Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзор 3
1.1. Мармеладная масса как дисперсная система 3
1.1.1. Коллоидно-химические свойства мармеладных масс. 3
1.1.2. Студнеобразные свойства мармеладных масс 5
1.1.3. Стадии процесса формования мармеладных масс и получение готовой продукции 8
1.2. Адгезия и адгезиометрия 10
1.2.1. Адгезия структурированных мармеладных масс, как разновидность адгезионного взаимодействия 10
1.2.2. Адгезия в процессе заполнения форм жидкой мармеладной массой 15
1.2.3. Роль адгезии, -огезии в процессе формирования мармеладных масс 19
1.2.4. Адгезия и адгезионная прочность 23
1.2.5. Адгезиометрия и адгезиометры 26
1.3. Реология 28
1.3.1. Реологические свойства мармеладных масс 28
1.3.2. Методы и приборы для исследования реологических свойств 34
1.4/ Термодинамические свойства мармеладных масс 37
1.4.1. Методы определения тепловых эффектов 37
1.4.2. Теория дифференциальной сканирующей калориметрии.38
1.4.3., Зависимость термодинамических параметров от
температуры в ходе физико-химических превращений.39
Глава II. Объекты и методика исследований 44
2.1. Объекты исследования 44
2.1.1. Мармеладная масса 44
2.1.2. Материал поверхности форм Стр.
2.2. Адгезиометрия " 49
2.3. Определение реологических свойств мармеладной массы.53
2.4. Определение термодинамических характеристик мармеладных масс 56
2.5. Оценка достоверности полученных данных 63
Глава III. Результаты исследований и их анализ 65
3.1. Адгезионные свойства мармеладных масс 65
3.1.1. Адгезионный и когезионный отрыв 65
3.1.2. Зависимость адгезии от свойств и состояния поверхности .66
3.1.3. Зависимость адгезионной прочности от свойств и состава мармеладной массы 70
3.1.4. Нормирование адгезионной прочности 73
3.2. Объемные свойства адгезива 76
3.2.1. Эффективная вязкость 76
3.2.2. Предельное напряжение сдвига
3.3. Термодинамические свойства мармеладных масс 81
3.4. Взаимосвязь объемных, поверхностных и термодинамических свойств мармеладной массы 83
3.5. Практические рекомендации 85
Литература
- Студнеобразные свойства мармеладных масс
- Термодинамические свойства мармеладных масс
- Мармеладная масса
- Зависимость адгезионной прочности от свойств и состава мармеладной массы
Введение к работе
Актуальность работы
Одним из реальных путей развития научно-технического прогресса в пищевой промышленности является изучение коллоидно-химических процессов, имеющих место в технологии получения продуктов питания. На базе отого изучения возможны разработки практических рекомендаций по совершенствованию пищевой технологии.
Особое место в пищевой технологии занимают объемные и поверхностные свойства пищевых масс. К числу последних относится адгезия. Пищевые массы на всех стадиях технологического цикла соприкасаются с поверхностью технологического оборудования. В результате возникает адгезия. Отрицательные последствия адгезии заключаются в том, что часть пищевого сырья или готовой продукции прилипает к поверхностям оборудования и обусловливает неоправданные потери, а для удаления прилипшей массы необходимы затраты энергетических и трудовых ресурсов. Из-за дороговизны и ограниченности сырья крайне нежелательны потери за счет адгезии в условиях кондитерского производства, особенно, при производстве (формовании) мармеладных масс.
Адгезия - как поверхностное явление связана с объемными свойствами адгезива (в данном случае пищевых масс), которые влияют на кинетику процесса формирования площади контакта и величину адгезионного взаимодействия. В процессе технологического цикла происходят изменения структуры и фазовые переходы в объеме самой массы. Наиболее рельефно эти изменения можно проследить на примере мармеладных масс, адгезия которых в зависимости от структурных изменений до настоящего времени изучена еще недостаточно.
Целью исследования является разработка рациональных рекомендаций по устранению отрицательных последствий адгезии в производстве (формования и выдувки) мармеладных масс на основе пектина.
Для достижения указанной цели необходимо:
изучить адгезионное взаимодействие мармеладных масс в процессе их формирования и охлаждения;
исследовать объемные и термодинамические свойства мармеладных масс л их взаимосвязь;
разработать рекомендации но устранению отрицательных последствий адгезии мармеладных масс на основе пектина в процессе формирования.
Научная новизна. Впервые показано, что в процессе формирования мармеладной массы и получения готового изделия, объемные свои-
3.
ства массы (эффективная вязкость, предельное напряжение сдвига) и термодинамические характеристики определяют поверхностные свойства - адгезию и адгезионный тип отрыва. На защиту выносятся:
впервые разработана и применена комплексная методика по определению в идентичных условиях адгезионной прочности и предельно- -го напряжения сдвига на основе системы "ИНСТРОН";
результаты комплексного исследования мармеладной массы в . зависимости от температуры и характеризующиеся совокупностью объемных и поверхностных свойств;
закономерности изменения объемных свойств и термодинамических параметров мармеладной заготовки, связанные с происходящими в ней коллоидно-химическими процессами, которые приводят к образованию структуры;
изменения адгезии мармеладной массы в широком интервале температур для определения оптимальных условий выдувки готового изделия.
Практическая ценность работы состоит в повышении качества продукции и снижении производственных потерь за счет экономии сырья,энерго- и трудовых ресурсов при производстве мармелада, в результате полной выдувки готового изделия, исключая необходимость зчистки форм от прилипшей массы, т.е. готовой продукции.
Рекомендации по улучшению формования мармеладной массы "Же-цейный формовой" на основе пектина путем нагрева формочек до 70 -30С перед разливкой были апробированы на Московской кондитерской фабрике "Ударница". Годовая экономия' от внедрения составила І324І80 эуб/год (в ценах 1992 года).
Апробация работы. Результаты работы представлены:
На ХХУ ежегодной конференции ВЗИПП в 1991 году;
На конференции молодых специалистов (Ташкент, Ташкентский іолитехнический институт), 1991 г ;
На техническом совещании инженерного состава кондитерской іромьшіленности (Янгиюль, Узбекистан), 1991 г ;
На техническом совете.Московской кондитерской фабрики 'Ударница", 1991 г ;
В обобщенном докладе на'3-ей Всесоюзной конференции "Теоре-'ические и практические аспекты применения методов инженерной фи-іико-химической механики с целью совершенствования и интенсифика-;ии технологических процессов пищевых производств", 1-4 ноября .990 г. Тезисы, И., 1990 г., стр.250.
4.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, практических рекомендаций, выводов, содержит 117 стр. текста, 32 рисунка, а также список литературы из 155 наименований и приложе ния, в которых приводятся первичные данные, в виде таблиц, графикої полученных на самописце, термограммы и акт внедрения.
Студнеобразные свойства мармеладных масс
Проведенные исследования и теория, представленная в этих исследования:!, позволяют разграничить причины и следствия адгезии структурированных тел. Подобное разграничение можно сделать, если представить причинно-следственные связи в виде определенной последовательности. Ее условно можно представить следующим образом: формирование адгезионного взаимодействия; изменение межфазовой границы; разрушение адгезии. Разберем более подробно каждую из этих стадий.
Сначала после заполнения форм (рис.1.2,б) в результате контакта адгезива с субстратом возникает межмолекулярное взаимодействие (рис.1.4,а). Природа этого явления рассмотрена достаточно подробно инет необходимости еС излагать. Межмолекулярное взаимодействие можно регулировать путем модифицирования поверхности субстрата или ад-гезива различными методами (в том числе и обработка кремнеоргани 20 ческими и другими препаратами) [45-47] 7 применением ПАВ и использованием низкоэнергетических поверхностей, к которым относятся многие полимеры.
Межмолекулярное взаимодействие определяет равновесный и обратимый процесс адгезии в соответствии с условиями (I.I) - (1.4) в отличие от химических связей и электрических сил в связи с формированием двойного электрического слоя. Химическая природа адгезии подробно рассмотрена, в том числе и в монографической литературе [29J. Последнее время развивается теория химической связи на основе кислотно-основных свойств адгезива и субстрата. Химические взаимодействия нарушают равновесный характер адгезии и удельную свободную поверхностную энергию адгезива и субстрата ((L, и (і , СМ. рис.1.3).
Межмолекулярное взаимодействие и химическая связь сохраняют траницу раздела фаз между адгезивом и субстратом.
Изменение межфазовой границы раздела (рис.1.4,б) происходит за счет процессов в зоне контакта между адгезивом и субстратом.Это проявляется в диффузионных процессах и образовании граничных слоев.
Основные стадии процесса адгезии структурированных тел: а - формирование адгезии за счет машолекулярного взаимодействия; б - изменение межфазной границы в результате адгезии; в - преодоление адгезии; г -.заполнение выемов шероховатой поверхности субстрата; I - адгезив; 2 - субстрат; 3 -переходная зона. Несмотря на то, что диффузионная теория адгезии обнародована давно, в последнее время к ней вновь обращено внимание исследователей. Формирование адгезионного взаимодействия мотет обусловливать вторичные физико-химические процессы, протекающие в адгезиве или в субстрате, что особенно характерно для структурированных пищевых масс. Каким бы путем ни произошло изменение.межфазовой границы раздела результат, который сводится к исчезновению непосредственной связи между адгезивом и субстратом и образованию переходной зоны показан на рис. 1.4.
Последняя стадия технологического процесса (рис.1.2,г) связа I на с выформованием заготовки. В этом процессе адгезия конкурирует с таким явлением как когезия. Под действием внешней силы (рис. имеет место на границе раздела фаз, характеризует прочность тел и их способность противостоять внешним взаимодействиям. Когезия не. связана с границей раздела фаз. В случае адгезионного отрыва с&юр-мованной заготовки происходит нарушение на. границе раздела адге I зив-субстрат, что способствует получению конденциошой продукции без потери сырья.
При когезионном отрыве, когда граница отрыва происходит по объёму адгезива, адгезив-адгезив, часть мармеладной массы остается" прилипшей к форме. Последующее заполнение формы будет не полной и когезионный отрыв.ведет к потери части продукта, неполному заполнению формы, нарушению технологии и другим нежелательным последствиям.
Когезионный отрыв необходимо предупредить. Условия отрыва можно представить следующим образом: , -адгезионный fft fflT p 4 ПЮа (1.16) - когезионный -Рког Р0Тр -Рал (1.17) где: 1 отр - внешняя сила отрыва (рис. 1.4,в) L. TQO силы К0гезии и адгезии соответственно. Соотношение между адгезией и когезией изучено в работе [зэ]. При адгезионном отрыве (кривая I и 2, рис.1.5) усилие отрыва (адгезионная прочность) зависит от шероховатости поверхности. 3 случае смешанного когезионно-адгезионного отрыва (точка А,рис.1. ) различие между усилием отрыва на шероховатых поверхностях становится меньшим, ири когезионном отрыве (точки/с1, к / 2 » )» когда происходит нарушение сплошности самого адгезива (отрыв по линии ББ, рис. 1.4,в), шероховатость поверхности уже не определяет тип отрыва заготовки. Заметим, переход адгезионного отрыва в когезионный связан со снижением условного предела текучести (прямая 3), что характеризует связь поверхностных и объемных свойств адгезива.
Термодинамические свойства мармеладных масс
В динамических методах материал деформируется в зависимости от приложенного напряжения, которое изменяется синусоидально по времени. Получаемая реакция сдвинута по фазе относительно привнесенного колебания и затухает по амплитуде; это затухание обусловлено сопротивлением деформации материала. Эти эксперименты дают возможность производить расчет модулей упругости и анализ механических характеристик в широком диапазоне частот. Рассматриваемые величины являются векторными, поэтому они определяются посредством комплексных чисел [23,48].
Основное преимущество динамических методов по сравнению со i статистическими методами состоит в том, что величины времени работы очень небольшие. Применение этих методов ограничивается, однако, исследованием структур некоторых полимерных материалов. Достаточно точное знание и описание реологического поведения исследуемых пищевых масс имеют большое значение как для оценки слрук 36 туры, т.е. чувственно воспринимаемого качества посредством контакта и действия усилия при откусывании, пережевывании и глотании,так I для характеристик при переработке (з данном случае формование), транспортировки и хранении [бв] .
Предельное напряжение сдвига, как одна из важных реологических характеристик материала, служащих для оценки прочности его -етруктуры, находится при помощи конического пластометра.Схема прибора предложена П.А.Ребиндером и Н.А.Семененко[о5}. Для исследования структурно-механических свойств пластично-вязких сред применяют пластометры различных конструкций. Общая их особенность - погружения конуса в исследуемый образец с переменной скоростью под действием силы тяжести. Установлено, что у приборов с конусом,движущимся под действием силы тяжести, погрешности в измерениях связаны главным образом с влиянием сил инерции, возникающих при переменной скорости движения конуса [С3,70]. Для получения сравнимых и более точных результатов измерений необходимо использовать пластометры с постоянной нормируемой скоростью погружения конуса [7lJ. В настоящее время широко распространены пенетрометры различных типов "[72-74], а также разработанный во МТШШе совместно с ВНШХЇЇ. В работах [60,63,74,75] погружения конуса осуществляются на универсальной шшине . "Инс трон" . Универсальная машина "Инстрон” обеспечивает широкий диапазон постоянных скоростей. Кривые деформации фиксируются на ленте самописца. Регулирование напряжения производится автоматически.
Таким образом, эффективная вязкость будет исследована методом вискозиметрии на рео есте "Мединген" (ГДР) и предельное напряжение L сдвига методом погружения конуса-индентора при постоянных скоростях 1 на универсальной мапшяе "Инстрон” (Англия). 1.4. Термодинамические свойства мармеладных масс. I.4.I. Методы определения тепловых эффектов. Для изучения физико-химических превращений и темродинамичес-ких параметров структурированных систем широкое распространение получили различные методы определения тепловых эффектов. К их чис-лу, прежде всего, можно отнести дифференциальный термический анализ (ДТА) и его современные модификации - дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) и адиабатическую дифференциальную сканирующую микрокалорпметрию (АДСК) (77,78,81,82] .
В ходе термического анализа определяются: температурные и тея- ловые эффекты переходов; кристалличность и степень чистоты веществ; скорости реакции кристаллизации и разложения; теплоемкость.
В работах[?9,80] методом ДСК проведен анализ процесса затвердевания и дана оценка механизму этого процесса СШ,Щ , где рассмотрен вопрос о точности и определении теплового эффекта плавления полимера и приводятся данные калориметрического анализа.Исполь- зование термического анализа для определения специфических теплоёмкостей макромолекулнршх соединений, изучение явлений стеклования и плавления приводится в работах [83,84] .
Методом ДСК определены теплоты фазовых переходов и изменение температуры фазовых переходов от изменения состава диацилфосфати-далэтаноламинов [85,86jf, рассмотрены изменения С в области фа-, зовых переходов на примере гексаметилбензола [87j , рассмотрено термическое поведение водных растворов галактозы [88] , проведены оцен-г I ки качества медицинских препаратов и пищевых продуктов[89].Для исследования тепловых и теплофизических характеристик пищевых продуктов были использованы калориметры различных конструкций[90,91, І93].
Таким образом, определение тепловых эффектов мармеладной маесы может дать сведения о происходящих в этой массе структурных и фазовых изменениях.
В теории ДТА принято считать, что на поверхности ячеек температура изменяется по линейному закону, в АДСК тепловой поток на границе является функцией времени, а в ДСК - к тому же зависит от Т (температуры).
Основные положения теории ДСК заключаются в следующем [78]. Плоский образец толщиной Д и площадью $ разбивается в процессе нагревания на две части - нижнюю, толщиной X, в которой произошел фазовый переход (плавление), и верхнюю (Л-Х ), находящуюся в исходном состоянии. При этом X является функцией времени Е" . Для теплового потока Q , необходимого для сдвига границы X со ско-ростыо _ ., будем иметь
Мармеладная масса
Свежеприготовленная мармеладная масса заливается в термокамеру. Затем с помощью холодильной установки производится охлаждение мар-, неладной массы. По мере достижения заданной температуры погружается конус-ішдентор.Температура конуса во время погружения приравнивается к температуре мармеладной массы в заданном значении. Измерения проводятся в диапазоне от 70 до 35С с интервалом 5С.
Напряжение в результате погружения конуса фиксировалось на ленте самописца. Тарировка силы и принцип измерения соответствует измерению усилия отрыва. На рис.2.6 приведены измерения напряжения в результате погружения конуса-индентора.
Определение термодинамических характеристик мармеладных масс. Тепловые эффекты при измерении температуры мармеладной массы исследовали методом дифференциальной сканирующей калориметрии на ДСК-ІІІ (Англия), . Основной частью калориметра является небольшой термостатированный блок е регулируемой температурой I (рис. 2.7 расположенный во внешней камере, в которой поддерживается температура окружающе-среды 2. Две тонких жаропрочных трубки 3 проходят насквозь через камеру и олок: их средняя часть служит экспериментальной камерой. Эта средняя зона охватывается калориметрическим флюкссметром 4 с термопарами, которые -соединяют ее термически с термостатированным
Термостатированный блок устанавливает в образце нужную.температуру; флюксметр измеряет теплообмен между образцом и блоком.
Концы трубок служат для ввода или извлечения образцов;они со-единены таж-се с трубками атмосферного контроля, расположение полностью симметрично. Быстрое охлаждение блока достигается за счет принудительном вдркулодш газа 5. Вспомогательное питание жидким азотом обеспечивает охлаждение ниже температуры окружающей среды. Высокоэффективный регулятор контролирует температуру. Цифровое устройство обрабатывает поступающую информацию[139] . Из термодинамических характеристик мармеладной массы исследовали теплоемкость ( (- ), энтальпию (- Д Н ) и теплоту фазового перехода ( 0, }.
Определение удельной теплоемкости производилось при непрерывном изменении температуры нагрева образца (ступенчатый метод). При повышении температуры ( Д Т) измеряется теплота нагрева мармеладной маесы. Средняя удельная теплоемкость вещества равна отношению теп-1лоты нагрева к приращению температуры Д Т. Измерение значения Су при помощи интегрирования площади дает- большую точность, 4ем измерение по амплитуде (непрерывный метод), измерения проводятся при V = с РП t , а изменение давления Р при этом незначительно.
Ступенчатое программирование удельной теплоемкости,. Рис.2.8#. Общий вид калориметра ДСК - III (Англия): I - термо-статируеглый блок, 2 - сосуд Дыоара с жидким азотом, 3 - программатор, 4 - регулятор, 5 - усилитель, 6 - цифровой термометр, 7-калибратор эффекта Джоуля, 8 - аналоговый самописец (со шкалой IВ), 9 - алшиневые тигли, 10 - пресс для герметизации далей. оіштическое программирование изменения температуры позволяет изу Wb удельную теплоемкость образца в широком диапазоне температуры, Э дашом случае от 35 до 75С. (ртутіенчатое изменение температуры заключается в выработке последовательности линейно возрастающих изменений температуры с же-ШЖ Ж їсрутжзной нарастания функции и выдержек при постоянном знавши температуры. Продолжительность повышения (или понижения)тем-шратуры и изотермической выдержки в каждом цикле составляет 200 и 400 С соответственно. Каждый дикл начинается с процесса повышения тешературы.
Ведаша удельной теплоемкости какого-либо образца при посто-ШЖ9М значении давления CD задается следующим уравнением;CD= l jL) , второе при введении производной по времени приобретает вид нас интересует среднее значение величины удельной тепло-ШОЄ-ТЖ в промежуток времени между 7Г0 и сГ/7 , то предыдущее урав-ит можно проинтегрировать Ш Ш %ан уравнения I (Н)/ представляет собой величину тепла, выде-. йшфго в промежуток времени между о и ип , и характеризуется цлжчиной площади фигуры, ограниченной кривой зарегистрированного ОШШла, Член уравнения (T)bJ представляет собой изменение вели-Ш температуры в промежуток времени между L0 и , то есть ктеризует собой ступеньку изменения температуры. При этом велп-ша улельной теплоемкости будет равняться следующему выражению і (2c г0 Л = , з мкЗ/мВт, где: gfc- общее количество измеренного тепла (в мКВ.С); Г1 - величина мощности, отображенная на лццекаторе. (в кЗт); ti отображенная на индекаторе длительность импульса (в с). Удельную теплоемкость рассчитывали следующим образом: Л с= —— А" (2.4) где: & fi - количество теплоты, подведенной к образцу, мПд; ЇЇ)оїр насоа исследуемого образца, иг; Д "С - изменение температуры образца, К, 5С. . Подведенная теплота к образцу в режиме измерения теплоемкости определяется по следующей формуле: Л Q г С U К (2.5) где: ТГ - время измерения теплового потока, 600 с; U - среднее значение калориметрического сигнала, мкВ; і\ - чувствительность калориметра. Энтальпия Д Н (цІІДДІ2) рассчитывается следующим образом: WlpSp (2.6) где: Q - количество теплоты, подведенной к образцу; ГП р сса образца, мг. Удельную теплоемкость исследовали в зависимости от температуры и состава мармеладной массы. Также исследовали тепловые эффекты .при плавлении мармеладной массы со скоростью 3 град/мин. Наблюдали за изменением тепловых потоков, где фиксировалась температура фазового перехода мармеладных масс. .
Интегрирование сгигур, ограниченных кривой изменения калори-I метрического сигнала и соответствующих протеканию реакций произво-I дится аналогичным- образом при условии, что применяемые при этом Iкалориметрические сигналы являются соответствующим образом откорректированными с учетом результатов испытаний, проведенных при по-мещении в калориметрический блок пустого тигля, или результатов определения положения базовой ЛИНИИ.
Данные о положении калориметрической кривой определяются на основе измерения двух параметров: времени и амплитуды калориметри-ческого сигнала.
Вычисление величины площади Фигуры, ограниченной кривой пикового изменения калориметрического сигнала производится, начиная с начального момента времени ( LQ ,, и вплоть до момента времени,со- . ответетвующего завершению протекания реакции ( L ) путем последо-I вательного интегрирования:
Этим способом исследовали рецептурные компоненты мармеладной массы, как йодные растворы пектина и сахара, патоки, лактата нат-I рия и мармеладных масс с различным составом.
Зависимость адгезионной прочности от свойств и состава мармеладной массы
Параметром, который характеризует свойства твердообразных [структурированных тел, является предельное напряжение сдвига.Этот параметр количественно определяет начало разрушения структуры и способность разрушенной структуры течь. Полученные эксперименталь вше данные позволили получить кривые течения в координатах напрякение сдвига - градиент скорости, т.е. J »у Я7 . Результаты данных Ш.12) представлены на рис.3.9. Анализ кривых течения мармеладной массы (рис.3.9 ) при температуре от 70 до 35С и в определенном диапазоне скоростей сдвига (от 0,16 до 2,66 с"1) позволяет отнести мармеладную массу к вязко-Ісластическому телу Бингама, характеризуемому двумя константами: предельным напряжением сдвига и пластической вязкостью. Пластическая вязкость определяется расчетным путем (гл. I, І.З.І). Предельное напряжение сдвига указывает на резкое увеличение сопротивления сдвигу, возникающее при механическом воздействии на мармеладную Ьассу, при данных значениях температуры.
Рост предельного напряжения сдвига с охлаждением массы указывает на постепенное упрочнение образовавшейся структуры. Ниже температуры 55С мармеладной массы предел прочности увеличивается от - на Р носительно температур 70 - 60с, которое соответствует J, пряжение отвечающее разрушению системы. Предельное напряженнее Qo ) сдвига определяют путем экстраполяции прямых напряжения сдвига(j ).
Интервал изменения предельного напряжения едзига при снижении емпературы от 60С до 55С увеличивается. Наблюдается скачок при структурообразовании, после которого предел прочности увеличивается. С увеличением содержания сухих зеществ предельное напряжение сдвига возрастает (кривые 1-4, рис.3.10). Это связано с перемещением температуры студнеобразования в сторону более высоких значений. Чем выше температура студнеобразования, тем быстрее происходит процесс образования и упрочнения структуры мармеладной массы ІШ.9).
Зависимость предельного напряжения сдвига мармеладной массы от температуры и состава: содержание сухих веществ I -73$, 2- 75$, 3 - 77$ (эталонный образец), 4 - 79$, 5 - 77$ (яблочный пектинн, 6 - 77$ (замена патоки сахаром).
Яблочный пектин дает более прочную структуру, чем цитрусовый-рктин (прямые 5 и 3 рис.3.10). Замена патоки сахаром снижает предельное напряжение сдвига (прямая 6, рис.З.хО).
Объемные характеристики мармеладной массы определяют поверхностные свойства, как когезионную и адгезионную прочность. При температуре массы 55С когезионные связи упрочняются настолько,что обеспечивается адгезионный отрыв (гл. I 1.2.3).
Таким образом, закономерности изменения предельного напряжения сдвига коррелируют с параметрами адгезии, определенными при тех же условиях.
Термодинамические свойства мармеладных масс. Исследованы такие термодинамические параметры, как теплоемкость, энтальпия и теплота фазовых переходов мармеладных масс.
Теплоемкость исследована в зависимости от температуры (плавления) мармеладной массы. С увеличением температуры массы с 35С до 70С теплоемкость возрастает. В диапазоне 50-5С теплоемкость остается постоянной, затем вновь увеличивается (рис.3.II).
Нc. 3.II. Изменение теплоемкости и энтальпии мармеладной массы в [зависимости от температуры; I - теплоемкость, 2 - энтальпия. Также при температуре 55С изменяется энтальпия (прямая 2, L. 3.II). С увеличением содержания сухих веществ в мармеладной массе теплоемкость возрастает, но закономерность теплоемкости при температурах 50С - 55С остается постоянной.
По литературным данным 16,144-14 2 такой ход процесса обусловлен фазовыми переходами в исследуемом образце. При исследовании тепловых эффектов мармеладных масс и ее рецептурных компонентов методом плавления, термограммами зафиксирован один пик теплоты фазового перехода, приходящийся в диапазоне 47С - 57С (320-330 К). Идентичные кривые наблюдались для сахара, пектина, патоки. Проведенные исследования показали, что фазовые переходы, происходящие во время етруктурообразования мармеладных масс в процессе охлаждения, обусловлены полисахаридами [3,147] .
Диапазон температуры фазового перехода совпадает с интервалом температуры для постоянных значений теплоемкости мармеладных масс І(рис. 3.12) Изменение теплоемкости и теплоты фазового перехода при (плавлении эталонного образца мармеладной массы. Полученные закономерности теплоемкости, энтальпии и теплоты фазового перехода в диапазоне 500 - 55С (320-330 К) сохраняются при изменении состава мармеладной массы (П.16).
Таким образом, термодинамические характеристики мармеладных масс изменяются в том температурном интервале, что и структурные и адгезионные ее свойства. В обобщенном виде изменения объемных, поверхностных и термодинамических свойств мармеладной массы представлены на рис.3.3..
Изменение объемных, поверхностных и термодинамических свойств мармеладной массы в зависимости от температуры: I - адгезия ( j ртр ), 2 - предельное напряжение сдвига ( Jf ), 3 - теплоемкость ( Су,), 4 - энтальпия ( А г/), 5 - теплота фазового перехода с Q ь
Полученные на основе комплексных исследований данные позволяют установить причинно-следственную связь между поверхностными и объемными и термодинамическими свойствами мармеладной массы. Эти свойства прослеживаются в зависимости от температуры охлаждающей массы. Изменение предельного напряжения сдвига и особенности тер-модішамических параметров (кривые 3,4,5 рис.3.4)) свидетельствуют об изменении фазового состава в диапазоне температур 50С - 55С. Эти изменения вызваны студнеобразованием мармеладной массы в процессе структурообразования, сопровождающегося изменением агрегатного состояния мармеладной массы.
Механические свойства твердых тел непосредственно зависят от свойств структуры, которая определяется как атомным и молекулярным строением, их размерами и взаимным расположением, качеством связей между ними.
Характер структурообразования в полимерах зависит от энергии межмолекулярного взаимодействия, а также от гибкости макромолекул. Неполярные макромолекулы обладают наибольшей гибкостью, и между ними проявляется только дисперсионное взаимодействие. С увеличением полярности макромолекул уменьшается их гибкость, а для межмолекулярных взаимодействий становятся характерными все три типа сил Ван-дер-Ваальса. Наличие таких функциональных групп, как -ОН--СООН, -МЇЇ2, обусловливает возникновение более прочных водородных связей. С ростом молекулярного притяжения полимер превращается в более твердое тело [4-.
Характер межмолекулярных взаимодействий определяет механические свойства мармеладных масс. Так как адгезия поверхностное явление, она связана со структурно-механическими (реологическими) Q-свойствами тела.