Физические свойства костной ткани, шрота и оссеина. Часть II Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 678.049.167:675.014.45

В. Г. Кузнецов, Р. Н. Аскарова ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТНОЙ ТКАНИ, ШРОТА И ОССЕИНА. ЧАСТЬ II

Ключевые слова: Пористость и гранулометрический состав кости, шрота и оссеина; пористость твердой фазы.

Предложена математическая модель производства, которая является наиболее важной составной частью системы управления. В статье представлены два основных свойства - пористость и гранулометрический состав кости, шрота и оссеина, без которых не возможно комплексное изучение процесса получения желатина из данного сырья.

Keywords: Porosity and size distribution of bone, meal and ossein; the porosity of the solid phase.

A mathematical model of production, which is the most important part of the control system. The article presents two basic properties - porosity and granulometric composition of bone, meal and ossein, which is not possible without a comprehensive study of the process ofproducing gelatin from this raw material.

1. Пористость твёрдой фазы.

Пористость кости - это разрежение кости, вызванное резорбцией костного вещества и расширением гаверсовых каналов.

От размеров пор зависит характер извлечения целевого компонента. Согласно [1] пористость может быть вычислена при наличии данных по кажущейся и истинной плотностям. Для этих целей нами использовался пикнометрический метод и метод ртутной порометрии [2].

ри=1,815 - 1,610-3 П

(1)

рк=1,78 - 0,018П (2)

р„ рк - истинная и кажущаяся плотность твердой фазы, кг/м3.

П - пористость, %. Она находится в пределах от 5 % до 89 % и определяется как V - X

П=--100 (3)

V

V - общий ( видимый) объём образца, см3; X - объем вещества, непроницаемый для возду-

3

ха, см .

Пример: образец шрота имеет П = 50% или в массовых долях 0,5, тогда

ри=1,815 -1,610-3 50=1,77 кг/м3

Зная что Рк =Ри (1 - П):

Рк = Ри (1 - П) =1,78-0,5=0,885 кг/м3

И по (2):

рк=1,78 - 0,018 50=0,88 кг/м3

Таким образом, эмпирическая формула (1) и (2) с достаточной точностью определяют ри и рк. Данные исследований по рк согласуются с данными [3], которые равны 0,5 -0,8.г/мл.

Результаты определения пористости пикномет-рическим способом и на приборе СПВ-2 шрота, оссеина после мацерации и оссеина после золки приведены в таблице 1.

Из экспериментальных данных получено уравнение кривой распределения частиц по пористости. Обобщённые результаты исследований представлены на рисунке 1. Кривая плотности распределения

частиц шрота относится к кривым со сдвинутым влево максимумом [4].

Таблица 1

Вид кости № п/п Вес навески, г Пористость, %

Пикнометр метод На СПВ-2

Шрот

лопатка 1 0,4078 19,7 21,1

лопатка 2 0,4103 16,4 20,8

ребро 3 0,7104 56,7 62,96

лопатка 4 0,5762 15,8 19,35

лопатка 5 0,7780 18,1 20,8

ребро 6 5,5460 65,8 74,49

ребро 7 4,2490 61,4 72,9

Оссеин после мацерации (таз, ребро)

1 0,0718 68,4 77,0

2 0,0689 47,0 62,96

3 0,0703 54,2 76,4

4 0,0908 54,0 76,4

5 0,4703 79,9 83,55

Оссеин после золки (таз, ребро)

1 0,8594 85,0 89,19

2 0,6499 81,4 87,15

3 0,8959 87,1 93,8

Оссеин после обеззоливания

1 0,8415 82,0 86,3

2 0,6810 87,3 90,3

3 0,7815 83,4 87,5

Наиболее удовлетворительное аналитическое описание функций распределения подобного типа даёт уравнение Розина - Раммлера[5].

Используя массовую характеристику по плюсу, можно получить выравнивание опытных данных:

100 - G( X П) = 100

= R

где: ХП - интервал пористости, ХП =10%;

П

П

0(ХП) - суммарная массовая характеристика, находится из экспериментальных данных; Хе - величина пористости, больше которой 100/е=36,8% материала.

Рис. 1 - Кривые распределения для шроты, где □ - по плюсу, о - по минусу, Х - 1"(хп)

Дважды логарифмируя уравнение (4) и подставив результаты экспериментов в координаты Ы&00/Я) находим показатели степени П как тангенс угла наклона прямой

^(^100/К)=2,36-^ХП-4,23 (5)

Зная П=2,36, получим дифференциальное уравнение прямой распределения частиц шрота по пористости [6]:

Ч1,36 Г Хп.

Хе

f (Xп ) = 2,36 • 102

• е

(6)

Кроме общей пористости шрота и оссеина определялись и кривые распределения пор по размерам на основе метода прохождения газа под давлением через сухие и смоченные образцы [7].

Установлено, что дифференциальные кривые распределения пор по размерам имеет два максимума. Наиболее характерные значения для исследуемого материала пор от 100-200мкм и 500-700мкм.

2. Гранулометрический состав кости, шрота и оссеина.

Полидисперсность кости, шрота и оссеина зависит от способа дробления материала и метода калибрования материала. В технологии желатина используют два типа дробилок: КД-2 и центробежно-ножевую. В пищевой промышленности используют также силовые измельчители типа К7-ФИС.

После дробления костное сырьё перед последующими операциями калибруется на калибровочных барабанах с размером ячейки 3, 8, 14, 18, 22, 24 мм. Для рассева используется

барабанный классификатор с ячейками заданного размера.

Используя ситовый анализ шрота из плотной и пористой кости, раздробленной на КД-2, получено уравнение кривой распределения в применении к разделению веса частиц по размерам [8,9]. В [7] показано, что такое распределение соответствует нормальному, т.е.

_ f«^^ Х - средний размер частиц, с2 - дисперсия.

Подставив экспериментально найденные значе-

ния среднего диаметра

Х.

и с дисперсии, полу-

чим уравнения кривой распределения для «мягкого» (губчатого) шрота:

(Хр) = е~°,°106( хр-17,3)2

4л

(8)

Для твёрдого (плотного) шрота

f (Xp) =

0,112 4ж

-0,0125( Xp—18,8)2

(9)

Гистограммы распределения для шрота и оссеина, выражающие весовые выходы классов в калибре 3- 8 мм представлены на рисунках 2 и 3.

Рис. 2 - Гистограмма распределения для золеного оссеина размером 3-8 мм

Рис. 3 - Гистограмма распределения для «твердого» шрота размером 3-8 мм

Литература

1. Соколов А.В., Павлов Д.В., Большаков А.С., Журавская Н.Н., Каркальцев И.И., Якушкин Н.П., Буянов А.С., Со-сенков В.Я. Технология мяса и мясопродуктов - М.: Пищепромиздат, 1970.- 740с.

2. Плачёнов Т.Г., КолосенцевС.Д. Порометрия. - Л.: Химия. Ленингр. отделение, 1988. - 175 с.

3. Райх Г. Коллаген - М.: Лёгкая индустрия, 1969. - 328с.

4. Батунер Л.М., ПозинМ.Е. Математические методы в химической технике - Л.: Химия, 1971. - 824с.

5. Гуляев Ф.А. Центробежно-ножевые дробилки для измельчения длиннокусковых материалов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1986. №2 С. 31.

6. Кузнецов В.Г., Аскарова Р.Н. Математическая модель процесса обеззоливания оссеина в технологии желатина // Вестник. 2014. №14 С. 373

7. Старикова Т.Н. Исследование процесса и повышение эффективности деминерализации костного шрота в про-

изводстве желатина. Дисс. канд. техн. наук, Казань, 1982. - 17с.

8. Ахназарова С.А., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии - М.: Высшая школа, 1978. - 503с.

9. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности исчисления характеристик гранулометрического состава - М.: Металлургиздат, 1959. - 437 с.

© В. Г. Кузнецов - к.т.н., доцент кафедры ТКМ КНИТУ, kuz [email protected]; Р. Н. Аскарова - ассистент кафедры ТКМ КНИТУ, [email protected].

© V. G. Kuznetsov - candidate of technical science, associate professor from department of structural materials technology, KNRTU, kuz [email protected]; R. N. Askarova - teaching assistant from department of structural materials technology, KNRTU, [email protected].