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

гих форм большей величине.

Электропроводность самих клеток при высоких концентрациях си­ стемы незначительно сказывается на общей электропроводности системы (всего на 2—4%), т. е. непосредственно через клетку протекает незначи­ тельный ток [15, 96, 99]. На самом деле измерения электропроводности для измельченного мяса и мясного сока указывают на их близость как

Однако, как показал дальнейший анализ [20], по теории Велика— Горина и Кертиса—Коля имеется ряд серьезных возражений. На самом деле, размерность величины с (Ом/см3), входящих в уравнение, не точно выражает индивидуальные характеристики вещества, так как они зави­ сят от формы сосуда и электродов. Далее, Кертис и Коль предполагают зависимость электропроводности от формы частиц, однако это положение находится в прямом противоречии с положениями электродинамики [61].

При построении электродинамической теории электропроводности биологических суспензий полагают, что высокая счетная концентрация частиц, а также вне зависимости от их формы равновероятное положение в растворе (беспорядочная ориентация) позволяет их рассматривать как

283

однородные, и изотропные системы. Именно это обстоятельство сводит на нет наличие геометрического фактора в уравнении Кертиса—Коля.

Для случая помещения частиц в электромагнитное поле с этим по­ ложением трудно согласиться. Рядом теоретических и эксперименталь­ ных исследовании [84, 101, 102, 104, 118] на биологическом материала (кровь, молоко, микробиологическая взвесь) был установлен эффект ориентации частиц биологических суспензии в электрическом поле пе­ ременного тока (рис. 101). На рис. 101 видно, что жировые шарики мо­ лока, эритроциты крови, микробы под воздействием высокочастотного' поля одинаково располагаются по направлению силовых липни. Наблю­ дения показали, что в зависимости от размеров микроорганизмов продол­ жительность образования цепочек и их ориентации неодинакова: мелкиеклетки медленнее выстраиваются в цепочки, но зато быстрее ориентиру­ ются. Клетки погибших микроорганизмов не реагируют на действие поля, а живых, не имеющих собственного движения, ориентируются в полепо направлению силовых линий, клетки же живых микроорганизмов, обладающих собственным движением, не приобретают определенной ориентации в поле.

Таким образом, исследуемые диспергированные частицы, находящие­ ся в жидкой плазме, ориентируются в поле по направлению силовых линий. При этом одни образуют цепочки, а другие просто приобретают определенную ориентацию.

Несмотря на различный химический состав и структуру диспергиро­ ванных частиц (кровь, молоко, бактериальная взвесь и др.), все они ха­ рактеризуются общностью электрокннетнческих эффектов, обусловлен­ ных наличием двойного электрического слоя.

Если в равномерное электрическое поле Е0 sin <оt поместить ди­ сперсную систему, частицы которой подвержены броуновскому движе­ нию, то вследствие неоднородности материала системы поле исказится. Характер искажения поля зависит от соотношения диэлектрических про­ ницаемостей материалов дисперсной фазы и дисперсионной среды, раз­ мера частиц дисперсной фазы и от заряда на частицах.

При наложении на дисперсную систему постоянного электрического поля ионная атмосфера нарушается и частица приобретает заряд. Однако при воздействии на систему переменного электрического поля по мере повышения его частоты ионная атмосфера разрушается в меньшей степе­ ни в силу конечной подвижности и противоионов. Поэтому можно пола­ гать, что в переменном поле достаточно высокой частоты суммарный за­ ряд частицы равен нулю.

При таком допущении следует, что искажение поля является резуль­ татом только поляризации вещества частиц дисперсной фазы. Поляриза­ ция заключается в том, что под воздействием поля отрицательные свя­ занные заряды частицы перемещаются в сторону более высокого потен­ циала,. а положительные — в сторону более низкого потенциала на такое расстояние, когда силы воздействия поля на связанные заряды уравно­

284

При рассмотрении сил, действующих на дисперсные частицы в элект­ рических полях, как правило, исследуют поведение одной частицы, а не системы частиц. Такой подход приводит к тому, что не учитываются силы взаимодействия между частицами. Так, при рассмотрении поведения в однородном поле одной шарообразной частицы равнодействующая пондеромоторных сил, действующих на частицу, равна нулю. Если же рас­ сматривать силы, действующие на шарообразную частицу при нахожде­ нии в однородном поле хотя бы двух частиц, то оказывается, что силы не равны нулю и стремятся свести к минимуму энергию простейшей си­ стемы. Если частицы произвольной формы, также возникают силы, стре­ мящиеся свести энергию системы к минимуму, однако при этом действие сил в большинстве случаев сводится лишь к изменению ориентации части­ цы относительно силовых линий электрического поля.

Для определения сил взаимодействия между частицами рассмотрим безграничное однородное электрическое поле, в которое помещают ди­ сперсную систему, состоящую из дисперсионной среды с двумя шарооб­ разными дисперсными частицами радиуса г, и в центр одной из которых помещено начало сферических координат. Будем считать, что материал среды фазы однороден и изотропен, а получающееся в результате иска­

жения поля Е0 sin ш t дисперсной системой неоднородное поле Ев —

квазиоднородно. Тогда напряженность поля можно с достаточной точ­ ностью представить формулами электростатики:

внутри частицы

Подставив значения напряженности поля из уравнений (III—20) и (III—22) в уравнение (III—21), находим значение сил, действующих между двумя шарообразными частицами радиуса гг и г2 :

286

Я4 R3

Выражение (III—24) показывает, что сила F стремится изменить рас­ стояние между частицами и их взаимную ориентацию.

(здесь k = 0, 1, 2, ...). Однако в пределах 2к лишь два положения части­ цы соответствуют устойчивому состоянию с точки зрения вращающего-

момента ( 0= 0 и 0=тг ), тогда как два других положения

соответствуют неустойчивому состоянию. Действительно, при.

ла стремится увеличить 0 .

Величина и направление радиальной составляющей зависят от ориен­ тации частиц относительно линий электрического поля, и она может бытькак притягивающей, так и отталкивающей. В плоскости, перпендикуляр­

1

Для всех других значений 0 сила F ^ — притягивающая.

Таким образом, нетрудно убедиться, что при любой начальной вза­ имной ориентации в результате действия поля и броуновского движения: частицы в конечном счете сближаются и образуют агломерат, направлен­ ный большой осью по линиям электрического поля.

Определить силы взаимодействия между частицами реальной ди­ сперсной системы довольно трудно. Для оценки времени схождения час-

287

тиц под действием этих сил предположим, что в дисперсной системе, ■состоящей из двух шарообразных частиц радиуса г, в момент включения поля частицы находились на одной прямой, направленной параллельно полю на расстоянии р, и что броуновское движение частиц отсутствует. Тогда сила, действующая на каждую частицу,

Так как V = — , то можно с достаточной степенью точности устано- dt

вить, что

20ев rbf-Ei

Уравнение показывает, что длительность сближения частиц практи­ чески не зависит от частоты поля. Продолжительность построения в це­ почки и ориентации частиц зависит от их свойств и напряженности поля ■оно имеет порядок от долей до нескольких секунд.

Таким образом, если время ориентации соизмеримо с продолжитель­ ностью экспериментального измерения электропроводности, это скажет­ ся на конечных результатах.

Особенно следует остановиться на взаимосвязи различных свойств пищевых продуктов — электрических и неэлектриче­ ских. Эта область пока еще исследована мало. Установлена связь между электрофизическими и вязкостными характеристи­ ками жидкообразных пищевых продуктов.

Электрофизические параметры топленого свиного жира сни­ мали при двух частотах: 100 кГц и 10 МГц [28]. Результаты измерений представлены на рис. 102. Температурный ход наи­ более полно характеризует тангенс угла диэлектрических по­ терь (см. рис. 126), поэтому нет необходимости приводить дейст­ вительную составляющую диэлектрической проницаемости.

В силу неоднородности компонентов, составляющих жир, плавление фракций начинается с 3—5 и заканчивается к 65—

288