость тканей. Жировые ткани сами по себе обладают низкой удельной проводимостью,  а содержание в них электролитов весьма мало.

Характер γ–дисперсии  при частотах выше 1 Г Гц удовлетворительно объясняется полярными свойствами молекул воды. Характер дисперсии для жировых тканей практически не зависит от частоты в диапазоне выше 1000 М Гц, тогда как у тканей, состоящих из жировых клеток, окруженных электролитической средой, наблюдается  дисперсия.

Численные значения электрофизических  характеристик могут несколько  различаться. Наиболее полно электрофизические  характеристики мяса и мясопродуктов  исследованы для СВЧ - диапазона.

Оптические  свойства.

 

Мясо и мясопродукты характеризуют сложностью микроструктуры и большой оптической плотностью. Поглощение и рассеивание излучения в этом случае определяют в основном четырьмя процессами: резонансным поглощением излучения молекулами структурной и связанной влаги; рассеиванием излучения, обусловленным флуктуациями плотности вещества, а также рассеиванием излучения на взвешенных коллоидных частицах, клетках, частицах пигментов и пр.; рассеиванием на оптических неоднородностях – капиллярах, порах.

Для технологических  целей наиболее часто используют терморадиационные характеристики мяса и мясопродуктов. Для произвольного интегрального потока излучения падающего на вещество, справедливо равенство

где –поглощенный лучистый поток; —отраженный лучистый поток; —пропущенный продуктом лучистый поток.

После преобразований

А+R+T=1

Где А= поглощательная способность; —отражательная способность; —пропускательная способность.

Часто эти величины называют соответственно коэффициентами поглощения, отражения, пропускания.

Для практического использования  представляет интерес глубина проникновения  излучения в продукт, которая является обратной величиной коэффициента поглощения. Закон Бугера устанавливает зависимость ослабления интенсивности излучения при проникновении его в вещество:

где и — соответственно интенсивности потока излучения начальная и на глубине x.

  Таким образом, глубина проникновения  показывает толщину материала,  после прохождения которой интенсивность  излучения уменьшивается в е=2,72 раза

Оптические характеристики могут  быть спектральными и  интегральными. В первом случае они характеризуют явления при определенной лине волны  длине волны излучения λ, во втором— для длин волн λ=0 . Для аналитических целей используют спектральные характеристики, для инженерной практики (для инфракрасного нагрева) интегральные характеристики.

Как и все физические характеристики, оптические свойства воды характерно значительное поглощение и небольшое  рассеивание излучения по всему  И К — спектру, что является следствием энергии и формы связи влаги с материалом. Большое значение имеет также фазовое состояние воды. Оптические характеристики зависят и от длины волны излучения.

В спектрах отражения различных  мясопродуктов отчетливо виден селективный характер. Наибольшие значения отражательной способности соответствуют ближней части  И К —спектра. Большое  значения для практики имеет пропускательная и отражательная способность мяса и мясопродуктов для интегрального потока  И К - излучения.

Акустические свойства.

 

Основными характеристиками акустического поля являются частоты колебаний, скорость звука, амплитуда, волновое и удельное акустическое сопротивление среды, звуковое давление, интенсивность звука.

Относительно хорошо (в зависимости от частоты звука и вязкости среды) ультразвук распространяется в жидкостях, а еще лучше в твердых телах.

Удельное акустическое сопротивление  является важным параметром — характеризует  свойства среды по отношению к  проходящей через нее на волне

Ρέ=

Где ρ—плотность среды, ; έ —скорость звука, ; ρ—звуковое давление М па; u—колебательная скорость, .

Энергия звуковых колебаний, проходящая нормально к поверхности  продукта через единицу площади  за одну секунду, является интенсивностью звука.

I=

Интенсивность оценивают по отношению  к величине предела слышимости человеческого  уха, т. е. Определяют силу звука (в дБ).

1дБ=10

Где —предел слышимости,

 

Убывание интенсивности звука  с расстоянием описывается уравнением

Где —интенсивность звука на расстоянии х при начальной интенсивности ; α—коэффициент поглощения, .

1Нп = ln ( =  ln2.718.  Для пересчета величины  в