Реологические характеристики БП

Использование методов биотехнологии для модификации коллагенсодержащего сырья позволяет регулировать его структурно-механические и функционально-технологические свойства, обеспечивает возможность его дальнейшего вовлечения в процессы производства продуктов питания.

Особенности структуры БП, полученного из КС путем ферментативного протеолиза композицией ферментов, обуславливают его качественные и технологические показатели, а также поведение в процессах деформации. Для их описания использовали кривые течения (реограммы), которые характеризуют зависимость напряжения сдвига от скорости деформации. Характер реограмм, как правило, позволяет отнести данный продукт к тому или иному виду реологических тел (Гука, Ньютона, Сен-Венана) [38, 95, 96].

В связи с вышеизложенным, были проведены экспериментальные исследования реологических свойств БП. В исследованиях использовали вискозиметр «Реотест – 2», реологические характеристики измеряли при t=20±2^оС, ферментативный протеолиз проводили в соответствии с разработанными нами технологическими режимами.

Анализ исследований реологических характеристик, представленных на рис. 3.13, 3.14, показывает, что обработка КС композицией ферментов приводит к значительному увеличению предельного напряжения сдвига – с 578,6 Па у контроля, до 1388,64 Па у БП; вязкости при единичной скорости сдвига – с 202,5 Па∙с до 900 Па∙с и эффективной вязкости – с 564,7 Па∙с, до 3731,2 Па∙с, что свидетельствует о значительном упрочнении структуры, т.е. ее структурировании.

Зависимость эффективной вязкости от напряжения или скорости сдвига принято считать основной характеристикой структурно-механических свойств дисперсных систем, т.к. эффективная вязкость является итоговой характеристикой, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке.

Наблюдаемая непропорциональная зависимость между скоростью сдвига и напряжением, характеризует неидеальнопластическое течение. При достижении предела текучести данная структура разрушается не сразу, а постепенно, по мере увеличения скорости сдвига. Предполагается, что за счет сил взаимодействия между частицами дисперсной фазы образуются длинные цепи в виде нитей, которые при малых скоростях сдвига движутся, как единое целое. По мере увеличения скорости происходит разрыв нитей на мелкие фрагменты, а при очень высоких скоростях сдвига нити полностью разрушаются и вязкость зависит только от взаимодействия между отдельными частицами.

 

Рис. 3.13. Кривые течения контрольного образца и БП

1 – контроль без ферментации; 2 – БП

 

 

Рис. 3.14. Реологические кривые контрольного образца и БП

1 – контроль без ферментации; 2 – БП

 

Проводя сравнительный анализ реологических кривых, можно выделить три основные зоны: в диапазоне скоростей от 0 до 3 с^-1 – для контроля, и в диапазоне от 0 до 1,5 с^-1 – для БП наблюдается лавинное разрушение структуры, характерное для неидеальнопластических систем.

Следующая зона в диапазоне от 3 до 27 с^-1 – для контроля и от 1,5 до 13,5 с^-1 – для БП – зона вязкопластического течения.

Начиная со скорости сдвига 27 с^-1 – для контроля и 13,5 с^-1 – для БП прослеживается ньютоновское течение, свидетельствующее о разрушении структуры.

Характер деформации, проявляемой как контролем, так и БП является подобным (однотипным), т.к разрушение структуры с увеличении скорости сдвига наблюдается в обоих случаях. Однако, значения пластической вязкости для БП значительно выше – 19 Па∙с, тогда как для контроля это значение в 3,2 раза ниже – 5,9 Па∙с.

Подобные изменения реологических свойств можно объяснить эффективностью воздействия ферментативного протеолиза на КС, которое приводит к деформации трехмерной структуры коллагена за счет ослабления и разрыва водородных связей, удерживающих полипептидные цепи. Вероятно, в результате разрыва связей видоизменяются силы взаимодействия, количество и природа сшивок, определяющая структуру системы и ее прочность, т.е. возникают новые, более прочные химические связи. В результате этого происходит увеличение прочностных характеристик продукта.

Описанные выше реологические характеристики БП, полученные в ходе экспериментальных исследований представлены в табл. 3.7

Таблица 3.7

Реологические характеристики БП

Наименование образца	Предельное напряжение сдвига, Па	Вязкость при единичной скорости, Па·с	Пластическая вязкость, Па·с	Эффективная вязкость, Па·с
Контроль	578±23	202±8	5,9±0,2	564±22
БП	1388±55	900±36	19,0±0,7	3731±149

 

Таким образом, реологические характеристики БП, полученные в ходе анализа кривых течения, позволяют отнести его к системам, деформация которых описывается уравнением Гершеля – Балкли, а также установить, что БП является структурообразователем.