Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

фракрасный и электроконтактный методы проще, в то же вре­ мя более сложные в аппаратурном решении ВЧ и СВЧ-методы имеют более широкие возможности их технологического приме­ нения.

Любой процесс как непрерывную смену явлений во времени следует рассматривать не только комплексно, но и по наиболее характерным признакам. При этом описания явлений, которые выражают внешнюю форму внутренней природы материала, дол­ жны объективно отражать эти характерные внутренние связи. Для получения уравнений, применимых в технических расче­ тах, в большинстве исследований и выводов из них основывают­ ся на гипотезах, рассматривающих материал с макроскопиче­ ской точки зрения в качестве сплошной деформируемой среды, мерами подвижности частиц которой являются амплитуда и скорость смещения, с непрерывным распределением основных физических свойств и деформаций. Такой подход позволяет не рассматривать сложные молекулярные движения в телах и использовать для описания процессов аппарат математического анализа, применяемого к непрерывным функциям. Однако на­ ряду с признанием феноменологического способа реализация обработки продуктов физическими методами невозможна без изучения молекулярных взаимодействий в реальных системах. В этом случае исследуют виды связи между элементами струк­ туры и их изменения, а гипотезы сплошности и непрерывности применяют ограниченно.

К настоящему времени уже накопился обширный факти­ ческий материал по физическим методам обработки пищевых продуктов. Эти сведения содержат данные о свойствах пище­ вых продуктов в энергетических полях, о теории вопроса, об ос­ новах расчета процессов и конструкций аппаратуры, о промыш­ ленном использовании отдельных методов и пр. В то же время многие экспериментальные данные получены на различной исследовательской аппаратуре, не всегда достаточно научно и теоретически обоснованной. Поэтому в литературе можно встретить разночтения, а иногда и прямые противоречия. Правда, для большинства расчетов ошибка в 10—20% не яв­ ляется решающей, хотя для понимания физической сущности необходима выработка единых методологических основ и при­ борных решений.

Внастоящей книге авторами сделана попытка обобщен­ ного методологического подхода при описании различных про­ цессов на базе единой классификации методов электрофизиче­ ской обработки пищевых продуктов.

Вкниге пищевые продукты рассмотрены как объекты ин­ женерной физико-химической механики, в этом аспекте тракту­ ются основные результаты различных исследований. Особое

8

внимание уделено рассмотрению комплексных инженерно­

обобщения экспериментальных данных, которые получены с уче­ том требований теории подобия.

Основываясь на приведенных результатах разносторонних исследований пищевых продуктов, можно рассчитывать рабо­ чие органы машин, находить оптимальные режимы их эксплуа­ тации с учетом качественных показателей и т. д. Отдельные положения работы могут найти применение при дальнейших исследованиях в области изучения различных физических свойств пищевых продуктов и устройств для их механической, электрической и другой обработки.

Естественно, в книге приведены не все сведения, имеющиеся

влитературе, так как авторы не ставили своей задачей осве­ щение многообразных аспектов использования физических методов обработки пищевых продуктов, да это и нерационально

вусловиях ограниченного объема книги. В ближайшем буду­ щем вследствие интенсивного развития теории и практики электрофизических, акустических, реологических и других процессов такая интеграция, т. е. изложение их в одной книге, окажется крайне затруднительной и следует ожидать появле­ ния ряда специализированных монографий.

Собственные исследования авторов, нашедшие отражение в книге, выполнены в лабораториях кафедры «Процессы и аппа­ раты пищевых производств» и в Проблемной научно-исследо­ вательской лаборатории электрофизических методов обработки

пищевых продуктов МТИММПа. Сотрудникам кафедры и ла­

нову, Н. А. Мусабаеву. Е. Т. Спирину, Э. Г. Турянскому и ин­ женерам Я- И. Виноградову, В. И. Волчкову, А. П. Лазареву,

9

СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ОСНОВЫ РЕОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Реологические методы применяют для изучения различных процессов текучести и деформирования реальных тел [105], в том числе и пищевых продуктов. Эти тела обычно рассматриваются как объекты механики сплошных сред [108] с непрерывным распределением деформаций, скоростей дефор­ маций и физических свойств.

Реология включает два раздела: первый посвящен изучению реологических или в более общем смысле структурно-механи­ ческих свойств реальных тел; второй рассматривает движение реальных тел в рабочих органах машин и аппаратов и разра­ батывает инженерные способы их расчета.

Для проведения реологических исследований свойства тел выражают в виде математических (идеализированных) моделей или уравнений, которые с тон или иной степенью точности характеризуют поведение реаль­ ного тела в процессе деформирования. Недостаток теоретической реологии заключается в том, что простые и понятные модели непригодны для пра­ ктического' использования, а приемлемые для практики модели — чрез­ вычайно сложны [105]. Это положение относится к белковым пищевым продуктам, которые имеют сложное физико-химическое строение и чув­ ствительны к изменению внешних факторов. Для точного описания про­ цессов течения и деформирования этих продуктов необходимы составные комплексные модели теоретической реологии и соответствующие диффе­ ренциальные уравнения, что неприемлемо для практических целей. По­ этому приходится находить приближенные решения на основе различных гипотез и соображений. В инженерной реологии обычно ориентируются на отыскание возможно простых зависимостей, так как для практики тре­ буются только некоторые средние, суммарные характеристики [108].

.С этой целью в теоретических и экспериментальных исследованиях исполь­ зуются различные реологические методы: дифференциальный и интеграль­ ный, методы анализа размерностей и подобия. Разработка и проведение экспериментов и их обобщение в таком направлении позволяют получить физически обоснованные решения, применимые для практических целей.

Реологические характеристики неодинаковы в различных процессах деформирования: движение в рабочих органах машин сопровождается высокими значениями градиента скорости и напряжения, тепловая обра­ ботка— обычно небольшими [37, 112]. Поэтому для расчета таких про­ цессов необходимо использовать свойства, выявленные в соответствующем

.интервале напряжений и деформаций. Качество продукта также необхо­ димо оценивать по наиболее существенным для данного процесса свойствам. Создание поточных автоматизированных линий и их устойчивая работа 'должны основываться на всестороннем учете свойств сырья и продуктов, что дает возможность установить автоматическую обратную связь, ко­ торая в современных условиях часто осуществляется человеком.

10

Для вычисления величин структурно-механических свойств и обобщения данных наблюдений важен выбор исходной матема­ тической модели (теоретической или эмпирической), которая с наибольшим приближением описывает поведение продукта в реальном процессе. Для расчета рабочих органов машин и ап­ паратов следует пользоваться теоретическими или критериаль­ ными уравнениями с обязательной проверкой их при испыта­ ниях на пилотных или натурных установках.

При оценке качественных показателей продукта по физи­ ческим свойствам необходимо иметь в виду следующие сообра­ жения. Для каждой пробы изучаются физические свойства при различных параметрах или режимах работы прибора. Внут­ ренние перемены в продукте могут характеризоваться только теми физическими свойствами, которые претерпевают существен­ ные изменения в технологическом процессе. При этом на одном и том же приборе, но при различных параметрах его работы, мож­ но получить незначительное или интенсивное изменение вели­ чин свойств. Таким образом, для оценки качественного состоя­ ния продукта необходимо выбрать те физические свойства и такие параметры прибора, которые дают наибольшее изменение величин свойств в рассматриваемом процессе. Исследуемые характеристики не должны иметь больше одного экстре­ мума.

Эти положения часто не учитывают во многих исследовани­ ях: в них отсутствуют обоснованные данные о методике выбора параметров прибора, математической модели продукта и т. д.; иногда не указаны технологические характеристики продуктов (влажность, дисперсность и т. д.). Все это резко снижает цен­ ность полученных результатов, позволяя использовать их лишь в отдельных, сугубо частных случаях. Поэтому наибольшее внимание нами уделено научно обоснованным результатам исследований, в качестве типичных объектов исследования выбраны некоторые мясопродукты, кондитерские массы, пло­ дово-ягодные соки и пр. Основные положения, используемые для описания деформационного поведения этих продуктов,

ний. Созданные М. П. Воларовичем ротационные вискозиметры нашли широкое применение для измерения свойств самых разнообразных дис­

дования зарубежных ученых. Эта наука, генетически связанная с рео­ логией, физической и коллоидной химией, механохимией и гидродинами­

11