Структурно-механічні (реологічні) властивості (СМС) характеризують поведінку продукту в умовах напруженого стану і дозволяють зв'язати між собою напруги, деформації або швидкості деформації в процесі докладання зусиль.
Вони не є «чистими» константами матеріалу і істотно залежать від форми
і розміру тіла, швидкості навантаження, стану поверхні, впливу навколишнього середовища, температури, структури і безлічі інших чинників.
Наука, що займається вивченням деформації і перебігом різних тіл, називається реологією, предметом якої є дослідження різних видів деформації в залежності від супроводжуючих їх напруг.
Велика частина харчових продуктів, досліджуваних реологією, являє собою дисперсні системи, що складаються з двох і більше фаз.
З точки зору реологии дисперсні системи можна розділити на золі, які ведуть себе як рідини, і на гелі, що володіють властивостями твердих тіл.
У золях суцільна фаза, або дисперсійне середовище, є рідиною; дисперсна фаза може бути рідкою в разі емульсії або твердої в разі суспензії.
До основних реологическим (структурно-механічним) властивостями матеріалів (харчових продуктів) відносяться: пружність, пластичність, в'язкість і міцність.
Під пружністю розуміється здатність тіла після деформування повністю відновлювати свою первинну форму або об'єм, тобто робота деформування дорівнює роботі відновлення.
Пружність тіла характеризується модулем пружності.
Пластичність - здатність тіла під дією зовнішніх сил необоротно деформуватися без порушення цілісності.
Пластичне протягом починається при величині напруги, що дорівнює межі текучості.
Для характеристики зсувних деформацій використовується поняття «максимальне напруження зсуву».
Воно характеризує міцність системи.
В'язкість - здатність тіла чинити опір відносному зсуву його верств.
Основною властивістю рідин є в'язкість.
В'язка течія реалізується в істинно в'язких, ньютоновских рідинах при будь-яких, як завгодно малих напругах зсуву.
При перебігу неньютоновскіх (аномально в'язких) рідин в'язкість не залишається величиною постійною: вона залежить від напруги зсуву і градієнта швидкості.
Тоді користуються поняттям «ефективна в'язкість», яка обчислюється (за залежністю) для фіксованих значень напруги і градієнта швидкості.
Ефективна в'язкість є підсумковою характеристикою, яка описує рівноважний стан між процесами відновлення і руйнування структури в сталому потоці.
Вона є умовною характеристикою, вимірюється у високов'язких неньютоновскіх
систем при певних значеннях швидкості і напруження зсуву.
Ефективна в'язкість неньютоновскіх рідин складається з двох компонентів:
1) ньютонівської в'язкості, яка заснована на внутрішньому терті і представляє фізичну константу матеріалу;
2) структурного опору, яке залежить від структурного стану дисперсних систем і є функцією швидкості зсуву.
Отже, ефективна в'язкість є реологічні характеристикою,
яка враховує внутрішнє тертя і структурнодінаміческую рівноважну компоненту.
Міцністю називають опір тіла дії зовнішніх сил, які призводять тіла до течії або руйнування.
У твердих харчових продуктів, які володіють як пружними, так і пластичними і в'язкими властивостями, міцність залежить від швидкості деформації.
Мінімальною міцністю володіють тіла при статичному або квазістатичному навантаженні, при якому вязкоупругие напруги повністю релаксируют (розсіюються).
Руйнування наступає тільки після перевищення межі текучості і розвитку пластичної деформації.
Максимальної міцності тверді харчові продукти досягають при вкрай високій швидкості навантаження.
В цьому випадку
вязкоупругие напруги практично не релаксує, межа міцності
настає безпосередньо за межею плинності, пластична
деформація відсутня, тому спостерігається крихкий злам.
Крім основних СМС на якість харчових продуктів, а отже,
і на якість продукції громадського харчування надають
вплив і ряд допоміжних фізико-механічних властивостей, таких
як твердість, м'якість, крихкість, когезия, адгезія, липкість.
Твердість - це комплексне властивість твердих харчових продуктів
чинити опір проникненню іншого тіла внаслідок незворотних
(Пружною і в'язкою) деформацій. При негомогенних структурному
будову продуктів мікротвердість в різних точках неоднакова.
Внаслідок цього прямій залежності між твердістю і
міцністю не існує.
Твердість можна виразити як фізичну величину з однозначною
розмірністю. Вона є деяким технічним параметром,
який виражається у відносних величинах в залежності
від методу визначення. Коефіцієнт твердості розраховують за величиною
сили і геометричним параметрам залишкової деформації
(Кульового сегмента, глибини впровадження і т. Д.).
М'якість - властивість, протилежне твердості.
Крихкість - властивість твердих тіл досягати руйнування без пластичної
деформації.
Когезия - опір тіла руйнування, пов'язаного з подоланням
сил взаємодії між атомами і молекулами на поверхні
розділу. Під когезией розуміється зчеплення частинок усередині
розглянутого тіла (продукту). Між роботою когезії і роботою
крихкого руйнування існує пряма залежність.
Адгезія - властивість, яке ґрунтується на взаємодії двох
різних тіл на кордоні розділу фаз і викликає зчеплення тел. адгезія
(Прилипання) - це злипання поверхонь двох різнорідних
матеріалів.
Величину адгезії двох тіл прийнято характеризувати силою відриву;
питомої роботою відриву, віднесеної до одиниці площі; часом,
необхідним для порушення зв'язку між субстратом і адгезивом під
дією певного навантаження.
Для харчових продуктів характерні різні види відриву: адгезійний,
когезійний і змішаний - адгезионно-когезійний.
Липкість - властивість прикордонного шару в'язких або пластичних матеріалів
чинити опір поділу знаходяться в контакті
поверхонь. Воно грунтується на адгезії матеріалів на поверхнях
розділу і когезії самого випробуваного матеріалу. Якщо сили когезії
більше, ніж сили адгезії, поділ відбувається в результаті
подолання сил адгезії і навпаки. Якщо обидві сили приблизно
рівні, поділ відбувається завдяки частковому подолання
сил когезії і адгезії.
По виду прикладення зусилля або напруги до продукту структурномеханіческіе
(Реологічні) властивості можна розділити на три пов'язані
між собою групи.
Зсувні властивості характеризують поведінку обсягу продукту при
впливі на нього зсувних, дотичних напружень. зсувні
властивості являють собою основну групу властивостей, які широко
використовуються як для розрахунку різних процесів руху
в робочих органах машин, так і для оцінки якості харчових продуктів.
У зв'язку з цим найбільшого поширення набули способи
класифікації харчових та інших реологічних тіл по зсувними
характеристикам (модулю пружності, в'язкості та ін.).
Компресійні властивості характеризують поведінку обсягу продукту
при впливі на нього нормальних напружень в замкнутій
формі, між двома пластинами або при будь-якому іншому способі
розтягування - стиснення зразка продукту. Ці властивості використовуються
для розрахунку робочих органів машин і апаратів і для оцінки якості
продукту. До них відносяться модулі пружності, пластичність та ін.
Поверхневі властивості характеризують поведінку поверхні продукту
на межі поділу з іншим твердим матеріалом при впливі
нормальних (адгезія і м'якість) і дотичних (зовнішнє тертя) напруг.
Вони характеризують зусилля взаємодії між поверхнями
конструкційний матеріал і продуктом при нормальному
відриві або зсуві.