Дослідження адгезії харчових мас

 

Мета роботи: дослідити процес адгезії під час проведення технологічних процесів виготовлення продуктів харчування. Вміти визначити і оцінити вплив властивостей продукту, напівфабрикатів і обладнання на процес адгезії

Матеріали і обладнання: борошно, ємності, дріжджі, кантор, секундомір, пластини виготовлені з різного матеріалу – ебонітові, металеві та керамічні.

 

Загальні теоретичні положення:

Різні процеси харчових виробництв пов’язані з контактною взаємодією харчового матеріалу з поверхнею робочих органів машин, пристроїв і апаратів (ємності, транспортери, трубопроводи, арматура тощо). Адгезія виникає на всіх стадіях технологічного процесу: при транспортуванні і переробці сировини, на проміжних стадіях, при пакуванні і зберіганні тощо.

При поверхневому контакті двох твердих тіл або рідини з твердими тілами виникає явище прилипання різних за структурою матеріалів, яке називають адгезією. Тобто адгезія характеризує зв'язок, що виникає між харчовими масами і поверхнями технологічного обладнання, від якого значною мірою залежить тривалість технологічного процесу, витрати енергії, сировини тощо. В залежності від властивостей харчових мас виникають різні види адгезії – адгезія пружно-пластичних, рідких та сипучих продуктів.

Адгезія сипучих харчових продуктів пов’язана з аутогезією, яка представляє собою зв'язок між однорідними за формою та природою часточками сипучого матеріалу. Адгезія сипучого матеріалу відбувається як між часточками, так і між шаром часточок і поверхнею.

При адгезії пружно-пластичних харчових мас спостерігаються супутні
явища, які характеризують об’ємні властивості харчових мас і суттєво впливають на процес адгезії. Об’ємні властивості, що характеризують зв'язок часточок у середині харчових мас, називають когезією. Співвідношення адгезії і когезії визначає умови видалення пружно-пластичних харчових мас під час порушення їх контакту з твердою поверхнею.

Коли переважають когезійні властивості, наприклад при видаленні тіста з ємностей, спостерігається розрив харчової маси і прилипання частини тіста до внутрішньої поверхні ємностей, до деталей технологічного обладнання і стрічок транспортерів. Змінити когезій ні властивості харчових мас можна за рахунок зміни рецептури та технологічних параметрів процесу тісто утворення. Коли переважають адгезії властивості, також відбуваються втрати сировини і зниження продуктивності технологічного обладнання. Тому на практиці приймаються певні міри для зниження адгезії харчових мас.

На формування адгезійного зв’язку між харчовими масами і поверхнею технологічного обладнання, яке виготовляється з різних матеріалів, вирішальний вплив мають реологічні властивості харчових мас, стан контактуючої поверхні обладнання, тривалість і напруга контакту, температура харчової маси і поверхні, спосіб і швидкість відриву.

Адгезія харчових мас представляє собою поверхневе явище, тому його можна корегувати за рахунок зміни характеристик як поверхні харчового продукту, так і поверхні матеріалу обладнання. Цього можна досягти шляхом:

- ослаблення адгезійної взаємодії між обладнанням і харчовою масою за рахунок застосовування антиадгезійних матеріалів і покриття (антиадгезійні
плівки);

- створення граничного проміжного шару шляхом нанесення твердого або рідиноподібного покриття на поверхню контакту (змащення олією або борошняною заваркою, посипання крохмалем або борошном тощо);

- зміна фізичного стану контактуючої поверхні (попереднє обдування повітрям або підсушування при заморожуванні);

- внесення в харчовий продукт добавок – поверхнево активних модифікаторів;

- зміна енергетичних рівнів дотичних поверхонь адгезіву та субстрату (створення в зоні контакту подвійного електричного шару шляхом накладання постійного електричного поля).

Для зниження адгезії харчових мас у промисловості широко використовуються різні полімерні матеріали, покриття, напилювання, облицювання, внаслідок чого зменшуються адгезійні властивості, зростає ефективність технологічних процесів і підвищується якість виробів. Застосування полімерних матеріалів на харчових підприємствах знижує прилипання харчової маси, зменшує витрати часу на обслуговування обладнання, поліпшує зовнішній вигляд виробів.

Прилади і методи, які застосовуються для вимірювання адгезії засновані на руйнуванні адгезійного контакту між харчовими масами і поверхнею обладнання шляхом прикладення зовнішнього зусилля. За способом прикладення зусилля розрізняють методи відриву (рівномірного і нерівномірного) і зсуву. Відрив контактуючих тіл в залежності від їхньої природи і технологічних умов може відбуватися по межі контакту (адгезійний), по харчовій масі (когезійний) і змішаний (адгезійно-когезійний).

При адгезійному відриві порушуються зовнішні зв’язки між контактуючою поверхнею і продуктом і характеризують енергію вільної поверхні. При когезійному відриві порушуються внутрішні зв’язки у самому продукті, які залежать від енергії взаємодії між елементами структури продукту в умовах об’ємного напруженого стану.

Характеристикою адгезії служить сила відриву – Р (кг), віднесена до площі контактуючої поверхні – S (м²). ЇЇ називають адгезійною міцністю, адгезійною напругою – Т (кг/м²).

Адгезійну міцність визначають за залежністю:

Т = Р/S

де Т – адгезій на міцність, кг/м²;

Р – зусилля відриву, кг;

S – площа контакту харчової маси з поверхнею, м².

 

Методика виконання роботи:

Для виконання роботи з пшеничного борошна готуються два види тіста опарним і безопарним способом. Отримані харчові маси з певною вологістю і температурою поміщається у ємність. Пластину опускають на поверхню дослідної харчової маси. Через певний проміжок часу пластину за допомогою кантору підіймають вертикально вверх до відриву пластини від харчової маси, фіксуючи при цьому прикладене зусилля для відриву пластини від дослідної харчової маси.

Робота проводить з безопарним та опарним тістом з пластинами виготовленими з різного матеріалу, змінюючи вологість, температуру та тривалість контакту харчових мас з пластинами. Швидкість відриву пластин від дослідних харчових мас зберігають постійною. За отриманими даними проводять розрахунки адгезійної міцності. Результати розрахунків вносяться до таблиць.

Таблиця 1

Вплив вологості на адгезійну міцність

	Ебоніт	Сталь	Кераміка
Безопарне тісто
Опарне тісто

 

Таблиця 2

Вплив температури на адгезійну міцність

	Ебоніт	Сталь	Кераміка
Безопарне тісто
Опарне тісто

Таблиця 3

Вплив тривалості контакту на адгезійну міцність

	Ебоніт	Сталь	Кераміка
Безопарне тісто
Опарне тісто

 

За отриманими даними будуються графіки і робляться висновки.

 

Звіт про лабораторну роботу:

Протокол повинен містити вступ, короткий огляд літератури, мету дослідження, методику проведення роботи, результати дослідів у вигляді таблиць і графіків. Наприкінці робиться короткий висновок відносно впливу технологічних факторів на адгезійні властивості харчових мас при використані різних матеріалів пластин і тривалості взаємодії пластини з матеріалом.

Питання для самоконтролю:

1. Що таке адгезія, когезія, аутогезія? В чому їх різниця?

2. В чому полягає специфіка адгезії пружно-пластичних харчових мас?

3. Які особливості адгезії сипучих харчових продуктів?

4. В чому різниця між адгезією і когезією харчових мас?

5. Які наслідки адгезії харчових мас?

6. Яким чином можна впливати на адгезійну міцність?

7. Як впливають технологічні фактори на адгезійну міцність?

 

Література:

1. Кравченко М.Ф. Теоретичні основи харчових технологій: навч. посіб. / М.Ф. Кравченко, А.В. Антоненко. –К.: Київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2011. –516 с.

2. Пивоваров П.П. Теоретичні основи харчових технологій: навч. посіб./ П.П. Пивоваров. – Х.: ДУХТ, 2010. – 410 с.

3. Плахотін В.Я. Теоретичні основи технологій харчових виробництв: навч. посіб./ В.Я. Плахотін, Г.П. Хоміч. – К.: Центр навч. літ., 2006. – 640 с.

Лабораторна робота № 4