3.4 Регулирование реологических характеристик сбивного бездрожжевоготеста

Наиболее адекватное описание вязкого течения теста обеспечивает уравнение Оствальда - де - Виля:

где а - касательное напряжение сдвига, Па;

.1

у - скорость сдвига, с ;

п - индекс течения;

со и уо - некоторые константы, соответствующие конкретным условиям проведения эксперимента.

Тесто представляет собой довольно сложный конгломерат, состоящий из различных молекул и разных связей между ними.

Целью исследований было - определение эффективной вязкости сбивного бездрожжевого теста в зависимости от давления сбивания (р), скорости вращения месильного органа (v) и влажности полуфабриката (w) при различ-ных скоростях сдвига.

Определение численных параметров реологических свойств связано с необходимостью объективного технологического контроля производства. Существенное отклонение от принятых норм скажется на проведении технологического процесса тестоприготовления, а так же на качестве готового из-делия.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

рассчитать темп разрушения структуры (п-1) для сбивного бездрожжевого теста, в зависимости от давления сбивания, скорости вращения месильного органа и влажности полуфабриката;

установить аналитическую зависимость и получить математические модели изменения эффективной вязкости теста от давления сбивания, скорости вращения месильного органа и влажности сбивного бездрожжевого теста.

Изучали касательное напряжение сдвига и эффективной вязкость теста из муки пшеничной первого сорта влажностью 50 -56 %, полученного путем сбивания муки, соли поваренной пищевой, воды при скорости вращения месильного органа 11,6-15 с1 и давлении 0,30-0,38 МПа.

Получили зависимости касательного напряжения сдвига (т) от скорости сдвига при разной влажности теста, давлении и скорости вращения месильного органа (рис. 11,12,13). Прологарифмировав данные значения получили спрямленные прямые исследуемых зависимостей, что подтверждает применимость закона Оствальда - де - Виля для наших условий (рис. 14,15,16).

Эффективная вязкость псевдопластических жидкостей описывается уравнением /63/:

Л = а/у (35)

Разделив обе части уравнения (35) на yfyo, получили:

/И По

(36) Изучая влияние исследуемых параметров на эффективную вязкость сбивного бездрожжевого теста, получили следующие уравнения: (38)

Го У

(37)

±= Щ

7о

_7_ = По

(39)

(«-!)„+*, v

h Получение численных характеристик реологического поведения теста: трансформированного индекса течения, коэффициентов уравнения при 450

1000 -

-t

0123456789 10

7, с

01 23456789 10 •1

Г» с

2500

2000

1500

ев С

500

0123456789 10 Y.c- Рис.11 Кривые течения при разной влажности теста, %: 1-50; 2-52; 3-54; 4-56.

Рис.12 Кривые течения при разном

давлении сбивания теста, МПа: 1-0,3; 2-0,32; 3-0,34 ; 4-0,36; 5-0,38.

Рис.13 Кривые течения при разной скорости вращения месильного

органа, с"1: 1-11,7; 2-12,5; 3-13,3; 4-14,2; 5-15.

In у

Рис.14 Зависимость натурального логарифма напряжения сдвига от натурального логарифма скорости сдвига при разной влажности теста, %: 1-50; 2-52; 3-54; 4-56

In 7

Рис.15 Зависимость натурального логарифма напряжения сдвига от на турального логарифма скорости сдвига при разном давлении сбивания теста, МПа: 1-0,3; 2-0,32; 3-0,34; 4-0,36; 5-0,38. т—н

1 I 7

6 |

' \

T - | 5

< j

^^ i i Г/ 1

i '-- 1 -3 — -2- 1 ; i i

У! i — ! i

i

i i j

• ill -2-10 12 3 4 In 7

Рис.

Изучали эффективную вязкость сбивного теста влажностью 56 %, по-лученного при разном давлении сбивания (0,3 - 0,38 МПа) и скорости вращения месильного органа (133 с"'), при разных скоростях сдвига (0,333-9,0 с"1).

По экспериментальным данным построили кривые течения, анализ которых показал, что с увеличением давления сбивного бездрожжевого теста и скорости сдвига эффективная вязкость теста уменьшалась (рис. 17).

Во время сбивания под действием давления сжатого воздуха происходит разрыв связей между молекулами компонентов теста. Молекулярно - кинетические явления, наблюдающиеся при деформации, переходят в возбужденное состояние и в тесте начинается «лавинообразный» процесс образования связей между молекулами компонентов теста. Это явление характерно для малых скоростей сдвига. С увеличением скорости деформации происходит разрыв связей с большей скоростью, что подтверждает уменьшение значений эффективной вязкости.

Для определения темпа разрушения структуры (п-1) построили зависимость 1пг) от lny для разного давления сбивания (рис. 18). Из серии прямых пересекающихся в одной точке, по тангенсу угла наклона которых определили темп разрушения структуры (п-1), зависящий от д авления сбивания (рис. 19):

(п-1)р=-0,2125Р + 0,5075 (40)

Исследуя графические зависимости 1пг| от lny (рис. 18), находим точки пересечения спрямленных кривых с осью ординат lny (т|0). Построив зависимость т|о от давления сбивания, получили уравнение описываемое прямую на рис. 26:

Лор =64,7-р-120,9 (41)

С учетом (40) уравнение (38) принимает вид: ' 1 1 : i • . 1 ! ' ! \ • 1 ! ' : ! : Д 1 \\ ! { ' ! • W I 1 1 : i

~ *i i i ' ! I \

* VW |

Л \ V* \ i

i i i • Л\\Ч"

\ у \ • X. .. " 'i ^^Jl 1 i .. ! t

I ; ^^ z 3

' 1 f-^ 4 ! i ! j ; 5: i ; i 1 i * -i

у, с

0,35 " 0,3

0,25

~ " 0,2 с

0,15 ' 0,1 -0,05 0

сг с

Рис.

0123456789 10

Рис. 17 Изменение вязкости теста

в зависимости от давления сбивания, МПа: 1 - 0,3; 2 - 0,32; 3-0,34; 4-0,36 при разных скоростях сдвига

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 Р, МПа

Рис. 19 Изменение темпа разрушения структуры (п-1) в зависимости от давления сбивания п

(42)

Исследовав влияние скорости вращения месильного органа на эффективную вязкость теста, влажностью 56 %, полученного при давлении 035 МПа, при разной скорости сдвига (рис. 20). Прологарифмировав и получив зависимость Inr| от In f (рис. 21), получили серию прямых, пересекающихся в одной точке. Определив тангенс угла наклона прямых, получили темп разрушения структуры (п-1), зависящий от скорости вращения месильного органа (рис. 22).

(n-1 )v=0,37-0,0480v (43)

Исследуя графические зависимости на рис. 21, нашли точки пересечения (г|0) спрямленных кривых с осью ординат. Построив зависимость % от скорости вращения месильного органа, получили уравнение прямой рис. 27.

1^=17,43^-140 (44)

С учетом (43) уравнение (39) принимает вид:

П _

т (45)

fo

Изучали эффективную вязкость теста в зависимости от его влажности 50-56 %, полученного при скорости вращения месильного органа 13,2 с"1 и давления сбивания 0,35 МПа, при разных скоростях сдвига.

Анализ кривых течения показал, что с увеличением влажности сбивного бездрожжевого теста и скорости сдвига эффективная вязкость полуфабриката уменьшалась (рис. 23).

Для определения темпа разрушения структуры (п-1) построили зависи- «

мость 1пг| от Iny. Из серии прямых (рис. 24), пересекающихся в одной точке, по тангенсу угла наклона которых определили (п-1), зависящий от влажности теста (рис. 25):

(n-l)w = - 3,061 + 0,0479- (46)

0,4 0,35

0,3 .0,25

0,2 "0,15 - 0,1 " 0,05

р" с

О 1 2 3 4.

Рис.20 Изменение вязкости теста в зависимости от

скорости вращения

-1.

месильного органа, с : 1 — 11,7; 2- 12,5; 3-13,3; 4 - 14,2; 5-15, при разных

I

: 6-

-2 -1 0

1 2 lny

Рис. 21 Зависимость lnrj теста

от lny, в зависимости от

скорости вращения месильного

органа, с"':1 - 11,7; 2 - 12,5; 3 - 13,3; 4 - 14,2; 5-15

I-

I i

10 И 12 13 14 15 16 v, с*'

Рис. 22 Изменение темпа разрушения структуры (п-1) в зависимости от скорости вращения месильного органа W,%

• -1 1 %

у у с In у

Рис.23 Изменение вязкости теста в зависимости от его влажности, %, 1 - 50; 2 - 52;

3 - 54; 4 — 56 при разных скоростях сдвига

Рис. 25 Изменение темпа разрушения структуры (п-1) в зависимости от влажности теста

Рис. 24 Зависимость 1пт| теста разной влажности, %: 1 - 50 ; 2 - 52; 3 -54; 4 - 56 от In у

По точкам пересечения (т)0) спрямленных кривых с осью ординат (рис. 24), построили зависимость г|0 от влажности (рис. 28), которое описывается урав-нением:

now =-I38W +7894 (47)

С учетом (46) уравнение (37) принимает вид:

-3,061 +0.0479И'

7

(48) Уо

Vow Правильность полученных коэффициентов подтвердили обратными расчетами от конечных формул к экспериментальным результатам.

Механизм формирования вязкости, по-видимому, сводится к разрыву какого-то количества связей между компонентами теста и их восстановлением в течение времени. Механизм формирования связей можно описать уравнением распада ядер атомов:

N = Ы0-едт (49)

В нашем случае N - не число распавшихся ядер, а число вновь образованных связей, а Т - время периода образования половины новых связей. В связи с общей картиной механизма вязкости и, анализируя полученные ре-зультаты, можно сказать, что в условиях нашего эксперимента вязкость является функцией четырех аргументов:

n = %>P,v,w) (50)

Особую роль играет у - скорость сдвига.

Параметр - темп разрушения структуры (п-1), не зависит от универсального аргумента у, но зависит от других показателей - р, v, w. Это дока- зывает то, что механизм влияния у на вязкость отличается от механизма воздействия на вязкость таких параметров, как давление, скорость вращения и влажность теста. Такое положение вполне объяснимо, так как влияние скоро 0

200

400

с ST

о

tr

600

800

1000

1 7

. ..1

140 120 100 80 60 40 20 0

1200

140 120 100 80 60 40 20 0

0,28 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 Р, МПА

Рис. 26 Зависимость параметра т]0 от давления сбивания 10 11 12 13. 14 15 16 v,c

Рис. 27 Зависимость параметра г|0 от скорости вращения месильного органа 48 50 52 54 56 58 W,%

Рис. 28 Зависимость параметра т]0 влажности теста сти напряжения сдвига фактически сводится к предоставлению все большего времени (при уменьшении у) для вероятностных процессов восстановления межмолекулярных связей между компонентами теста.

Таким образом, предложена методика расчета, которая позволяет определить эффективную вязкость в зависимости от влажности теста, давления и скорости вращения месильного органа.

9.SI-4.2IP

7»Р

0.37-0.04SV

-3,061+0,0479*

П ^Ои» Полученные аналитические зависимости позволяют прогнозировать и регулировать эффективную вязкость сбивного бездрожжевого теста в зависимости от параметров, влияющих на процесс сбивания, а также могут быть учтены при расчетах оборудования для приготовления сбивного бездрожжевого полуфабриката.