CC BY
14
УДК: 635.64:664.8.037
Н.И. Погожих, Д.Н. Одарченко
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОМАТОВ КАК СИГНАТУРА ОБРАТИМОСТИ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ
Стаття присвячена розгляду наукозих основ використання електрофгзичнш властивостей як сигнатур при циклгчному заморожуваннх томате по в'хдношеншо до фазовог оборотность Обгрунтована необх1дтсть введения в товарознавство термшу «сигнатура» г методологгчного тдходу його використання з метою тдвищення контролю якостг заморожено! харчозог сировини.
Введение. При замораживании сырья и пищевых продуктов, решается одна из основных проблем пищевой промышленности, а именно сохранение урожая и произведенной пищевой продукции, с обеспечением максимального сохранения их товароведных и функциональных свойств [1]. Внутри данной проблемы решаются задачи технологического, товароведного характера, экологической безопасности, технические задачи. Одной из целей решаемых задач является обеспечение обратимости свойств сырья, идентификация сырья на предмет содержания ГМО, антибиотиков и других компонентов, ке свойственных данному виду сырья. Указанное требует разработки новых методов и методик для экспресс-анализа качества замороженной пищевой продукции.
Постановка задачи. Целью данной работы является научное обоснование сигнатур перечисленных выше свойств замороженного сырья. При этом под «сигнатурой» понимается какой-либо физический, химический или микробиологический показатель, измеряемый в абсолютных или относительных единицах, и однозначно обладающий чувствительностью к цикличности замораживания, наличию ГМО или антибиотиков в продукции. Важно, чтобы сигнатура регистрировалась с помощью косвенных методов анализа качества, например, электропроводность, вязкость, цветность и т.п., что позволит разработать методы экспресс-анализа. Сигнатура в переводе с древне-латинского означает «знак, обозначение, указание» [2]. Введение такого термина и методологического подхода его использования актуально с точки зрения повышения контроля качества замороженного пищевого сырья.
Решение задачи. Объектом исследования были электрофизические свойства томатов, которые подвергались многократному замораживанию. Предварительными исследованиями установлено, что при цикличном замораживании 3...4 раза наблюдается разделение сырья на жидкую и твердую фазу. Также отмечено, что после четвёртого цикла замораживания в жидкой фазе не наблюдается осадка при центрифугировании. Под жидкой фазой подразумевается часть от целого томата, которая выделяется путем центрифугирования, а осадок - твердая фаза. Измерение электрофизических свойств жидкой фазы осуществляли на установке, схема которой изображена на рисунке 1.
На установке были установлены электроды, которые выполнены из металла (Ме) и имеют, соответственно, электронную проводимость. Жидкая фаза размещалась между электродами и имела конную проводимость: ЩТ - катионы; Ак~- аниоаы (рис. 1). Образование 1-тых катионов и к-тых анионов связано с диссоциацией простых электролитов (солей, щелочей, кислот) и высокомолекулярных полиионитов (веществ органического происхождения). Методика проведения измерений заключалась в следующем. Вначале томат без замораживания измельчали и, с помощью центрифугирования, делили на две фазы. Жидкую фазу в объеме 20 мл помещали в измерительную ячейку. Площадь смачивания электродов составляла 4*10"4 м2. Напряжение на электродах изменяли от 0,1 до 20 В, с помощью источника постоянного тока (ИТ). Силу тока фиксировали миллиамперметром (мА). Удельное сопротивление вычисляли исходя кз закона Ома. На рисунке 2 показана кинетика силы тока в относительных единицах при постоянном напряжении для различных циклов замораживания.
Рис. 2. Схема измерений электрофизических свойств пищевого сырья
10 16 30 # 50 да то 80 « 100 £10 ПО 130 МО 150 170
Рис. 2. Кинетика силы тока в исследуемых образцах при U = const =
1 - без замораживания;
2 - после первого замораживания;
3 - после второго замораживания;
4 - после третьего замораживания;
5 - после четвёртого замораживания.
0,1 В
Видно, что для установления постоянной силы тока необходим определенный промежуток времени. Очевидно, это обусловлено тем. что жидкая фаза томата содержит ионы различной природа: органического и неорганического происхождения. Такая система характеризуется тем, что при относительном движении ионов с малой массой (низкомолекулярные соединения) и с большой массой (высокомолекулярные соединения), первые связываются кулонэзсхими силами, что приводит к
ограничению подвижности низкомолекулярных ионов и сила тока уменьшается. Отмечено влияние циклов замораживания на скорость уменьшения силы тока.
Если кривые рис. 2. условно разделить на 2 участка, то видно, что наклон кривых первого участка (т = = 0...20 с) зависит от циклов замораживания. Для свежего сока томатов наблюдается наибольшая скорость падения силы тока, а для четырехкратного замораживания - наименьшая. При этом, для свежего сока сила тока в течение 180 с снизилась в 2,5 раза, а для сока после 4-х кратного замораживания в 1,5 раза. Если бы раствор содержал только низкомолекулярные ионы, то следовало ожидать мгновенное установление уровня тока. Следовательно, при цикличном замораживании и размораживании наблюдается сдвиг поведения электрофизических свойств жидкой фазы томатов в сторону, характерную для простых ионов. На рис. 3. показана вольтамперная характеристика (V-A) для исследуемых образцов.
Рис. 3. Сила тока от напряжения на электродах
1 - без замораживания;
2 - после первого замораживания;
3 - после второго замораживания;
4 - после третьего замораживания;
5 - после четвёртого замораживания.
Явно выраженная нелинейность этих характеристик для свежих образцов и после первого замораживания, кроме того, наблюдаются три характерных участка У-А-характеристик. Такие зольтамперкые характеристики свойственны для нелинейных электрических цепей. В таких цепях нелинейность обусловлена электрохимическим взаимодействием электролитов, вплоть до катализации химических реакций. Согласно химической теории концентрированных растворов электролитов, развитой Сахановым А.Н. и Плотниковым В.А. [3], вещества в растворителе могут образовывать комплексы, состоящие из молекул растворенного вещества и растворителя. Такие комплексы могут диссоциировать как на сложные ионы, так и на обычные молекулы и ионы. Под действием низких температур часть комплексных ионов удаляется с осадком, вследствие чего электропроводность уменьшается, а дальнейшее разведение раствора приведет к увеличению содержания простых ионов и электропроводность снова возрастет, а участок II - исчезает [4].
Таблица 1
R. Ом i ; о, Ом'м 1 J, А/м2 1
I участок II участок III участок I ! н участок | участок in ! i участок ! участок II | III 1 участ J участ OK j CK
Без замораживания 276 772 240 52,44 ! 146,68 45,6 ! 31 40,4 29
После 1-го замораживания 394,7 312 274 74,99 59,28 52,06 j 36 1 37,1 44
После 2-го | замораживания 380 246 | 72 0 1 46,74 ' 38 1 - 43,3
После 3-го ; замораживания 438 279 1 79,42 ■ 1 53,01 j 42,8 l - j 45,2
i После 4-го ! ! 45z : замораживания 306 1 85,88 1 1 i 58,14 ! 45,2 1 - i 45,2 -
Различные величины напряжений, при котором характеристики испытывают отклонения от линейности, скорее всего, обусловлены взаимодействием различных по молекулярным массам и заряду веществ.
В таблице 2 представлены величины электродвижущей силы возникающей на электродах, изготовленных из различных металлов, т.е. образуют своеобразные гальванические элементы: цинк -свинец (2п, РЬ), цинк - медь (Хп - Си), свинец - медь (?Ь - Си).
Габлица2
За« на электродах для различных пар металлов
В
Гальванический элемент
ьез | После первого | После второго замораживания \ замораживания : замораживания
После третьего замораживания
После четвертого замораживания
S j Zn |! Po"' I ё ' 0,33 ±0,04 | 0,35 ±0,04 j 0,41 ±0,04
: 0,04 ; 0,35
: 0.04
5 i Zn2 ü Си"2 j S
0,55 ±0,05 0,63 ±0,05 i 0,63 ±0,04 | 0,75 ±0,03 | 0,68 ±0,03
6 ; Ptf' ji Cu '
J-2 • - i
0,56 ± 0,05
0,35 ± 0,05 i 0,35 ± 0,03
0,39 ± 0,03
I
0,41 ±0,03
Видно, что наибольшее значение Е образует пара цинк-медь. Установлено, что для этой пары цикличность замораживания отображается в некотором увеличении электрического потенциала, в то время, как для других пар металлов значение з.д.с. нестабильная. Сравнивая данные величины с рК, следует отметить (таблица 3), что э.д.с. пары цинк-медь более чувствительны к циклам замораживания-размораживания, чем величина рК.
Т:
'аблица 3
рН исследуемых образцов
.................. 1 Без ! После первого После зторого После тоетьего 1 После четвертого |
замораживания | замораживания замораживания замораживания ! 1 замораживания
pH 4,21 ±0,04 | 4,13 ±0,04 4,13 = 0,04 1 4,09 ± 0,04 1 ! 4,13 ±0,04
Выводы. Таким образом, исследованиями установлено, что кинетика силы тока, удельное сопротивление постоянному электрическому току при различных напряжениях, а также гальваническая
разность потенциалов могут служить в качестве сигнатур при циклическом замораживании томатов по отношению к фазовой обратимости. Данные электрофизические свойства можно использовать для экспресс-анализа замороженной томатопродукции.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Колесник A.A., Елизарова Л.Г. Теоретические основы товароведения. - М.: Экономика, 1990.-288 с.
2. Большая Советская Энциклопедия. Т. 51 «Се - Со», 1-е изд. - М., 1945.
3. Харнед Г., Оуэн Б. Физическая химия растворов электролитов, 2-е изд. - М., 1952. - 629 с.
4. Левин AM. Теоретические основы электрохимии. - М: ГНТИ. - 432 с.
ПОГОЖИХ Николай Иванович - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой энергетики и физики Харьковского государственного университета питания и торговли. Научные интересы:
- процессы, аппараты и оборудование химических и пищевых производств.
ОДАРЧЕККО Дмитрий Николаевич - к.т.н., доцент Харьковского государственного университета питания и торговли.
Научные интересы:
- товароведение и экспертиза товаров;
- пищевые технологии.
