Физические свойства теста

12.09.2015

Физические свойства теста являются хорошим показателем силы муки, так как именно ими определяются газоудерживающая способность теста и способность его сохранять форму в процессе расстойки и при выпечке.
Тесто относится к группе пластичных тел и занимает промежуточное положение между идеально упругим телом и истинно вязкой жидкостью.
Одновременное наличие у теста свойств упругости (эластичности) и вязкости и соотношение этих свойств в основном определяет физические свойства теста.
Идеально упругие тела деформируются в соответствии с законом Гука пропорционально деформирующей силе.

Физические свойства теста

Так, например, в случае простого сдвига упругого тела, имеющего форму куба (рис. 15), к верхнему основанию которого приложена сила F, происходит упругая деформация, величина которой характеризуется углом γ. Для истинно упругого тела:
γ = εF

где ε — коэффициент упругости.
Иногда применяют формулу F = Еγ, где Е — модуль упругости при деформации сдвига, равный 1/ε. Для истинно упругого тела характерна способность после прекращения действия деформирующей силы полностью возвращаться к исходной форме и состоянию тела.
Под истинной вязкостью жидкости принято понимать ее внутреннее трение, сопротивление ее частиц взаимному перемещению их.
Вязкое течение жидкости может быть иллюстрировано схемой, приведенной на рис. 16. Между неподвижной пластинкой В и подвижной пластинкой А, находящейся под действием тангенциальной силы F. находится слой жидкости. Пластинки имеют площадь S. Слои жидкости, ближайшие к пластинкам, прилипают к ним, вследствие чего слой жидкости, непосредственно прилегающий к пластинке В, имеет скорость, равную нулю. Остальные слои смещаются параллельно друг другу со скоростью, возрастающей по мере перехода от пластинки В к пластинке А. При этом устанавливается постоянное движение жидкости, и внешняя сила F уравновешивается силами внутреннего трения жидкости.
Исходя из уравнения Ньютона для потока истинно вязкой жидкости можно написать, что
F/S = ηdv/dz,

где: η — коэффициент вязкости жидкости (иногда называемый коэффициентом внутреннего трения), а
dv/dz — градиент скорости.
Если между двумя пластинками, имеющими площадь сдвига 1 см2, поместить слой испытуемой жидкости толщиной 1 см и если для поддержания скорости этой жидкости, равной 1 см/сек, требуется сила, равная 1 дине, то вязкость испытуемой жидкости принимается за единицу, названную пуазом (в честь одного из крупнейших исследователей этого вопроса — Пуазейля).
В абсолютной системе единиц CGS размерность пуаза — г см-1 сек-1. При измерениях вязкости разных жидкостей часто применяют единицу, равную одной сотой доле пуаза, — сантипуаз. Вязкость воды при 20° равна 1,009 сантипуаза.
В некоторых работах для характеристики вязких жидкостей применяют понятие текучести, обратное понятию вязкости. Так, например, φ=1/η, где φ обозначает текучесть. Единицу текучести, равную 1/пауз, принято называть ре.
Пластичные тела способны к упругим деформациям до некоторого предела. Для деформации простого сдвига этот предел носит название предельного напряжения сдвига. За этим пределом пластичное тело начинает деформироваться необратимо, начинает течь, как вязкая жидкость.
Исходя из этого, Бингам для пластично-вязкого течения вещества при деформации простого сдвига предложил уравнение
F/S = θ = ηdv/dz,

где θ — предельное напряжение сдвига,
η — так называемая бингамовская вязкость,
dv/dz — градиент скорости.
Остальные обозначения соответственны обозначениям в приведенной выше формуле Ньютона для истинно-вязкой жидкости.
То, что вязкость теста (как и других пластичных тел) не подчиняется уравнению закона Ньютона, а связывается с предельным напряжением сдвига, обусловлено особенностями структуры коллоидных систем. Особенно большое значение структурные моменты имеют, очевидно, для теста и клейковины, представляющих собой коллоидные системы из лиофильных высокомолекулярных веществ, имеющих мицеллярную структуру. Лиофильность этих веществ, сольватные оболочки их мицелл, уже сами по себе способны вызывать достаточно резкое отклонение от истинной вязкости
Для теста, особенно же для пшеничного теста, структурный скелет которого состоит из эластичной клейковины, характерна наряду с отклонением от истинной вязкости и наличием предельного напряжения сдвига также способность к возвращению в какой-то степени к исходному состоянию после прекращения деформирующего действия. Этим тесто отличается от ряда пластичных материалов, например, глин, могущих обладать примерно такой же аномальной вязкостью и предельным напряжением сдвига. Можно представить себе модели истинно вязкого тела, идеально упругого тела и тел, сочетающих в себе свойства и вязкости и упругости (эластичности), схематически изображенные на рис. 17.
Физические свойства теста

Вязкие свойства этих моделей при деформации растяжения условно обозначены сосудом 1 с вязкой жидкостью, в котором перемещается поршень 2; к стержню последнего приложена деформирующая сила Р.
Эластичность в этих моделях условно обеспечивается и обозначается на схемах идеально упругими пружинами 3.
Буквой а обозначена модель истинно вязкого тела, буквой б — модель идеального упругого тела и буквами в и г — модели тела, сочетающего вязкость с эластичностью
Под этими моделями на рис. 17 приведены взаимно согласованные во времени графики приложения деформирующей силы P и изменения длины Δl; на оси абсцисс отложено время, причем t0 обозначает момент начала приложения деформирующей силы, a t1 — момент прекращения приложения этой силы.
График приложения деформирующей силы во всех случаях одинаков. Расположенные под ними графики изменения длины растягиваемых тел отличаются один от другого.
Для модели а, обладающей только вязкостью, характерно постепенное удлинение тела в период действия растягивающей силы и мгновенное прекращение какого-либо изменения длины с момента прекращения действия деформирующей силы.
Для модели б, представляющей идеально упругое тело, характерна мгновенная деформация, пропорциональная приложенной силе.
В этом удлиненном состоянии тело пребывает в течение всего периода приложения растягивающей силы Р. После прекращения действия деформирующей силы в момент t1 тело мгновенно сокращается до своей исходной длины.
Вариант модели одновременно упругого и вязкого тела обозначен на рис. 17 буквой в. График деформации растяжения этой модели указывает на двойное удлинение против других моделей, так как здесь упругие и вязкие элементы модели включены в цепь последовательно. Вначале это удлинение, протекающее за счет упругости тела, происходит мгновенно, далее удлинение, обусловленное вязкостью, идет постепенно.
Если снять деформирующую нагрузку, то величина удлинения мгновенно сократится наполовину, что обусловлено упругим последействием; это состояние сохраняется и в дальнейшем без каких-либо изменений.
Наконец, модель г, также изображающая тело, одновременно обладающее и вязкостью и эластичностью, имеет график деформации, характерный постеленным но несколько более быстрым нарастанием удлинения. Скорости такого удлинения определяется соотношением эластичности и вязкости. Чем больше эластичность и чем меньше вязкость, тем скорее будет итти удлинение растягиваемого образца. После прекращения действий силы P тело вследствие его упругости стремится вернуться к исходной длине. Сокращение его, однако, не происходит мгновенно, а требует известного промежутка времени, так как силам упругости приходится преодолевать силы внутреннего трения частиц вязкой жидкости.
Физические свойства теста

Тесто можно отнести к телам, сочетающим в себе элементы моделей в и г. Пшеничное тесто представляет собой коллоидную систему, в которой имеется в качестве эластичного элемента губчатый клейковинный скелет, состоящий из отдельных соприкасающихся и слипающихся между собой нитей и пленок, и в качестве вязкого элемента масса из набухших крахмальных зерен и раствора как коллоидных веществ (белков, декстринов и других соединений), так и солей сахаров и т. п. Очень существенным является то, что при длительной или очень сильной деформации жгутики и пленки клейковины, соединенные между собой, начинают как бы проскальзывать друг по другу. Вследствие этого клейковинный остов постепенно разрушается, и вся система в целом теряет свою эластичность и способности к упругому последействию.
Такое положение легко иллюстрировать следующим образом: если взять жгутик очень эластичной клейковины, быстро растянуть его на определенную незначительную длину и сразу же отпустить его концы, то жгутик почти полностью вернется к своей исходной длине. Совсем другое будет наблюдаться, если медленно растянуть жгутик клейковины и долго удерживать его в растянутом состоянии или если растянуть жгутик на очень большую длину. После этого жгутик клейковины в значительной мере потеряет способность возвращаться к исходному состоянию.
Можно произвести следующий опыт: взять три цилиндрической формы тела: а) из идеально упругого материала, б) из вязкого материала и в) из теста, сочетающего упругость и вязкость, растянуть их все действием одной и той же силы P и в один и тот же момент t1 прекратить растяжение, одновременно закрепив растянутые тела. Наблюдая за напряжением R в них, начиная с момента прекращения растяжения, можно установить положение, иллюстрируемое графиком напряжений на рис. 18. Идеально упругое тело а будет сохранять достигнутое при растяжении напряжение неизменным в течение любого периода.
Вязкое (пластичное) тело б сразу же теряет напряжение после того, как прекратится растяжение. В растянутом жгуте теста в, в котором сочетаются и эластичность и вязкость, напряжение будет уменьшаться (рассасываться, затухать) постепенно. При этом чем меньше в тот или иной момент оставшееся напряжение, тем меньше и способность растянутого жгута к упругому последействию, к возвращению его к исходной его длине.
Это уменьшение напряжения при постоянной фиксированной деформации носит название релаксации. Очевидно, что чем медленнее идет процесс релаксации, тем выше эластичность тела.
Таким образом, эластичность может характеризоваться модулем эластичности Е и временем, или периодом, релаксации Т.
Под периодом релаксации T принято понимать время, в течение которого напряжение при постоянной деформации уменьшается в е раз, причем е — основание Неперовых логарифмов.