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

2 > г

г де Ni— число частиц измельченного продукта диаметром d/. Среднеарифметический линейный размер частиц

Среднеквадратичное отклонение размера частиц

При замене первого члена подкоренного выражения через di полу­ чают выражение:

Коэффициент неоднородности состава частиц навески продукта К {%) определяют как

К-- м 100. (III—61)

Диэлектрическую прони­ цаемость е и тангенс угла по­ терь tgB для диапазона частот ■от 50 кГц до 50 МГц для пи­ щевых продуктов, обладающих хорошей добротностью1, в ■большинстве случаев измеря­ ют при помощи ку-метра, прин­ цип работы которого основан на явлении резонанса.

Одна из возможных схем компоновки приборов при ра­ боте с ку-метром показана на рис. 109. Ку-метр с помощью коаксиального фидера 6 соеди­ няется с измерительным кон­ денсатором, в который поме­ щен исследуемый материал.

Постоянную температуру подРис. 109. Компоновка приборов для оп-

держивают с помощью нагреределения электрофизических свойств:

1 Добротность — отношение волнового сопротивления к активному сопротивлению контура

р = 1 / 5 -

303

зуют платиновый термометр сопротивления. Температуру образца измеряют термопарой, помещенной во вспомогательный конденсатор, что предотвращает искажение электрического поля в рабочем конденсаторе.

Конструкцию рабочего конденсатора выбирают в зависимости от свойств исследуемого материала. Конденсатор для измерения электрофи­ зических свойств пластично-вязких продуктов (рис. ПО, а) состоит из трех алюминиевых пластин и двух кварцевых трубочек, заполняемых

продуктом. Экранирование поля, которое достигается заземлением двух внешних пластин, позволяет получать более стабильные результаты даже на частотах порядка 1 МГц. К зажимам ку-метра этот конденсатор под­ ключается с помощью коаксиального фидера емкостью 10 пФ и индуктив­ ностью 0,48 • 10-7 Г.

Для исследования сыпучих, порошкообразных и тестообразных про­ дуктов можно использовать конденсатор, приведенный на рис. 110, б. Он также состоит из трех электродов, разделенных изоляционными кольца­ ми. Пространство между кольцами заполняется исследуемым материа­ лом.

Жидкие материалы исследуют также в трехэлектродном конденсато­ ре (рис. 110, в). Исследуемую жидкость помещают между электродами, разделенными между собой изоляционными столбиками. Стяжным бол­

304

том электроды устанавливают на определенное расстояние. Для расши­ рения пределов измерения ку-метра в схему включают ламповый вольт­ метр.

При малых добротностях измеряемого материала пользуются мето­ дом трех измерений [80].

Диэлектрическую проницаемость образца определяют из соотноше­

Измерение диэлектрических характеристик пищевых продуктов в диапазоне СВЧ в большинстве случаев базируется на волноводных мето­ дах. Достоверность измерений! в большой степени зависит от точности, с которой определяется величина коэффициента стоячей волны по напря­ жению и положения минимума напряжения.

I. Метод полного заполнения сечения волновода. В этом методе ис­ следуемый продукт толщиной а располагается в волноводе вплотную к короткозамыкающей пластине и без зазоров прилегает ко всем стенкам волновода. Второй конец волновода через развязывающий аттенюатор (10—15 дБ) подключается к генератору. Длину волны Х0 генератора вы­ бирают таким образом, чтобы в волноводе распространялся основной тип колебаний.

При отсутствии образца в волноводе устанавливается чисто стоячая волна с узлами, расположенными на расстоянии-Д Хв один от другого

и от короткозамыкающей пластины (здесь Хв длина волны в волноводе). Напряженность электрического поля в узлах чисто стоячей волны дости­ гает нулевого значения, так как амплитуда отражений волны равна ам­ плитуде падающей.

При внесении образца картина меняется: напряженность поля в уз­ лах не достигает нуля, так как амплитуда отраженной волны в резуль­ тате поглощения в образце становится меньше, чем для падающей волны. Кроме того, все минимумы стоячей волны смещаются в сторону образца, поскольку длина волны в образце меньше длины волны в пустом волно­ воде. Указанные изменения зависят от свойств исследуемого образца диэлектрика, их можно связать с его электрическими характеристи­ ками.

305

2. Метод короткого замыкания и холостого хода. При использова­ нии данного метода исследуемый образец располагают на расстоянии,

равном _Lxbot закороченного конца измерительной линии. В этом случае

образец находится в пучности электрического поля и, следовательно, эффективно с ним взаимодействует. Сочетание методов короткого замы­ кания и холостого хода упрощает последующие вычисления.

Имеются и другие методы, обладающие специфическими особенно­ стями.

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ЗВУКОВЫЕ ЧАСТОТЫ

Одним из важных показателей является зависи­ мость удельной электропроводности пищевых продуктов от темпе­ ратуры, которая для интервала 20—45° С носит линейный харак­ тер, что характерно для полупроводников. При переходе к более высоким температурам необратимые изменения, например в мы­ шечной ткани, приводят к выделению жидкой фазы, которая об­ разует постоянные и все увеличивающиеся электропроводящие «мостики». С этого момента понятие «удельная электропровод­ ность» мяса, строго говоря, теряет свой первоначальный смысл. В данном случае более целесообразно говорить об удельной электропроводности системы мясо—бульон.

Однако, описанная характеристика — один из аспектов по­ ведения материала под внешним воздействием. Плодотворными являются исследования ряда разносторонних свойств, описы­ вающих один и тот же объект, проведенные в МТИММПе

[126].

Для комплексных исследований выбирают такие свойства, время измерения которых сопоставимо при проведении замеров на одном и том же сырье. Высказанные соображения наглядно подтверждаются при изучении изменения предельного напряже­ ния сдвига 60 удельной электропроводности х, относительной де­ формации осевого сжатия е и проницаемости ИК-энергии через слой фарша П в зависимости от степени измельчения. Для этого длиннейший мускул (от говяжьей туши) несколько раз пропус­ кали через мясорубку, диаметр отверстий решетки которой 3 мм. Зависимость названных величин от кратности измельчения, ко­ торая определяет глубину обработки и влияет на формы связи влаги с фаршем, изменяя тем самым характеристики продукта, приведена на рис. 111.

Гистологические срезы фарша отличаются постепенным ис­ чезновением исчерченности при увеличении степени измельче­ ния. Также увеличивается количество аморфной массы фарша. Отчетливо заметны ядра в исходном мясе, затем они встречаются

306

все реже. Жировые клетки исчезают, превращаясь в довольно крупные (до 0,025 мм2) капли. Соединительная ткань не претер­ певает существенных изменений и представляет собой рыхлые включения в аморфную массу и в обрывки мышечной ткани. К концу измельчения фарш представляет собой более «гомоген­ ную» систему.

С увеличением степени измельчения растет физическая по­ верхность частиц, что приводит к увеличению адсорбционно связанной влаги. Невысокая степень измельчения (1 и 3 раза)

Рис. 111. Зависимость электропроводности х, предельного напряжения сдви­ га 0о и относительного осевого сжатия е, а также проницаемости П для ИК-излучения предела текучести от степени измельчения п для говядины влажностью 76,5%:

незначительно изменяет величины свойств системы. Поскольку содержание влаги в фарше ограничено и ее связываемость зави­ сит от поверхности частиц, следует ожидать, что при достиже­ нии определенной поверхности численные значения свойств фар­ ша, зависящие от формы связи влаги, станут инвариантны. При этом достижение инвариантности зависит от вида диспергирую­ щей машины и влагосодержания продукта.

Как видно из рис. 111, критические точки приходятся на кратность в области 9. При увеличении степени измельчения темп изменения свойств замедляется. Микросрезы для 16-крат­ ного измельчения имеют аморфную структуру, хотя и сохраня­ ют отдельные мышечные волокна. При куттеровании общая кар­ тина изменения свойств подобна. Однако в этом случае удается получить более глубокую деструкцию всех тканей мяса, а при большой длительности процесса фарш превращается в аморф­

307