Физико-химические и теплофизические свойства смесей и мороженого существенно влияют на органолептические показатели продукта.

Плотность смеси мороженого р_См (в кг/м³) может быть определена по закону аддитивности:

По формуле (VII–7) определяют емкость тары при заданных взбитости и массе порции, а также массу порции при заданных емкости тары (или объеме порции) и взбитости мороженого.

Формула (VII–7) может быть записана в другом виде:

Данные об объемной массе мороженого в зависимости от его взбитости и плотности смеси приведены в табл. VII–10.

Таблица VII–10
Объемная масса мороженого, кг/м³

Взбитость мороженого, а также степень дисперсности воздушных пузырьков в мороженом в значительной мере обусловливают его способность противостоять таянию. Об этом показателе, характеризующем охлаждающий эффект мороженого, судят по продолжительности накопления 10 мл смеси, образующейся при таянии образцов закаленного (–18° С) или мягкого (–6° С) мороженого, помещаемых в термостат (температура воздуха 25°С).

Коэффициент динамической вязкости смесей (табл. VII–11) в значительной мере определяется свойствами и концентрацией используемого стабилизатора. Этот показатель уменьшается при перемешивании смесей. Вязкость смесей, подвергнутых замораживанию, после размораживания ниже исходной.

Таблица VII–11
Реологические свойства смесей мороженого с различными стабилизаторами

Вязкость смесей мороженого зависит и от температуры (рис. VII–1). На рисунке кривые вязкости смесей с метилцеллюлозой показаны только в интервале температур до 40° С поскольку при более высокой температуре этот стабилизатор выпадает в осадок.

Рис. VII–1. Зависимость динамической вязкости смесей мороженого от температуры:
1, 2, 3 – молочная, сливочная, пломбирная смеси с агароидом; I, II, III – те же смеси с метилцеллюлозой.

Поверхностное натяжение смесей мороженного со стабилизаторами агароидом, желатином и метилцеллюлозой различное (см. табл. VII–11).

Для характеристики реологических свойств •смесей и мороженого определяют предельное напряжение сдвига. При использовании конического пластометра этот показатель рассчитывают по формуле

где Р_m – предельное напряжение сдвига, Па;
m – масса конуса, кг;
h – слубина погружения конуса, м;
k – константа конуса.

Предельное напряжение сдвига мороженого Р_т уменьшается с увеличением взбитости продукта (см. табл. VII–11). Понижение температуры и связанное с этим увеличение количества вымороженной воды приводит к существенному росту Р_т, причем чем мельче кристаллы льда, тем меньше Р_т. После фризерования при температуре –4° С Р_т не превышает 10 Па. При температуре же –23° С Р_т молочного мороженого (S = 60%) обычно не более 2350 Па, сливочного (S = 75%) – не более 1960 Па и пломбира (S = 9С%) – не более 690 Па.

Криоскопическая температура смесей мороженого в зависимости от их состава находится в пределах –2 ч ÷ 3,5° С.

В интервале температур от криоскопической до –5° С в лед превращается примерно 45–50% влаги, содержащейся в мороженом.

Количество вымороженной воды в мороженом при различных отрицательных температурах может быть определено по формуле

Полная удельная теплоемкость смесей мороженого увеличивается с повышением содержания в них жира и в интервале температур от 0 до 18° С (в среднем) составляет [в кДж/(кг • К)]:

__________________
Молочная     ,39
Сливочная     3,52
Пломбирная     3,60
__________________

В указанном интервале температур, а также при температурах до 50–55° С на величину полной удельной теплоемкости смесей влияют тепловые эффекты, вызываемые фазовыми превращениями молочного жира.

При температурах выше 55° С такие превращения практически не происходят и удельная теплоемкость смесей мороженого не изменяется. При этих температурах для приближенных расчетов удельную теплоемкость молочной смеси допустимо принимать равной 3,31 кДж/(кг-К), сливочной – 3,21 и пломбирной – 3,07 кДж/(кг • К).

Полная удельная теплоемкость мороженого, т. е. удельная теплоемкость с учетом фазовых превращений воды и жира, при температурах, близких к криоскопической, достигает больших величин в связи с интенсивным льдообразованием. Значение же этой теплофизической характеристики при более низких температурах определяется в основном содержанием в мороженом льда, удельная теплоемкость которого вдвое меньше, чем воды. Поэтому с понижением температуры полная удельная теплоемкость мороженого уменьшается.

Полная удельная теплоемкость молочного и сливочного мороженого, определенная по графику отводимого тепла (рис. VII–2), приведена в табл. VII–12.

Рис. VII–2. Энтальпия смесей и мороженого:
1 – плодово-ягодное; 2 – пломбир; 3 – молочное; 4 – сливочное.

Таблица VII–12
Полная удельная теплоемкость мороженого
при различных температурах

Отводимое тепло при охлаждении и замораживании смесей мороженого может быть определено с помощью графика энтальпий, построенного по экспериментальным данным. В приведенном графике энтальпий смесей и мороженого за начало отсчета взята температура –20° С, энтальпия мороженого при которой принята равной нулю. При этом состав смесей мороженого соответствует данным табл. VII–13.

Таблица VII–13
Состав смесей мороженого

Коэффициенты теплопроводности смесей мороженого возрастают с повышением температуры.

Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности мороженого (соответственно λ_м и α_м), определенные без учета теплоты фазовых превращений воды и жира, приведены в табл. VII–14.

Таблица VII–14
Коэффициенты теплопроводности
и температуропроводности мороженого
при различных температурах
(взбитость 70%, объемная масса 650 кг/м³)

Как видно из табл. VII–14, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности мороженого с понижением температуры увеличиваются, поскольку коэффициент теплопроводности льда значительно больше (приблизительно в 4 раза), чем воды.

Фазовые превращения молочного жира значительно меньше влияют на изменение теплофизических свойств мороженого, чем фазовые превращения воды. Это объясняется тем, что в интервале температур от 0 до –20° С отвердевает не более 20% молочного жира от общей его массы в мороженом (до 80% молочного жира отвердевает при положительных температурах). Кроме того, содержание жира в мороженом сравнительно невелико, а удельная теплота его отвердевания (или плавления) значительно меньше, чем воды (соответственно 93,3 и 335 кДж/кг).

Способность мороженого противостоять таянию характеризуют продолжительностью накопления 10 мл смеси, образующейся при таянии образцов определенной формы закаленного (–18° С) или мягкого (–6° С) мороженого. Этот показатель существенно зависит от взбитости мороженого, степени дисперсности воздуха в продукте, содержания в нем влаги и характеризует охлаждающий эффект мороженого.