Разработка системы для моделирования структурно-реологических свойств молочных сгустков

• Автор: Шабарчина, Елена Юрьевна
• Шифр специальности: 05.18.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Молоко как объект моделирования

1.1.1. Состав молока

1.1.2. Мицеллы казеина

1.2. Моделирование коагуляции молока

1.2.1. Индукционная стадия коагуляции

1.2.2. Стадия явной коагуляции

а) Метод броуновской динамики (БД)

б) Метод Монте-Карло (МК)
1.3. Реологические методы мониторинга коагуляции молока
1.4. Заключение по обзору литературы и задачи исследований коагуляции
Глава 2. Методология проведения исследований
2.1. Организация работы
2.2. Методы исследований
Глава 3. Теоретическая часть: разработка метода моделирования процесса гелеобразования в молоке
3.1. Моделирование ферментативной стадии сычужного процесса
3.2. Моделирование формирования структуры молочных сгустков
3.3. Исследование структурно-реологических свойств модельных сгустков.
Глава 4. Практическая часть: сравнение модельных результатов с экспериментальными данными.
4.1. Измерение вязкоупругих свойств молочных гелей.
4.2. Измерение структурных свойств молочных гелей.
Результаты и выводы
Список использованной литературы
Приложения

Введение
Молочные продукты являются одним из наиболее распространенных источников питательных веществ для человека. Важность молока, как сырья для таких продуктов, обусловлена его составом и, прежде всего, его способностью к гелеобразованию. Молочные гели разнообразны по свойствам, благодаря способности молочных белков свертываться под воздействием различных факторов: кислот, молокосвертывающих
ферментов, спиртов и некоторых солей.
Вопросами изучения влияния различных параметров на свойства продуктов, полученных на основе коагуляции молока, в разное время занимались многие отечественные и зарубежные исследователи, например,
З.Х. Диланян, Н.Н. Липатов, П.Ф. Крашенинин, А.Г. Храмцов, P.M. Раманаускас, Л.А. Остроумов, М.С. Уманский, А.А. Майоров; С. G. de Kruif, J.A. Lucey, E. Dickinson и другие.
Варьирование факторов, вызывающих свертывание молока, а также использование их в комбинациях, позволяет получать сгустки различной консистенции, прочности, влагоудерживающей способности и т.п.
Перечисленные свойства определяются в основном структурой
образующегося молочного сгустка, которая, в свою очередь, характеризуется размерами, формой и положением образующих гель частиц и характером связей между ними.
Несмотря на то, что строение и свойства мицелл казеина до сих пор являются предметом дискуссий, в настоящее время на основе глубоких физико-химических исследований построены модели казеиновых мицелл,

вполне адекватно описывающие их коагуляционные свойства.
Характер взаимодействия между мицеллами в процессе коагуляции также представляется не вполне отчетливо. Обычно считается, что связи между мицеллами возникают благодаря взаимодействиям самого раличного типа: химическим, водородным, гидрофобным, электростатическим. Тем не менее, в настоящее время построен ряд феноменологических моделей, позволяющих вполне адекватно описывать образование связей между мицеллами при их коагуляции.
Важнейшей особенностью образования молочного геля является хаотическое диффузионное движение динамически взаимодействующих мицелл. Фактически конкретная структура геля возникает именно в результате сочетания этих стохастических и динамических факторов.
Конечно, аналитическое решение задачи о структуре сгустка, возникающего в результате коагуляции огромного числа частиц невозможно. Однако в последнее время существенно выросли возможности численного моделирования процессов в стохастических системах. Основным методом для решения подобных численных задач является метод молекулярной (или броуновской) динамики, в котором движение молекул (частиц) определяется силами двух типов: случайными (диффузия) и регулярными
(взаимодействие). На основе такого подхода удается, например, описывать поведение конденсационных систем, таких как реальные газы.
На наш взгляд такой подход может стать плодотворным и для анализа задачи о возникновении молочных гелей.
Немаловажным стимулом к постановке данной задачи для нас явился и тот факт, что моделирование структурообразования в белковых системах
где п - достаточно большое число (например, 36) для того, чтобы обеспечить практически прямоугольный потенциальный барьер для хорошего приближения к жесткой сфере. Энергетическая шкала определена параметром £с ~ квТ.
Сцепление частиц плоской задачи представляется простым потенциалом взаимодействия. Связь вводит новое взаимодействие в систему, зависящее от расстояния Ъу между узлами на поверхности сцепленных частиц I и у
Параметр Ътах выбирается достаточно большим для того, чтобы сформированные связки оставались постоянными. Параметры Ъ0 и 6/ устанавливают размер зоны действия потенциала, а а* — энергия связи.
Потенциал не приводящего к связи взаимодействия имеет следующую форму:
Расстояние гс определяет энергию адсорбции частиц. При небольших значениях гс отдельные адсорбированные частицы могут совершить скачок через межфазовый энергетический барьер в область общего растворения: г>гс. Вплоть до расстояния гс сила парного взаимодействия остается
(1.18)
г. <г

(1.19)
а*Ы=о