CC BY
40
УДК 664.144
Н. В. Дульгер, Р. Н. Зарипов, В. Н. Лысова Астраханский государственный технический университет
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДУКТОВ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Мясопродукты имеют биологическое происхождение, что обусловливает определенный характер распространения теплоты при их обработке и оказывает значительное влияние на продолжительность процесса размораживания. Для оценки влияния отдельных теплофизических свойств на характер и продолжительность размораживания были экспериментально определены зависимости коэффициентов температуропроводности а, теплопроводности 1 и теплоемкости с от температуры в биообъекте. В качестве биообъекта рассматривались различные мясопродукты (говядина, свинина, баранина).
Данные по теплофизическим характеристикам мясопродуктов показывают, что они относительно постоянные, если продукт находится в размороженном (или свежем) виде, и сильно изменяются с изменением температуры, если продукт находится в замороженном состоянии. Теплофизические характеристики претерпевают заметные изменения главным образом из-за превращения льда в воду, поэтому применение методов, основанных на использовании стационарного потока тепла, нецелесообразно. Для исследуемых биообъектов (свинина, говядина, баранина) определение теплофизических параметров объектов проводилось методом регулярного режима.
На рис. 1 представлена зависимость коэффициента температуропроводности различных мясопродуктов от температуры.
а-10\ м2/ч
25 20 15 10
°-30 -20 -10 0t<Ь
Рис. 1. Зависимость коэффициента температуропроводности мясопродуктов от температуры: 1 - мясо говяжье выше средней упитанности (при содержании влаги Ж = 74,5 %); 2 - мясо говяжье ниже средней упитанности (при содержании влаги Ж = 78,5 %); 3 - мясо свиное (при содержании влаги Ж = 76,8 %)
Очевидно (рис. 1), что наименьшие значения коэффициента температуропроводности мяса имеют место при температурах близких к точке замерзания. По мере снижения температуры коэффициент температуропроводности вначале резко увеличивается, затем его рост несколько замедляется. В интервале температур от минус 20 °С до точки замерзания значение коэффициента температуропроводности изменяется более чем в 100 раз. Для биообъектов в размороженном состоянии величина коэффициента температуропроводности постоянна и зависит только от химического состава.
Теплоемкость и плотность являются аддитивными характеристиками, вследствие чего для их расчета можно использовать различные закономерности.
Удельную теплоемкость биообъектов определяли обычным калориметрическим методом. Полученные значения оказались близкими к известным данным Риделя.
Расчет полной удельной теплоемкости с (рис. 2) можно выполнить по закону аддитивности с учетом теплоты таяния льда при изменении температуры единицы массы продукта на один градус:
с * = Сс • (1 - Ж) + св • (1 - га) • Ж + сл • га • Ж + гл • Ж • (га 2 - га1), (1)
где с - теплоемкость замороженного объекта; сс - теплоемкость сухого вещества; сс = 1180 + 3,56 • t2, Дж/(кг • К); св - теплоемкость воды; сл - теплоемкость льда, сл = 2120 + 8 • t2, Дж/(кг • К); га - количество вымерзшей воды при температуре, для которой вычисляется теплоемкость; га2 - га! -разность между количеством вымерзшей воды при изменении температуры на 1 °С, доли единицы; Ж - содержание воды в объекте; гл - удельная теплота плавления льда, гл = 335 + 2,1 • t2, кДж/кг.
Как видно из графика (рис. 2), для каждой величины Ж характерен максимум с при начальной криоскопической температуре, связанный с началом перехода жидкой воды в лед. С уменьшением величины Ж величина максимума уменьшается. В связи со сложным характером протекания кривых их точное математическое описание выполнено по участкам в разных диапазонах температур при различных величинах Ж.
Значение коэффициента теплопроводности мясопродуктов не является аддитивной функцией и зависит от химического состава, наличия примесей, фазового состояния компонентов (например, оплавлен жир или нет) и строения. Для объектов биологического происхождения, в том числе мясопродуктов, характерна анизотропия теплопроводности, которая проявляется в том, что по различным направлениям величина коэффициента теплопроводности оказывается неодинаковой (например, вдоль и поперек волокон мясопродуктов).
Рис. 2. Зависимость удельной теплоемкости мясопродуктов от температуры:
1 - мясо говяжье выше средней упитанности (при содержании влаги Ж = 74,5 %);
2 - мясо говяжье ниже средней упитанности (при содержании влаги Ж = 78,5 %);
3 - мясо свиное (при содержании влаги Ж = 76,8 %)
Экспериментальные данные показывают, что коэффициент теплопроводности в ряде случаев надо рассматривать как функцию температуры, а следовательно, и пространственных координат, а также времени.
При рассмотрении мясопродуктов как объектов размораживания математический аппарат теории теплопроводности X = /(т, х) становится столь сложным, что получить аналитические решения в большинстве случаев представляется возможным только через химический состав; такие результаты можно рассматривать как аппроксимацию экспериментальных данных в относительно узком диапазоне температур. Вместе с тем в пределах одной товароведческой категории (сорта) химический состав мясопродуктов варьируется в достаточно широких пределах. В связи с этим при расчете процессов распространения теплоты в мышечной ткани удобнее выражения теплофизических характеристик представлять как зависимости от влагосодержания пищевых продуктов. Известно, что влагосо-держание мясопродуктов изменяется от 0,5 до 0,8 в долях единицы.
Зависимость коэффициента теплопроводности для исследуемых объектов с различным влагосодержанием от температуры показана на рис. 3. Как видно из рис. 3, по мере повышения температуры коэффициент теплопроводности постепенно уменьшается, что объясняется уменьшением в объекте доли вымерзшей воды.
Известно, что при температуре -40...-20 °С до 80 % воды в мясе находится в виде льда. При температуре -4.-2 °С количество льда составляет от 3/4 до 1/2 всей влаги, и только в зоне температур, непосредственно примыкающей к точке замерзания, содержание льда в мясе становится незначительным.
Рис. 3. Зависимость коэффициента теплопроводности для мясопродуктов от температуры: 1 - мясо говяжье выше средней упитанности (при содержании влаги W = 74,5 %); 2 - мясо говяжье ниже средней упитанности (при содержании влаги W = 78,5 %); 3 - мясо свиное (при содержании влаги W = 76,8 %)
Полученные значения для основных теплофизических характеристик рассматриваемых продуктов использовались в дальнейшем при расчете продолжительности и анализа процесса размораживания в конкретных режимных условиях.
Рассмотренные теплофизические характеристики и способы их оценки рекомендуется использовать в том случае, когда информация о свойствах пищевых продуктов заключается в известном значении влаго-содержания.
Получено 21.02.05
EXPERIMENTAL ESTIMATION OF THERMAL FEATURES OF ANIMAL PRODUCTS
N. V. Dul'ger, R. N. Zaripov, V. N. Lysova
Thermal features relationship to temperature was established experimentally in bioobject to evaluate the effect of separate thermal characteristics on the character and time of defrosting of various animal products (pork, beef, mutton) were used as bioobject.
Obtained values for main thermal characteristics of particular products were used for calculation of time duration and analysis of defrosting for particular industrial conditions for the future.
