CC BY
23
2. При массовом содержании крахмала в молоке : менее 10% образуются структуры коагуляционно-
кристаллизационного типа, при дальнейшем увеличении концентрации крахмала преобладает конденсационно-кристаллизационный тип структуры, с малой степенью тиксотропии.
3. На уплотнение и упрочнение структуры геля крахмала положительное действие оказывают глобулярные протеины молока.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зубченко А.В. Технология кондитерского производства.
— Воронеж: ГТА, 1999. — 432 с.
2. Рихтер М., Аугустат 3., Ширбаум Ф. Избранные методы исследований крахмала: Пер. с нем. — М., 1975. — 275 с.
3. Панов В.П., Жбанков Р.Г. Внутри- и межмолекулярные взаимодействия углеводов. — Минск, 1988. — 389 с.
4. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов.
— М.: Легкая и пищевая пром-сть. — 1979. — 382 с.
Кафедра технологии молока и молочных продуктов
Поступала 29.06.2000 г.
, 665.3.061.3:530
БАЛАНСОВЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ МАСЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МИСЦЕЛЛЫ
Из
где и вели*:
где н умен! 18) и
И.П. ВЫРОДОВ, В.В. ДЕРЕВЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
Известно, что классический способ переработки масличных семян по схеме форпрессование—экстракция является высокоэнергоемкой технологией [1]. В процессе подготовки масличного материала к прессованию мезгу в режиме влаготепловой обработки нагревают до температуры 100— 110°С. По классической технологии жмых (лепесток, крупка или гранулы) охлаждают перед экстракцией до температуры не выше 50°С. При более высоких температурах происходит интенсивное испарение растворителя из мисцеллы и выход его паров из экстрактора в транспортирующий конвейер, а затем в цех, что создает взрывоопасную ситуацию.
Охлаждение масличного материала перед экстракцией приводит к безвозвратным потерям тепла до 750-103 кДж/ч при переработке подсолнечника на заводе производительностью 400 т/сут семян. Кроме того, охлаждение требует соответствующего дорогостоящего технического и энергозатратного решения, в том числе и на очистку хладагента (воздуха) от жмыховой (белковой) пыли, наносящей экологический ущерб окружающей среде и угрожающей здоровью рабочего персонала.
Энергосберегающая технология переработки масличных семян устраняет ущербность классической технологии путем использования тепла для выпаривания бензина под вакуумом. Она реализует также совмещенные процессы экстракции и дистилляции [2]. В данной работе представлена первая часть наших исследований, посвященная установлению фундаментальных свойств балансовых уравнений в рамках закона сохранения масс и экстремальных свойств мисцеллы.
Для операционного исследования этих свойств введем следующую символику массовых технологических параметров. Пусть йж, G6, GMa, GHI), Gm
— массовые (весовые) доли жмыха, бензина, масла, мисцеллы и шрота соответственно. Кроме того, введем относительные массовые величины' и долевые (концентрационные) величины Х£-. Все эти величины связаны между собой следующими соотношениями:
в Ж _ у Ж МИ _ у ми
ма ма ж’ ма ма ми*
6 МИ V МИ/'» /-» ш _ V" ш /~> V ш/^ .
б " -^б ^ни; С/ма — лма С/ш; С/6 — лб Сгш,
06*=^06;0Ж ~ Ома = Сж,ж = СЯЛ (1)
где стрелкой помечен выпариваемый бензин, а символом * — сухое вещество. С помощью введенной символики запишем концентрационные балансовые уравнения
Vй + Vй = Vй + V + *ж.ш =
х6ш + х™ + х$= 1, .
Да
X яш + X „ш - ХЛ= Xми; Х6Ш + X
ма ж* б о ’ о 6 М-
(2)
(3)
а также смешанные балансовые уравнения
- G„a = G “ = G “ = * ,ЖСЖ - ХЖ.ШС: (4)
Сж - G. = [1 - (X™ + ХГ)]От.
(5)
Полученные соотношения (1)—(5) и являются балансовыми уравнениями, которые отражают закон сохранения масс в процессах экстракции масел. В трех уравнениях (2) содержится шесть переменных параметров. Наиболее простым является 1-е уравнение, в котором содержится целевой параметр Хк“. При наличии оценочных данных этого параметра общее число параметров уменьшается до 4, а число независимых параметров — до 1. В связи с этим проведем анализ 1-го уравнения и выявим оценочные характеристики величин Хками и X6МИ с помощью следующего концентрационного отношения:
е __ (6)
Исследуем экстремальные свойства этой величины. Пусть входящие в выражение (6) концентрации зависят от некоторого технологического параметра Х?. Возьмем производную от е-величины по этому параметру и пометим ее штрихом
.'По
полуї
Та
Раї
зульт
претг
Выра той I особі реги' на ш трем; в том суще К]
НО П{
Дейс
ЛИЧИ]
ятнос зина конш тие д с вер! тия р
=к,Х,
собы'
Be
мои:
цзводства.
ые методы к - 275 с. Ькулярные 389 с. 1|одуктов.
1УКТОВ
>61.3:530
ов
(1)
:нзин, а з введен-шые ба-
= 1;
(2)
(з)
[Я
ош; (4)
^ (5)
шляются |жают за-кции ма-[я шесть Ьш ЯВЛЯ-. I целевой [ данных ^меньшаков — до равнения величин ентраци-
(6) Ой вели-концент-ского па-еличины
)М
йе
Ж,
го'го - го'го
(4Т
Из этого соотношения следует
ТО' = = !!
(КУ
к
где индекс ”э”
означает экстремальное значение величины £. Согласно этому выражению
(9)
где направления стрелок отражают увеличение и уменьшение соответствующих величин. С учетом (8) и (9) запишем выражения
(йГА
\ У = Е,; Ч \ /
= а.
Д^лее запишем
йГу
ма
ш.
нуль, получим X = Уэ = 0,5. При к, = к2 - 1 (7) получим Р3 = 0,25. Это случай равновероятного внешнего влияния на процессы концентрирования мисцеллы по маслу и бензину.
Отметим, что коэффициенты вероятностей в выражении (15) нами взяты постоянными величи-(8 нами, не зависящими от концентраций компонентов. На самом же деле на формирование концентрационной структуры мисцеллы влияют химические потенциалы компонентов, точнее, их разность по отношению к потенциалам активного слоя масла в активизированном бензином жмыхе. Движущая сила процесса концентрирования мисцеллы пропорциональна этой разности химических потенциалов. Обозначим эту движущую силу коэффициентом а. Тогда коэффициент к1? пред-(10) ставляющий собой поток вероятности, должен быть обратно пропорциональным сопротивлению движущей силе, каковым является концентрация компонента X. Таким образом, для обоих коэффи-(^ |\ циентов будут справедливыми следующие выражения:
«I = а/Х, к2 = ( 1 - а/X), Х>а. (16) Вероятность события Рху в этом случае представима в виде
Ж
£.
=л = £-
(12)
Подставляя в это выражение 1-е равенство (9), получим
= 1. (13)
(_^А £1 ( уНи'' ма
V / -Ш П \ ) ~~ 62 1 6 У
Таким образом, экстремальное значение £„ = 1,
(*„аМ”>з = (V). = 0’5- <14>
Раскроем физический смысл полученного результата. Для наглядности геометрической интерпретации введем координаты
хм = х, х6 = у = 1 - х, е = г.
Выражение (6) представляет гиперболу с асимптотой X = 1 при У = 0. На этой кривой нет никаких особенностей (разрывов непрерывностей, точек перегибов и абсолютных экстремумов), тем не менее на плоскости Z = 1 величина £ приобретает экстремальное значение, равное 1. Суть заключается в том, что на функцию е(Х, У) наложено весьма существенное дополнительное условие X + У = 1.
К интерпретации полученного результата можно прийти также с позиций теории вероятностей. Действительно, дробные численные значения величин X и У являются пропорциональными вероятностям данных совместимых концентраций бензина и масла в мисцелле. Иными словами, каждое концентрационное состояние мисцеллы есть событие двух совместных концентрационных величин С вероятностями Рх И Ру. Вероятность этого события равна произведению вероятностей. Пусть Рх = =к,Х, вероятность Ру = к2У, тогда вероятность события Рху:
Рхг = к^Хф - X). (15)
Вероятность этого события обладает экстремумом: обращая производную от Рху = Р(Х) по X в
Рху = сг(1 - Л)(1 - а/Х). Экстремальное значение вероятности в случае реализуется при
■ Хэ = уа.
Оно представимо в виде ! ;
Рэ - а(1-уа). Экстремальное значение величины е:
уа
£э = Т —•
• 1 -у а
(17)
этом
(18)
(19)
(20)
Если положить, как и в предыдущих случаях,
£ = 1, ТО придем К
Перейдем теперь к завершающему этапу установления экстремального состояния мисцеллы, последовательно используя лишь методы химической термодинамики. Запишем следующие выражения для химических потенциалов масла и бензина:
^=Им: + ЯТ\п(уХ)ыг: (21)
Иб = у: + ЯТ 1п (уХ)6, (22)
химическии потенциал молекул
масла и бензина при его активности, равной 1.
Эти величины относятся к средам предельной концентрационной локализации компонентов. Для масла — это активизированный бензином слой масла в жмыхе, для бензина — потоковый слой чистого бензина. В стационарном состоянии процесса экстракции масла движущими силами являются разности химических потенциалов молекул масла и бензина соответственно. Поскольку масло и бензин неограниченно растворимы друг в друге (мисцелле), то можно ограничиться установлением концентрационного состояния мисцеллы по одному из компонентов, например, по маслу. Но и это еще не позволяет раскрыть реальное (а не идеальное) активное (активизированное) состояние слоя масла в жмыхе. Поэтому мы снова вынуждены строить вероятностные модели, но теперь уже с учетом физико-химических свойств, определяемых реальными процессами и состоянием ком-
понентов всей системы. В качестве естественной меры вероятности следует выбрать отношение химического потенциала масла в мисцелле к стандартному (максимальному) значению химического потенциала масла:
= 1 +
ят,
ЧуХ)т. (23)
кХ„
<Р ~
\-Хия + кХ„
ма Мв
С учетом записанного нами неравенства
(25)
[6(1 -<р)] =
1 - *
к[1 -X +1гХ -кХ\
Х +
X
1 +кХ 1 -X '
(26)
Представим теперь логарифм активности масла в виде
1п (уХ) = 1п у + \пХ = 1п
'і-Х'
= 1п(1—’А) +
'і-*'
X
1-Х
X
а вероятность Р{Х) в виде
РЛХ)"= і +
ят
/4
1п(1-А) +
X
+ \пХ =
(27)
(28)
Экстремализуя это выражение по X, приходим к уравнению :
Хэ2 - ЗХЭ + 1 = 0,
решение которого
Хэ =
3±у5 3±2,24
(29)
(30)
/'ма I**
Основная трудность аналитического представления вероятности РМ!1(Х) заключается в отсутствии надежных термохимических методов расчета коэффициентов активностей в столь сложных системах. В связи с этим мы воспользуемся очень надежным и простым методом, основанным на значительном различии размеров молекул бензина и масла: ЯКі= - КЯЬ при К» 1. В этом случае [3]
1п ума = 1п |Я(1 - (р)\ + |А'(1 - <р)\, (24)
где
2 2 '
с учетом неравенства Х< 1 приводит к Х3 = 0,38.
Примечательной особенностью этого результата является его близость к полученным ранее более грубым оценкам экстремального состояния мис-целлы. Другой, не менее важной особенностью полученного результата является возможность его оценки по вероятности с помощью формулы (28) при заданной температуре Т и стандартном химическом потенциале масла, который также является функцией температуры и давления.
Нами получены экстремальные значения концентраций масла в мисцелле при определенных условиях, которые не всегда адекватно совместимы с реальными технологическими условиями в экстракторе. В этом отношении наиболее практичными являются балансовые уравнения (3), согласно которым при фиксированной концентрации Х6Ш количество масла в мисцелле возрастает прямо пропорционально количеству выпаренного бензина, а концентрация бензина в мисцелле при фиксированной концентрации Хм™ уменьшается прямо пропорционально количеству выпаренного бензина. Установленные экстремальные свойства мис-целлы являются отражением неограниченной взаимной растворимости ее компонентов и отсутствия в этом интервале таких особенностей, которые приводили бы к неоднородности физико-химических параметров мисцеллы.
В результате можно сделать вывод, что энергосберегающая технология экстракции масла является также и оптимальной технологией.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
Руководство по технологии получения растительных масел и жиров. Т. 6. Кн. 2. — Л., 1989.
Способ переработки масличного материала / В.В. Дере-: венко, В.И. Краснобородько. — Пат. 2027746 РФ. — Опубл. в Б.И. — 1995: — № 3.
3. Эверет Д. Введение в химическую термодинамику. — М.: ИЛ, 1963.
Кафедра физики
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 06.03.2000 г.
; ; 664.951.3:597-14(04)
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ГИСТОЛОГИИ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ САЛАКИ ПРИ ХОЛОДНОМ КОПЧЕНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОПТИЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ
О.Я. МЕЗЕНОВА, Н.Ю. КОЧЕЛАБА, М.В. ЗВЕРЕВА, Е.В. СКИБА
Калининградский государственный ' технический университет
Холодное копчение рыбы — это совокупность физических, химических, биохимических и микробиологических процессов, в результате которых продукт теряет сырой вкус, приобретает специфические свойства и становится готовым к употреблению в пищу.
Белки являются основными компонентами, определяющими пищевую ценность рыбы. При холодном копчении с белками рыб происходят различные изменения. От степени этих изменений во многом зависит уровень вкусовых эффектов и пищевой ценности рыбокопчености.
Об изменении белков в технологиях бездымного копчения рыбы судят по химическим и биохимическим показателям (количество водо- и солерастворимых белков, небелкового азота и т.д.), реологическим характеристикам, консистенции. Струк-
турны уровн ГИСТОВ лее до ных б Гис
ШЄЧНІ
техно.
рыбы
В03ДЄІ
при К' нениі Цел
НИЯ <5
нием,
морф(
Дл!
перга
копче
нолог
ламиї
препа
Жи
тильн
позво,
мичес
ВНЕ ВОГО 1
зап
копти
оби
кисло
мае
-О,
ад
Л0ГНЧІ
14 см венна состаї Пр следо Фщ закреї ке 0{ обраб эна я относ незна сации
ПИКр!
Буэнг
На
были
Т0ЛЩІ
СИЛИЇ
С-11.
Ан; следу: рыбы рикат нение сит 01 Наї мелко Жидкі
