Technologia specjalizacyjna II: Właściwości fizykochemiczne surowców i produktów spożywczych

Celem jest zapoznanie z podstawami reologii płynów występujących powszechnie w przemyśle spożywczym. Poznanie podstawowych praw i wielkości opisujących przepływy cieczy nieniutonowskich. Zastosowanie metod reometrycznych do określania właściwości surowców i produktów spożywczych. Przeniesienie wiedzy zdobytej na podstawie przepływów modelowych na warunki przemysłowe.

Treść kształcenia

Podstawowe pojęcia reologii –naprężenie, odkształcenie, reologiczne równanie stanu

Reometria, reometry i metody pomiarowe

Pojęcie liniowej lepkosprężystości – podstawowe modele lepkosprężyste

Elementy lepkosprężystości nieliniowej

Granica płynięcia – praktyczne i teoretyczne aspekty istnienia i wykorzystania granicy płynięcia

Efekty czasowe – zjawisko tiksotropii i antytiksotropii – zastosowania

Właściwości reologiczne zawiesin, emulsji i pian spożywczych.

Reologia w procesach przemysłowych

Zastosowanie parametrów reologicznych do oceny struktury, jakości i trwałości produktów spożywczych

Badanie lepkości granicznej wodnych roztworów wybranych białek i polisacharydów. Wyznaczenie średniej lepkościowej masy cząsteczkowej. Analiza oddziaływań pomiędzy łańcuchami biopolimerów a rozpuszczalnikiem. Wpływ temperatury na jakość oddziaływań.

Wyznaczanie podstawowych właściwości reologicznych na podstawie przebiegu krzywych płynięcia wybranych produktów spożywczych. Płyny zagęszczane i rozrzedzane ścinaniem. Wpływ temperatury na właściwości reologiczne.

Estymacja wartości parametrów równań reologicznych. Wyznaczenie wartości energii aktywacji przepływu lepkiego. Omówienie wyników i ich interpretacja fizyczna.

Wpływ temperatury na właściwości reologiczne: żelowanie karagenu, przemiana helisa-kłębek na przykładzie zachowania wodnych roztworów gumy ksantanowej.

Wpływ temperatury na właściwości reologiczne: kleikowanie skrobi różnego pochodzenia botanicznego i ich modyfikatów. Interpretacja krzywych kleikowania. Aktywność enzymów amylolitycznych i ich detekcja na podstawie zmian lepkości wodnych roztworów skrobi.

Badanie naprężeń normalnych w produktach spożywczych. Wyznaczenie współczynnika ekspansji podczas wytłaczania.

Reologia zawiesin spożywczych. Wpływ dodatku wybranych hydrokoloidów na właściwości reologiczne zawiesin. Wyznaczenie stałych czasowych sedymentacji w zawiesinach z dodatkiem hydrokoloidów.

Wyznaczenie granicy płynięcia na przykładzie spożywczych produktów do smarowania pieczywa (różnice pomiędzy masłem a margaryną, serki topione), farszy mięsnych i ciast surowych. Interpretacja wartości granicy płynięcia w kontekście składu badanego produktu.

Właściwości lepkosprężyste produktów spożywczych na przykładzie ciast drożdżowych. Wpływ czasu miesienia na właściwości reologiczne. Właściwości ciasta niedomiesionego i przemiesionego. Wyznaczenie optymalnego czasu miesienia na podstawie właściwości lepkosprężystych.

Właściwości lepkosprężyste pian spożywczych na bazie białek różnego pochodzenia i wybranych hydrokoloidów. Optymalizacja składu pian na podstawie właściwości lepkosprężystych. Określenie funkcji technologicznych hydrokoloidół nieskrobiowych.

Badanie charakterystyki pompy ślimakowej do zastosowań spożywczych.

Wyznaczanie spadku ciśnienia podczas przepływu wybranych produktów spożywczych. Wyznaczenie zależności spadku ciśnienia od rodzaju tłoczonego płynu.

Kolokwium zaliczeniowe

Literatura podstawowa:

1. J. Ferguson, Z. Kębłowski „Reologia stosowana płynów” Marcus sc. 1995 Łódź

2. K. Wilczyński „Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych” WNT 2001 Warszawa

Literatura uzupełniająca:

1. J.D. Ferry „Viscoelastic Properties of Polymers” 1980

Wiedza

Zna podstawowe pojęcia reologiczne – naprężenie (styczne, normalne), odkształcenie, szybkość ścinania, lepkość niutonowska, lepkość chwilowa. Ma podstawową wiedzę na temat tworzenia reologicznych równań stanu. Zna kryteria i metody estymacji parametrów równań stanu. Zna wpływ temperatury i stężenia na parametry reologiczne płynów.

Zna rodzaje urządzeń służące do prowadzenia pomiarów reologicznych. Zna zalety i wady oraz ograniczenia pomiarowe poszczególnych przyrządów. Ma podstawową wiedzę na temat teorii ich działania.

Zna pojęcie lepkosprężystości. Zna podstawowe modele opisane tłumikami i sprężynami – model Maxwella, Burgersa, model standardowy. Zna i rozumie efekt pamięci w układach lepkosprężystych. Ma wiedzę na temat wpływu temperatury i masy cząsteczkowej na zjawiska relaksacji i retardacji. Rozumie podstawowe zjawiska lepkosprężystości nieliniowej.

Zna związek pomiędzy właściwościami reologicznymi surowca/produktu a jego zachowaniem podczas przetwarzania/przechowywania.

Umiejętności

Potrafi ocenić na podstawie danych eksperymentalnych wpływ poszczególnych rodzajów naprężeń na zachowanie płynu podczas przepływu. Potrafi wyznaczyć parametry płynu na podstawie danego równania stanu. Umie przeprowadzić dobór i estymację równania stanu na podstawie danych doświadczalnych.

Potrafi zaplanować i przeprowadzić doświadczenie mające na celu wyznaczenie określonej wielkości reologicznej.

Umie wykonać krzywą zbiorcza na podstawie danych pomiarowych dla różnych temperatur/stężeń/mas cząsteczkowych. Potrafi przeprowadzić estymację parametrów podstawowych modeli lepkosprężystych oraz określić liczbę Debory dla procesu. Umie ilościowo określić podstawowy wielkości lepkosprężystości nieliniowej.

Potrafi wyznaczyć spadek ciśnienia podczas przepływu cieczy nieniutonowskiej w przewodzie. Potrafi określić stabilność produktu spożywczego na podstawie jego właściwości reologicznych

Umie przygotować dokumentację (sprawozdanie) wykonanego ćwiczenia laboratoryjnego i projektu

Kompetencje społeczne

Potrafi pracować w zespole przy realizacji doświadczenia i potrafi wybrać priorytety służące realizacji określonych celów i/lub zadań

Na ocenę 2

Nie zna podstawowych pojęć .

Nie zna rodzajów urządzeń do pomiaru wielkości reologicznych

Nie zna i nie rozumie podstawowych pojęć z zakresu lepkosprężystości

Nie potrafi przełożyć wiedzy teoretycznej na praktykę przemysłową na temat właściwości reologicznych płynów

Nie potrafi interpretować wyników badań i wyznaczać parametrów płynów

Nie umie zaplanować i przeprowadzić doświadczeń

Nie umie

Nie umie

Nie potrafi przygotować dokumentacji projektu lub jego elementów według zadanego wzorca

Nie potrafi pracować w zespole

Na ocenę 3

Zna podstawowe pojęcia ale nie rozumie różnic pomiędzy nimi i nie zna ich właściwości

Zna rodzaje urządzeń do pomiaru wielkości reologicznych, ale nie zna ich wad i zalet - nie rozumie istoty ich działania.

Zna i rozumie podstawowe pojęcia z zakresu lepko sprężystości. Nie rozumie i nie zna opisy za pomocą tłumików i sprężyn.

Rozumie reologiczne zachowanie się surowca ale nie potrafi powiązać go z procesem technologicznym

Potrafi ocenić na podstawie danych eksperymentalnych wpływ poszczególnych rodzajów naprężeń na zachowanie płynu podczas przepływu. Nie potrafi wyznaczyć parametrów płynu na podstawie danego równania stanu.

Potrafi zaplanować ale nie potrafi przeprowadzić doświadczeń

Umie wykonać krzywą zbiorcza na podstawie danych pomiarowych dla różnych temperatur/stężeń/mas cząsteczkowych.

Potrafi wyznaczyć spadek ciśnienia podczas przepływu cieczy nieniutonowskiej w przewodzie.

Potrafi przygotować elementy dokumentacji projektu według zadanego wzorca

Bierze udział w pracach zespołu, ale nie potrafi określić swojej roli w zespole i zaplanować w nim swojego udziału

Na ocenę 4

Zna podstawowych pojęć i rozumie różnice pomiędzy nimi. Zna ich właściwości ale nie rozumie korzyści wynikających z ich znajomości

Zna rodzaje urządzeń do pomiaru wielkości reologicznych, zna i rozumie istotę ich działania. Nie rozumie podstaw teoretycznych ich działania

Zna i rozumie całość zagadnień lepko sprężystości liniowej. Nie rozumie zagadnień nieliniowych.

Rozumie reologiczne zachowanie się surowca i potrafi powiązać go z procesem technologicznym

Potrafi ocenić na podstawie danych eksperymentalnych wpływ poszczególnych rodzajów naprężeń na zachowanie płynu podczas przepływu. Potrafi wyznaczyć parametry płynu na podstawie danego równania stanu. Nie umie przeprowadzić doboru i estymacji równań stanu na podstawie danych doświadczalnych.

Potrafi zaplanować i przeprowadzić doświadczenie mające na celu wyznaczenie określonej wielkości reologicznej. Ale nie umie poprawnie zinterpretować wyników

Umie wykonać krzywą zbiorcza na podstawie danych pomiarowych dla różnych temperatur/stężeń/mas cząsteczkowych. Potrafi przeprowadzić estymację parametrów podstawowych modeli lepkosprężystych oraz określić liczbę Debory dla procesu.

Potrafi wyznaczyć spadek ciśnienia podczas przepływu cieczy nieniutonowskiej w przewodzie. Potrafi określić stabilność produktu spożywczego na podstawie jego właściwości reologicznych

Potrafi przygotować pełną dokumentacje projektu według zadanego wzorca z dodatkowymi własnymi elementami

Potrafi przyjmować różne role w trakcie pracy zespołowej

Na ocenę 5

Zna podstawowych pojęć i rozumie różnice pomiędzy nimi. Zna ich właściwości i rozumie korzyści wynikających z ich znajomości.

Zna rodzaje urządzeń do pomiaru wielkości reologicznych, zna i rozumie istotę ich działania. Rozumie podstawy teoretyczne ich działania

Zna i rozumie całość zagadnień lepkosprężystości liniowej i nieliniowej.

Rozumie reologiczne zachowanie się surowca i potrafi powiązać go z procesem technologicznym i zjawiskami zachodzącymi podczas przechowywania gotowego produktu

Potrafi ocenić na podstawie danych eksperymentalnych wpływ poszczególnych rodzajów naprężeń na zachowanie płynu podczas przepływu. Potrafi wyznaczyć parametry płynu na podstawie danego równania stanu. Umie przeprowadzić dobór i estymację równania stanu na podstawie danych doświadczalnych.

Potrafi zaplanować i przeprowadzić doświadczenie mające na celu wyznaczenie określonej wielkości reologicznej. Umie poprawnie zinterpretować wyniki

Umie wykonać krzywą zbiorcza na podstawie danych pomiarowych dla różnych temperatur/stężeń/mas cząsteczkowych. Potrafi przeprowadzić estymację parametrów podstawowych modeli lepkosprężystych oraz określić liczbę Debory dla procesu. Umie ilościowo określić podstawowy wielkości lepkosprężystości nieliniowej.

Potrafi wyznaczyć spadek ciśnienia podczas przepływu cieczy nieniutonowskiej w przewodzie. Potrafi określić stabilność produktu spożywczego na podstawie jego właściwości reologicznych.

Potrafi samodzielnie określić wymaganą postać dokumentacji, a następnie na tej podstawie udokumentować projekt

Potrafi zarządzać pracą zespołu i koordynować jego działania. Potrafi skutecznie rozwiązywać spory i konflikty w trakcie pracy zespołowej