Для обеспечения соответствующего качества конечной продукции необходимо при проектировании установок для переработки пищевого сырья принимать во внимание целый ряд важных факторов. Одним из них, безусловно, является реологический аспект поведения сырья и продукции.
В частности, в молочной промышленности имеются продукты, приготавливаемые из сливок и сквашенного молока, характеристики которых могут оказаться в той или иной мере ухудшенными, если не будет в достаточной степени изучена текучесть указанных продуктов.
Основные понятия реологии
Реология – наука о деформации и течении различных тел, исследующая соотношения между действующим на тело напряжением и обусловленной этим действием деформацией. Термин происходит от греческого слова «rheos» – течение. Реология применима к веществам и материалам, находящимся в любом физическом состоянии – от газообразного до твердого.
Наука о реологии молодая – ей всего около 70 лет. Однако ее история является очень древней. В Книге судей в Ветхом Завете пророчица Девора провозглашает: «Горы текли перед Всевышним…» В переводе на язык реологии по профессору Рейнеру это выражение означает, что все способно к течению, если только вы готовы ждать этого достаточно долго, что в свою очередь, безусловно, применимо к реологии. То же было провозглашено и древнегреческим философом Гераклитом как panta rei» – все течет. Основателем же реологии как науки в середине 20-х годов начала века был профессор Рейнер вместе с профессором Бингамом
Реология находит свое применение в пищевой науке для определения консистенции различных продуктов. Реологически консистенция характеризуется двумя понятиями – вязкостью («густотой», отсутствием скольжения) и эластичностью («слипаемостью», структурообразованием). Поэтому на практике реология означает измерение вязкости, описание поведения потока и определение структуры материалов. Основные знания по этим вопросам необходимы в технологии получения пищевых продуктов с улучшенными качествами.
К основным реологическим свойствам материалов относятся: вязкость, упругость, пластичность и прочность.
Одним из характеристических показателей материала является его время релаксации, т.е время, необходимое для снятия внутренних напряжений в материалах и веществах за счет их текучести. Типовыми значениями этого времени для различных веществ являются:
| Газы Жидкости Твердые вещества | < 10-6 10-6 - 102 > 102 | Секунд Секунд Секунд |
Другой способ реологического описания материалов и веществ находит свое отражение в терминах «вязкий», «упругий» и «упруго-вязкий». Газы и жидкости обычно описываются как вязкие текучие среды. Идеальная вязкая текучая среда не способна запасать какую-либо энергию деформации. И потому эта среда при приложении к ней напряжений подвергается необратимым деформациям; она течет, а энергия деформации в этом случае рассеивается в виде теплоты, вызывая повышение температуры.
С другой стороны, твердые вещества в их нормальном состоянии описываются в качестве упругих тел. Идеальный упругий материал запасает всю энергию деформации с последующим полным выделением ее при снятии напряжений. В силу вышеизложенного, вязкую текучую среду можно охарактеризовать, скорее, как среду, которая сопротивляется деформационному действию, а не деформационному состоянию, в то время как упругий материал сопротивляется и деформационному действию, и состоянию, вызываемому этим действием.
Ряд материалов проявляет как вязкие, так и упругие свойства, т.е. они запасают некоторую часть энергии деформации в своей структуре при потере другой ее части за счет текучести. Эти материалы называются упруго-вязкими, и именно они широко распространены среди пищевых продуктов.
Сдвиг
В реологии сдвиг является ключом к пониманию структуры и процесса течения.
Виды сдвига (рис): при течении между параллельными плоскостями (а); ротационном течении между двумя коаксильными цилиндрами, когда один из них неподвижен, а другой вращается (б); телескопическом течении между капиллярами и трубками (в) и торсионном течении между параллельными пластинами (г).
 | |||||||
 |  |  | |||||
| а б в г |
Под напряжением сдвига понимают сопротивление тела действию касательной составляющей приложенной силы. Напряжение сдвига равно отношению этой силы к поверхности сдвига. Минимальная сила, необходимая для осуществления сдвига (перемещение слоев на площади сдвига), определяется величиной предельного напряжения сдвига.
Напряжение сдвига определяют следующим образом:
sух= F/A
F – сила, Н
А – площадь, м2
Коэффициент сдвига имеет следующий вид:
Условная вязкость текучей среды имеет вид:
ha = s/g .
Наиболее важной величиной, определяющей различное состояние вещества, является вязкость (внутреннее трение) – мера сопротивления течению, равная отношению напряжения сдвига к скорости сдвига. Величина, обратная вязкости, называется текучестью. Вязкость зависит от температуры, давления, влажности или жирности, концентрации, степени дисперсности и т.п.
Различают вязкость эффективную и пластическую.
Эффективная вязкость является величиной отношения напряжения сдвига к скорости сдвига. Пластическая вязкость характеризует тела, которые деформируются при напряжениях, превышающих некоторый предел (предельное напряжение).
Пластичность - способность тела к формоизменению или течению, вызываемым остаточными или необратимыми деформациями.
Прочность – способность тела сопротивляться формоизменению под действием внешних сил.
Упругие свойства определяются предельным напряжением сдвига и другими механическими характеристиками.
Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться под воздействием постоянной нагрузки.
Тиксотропия – способность некоторых дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать структуру, разрушенную механическим воздействием.
Под адгезией понимают силу прилипания, которая возникает при контакте поверхностей различных по структуре материалов.
