Реологические свойства мясного фарша

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология пищевых производств»

Семестровая работа

по дисциплине: «Инженерная реология»

на тему: «Реологические свойства мясного фарша»

Волгоград 2010

Содержание

Введение

1. Реологические свойства мясного фарша

1.1 Реологические свойства в области практически неразрушенных структур (и<и0

1.2 Реологические свойства от начала течения до предельного разрушения структуры (и>и0)

2. Влияние технологических факторов на реологические свойства фарша

2.1 Продолжительность выдержки

2.2 Влажность

2.3 Температура

2.4 Степень измельчения

3 Влияние добавок на реологические свойства фарша

3.1 Пищевые волокна

3.2 Гидролизат мясокостного остатка

3.3 Гуммиарабик

3.4 Альгинат натрия

Заключение

Список используемых источников

Введение

Мясной фарш, с точки зрения реологии, обладает вязкопластичной структурой и обладает всеми, присущими вязкопластичным структурам, свойствами. Качество мясного фарша напрямую зависит от его реологических характеристик, поэтому вопросы, прорабатываемые в данной семестровой работе, являются своевременными и актуальными и в настоящее время.

Цель работы заключается в рассмотрении основных реологических характеристик фарша, влияния технологических факторов и различных добавок на реологические свойства, используемых в рецептуре при производстве колбасных изделий. К основным задачам относится проработка литературного материала, на основе которого необходимо представить реологические свойства мясного фарша, а так же выявление зависимости этих свойств от влияния добавок.

1. Реологические свойства мясного фарша

Мясные фарши характеризуются предельным напряжением сдвига и0, поэтому их свойства рассматривают обычно в области напряжений (и), меньших предельного (и<и0), и в области напряжений, превышающих предельное (и > и0).

Свойства этих систем измеряют на ротационных и капиллярных вискозиметрах. Поведение этих систем описывается различными реологическими параметрами, которые определяются выбранной математической моделью тела и ее соответствием реальным условиям течения.

1.1 Реологические свойства в области практически неразрушенных

структур (и<и0).

Деформационное поведение продукта при напряжениях, меньших предельного напряжения сдвига, обычно характеризуют кинетическими кривыми деформации в соответствие с рисунком 1.

В первый малый промежуток времени действия напряжения (0,5...1 с) на продукт, возникает истинно упругая условно-мгновенная деформация г0, которая подчиняется закону Гука и полностью исчезает после его снятия.

При увеличении напряжения наблюдается процесс упругого последействия (г0+г), который после снятия напряжения сопровождается мгновенным уменьшением деформации на величину г0, а затем постепенным ее уменьшением до постоянного значения г. Переход от упругих деформаций к процессу упругого последействия наблюдается при напряжениях, превышающих предел упругости, лежащей в интервале 100...150 Па. При дальнейшем увеличении напряжения наблюдается остаточная деформация гз, когда наблюдается ползучесть. При напряжении, близком к пределу текучести, происходит частичное разрушение структуры и начинается пластично-вязкое течение с малым градиентом скорости. Оно характеризуется наибольшей эффективной вязкостью [1,2].

Рисунок 1 - Кинетика деформаций фарша при действии постоянного напряжения сдвига:

1 - нагрузка; 2 - разгрузка; 3,4 - прямые стабилизации нагрузки и разгрузки.

Диаграмма кинетики деформации складывается из двух кривых: нагрузки (действия постоянного напряжения сдвига и) - кривая 1 и разгрузки (деформации после снятия нагрузки) - кривая 2. Момент снятия нагрузки устанавливают после появления прямолинейного участка на ее кривой (прямая 3). На диаграмме полное развитие деформации гт к моменту снятия нагрузки выражает уравнение

,(1)

где - деформация, спадающая самопроизвольно после разгрузки (упругая деформация);

- остаточная деформация, не исчезающая после разгрузки;

- условно-мгновенная истинно упругая деформация, спадающая за 0,5...1 с;

- деформация упругого последействия (эластическая).

Остаточная деформация , которая образуется после разгрузки, не исчезает во времени. После выхода на прямолинейный участок (прямой) разгрузки наблюдается ползучесть. Деформация упругого последействия, или замедленно развивающаяся (эластическая), является обратимой. Обусловлена она структурой реальных тел [1,2].

1.2 Реологические свойства от начала течения до предельного

разрушения структуры (и>и0)

Деформационное поведение мясного фарша при и>и0 характеризуют эффективной, пластической вязкостью, предельным напряжением сдвига и пределом текучести. Поскольку эти свойства определяются в широком диапазоне градиента скорости и напряжения сдвига, они необходимы для расчета течения продуктов в рабочих органах машин и аппаратов. Кроме этого сдвиговые свойства более глубоко характеризуют внутреннюю сущность объекта по сравнению с поверхностными.

Эффективная вязкость - это итоговая переменная характеристика, которая описывает равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке и зависит от изменений градиента скорости и напряжения сдвига.

,(2)

где - коэффициент эффективной вязкости, при фиксированном градиенте скорости, равном 1;

- темп разрушения структуры;

- безразмерный градиент скорости.

Течение «степенной» псевдопластичной жидкости (и0=0, n<1) показано на рисунке 2a, бингамовского тела (и0>1, n = 1) - на рисунке 2б.

Переменную эффективную вязкость определяют через тангенс угла наклона линий 1,2,3, рисунок 2 б:

,(3)

По аналогии с можно определить постоянную пластическую вязкость для кривой 4 рисунок 2 а [1,2]:

,(4)

Отрезок , отсекаемый на оси абсцисс линией 5, представляет собой динамическое предельное напряжение сдвига. Действительная кривая течения 4 (рисунок 2 а) иногда может быть аппроксимирована линейной бингамовской моделью - прямой 5, если реальные процессы реализуются в области градиентов скорости от и напряжений сдвига от до . Однако такая аппроксимация в определенной мере произвольна, но может быть допустима, если ошибки не превышают заранее заданных значений. Для вычисления эффективной вязкости по результатам измерений с помощью ротационного вискозиметра, когда не известен закон изменения градиента скорости, его заменяют окружной скоростью вращающегося ротора и тогда используют зависимость

,(5)

где - эффективная вязкость при фиксированном единичном значении окружной скорости, Па•с;

- окружная скорость коаксиально-цилиндрического ротора вискозиметра, м/с;

- фиксированное единичное значение окружной скорости, м/с;

- безразмерная окружная скорость [1].

Рисунок 2 - Кривые течения псевдопластичной (а) и бингамовской (б) систем:

1,2,3 - линии, характеризующие эффективную вязкость; 4 - действительные (реальные) кривые течения; 5 - аппроксимация кривой течения псевдопластичной системы к бингамовской

2. Влияние технологических факторов на реологические свойства

фарша

Рассмотрим на примере фарша докторской колбасы и русских сосисок изменения сдвиговых свойств: предельного напряжения сдвига , пластической и эффективной вязкости где - эффективная вязкость при единичном значении скорости м/с, - темп разрушения структуры в зависимости от технологических (влажность, содержание жира, продолжительность старения или осадки, концентрация водородных ионов или рН) и физико-механических (температура, степень измельчения, или дисперсность, давление и вакуум) факторов [2].

2.1 Продолжительность выдержки (старения)

Чтобы изучать влияние различных факторов на структурно-механические свойства колбасного фарша, необходимо в первую очередь выяснить, в течение, какого времени после приготовления фарша его свойства остаются практически постоянными.

На рисунке 3а, показано влияние продолжительности выдержки (старения) на изменение структурно-механических свойств фарша докторской колбасы и русских сосисок. В первые 2...3 ч свойства фарша почти не меняются. При выдержке 6... 10 ч (второй период) все показатели () возрастают до максимума. Таким образом, это время выдержки старения критическое. Дальнейшее старение (третий период) вызывает уменьшение числовых значений всех показателей, что, по-видимому, объясняется разупрочнением структуры под действием комплекса микробиологических и биохимических процессов.

2.2 Влажность

В процессе изготовления колбас мясные фарши проходят ряд технологических операций. Одна из них - добавление воды при куттеровании. Для увеличения водосвязывающей способности колбасного фарша и выхода готовой продукции кроме воды к фаршу добавляют поверхностно-активные добавки (фосфат, крахмал и т. д.). Структурно-механические свойства характеризуют качество в зависимости от влажности, если температура и степень измельчения постоянны. Изменение основных свойств фарша показано на рисунке 3б. Значения основных величин, характеризующих свойства фарша, уменьшаются при увеличении влажности. Коэффициент остается неизменным, т. е. темп разрушения структуры не зависит от влажности. Сдвиговые характеристики фарша докторской колбасы при изменении его влажности от 60 до 76% и русских сосисок - от 68 до 80% уменьшаются: в 6 раз, в 5 раз, в 4 раза. Характер изменения свойств фарша подчиняется экспоненциальному закону. Из экспериментальных данных, показанных на рисунке 3б, следует, что влажность существенно изменяет структурно-механические свойства [2].

2.3 Температура

Кривые температурных зависимостей в интервале температур 2...3°С (рисунке 3в) показывают, что и стремятся к нулю при температуре фарша около 40°С. Это указывает на переход фарша из пластично-вязкого состояния в упругое. Соотношение вязкости фарша при различных температурах примерно равно соотношению вязкости воды при этих же температурах, причем при температурах до 20°С это соответствие больше, а при более высоких температурах меньше. Например, отношение вязкости воды при 2 и 23°С составляет 1,73, для фарша русских сосисок - 1,7, для воды при 2 и 35°С - 2,32, для фарша - 2,56 и т.д. Единичная вязкость с увеличением температуры уменьшается, темп разрушения структуры вначале увеличивается, затем уменьшается [1].

Рисунок 3 - Зависимость изменения реологических свойств колбасных фаршей:

а - от продолжительности старения; б - от влажности; в - от температуры; 1 - фарш русских сосисок; 2 - фарш докторской колбасы

2.4 Степень измельчения мяса

Степень измельчения мяса влияет на его структурно-механические свойства. На рисунке 4а, показано изменение говядины высшего сорта от кратности ее модельного измельчения на мясорубке с решеткой с отверстиями диаметром 3 мм. При измельчении растет поверхность частиц, что приводит к увеличению адсорбционно-связанной влаги. В начальный период (при ) уменьшаются значения из-за увеличения поверхности раздела частиц и выделения влаги в количестве . В дальнейшем , и связываемость содержащейся влаги возрастают. Рассмотрим изменение структурно-механических свойств (, , ) на примере колбасного фарша при его измельчении на куттере с чашей вместимостью 80 дм3 (рисунок 4).

Имеется две подобные группы кривых: и , и . Наибольшие изменения претерпевают величины и , которые, у фарша русских сосисок достигают минимального значения через 5 мин обработки. В дальнейшем и возрастают до максимальных значений при =14мин. Менее интенсивно уменьшаются и . Их минимальное значение достигается при = 14 мин [1].

Рисунок 4 - Зависимость изменения реологических характеристик говядины высшего сорта (а) и колбасного фарша (б) от продолжительности его измельчения на куттере с чашей вместимостью 80 дм3:

1 - для русских сосисок; 2 - для докторской колбасы

3. Влияние добавок на реологические свойства фарша

3.1 Пищевые волокна

Результаты исследований влияния ПВ на структурно-механические свойства (CMC), выполненные на модельных мясных системах, приведены на рисунках 5 и 6. Используемые на предприятиях фаршемешалки и фаршеприготовительные агрегаты имеют среднюю скорость вращения лопастей 0,5 об/с. В связи с этим сравнение показателей динамической вязкости исследуемых образцов проводили в точке, соответствующей данной скорости вращения ротора вискозиметра [3].

Рисунок 5 - Изменение показателя динамической вязкости в зависимости от градиента напряжения среза

Рисунок 6 - Влияние препаратов пищевых волокон на пластичность мясного фарша: 1 - «Витацель»; 2 - МКЦ; 3 - соевая клетчатка; 4 - свекловичные волокна

Введение гидратированных препаратов пшеничной клетчатки (образец 1) и микрокристаллической целлюлозы МКЦ (образец 2) повышает вязкость мясного фарша, а соевой клетчатки (образец 3) и свекловичных волокон (образец 4), напротив, снижает ее. Значительное уменьшение вязкости вызывает добавляемая к фаршу вода. Это объясняется утолщением существующих прослоек и образованием новых при разрушении крупных частиц мяса или жира.

Повышение вязкости фарша с помощью пшеничной клетчатки и МКЦ обусловлено высоким содержанием в них целлюлозы. При этом вязкость зависит также от температуры и не служит для структурированных систем исчерпывающей характеристикой. Эти системы характеризуются комплексом CMC, в частности наиболее значимым для фарша рубленых полуфабрикатов свойством является пластичность.

Фарш с препаратами ПВ имеет более низкую пластичность, чем в контроле. Среди них наибольшей пластичностью обладает фарш, содержащий препарат МКЦ (образец 2), наименьшей - свекловичные волокна (образец 4). Мясной фарш с препаратами соевой и пшеничной клетчатки (образцы 3 и 1) показали приблизительно одинаковые значения пластичности.

Данные по изучению действия препаратов ПВ на предельное напряжение среза (ПНС) готовых бифштексов свидетельствуют о незначительном влиянии образцов ПВ на показатели ПНС, которые характеризуют жесткость готовых продуктов. Введение соевой клетчатки делает продукт более мягким, свекловичных волокон - наоборот, более жестким [3].

3.2 Гидролизат мясокостного остатка

Внесение в фарш гидролизатов мясокостного остатка позволяет регулировать его вязкость, что свидетельствует о преимуществе использования гидролизата по сравнению с белками растительного происхождения. Вязкость фарша влияет на появление бульонных или жировых отеков при последующей термической обработке изделий. Добавление трех фракций гидролизатов в различных сочетаниях позволяет корректировать вязкость фаршей [4].

В первой фракции гидролизата при растворимости 95-95,3% и влажности 4,6-6,7% содержится 83,75-95,3% сырого протеина. Во второй фракции при растворимости 95% и влажности 4,6-5,5 % содержится 61,85-75,63% сырого протеина и 19,6-20,4% поваренной соли. В третьей фракции при растворимости 77,8% и влажности 2,8-4,3% содержится 24,97-26,53% сырого протеина, 16,1-16,88% усвояемого кальция и 20,15-22,19% поваренной соли.

Исследования осуществляли, используя фарш вареной колбасы «Докторская». Фарш колбасных изделий - это сложная полидисперсная система, состоящая в основном из белка, жира и воды. Качество готовых изделий определяется соотношением этих показателей, определяющих стойкость получаемых при диспергировании эмульсий. Часть влаги и жира, не создающие стойкие эмульсии при тепловой обработке, образуют бульонные или жировые отеки.

Для определения оптимальных значений вязкости фарша, гарантирующих отсутствие отеков в колбасных изделиях, были составлены фарши с различным содержанием жира. В рецептуру вареной колбасы «Докторская» высшего сорта входила полужирная свинина, жирность которой в эксперименте составляла 32%. Экспериментальным путем была определена жирность свинины, которая, будучи внесенной, в колбасный фарш, приведет к образованию отеков. Введение в фарш свинины жирностью 23% привело к бульонному, а 55% к жировому отеку.

Изменение эффективной вязкости фаршей с низкой и высокой жирностью свинины в зависимости от напряжения сдвига представлены на рисунке 7 [4].

Рисунок 7 - Зависимость от для фарша вареной колбасы «Докторская» высшего сорта с добавлением свинины различной жирности

Анализ данных рисунка свидетельствует о том, что снижение жирности свинины, входящей в фарш, приводит к возрастанию эффективной вязкости по сравнению со стандартным фаршем, а увеличение жирности - к его снижению. При высокой эффективной вязкости наблюдали образование бульонного отека, а при низкой - жирового.

Введение в фарш первой и второй фракций гидролизата в количестве 1-3% приводит к увеличению вязкости, а 0,3-2% третьей фракции - к ее уменьшению [4].

3.3 Гуммиарабик

Изучение реологических характеристик мясных фаршей с гуммиарабиком (ГА) показало, что увеличением его содержания, значения предельного напряжения сдвига (ПНС) уменьшаются, в соответствии с рисунком 8. При этом эмульсия приобретает более нежную консистенцию [5].



Рисунок 8 - Изменение предельного напряжения сдвига мясной эмульсии в зависимости от количества введенного гуммиарабика

3.4 Альгинат натрия

Исследования показали, что введение в фарш альгината натрия приводит к значительному понижению ПНС, что отражено в таблице 1.

Таблица 1 - Структурно-механические характеристики фаршей

Образец	Предельное напряжение сдвига, Па	Адгезионная способность, Па	Вид отрыва фарша
Контроль	1321,4	1277,8	Адгезионный
Фарш с 5% альгината натрия	523,0	7000,0	Смешанный

Одной из причин уменьшения значения ПНС с увеличением количества альгината натрия в фарше может являться его способность к гелеобразованию. При этом образуется коллоидная система, сформированная за счет взаимосвязи набухших мицелл альгината натрия и гидрофильной оболочкой микрочастиц фарша. Образованная таким образом пространственная структурная сетка обладает эластичностью, способностью изгибаться и сворачиваться, оказывая меньшее сопротивление внешнему воздействию [6].

Заключение

Таким образом, рассмотрев реологические свойства мясного фарша, можно сделать следующие выводы. Во-первых, с целью контроля показателей качества фарша, регулирования технологических процессов и автоматической фиксации рациональных и оптимальных режимов используют сдвиговые структурно-механические свойства фарша, которые более чувствительны к изменениям различных технологических и механических факторов по сравнению с компрессионными и поверхностными.

Сдвиговые свойства в отличие от поверхностных характеризуют консистенцию по всему объему продукта и в большей степени характеризуют качество пластично-вязких материалов. Во-вторых, внесение таких добавок как гуммиарабика, гидролизата мясокостного остатка, пищевых волокон, позволяет направленно регулировать вязкость, пластичность, предельное напряжение сдвига и другие реологические свойства мясного фарша, влияя, таким образом, на качество готовых мясных изделий.

реологический фарш технологический добавка

Список используемых источников

1. Косой, В.Д. Инженерная реология в производстве колбас: учеб. пособие/ В.Д. Косой, А.Д. Малышев, С.Б. Юдина. - М.: Колосс, 2005. - 264 с.

2. Косой, В.Д. Инженерная реология биотехнологических сред: учеб. Пособие/ В.Д. Косой, Я.И. Виноградов, А.Д. Малышев. - СПб.: Гиорд, 2005. - 648 с.

3. Белякина, Н.Е. Структурно-механические и сорбционные свойства нерастворимых мышечных волокон/ Н.Е. Белякина, А.В. Устинова, И.К. Морозкина// Мясная индустрия. - 2007. вып.10. - с. 71-75.

4. Куцакова, В.Е. Использование гидролизатов мясокостного остатка при производстве колбасных изделий/ В.Е. Куцакова, С.В. Фролов, В.И. Марченко// Мясная индустрия. - 2007. вып.9. - с. 74-76.

5. Токаева, Э.С. Использование гуммиарабика в технологии мясных эмульгированных колбас/ Э.С. Токаева, С.Б. Юдина, О.Ю. Соломахина// Мясная индустрия. - 2007. вып.10. - с. 77-79.

6. Литвинова, В.Е. Влияние альгината натрия на функциональные свойства фаршевых кулинарных изделий/ В.Е. Литвинова, Л.С. Большакова, Н.Д. Живых// Мясная индустрия. - 2007. вып.1. - с. 32-34.

Размещено на Allbest.ru