Теоретический материал

 

Адгезия p_o (Па) – слипание разнородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями.

Условно адгезия делится на специфическую (собственно адгезию) и механическую.

Специфическая адгезия является результатом межмолекулярного сцепления материалов по поверхности контакта.

Механическая адгезия возникает при проникновении адгезива в поры субстрата и удержании его вследствие механического заклинивания.

Роль адгезии и трения в процессах пищевых производств

Липкость пищевых продуктов может служить одним из показателей качества такой продукции, как паштеты, бутербродные массы, рыбные масла.

Явление адгезии (липкость) часто встречается в природе и широко используется в технике для решения практических проблем, связанных с переработкой и использованием пищевого сырья и материалов.

Учет поверхностных свойств пищевых материалов (в частности, адгезии) необходим и при изучении и совершенствовании многих технологических процессов. Следует учитывать прилипание пищевой массы к рабочим органам смесителей (лопаткам, шнекам, лопастям разной формы, корпусу), а также к лентам, ковшам и трубам при транспортировании.

При изготовлении формованной продукции из гидробионтов методом экструзии - (выдавливанием пищевой массы из фильеры) должно быть соблюдено следующее правило: малая адгезия к поверхности фильеры и большая – к приёмной поверхности (конвейерной ленте и т.п.). При формовании изделий отливкой в форму адгезионные явления отрицательно сказываются на конечной стадии процесса – отделении продукта от формы. В этом аспекте изучение адгезионных процессов также является необходимым для правильного выбора материала формующих органов, исходя из их функционального назначения.

Адгезию также необходимо учитывать при проектировании и создании новых механизмов и производственных линий по выпуску пищевой продукции для того, чтобы правильно выбрать материал деталей и покрытий, установить оптимальный режим работы механизмов.

На формирование адгезионной связи между пищевым (адгезив) и конструкционным (субстрат) материалами решающее влияние оказывают:

− реологические свойства адгезива;

− шероховатость поверхности субстрата;

− длительность и напряжение контакта;

− температура адгезива и субстрата;

− способ и скорость отрыва;

− наличие между адгезивом и субстратом граничного слоя, нанесенного при помощи смазки, напыления или покрытия.

Направления воздействия на характеристики поверхностей субстрата (конструкционного материала) и поверхностей адгезива (пищевого продукта):

− подбор материала субстрата в зависимости от его функционального назначения для ослабления или усиления адгезионного взаимодействия с пищевым объектом (применение антиадгезионных материалов и покрытий или материалов, обладающих повышенной адгезионной способностью);

− создание пограничного (промежуточного) слоя путем нанесения твердо- или жидкообразного покрытия на поверхность контакта (смазка маслом или мучной заваркой, подсыпка мукой или крахмалом, создание пленки конденсата и т.д.);

− направленное изменение физического состояния поверхности адгезива (например, предварительный обдув воздухом, подсушивание или какая-либо термовлажностная обработка);

− внесение в пищевой продукт добавок (незначительное изменение рецептуры введением, например, поверхностно-активных модификаторов);

изменение энергетических уровней поверхностей соприкосновения адгезива и субстрата (например, создание в зоне контакта двойного электрического слоя путем наложения постоянного электрического поля).

Адгезия (липкость) – это слипание поверхностей двух разнородных материалов, обусловленное свойством пограничного слоя вязких или пластичных материалов оказывать сопротивление разделению находящихся в контакте поверхностей. Величину адгезии принято характеризовать силой отрыва, отнесённой к единице площади.

При оценке этого показателя наиболее распространённым методом испытания является равномерный отрыв, при котором измеряют значение усилия, необходимого для отделения адгезива (прилипшего материала) от субстрата (контактной поверхности) по всей площади контакта. Если испытуемый материал полностью отделяется от контактных поверхностей, речь идёт об адгезии. Формально адгезия (липкость) p₀, Па, определяется как удельная сила нормального отрыва продукта от пластины по формуле:

(4.1)

где Р_о -сила отрыва, н;

F_о -геометрическая площадь пластины, м.

Для измерения величины адгезии используют приборы – адгезиометры - различной конструкции.

Простейший адгезиометр – прибор Б.А.Николаева сконструирован по принципу рычажных весов: к рычагу с одной стороны подвешен субстрат в виде диска, с другой – груз; между диском и основанием намазывается адгезив; постепенно увеличивая массу груза, добиваются отрыва диска от адгезива. Адгезиометр УА-64 действует на основе «метода грибка»: на грибовидную поверхность субстрата намазывают адгезив и замеряют силу отрыва. Существуют и другие приборы - адгезиометры, разработанные и изготовленные в различных НИИ для собственных исследовательских нужд.

Липкость можно измерить с помощью прибора Food-Checker (рис. 1)

«Food Checker» (прочностномер, гелометр) представляет собой комплекс испытательного прибора и измерительного устройства, оснащённый регистрирующим приспособлением (самописцем). Принцип работы прибора основан на определении величины нагрузки, прилагаемой к образцу продукта. Прибор укомплектован набором рабочих органов – плунжеров (инденторов) и режущих насадок различной конфигурации и размеров. На вертикальной стойке находится измерительный столик, куда помещается исследуемый образец. Столик перемещается в вертикальном направлении, образец приводится в контакт с рабочим органом, вследствие чего прилагаемая нагрузка передаётся с помощью электромагнитной схемы на измерительно-показывающее устройство: стрелочный и цифровой индикаторы. При необходимости можно производить непрерывную регистрацию показаний на бумажном носителе самописца.

Сущность метода измерения заключается в предварительном установлении с помощью прибора равномерного контакта исследуемого образца продукта с рабочим органом прибора с последующим измерением усилия отрыва продукта одновременно по всей площади контакта.

 

 

Рис.1 Прочностномер «Food Checker»:

1 – корпус; 2 – держатель рабочего органа; 3 – переключатель калибровки; 4 – включатель электропитания; 5 – переключатель силы нажатия; 6 – регулятор силы нажатия; 7 – включатель возврата в исходное положение; 8 – стол-подъемник для контрольного образца; 9 – включатель функционирования прибора; 10 – стрелочный индикатор; 11 – цифровой индикатор; 12 – кнопка включения стола; 13 – гнездо предохранителя; 14 – регулятор нажатия и релаксации под нагрузкой; 15 – вывод записывающего устройства; 16 – регулятор выходного напряжения; 17 – регулятор чувствительности; 18 – индикатор компаратора; 19 – сигнальная лампочка; 20 – регулировка индикации в граммах; 21 – выбор контрольного образца.

 

Измерение адгезии проводится следующим образом. Исследуемая фаршевая масса (адгезив) помещается в специальную кювету, закрепляется на подвижном столике прибора таким образом, чтобы центр её располагался под центром рабочего органа (субстрат). В качестве последнего используется плунжер со стальным шарообразным наконечником радиусом 4 мм. Тумблером прибора задаётся глубина погружения плунжера, равная его радиусу, с целью обеспечения равномерного контакта (сцепления) субстрата с адгезивом по площади полусферы. При движении стола прибора вверх происходит сцепление адгезива и субстрата по заданной поверхности, после чего стол останавливается. Прибор переключается на работу в реверсном режиме: стол равномерно движется вниз, и происходит отрыв исследуемого продукта от рабочего органа. В этот момент прибором фиксируется значение усилия отрыва Р_о (г). Показание снимается по стрелочному индикатору прибора или по пику на диаграммной бумаге записывающего устройства (самописца), которым оснащён прибор. Липкость (р_о, Па) вычисляется по формуле:

 

(4.2)

 

где Р_о – усилие отрыва, г;

К – коэффициент, учитывающий постоянные величины: площадь поверхности сцепления (отрыва) и числовые значения для перевода результата в измерительную систему СИ.