7. Фізичні властивості м’яса

Переглянути презентацію “Фізико-хімічні основи виробництва м’ясних продуктів“

У ході технологічних процесів отримання і переробки м’яса використовують різні зовнішні дії: термічну обробку, ультразвук, інфрачервоний і високочастотний нагріви, обробку тиском. Ефективність цих процесів залежить від фізичних характеристик сировини.

Більшість приладів контролю м’яса і м’ясних продуктів заснована на вимірюванні їх фізичних показників.

Густина м’яса залежить від вмісту в його складі жирової тканини і кістки. Середня густина знежиреного м’яса близько 1070, жирової тканини 950-970, кістки 1130-1300 кг/м³ залежно від вмісту в ній щільної речовини.

Міцнісні властивості залежать від вигляду, вгодованості, сорту м’яса і змінюються в процесі технологічної обробки. Межа міцності при розтягуванні м’язової тканини складає (10-20)•10⁵ Па, колагенових волокон (2000-6500))•10⁵ Па, еластинових волокон (1000-2000)•10⁵ Па. Напруга зрізу сирої свинини лежить у межах (1,3-1,9)•10⁵ Па, після варіння зростає до (2,7-4,7)•10⁵ Па.

Теплофізичні властивості. Найважливішими теплофізичними властивостями м’яса є теплоємність, коефіцієнт теплопровідності, температуропровідність і ентальпія (теплоутримання).

Термофізичні показники м’яса залежать від вмісту вологи і жиру.

Питома теплоємність м’яса також залежить від його складу, зокрема від вмісту води. Величини питомої теплоємності [Дж/(кг-К)] деяких м’ясопродуктів при температурі вище кріоскопічної точки складають: яловичина (при вогкості 75 %) – 3,8•10³, свинина (при вогкості 40 %) – 2,0•10³, м’ясо птаха (при вогкості 74 %) – 3,3•10³, жир яловичий зовнішній (при вогкості 7 %) – 3,4•10³, шпик свинячий (при вогкості 3 %) – 4,3•10³.

Коефіцієнт теплопровідності [Вт/(м·К)] при температурі вище за кріоскопічну точку рівний для яловичини (вогкість 75 %) – 0,488, для свинини (вогкість 40 %) – 0,330, для жиру яловичого зовнішнього (вогкість 7 %) – 0,203 – 0,237, для свинячого шпика (вогкість 3 %) – 0,186.

Температуропровідність м’яса (швидкість зміни температури в м’ясі при нагріванні або охолоджуванні складає (0,1100–0,1250) • 10^-6 м²/с. Вона, як і коефіцієнт теплопровідності, залежить від хімічного складу м’яса. Температуропровідність значно зростає після розморожування м’яса.

Ентальпія (теплоутримання) м’яса, як і інших харчових продуктів, при будь-яких температурах залежить від вологоутримання W. Ентальпія м’яса (кДж/кг) при температурі tM (°C) від 0 до 30 °С може бути розрахована за формулою:

     i = [(0,75 W + 0,2 tM + 114W– 12,2] • 4,187

Електрофізичні властивості характеризуються комплексною діелектричною проникністю
ε = ε’ – jε”,

де ε’– дійсна частина, звана діелектричною проникністю, яка прямо впливає на кількість енергії, яка може бути запасена у матеріалі у формі електричного поля; ε” – уявна частина, так званий чинник втрат, є мірою того, скільки енергії може розсіяти матеріал у формі тепла;

j = √-1

М’ясо, як об’єкт з точки зору його поведінки в електромагнітному полі, є гетерогенною сумішшю діелектриків (чисті білки, жири, вуглеводи, вода) і провідників (водні розчини солей), що утруднює вивчення і математичний опис його властивостей.

Величини ε’ і ε” залежать від частоти випромінювання, температури і складу м’яса. Значення ε’ і ε” максимальні при низьких частотах, із збільшенням частоти вони різко зменшуються. Якнайповніше електрофізичні характеристики м’яса і м’ясопродуктів досліджені для СВЧ-діапазону.

Зміна температури від 0 до 30 °С не викликає змін у діелектричних характеристиках м’яса. З підвищенням температури, коли відбувається перерозподіл вологи за рахунок денатурації білків і подальшої втрати вологи тканинами м’яса, значення діелектричних характеристик змінюється: ε’ зменшується, а ε” – збільшується, досягнувши максимуму при 60 °С, а потім з подальшим підвищенням температури зменшується.

Одним з визначальних чинників хімічного складу м’яса, що істотно впливають на його діелектричні характеристики, є вологість.

Залежність діелектричних характеристик від вологості тканин м’яса у зв’язку з різноманітністю форм зв’язку в матеріалі носить складний характер. Для розрахунку залежностей ε’ і ε” від W використовують емпіричні формули. При зміні вологості від 30 до 80 % значення ε’ і ε” м’язової тканини м’яса збільшуються.

Збільшення жирності м’яса приводить до зменшення ε’ і ε”. Подібна зміна діелектричних характеристик відбувається також із зміною густини тканин м’яса.

Питома електрична провідність м’яса (см/м) залежно від вмісту жиру при різній температурі коливається в межах:  0°С – 0,3;   20°С – 0,5-0,6;   70°С –1,2-1,4;  100 °С – 1,6-1,9.

Електрофізичні властивості м’яса широко використовуються при обробці м’яса струмами високої і надвисокої частоти.

Оптичні властивості. М’ясо і м’ясопродукти у зв’язку зі складністю мікроструктури має велику оптичну густину. Для технологічних цілей найчастіше використовують терморадіаційні характеристики м’яса і м’ясопродуктів.

До них відносяться величини, що характеризують властивості матеріалу поглинати, відображати або пропускати падаюче ззовні випромінювання, а також випромінювати енергію.

Ці величини називають відповідно коефіцієнтами поглинання, відображення, пропускання.

Оптичні характеристики можуть бути спектральними і інтегральними. У першому випадку вони характеризують явища, що відбуваються при певній хвилі випромінювання λ, в другому – для довжин хвиль λ=0÷ ∞. Для аналітичних цілей використовують спектральні характеристики, для інженерної практики – інтегральні.

Як і всі фізичні характеристики, оптичні властивості залежать від кількості і стану води у м’ясопродуктах. Для води характерне значне поглинання і невелике розсіювання випромінювання за усім ІЧ-спектром, що є слідством енергії і форми зв’язку вологи з матеріалом. Велике значення має також фазовий стан води. Оптичні характеристики залежать від довжини випромінювання.

Оптичні властивості м’яса виконують важливу роль в оцінці кольоровості. За відображенням поверхні зразка можна визначити інтенсивність забарвлення м’яса і м’ясних продуктів. Для визначення кольору м’яса використовують спектрофотометри. Вимірювання коефіцієнтів відображення при довжинах хвиль 627, 635 і 650 нм дає можливість встановити утворення міоглобіну, погіршуючого забарвлення м’яса.

Відбивна і пропускна здатність м’яса і м’ясопродуктів для інтегрального потоку ІЧ-випромінювання, що використовується в практиці, представлена в таблицях 2 і 3.

 Таблиця 2 – Відбивна здатність м’яса і м’ясопродуктів для інтегрального потоку
ІЧ-випромінювання

Продукт	Воло-гість, %	Відбивна здатність (%) при  λmах, мкм
		1,04		2,3-2,5		4,5
		до термо-обробки	після термо- обробки	до термо- обробки	після термо- обробки	до термо- обробки	після термо- обробки
Свинина	70-72	9,6	13,4	6,6-7,2	9,1-10	6,0-6,1	8,4-8,5
Яловичина	75-78	8,4	11,6	6,45-7,1	8,9-9,8	4,1-4,6	5,71-6,4
М’ясо курей біле	69	13,3	16,4	8,4	10,6	6,0	7,8
Фарш докторської ковбаси	71-72	14,7-15,3		6,7		6,0-6,6

Таблиця 3 – Пропускна здатність м’яса і м’ясопродуктів для інтегрального потоку
ІЧ-випромінювання

Продукт	Товщина зразка, мм	Пропускна спроможність (в %) при λmах,, мкм
		1,04	2,3-2,5	2,7-2,9	3,8	4,5
Свинина	0,5	42,0	18,1	14,4	7,6	5,1
(W = 70-72 %)	1,0	21,0	7,2	5,2	2,3	1,4
	2,0	10,6	2,6	2,0	1,5	0,39
	4,0	5,2	1,1	0,75	0,36	0,11
Яловичина	0,5	34,0	15,2	12,4	10,1	4,6
(W = 75-78 %)	1,0	17,3	5,3	4,4	3,3	1,15
	2,0	8,8	2,2	1,5	1,1	0,23
	3,0	5,9	1,2	0,84	0,58	0,13
	4,0	4,4	0,8	0,55	0,37	0,07
Біле м’ясо курей	0,5	54,6	17,2	13,4	11,6	9,0
(W = 69 %)	1,0	33,1	9,5	8,6	7,3	5,1
	2,0	21,3	3,1	2,8	2,0	1,8
Фарш докторської	4,0	10,0	0,5	0,3	0,2	–
ковбаси	0,5	30,9	10,2	7,8	5,6	3,3
(W = 71-72%)	1,0	16,3	6.3	4,3	2,5	1,0
	2,0	7,6	1,0	0,5	–	–
	2,5	5,0	–	–	–	–
Свинячий жир	0,5	47,4	20,0	17,6	13,2	11,0
(W = 5-7 %)	1,0	35,3	11,1	8,3	6,1	6,0
	2,0	18,8	5,0	5,2	1,4	0,9
Желатин	4,0	6,0	0,1	0,7	–	–
(W=14%)	4,0	30,0	6,0	4,3	3,1	2,6

Акустичні властивості. Основними характеристиками акустичного поля є частота коливань, швидкість звуку, амплітуда, хвильовий і питомий акустичний опір середовища, звуковий тиск, інтенсивність звуку.

Неоднорідність будови м’язових волокон м’яса веде до різного поглинання звуку окремими елементами, тобто спостерігається анізотропія загасання звуку.

Поглинання звуку в рідинах обумовлено в’язкістю середовища, а також теплопровідністю. Розповсюдження звукових хвиль у середовищі супроводжується втратами на розсіювання, які зовні виявляються в підвищенні температури середовища.

Коефіцієнт поглинання залежить від частоти ультразвукового поля: лінійно зростає із збільшенням частоти незалежно від виду тканини, а при опромінюванні суспензій лінійно зростає із збільшенням концентрації.

Анізотропія (від грец. άνισος — нерівний, неоднаковий та грец. τροπή — напрям) — відмінність властивостей середовища у різних напрямках (на відміну від ізотропії).Щодо одних властивостей середовище може бути ізотропним, щодо інших — анізотропним. Може різнитися також ступінь анізотропії. Це явище характерне для  показника загасання звуку, показника заломлення світла, діелектричної сталої, теплопровідності, магнітних властивостей кристалів, проникності порід і т.і. Анізотропія поглинання ультразвуку особливо сильно виявляється біля тканин, що складаються з шарів, що чергуються, з різними властивостями (шкура, жирові прошарки і др). У цьому випадку загасання акустичної енергії залежить від напряму ультразвуку – уздовж або впоперек шарів.

Акустичні характеристики різних тваринних тканин представлені в таблиці 4.

 Таблиця 4 –  Питомий акустичний опір тваринних тканин 

Зразок	Температура, °С	Швидкість звуку с•10³, м/с	Густина ρ,  кг/м³	Питомий акустичний опір ρ•с, Па • с/м
Тканина: М’язова (яловичина) Жирова (свинина) Мозкова (свинина) Печінка Кістка (щільна маса)	16-20 16-20 16-20 16-20 16-20	1,575-1,578 1,444 1,506 1,553 3,37	1033-1048 930 1026 1064 1850	1,79 1,32 1,55 1,63 6,23