Структурно-механические характеристики представляют собой физические свойства материалов, в том числе рыбы и рыбной продукции. Они проявляются при механическом воздействии на продукт и характеризуют его сопротивляемость приложенным извне усилиям.
Основные структурно-механические свойства классифицируют по характеру приложения к продукту внешних усилий и вызываемым ими деформациям. Сдвиговые свойства проявляются при воздействии касательных усилий, компрессионные — при воздействии нормальных усилий и поверхностные — при сдвиге или отрыве продукта от твердой поверхности.
Каждая группа свойств характеризуется множеством показателей: вязкостью, пределами текучести, периодами релаксации, модулями упругости, коэффициентами внешнего трения ит. д.
При изучении реальных продуктов с помощью структурно-механических свойств их рассматривают не только комплексно, но и по наиболее характерным признакам, объективно отражающим характерные внутренние связи.
Для технических целей допустимо деформируемый пищевой продукт рассматривать с макроскопической точки зрения в качестве сплошной деформируемой среды, не учитывая сложные молекулярные движения в телах.
Структурно-механические характеристики используют при расчетах гидромеханических, термических, массообменных процессов, для расчета процессов течения продуктов в рабочих органах машин, при определении качества продукции.
Ткани и органы рыбы как дисперсная система относятся к твердым эмульсиям, в которых дисперсионной средой является непрерывная твердая фаза, а дисперсной фазой — раздробленная, состоящая из не контактирующих между собой частиц жидкость.
Структурно-механические свойства материала зависят от формы и размера тела, скорости его погружения, состояния его поверхности, влияния на него окружающей среды, структуры материала, его температуры и других факторов.
Наиболее широко используются сдвиговые свойства материалов и как следствие этого распространение классификации пищевых продуктов по сдвиговым характеристикам, в частности по величине отношения напряжения сдвига 0С (Па) к произведению плотности продукта р (кг/м3) на ускорение свободного падения g (9,8 м/с2), которое представляет собой меру способности вещества сохранять свою форму.
0с/(Pg), м Состояние вещества
Менее 0,005 Структурные жидкости
0,005-0,02 Жидкие пасты
0,02—0,15 Густые пасты
Более 0,15 Твердые тела
Другими важнейшими сдвиговыми свойствами являются пластическая и эффективная вязкости в период релаксации:
- наибольшая вязкость неразрушенной структуры и вязкость предельно разрушенной структуры;
- модули упругости сдвига, предельное напряжение сдвига;
- прочность структуры при упруго хрупком или эластичном разрыве и при пластично-вязком разрушении.
К компрессионным свойствам относятся плотность, коэффициент бокового давления, коэффициент Пуассона, модули упругости. Плотность, как одно из компрессионных свойств, является важной характеристикой, используемой как при расчете машин и аппаратов, так и при оценке качества продукции.
Среднюю плотность р (кг/м3) для сравнительно небольшого объема определяют из соотношения р = MV, где М — масса продукта в кг; V— объем продукта в м3.
К поверхностным свойствам относятся адгезия (липкость) и коэффициент трения, занимающие особое место среди структурно-механических свойств. Поверхностные свойства характеризуют усилие взаимодействия между поверхностями конструкционного материала и продуктом при нормальном отрыве или сдвиге.
Адгезия (липкость) для большинства пищевых продуктов обусловливает величину усилия внешнего трения.
Несмотря на то, что в явлениях адгезии участвует ряд механизмов на молекулярном и надмолекулярном уровнях и учет их весьма затруднен, для практических целей достаточно описания процесса отрыва пластин от продукта согласно следующему уравнению, если р0 (Па) представляет собой адгезию (липкость):
1/р0 = h/2a + C/wc,
где h — толщина слоя продукта между пластинами, м; a— коэффициент, аналогичный коэффициенту поверхностного натяжения, Н/м;С — коэффициент пропорциональности, зависящий от состава продукта, активности контактирующих групп, размера частиц и характеризующий темп убывания площади контакта, м/с; wc — скорость увеличения силы отрыва, т. е. отношение текущего значения силы к времени ее действия, Н/с.
Плотность рыбы в процессе ее обработки значительно изменяется. Например, плотность потрошеной рыбы составляет 1050 — 1080 кг/м3, мороженой — 922 — 987 кг/м3. Плотность рыбы зависит от ее состояния, вида, размера и колеблется от 700 до 1000 кг/м3.
Живая рыба имеет большую плотность, чем снулая. При замораживании рыбы ее плотность уменьшается. Например, плотность живого хека составляет 920 кг/м3, в состоянии посмертного окоченения — 850, мороженого — 550 кг/м3.
Центр тяжести тела рыбы находится в передней ее части, ближе к голове, что определяет положение рыбы «головой вперед» при ее падении или передвижении по наклонной плоскости.
Угол естественного откоса (угол наклона к горизонтам линии, образующей коническую поверхности насыпанной на площадку рыбы) зависит от вида и состояния рыбы. Для живой рыбы он составляет 15 — 24°, для снулой 17 — 37, для мороженой — 30 — 60°.
Для рыбы угол скольжения (минимальный угол наклона поверхности, при котором рыба, положенная на нее, начинает скользить вниз под действием силы тяжести) составляет от 10 до 60° в зависимости от вида рыбы, ее свежести, а также от материала поверхности скольжения. Тангенс угла скольжения представляет собой коэффициент трения.