УДК 664.951.022.39:664.8.022.39
Показана актуальность производства экструдированной продукции из рыбного сырья. Отмечается необходимость развития теоретических основ процесса экструдирования для научно обоснованного проектирования экструзионного оборудования и совершенствования рецептур фаршевых систем. Начат цикл научных публикаций, общей целью которого является разработка комплекса математических моделей процесса экструдирования рыбного фарша с наполнителями в объемном рассмотрении с учетом его вязких, упругих и пластических свойств, а также исследование зависимостей основных параметров указанного процесса от реологии рыбного фарша, геометрии рабочих органов экструдера и режимных параметров. Цель настоящей статьи — научное обоснование реологической модели фаршевой системы из рыбного сырья, которая в дальнейшем используется при разработке уравнений течения материала в рабочих зонах экструдера. Проанализированы и обобщены сложные реологические свойства фаршевых систем из рыбного сырья. Установлено, что материал демонстрирует мгновенно-упругую деформацию, пластический сдвиг и вязкоупругое течение, а также обладает тиксотропными свойствами. Фаршевая система является сложной полидисперсной системой, состоящей из жидкой фазы и твердообразной волокнистой сетки, представляющую собой сложную пространственную структуру из волокон, коллоидных образований, частиц наполнителей и обладающую механической прочностью. Теоретически получена реологическая модель, определяющая напряжение сдвига внутри волокнистой структуры фаршевой системы с тиксотропными свойствами в зависимости от градиента скорости потока. Для проверки адекватности полученной математической модели проведены экспериментальные исследования реологических характеристик различных фаршевых систем из минтая с добавлением пшена, гречневой крупы, геркулеса, ржаной муки, сухого обезжиренного молока и костной минеральной добавки. Испытания продемонстрировали, что материал при движении в канале проходит через несколько стадий внутренних преобразований от структурированного потока до диспергированного состояния. Анализ показал, что теоретическая модель с высокой степенью адекватности соответствует экспериментальным зависимостям. Разработанная реологическая модель достаточно полно отражает физическую суть структурообразования в фаршевой системе, и может быть использована для дальнейшего моделирования процесса экструдирования рыбного фарша.
Ключевые слова: рыбное сырье; рыбный фарш; фаршевая система; экструдирование; экструдер; экструдат; сложноформованный продукт; вязкость; упругость; пластичность; вязкоупругость; вязкоупругопластичность; нормальные напряжения; сдвиговые напряжения; предельное напряжение сдвига; деформация; реология; гидродинамика; неньютоновская жидкость; наполнитель; кривая течения; модель.
…………………………………………………………………………………………………………………………………………
The relevance of production of extruded products from fish raw materials is shown. The necessity of development of theoretical bases of extrusion process for scientifically grounded design of extrusion equipment and improvement of recipes of minced systems is noted. The cycle of scientific publications, the general purpose of which is development of complex of mathematical models of process of extrusion of minced fish with fillers in volumetric consideration taking into account its viscous, elastic and plastic properties, as well as study of dependencies of main parameters of the specified process on rheology of minced fish, geometry of working bodies of extruder and mode parameters, is begun. The purpose of the paper is scientific substantiation of rheological model of minced system from fish raw materials which in development of equations of material flow in working zones of extruder is further used. Complex rheological properties of minced systems from fish raw materials are analyzed and generalized. The material demonstrates instantaneous-elastic deformation, plastic shear and viscoelastic flow, and also has thixotropic properties. The minced meat system is a complex polydisperse system consisting of a liquid phase and a solid fibrous network, which is a complex spatial structure of fibers, colloidal formations, filler particles and has mechanical strength. The rheological model that determines the shear stress inside the fibrous structure of the minced meat system with thixotropic properties depending on the flow velocity gradient is theoretically obtained. To check the adequacy of the obtained mathematical model, experimental studies of the rheological characteristics of various minced meat systems from pollock with the addition of millet, buckwheat, rolled oats, rye flour, dry skim milk, bone mineral supplement were carried out. The tests demonstrated that the material, when moving in the channel, passes through several stages of internal transformations from a structured flow to a dispersed state. The theoretical model with a high degree of adequacy corresponds to the experimental dependencies, which the analysis showed. The developed rheological model quite fully reflects the physical essence of structure formation in the minced meat system and can be used for further modeling of the extrusion process of fish mince.
Key words: fish raw material; minced fish; minced meat system; extrusion; extruder; extrudate; complex-shaped product; viscosity; elasticity; plasticity; viscoelasticity; viscoelastoplasticity; normal stresses; shear stresses; ultimate shear stress; deformation; rheology; hydrodynamics; non-Newtonian fluid; filler; flow curve; model.
