Методы контроля вязкости карамельной массы

Авторы: Шинкарева О.В, Тарасюк В.П.

Общая постановка проблемы. Карамель по объему производства среди различных видов кондитерских изделий занимает одно из первых мест. Большое значение в карамельном производстве имеет вязкость карамельной массы, так как чем выше вязкость, тем меньше она подвержена кристаллизации – засахариванию. Высокая вязкость способствует поддержанию карамельной массы в аморфном состоянии. Поэтому целесообразно контролировать именно этот параметр для получения продукта высокого качества.

Постановка задач исследования. Целью данной работы является выбор наиболее оптимального метода для измерения вязкости карамельной массы. Для этого необходимо решить следующие основные задачи:

• анализ существующих методов измерения вязкости;
• изучение возможности применения методов для данного пищевого продукта.

Основные положения

Технологический процесс приготовления карамели состоит из следующих стадий: приготовление сиропа; приготовление карамельной массы; охлаждение и обработка кара-мельной массы; приготовление карамельных начинок; формование карамели; охлаждение карамели; завертывание или отделка поверхности карамели; упаковывание. Таким образом, исходным продуктом для получения карамельной массы является сахарный сироп и качество карамели во многом зависит от режима его приготовления.

Вязкость и пластичность карамельной массы зависят от температуры, массовой доли сухих веществ (влажности) и рецептуры – соотношения патоки и сахара. Вязкость карамельной массы, приготовленной с патокой, много выше вязкости ее, приготовленной на инвертном сиропе. Чем выше массовая доля сухих веществ в карамельной массе, тем выше ее вязкость. В связи с этим рекомендуется для получения карамельной массы с оптимальными технологическими свойствами уваривать ее до различной влажности в зависимости от коли-чества введенной по рецептуре патоки.

Методы измерения вязкости основаны на регистрации в процессе измерения парамет-ров, функционально связанных с вязкостью. Связь между параметрами и динамической или кинематической вязкостью обосновывается в математических теориях методов. При по-строении теории методов исходят из рассмотрения системы, в которой происходит движение жидкости или тела, сопряженного с жидкостью.

В соответствии с принятой классификацией, методы вязкости принято подразделять на 2 основные группы:

• стационарные (капиллярного истечения, падающего шарика, вращающихся цилинд-ров и вибрационные);
• нестационарные (методы, основанные на наблюдениях крутильных колебаний cистемы, сопряженной с исследуемой жидкостью и метод параболоида вращения).

Рассмотрим метод капиллярного истечения, который основан на законе Пуазейля, описы-вающем закономерности движения жидкости в капилляре. Уравнение гидродинамики для стационарного течения жидкости, имеющей вязкость ? через капилляр конечных размеров, имеет вид

Q – количество жидкости, протекающей через капилляр в 1 времени, м³/с
R – радиус капилляра, м
l – длина капилляра, м
η - вязкость, Па*с
р = р1 – р2, разность давлений на концах капилляра, Па.

Формула Пуазейля справедлива для ламинарного потока жидкости при отсутствии скольже-ния на границе жидкость – стенка капилляра. Это уравнение используют для определения динамической вязкости

Этот метод за счет простоты и возможности получения абсолютных значений вязкости на-шел широкое распространение в вискозиметрии жидкостей при Тком и высоких температурах. Точность измерения вязкости методом капиллярного истечения зависит от точности определения радиуса и длины капилляра, отсчета времени, измерения давления и объема сосудов и составляет 0,5-2,0% в зависимости от температурного интервала измерений. Пределы измерения вязкости 0,01 – 0,1 Па*с.

Сущность ротационных методов заключается в том, что исследуемую жидкость помещают в зазор между двумя поверхностями правильной геометрической формы. Одна из поверхностей приводится во вращение с постоянной скоростью. При этом вращательное движение передается жидкостью к другой поверхности. Согласно теории метода предполага-ется отсутствие проскальзывания жидкости у поверхностей. Момент вращения, передавае-мый от одной поверхности к другой, является мерой вязкости жидкости.

Малый зазор между поверхностями необходим для сдвига деформируемой жидкости. Вискозиметры этой группы позволяют производить измерения жидкостей с вязкостью до 103 Па*с

Вибрационный метод вискозиметрии базируется на определении изменений парамет-ров вынужденных колебаний тела правильной геометрической формы, называемого зондом вибрационного вискозиметра, при погружении его в исследуемую среду. Вязкость исследуе-мой среды определяется по значениям этих параметров, при этом обычно используется гра-дуировочная кривая вискозиметра.

Действие вибрационных вискозиметров основано на том, что жидкость стремится затормозить колебания опущенной в нее плоской пластины, причем сила торможения зависит от вязкости жидкости. В датчике вискозиметра пластина закреплена в эластичной мембране. Нижняя часть пластины погружена в жидкость, а верхняя находится в катушке, соединенной с генератором импульсов. При включении катушки в пластине возникают продольные колебания. Затем катушка отключается от генератора и колебания пластины затухают. В процессе свободных колебаний пластины в катушке наводится э. д. с, имеющая частоту ее свободных колебаний. Она обеспечивает запирание генератора до момента полного прекращения колебаний, после чего генератор снова включает катушку и цикл повторяется. Чем больше вязкость жидкости, тем быстрее затухают колебания пластины и тем меньше интервалы между включениями генератора. Прибор измеряет величину этих интервалов. Вибрационный вискозиметр выпускается для работы как в узком, так и в широком диапазоне изменения вязкости. Выводы. Выполненный анализ методов измерения вязкости показал, что наиболее подходя-щим для решения поставленной задачи является ротационный метод. Данный был выбран в связи с тем, что вискозиметры, работа которых основана на этом методе, позволяют произ-водить измерения в диапазоне до 103 Па•с. А диапазон измерения вязкости для карамели составляет 50-250 Па*с. Таким образом, использование ротационного метода дает возможность получить наилучший результат в процессе контроля вязкости.