CC BY
21
ющий эффект оказывают кукурузный и картофельный крахмалы.
Таблица 2
Концентрация раствора Na/СЛЩ, % Энергия активации. кДж/моль Энтропийный множитель Коэф- фициент корреляции
0,5 23.2 -6.3 0,9885
1.0 27,8 -7.1 0,9989
1.5 24,9 -5.2 0,9976
2,0 24.1 -4,15 0,9967
2.5 25.4 -4,10 0.9849
Структурирующий эффект зависит также от концентрации модифицирующей добавки (рис. 3). На основании изучения процессов структуриро-
вания в исследованных системах рассчитаны концентрации рабочих растворов и выбраны типы и концентрации модифицирующих добавок для конкретных областей использования покрытий.
Полученные данные по реологическому поведению систем ЫаКМЦ—вода, ЫаКМЦ—крахмалы—
вода в широком скоростном диапазоне и заданном температурном могут быть использованы для направленного регулирования процессов структуро-образования в этих системах при формировании покрытий на конкретных биологически активных подложках в процессах получения пищевых продуктов.
ВЫВОДЫ
1. Умеренно концентрированные растворы Na/Ш// марки 70/ 450*0» при t 25—55°С являются псевдопластическими жидкостями и только 5%-ные растворы при t 45—55°С демонстрируют ньютоновский характер течения. По уравнению Ост-вал ьда-де-Вилла рассчитана степень структурирования водных растворов NaКМЦ, которая монотонно возрастает с повышением концентрации в исследованном интервале температур,
2. Введение крахмалопродуктов в водные растворы Na КМЦ не изменяет псевдопластического характера течения. Увеличение молекулярной массы крахмала приводит к возрастанию степени структурирования в системе Na КМЦ—крахмалопро-дукт—вода.
Авторы благодарят В.Б. Калинина (институт физической химии РАН) за помощь в математической обработке результатов экспериментов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Использование съедобных покрытий. Rose Peter // Food Manuf, — 1992. — 67. — № 5. —С. 23. 25, 39.
2. Пешехоиова АЛ., Журавская Н.К., Данилова М.М., Бухтеева Ю.М., Журавская Н.А. Полисахариды в мясной промышленности: Обзорн. информ. — М.: АгроНИИ-ТЭИмясомолпром, 1992. — С. 10—11.
3. Петропавловский Г.А., Васильева Г.Г., Бресткия Ю.8., Троицкая А.В. // ЖПХ. — 56. — № 2. — 1983.
— С. 366—370.
4. Целлюлоза и ее производные. Т. I и II (под ред. Н. Байклда и Л. Сегала). — М.: Мир. 1974. — С. 468—476.
5. Рихтер М. Избранные методы исследования крахмала. — М.. 1975.
6. Тагер А.А., Ботвинник Т.О., Древаль В.Е. Энергия, теплота и энтропия активации вязкого течения концентрированных растворов полимеров. Успехи реологии полимеров. — М.: Химия. 1970. — С. 229—240.
Поступила 23.07.93
664.292
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА КИСЛОТНО-ТЕРМИЧЕСКОГО ГИДРОЛИЗА ПРОТОПЕКТИНА СВЕКЛОВИЧНОГО СЫРЬЯ
О.С. ГААГ, И.ф. МАЛЕЖИК Винницкий проектно-конструкторский технологический институт НПО ”Спектр”
Киевский технологический институт пищевой промышленности
В общем случае гидролиз растительного сырья рассматривается как обменная реакция между веществом и водой, катализируемая ионами гидро-
ксония. Основные структурные компоненты свекловичного сырья состоят из соединений, обладающих высокой гидрофильностью вследствие наличия большого числа гидроксильных, карбоксильных и других активных групп. Исследование характера изменения влагоудерживающей способности сырья в процессе гидролиза имеет поэтому исключительно важное значение, поскольку мо-
жет служи ло- и массс ческих сво исследоваь пектиновы Нами пр менений С(
СВЄКЛОВИЧІ
72°С и кон 1,5%. Мет щем. Наве набухшего
ной от ВНЄІ бумаги, по ных прово. спиралей участие вс< с другой с деформаци процессе п СЫ ВЗВЄШИІ
честве, сос тервалов п в камеру с ром рассчи Для пол НС! камерг а для подд жима поме Контроль рН-метром системы С0 жим кипен ние повер: более чем фазе, обесі исключали са. Через к; каркасы, о фильтровал влагоудер» вали по св количеству
где т0 и т
При рас изменение следствием фазы, посю ществ весы ОТ ИСХОДНО!
На содер пектиновы) ЦИОННЫМ I
содержанш СКИМ мето; которую по
Заданном I для на-груктуро-^ровании 1КТИВНЫХ !ВЫХ про-
застворы ) являют-лько 5%-уют нью-нию Ост-гетуриро-I монотонен в мере раство-[ского ха-юй массы ни струк-малопро-
титут физической
ier // Food 9.
лова М.М., виды в мяс-АгроНИИ-
Бресткин ! 2. — 1983.
L Н. Байклда б.
крахмала. —
Е. Энергия, h конце нтри-гии полиме-
' 664/292
ого
ья
;нты свек-, обладаю-вие нали-грбоксиль-)вание ха-способно-т поэтому :ольку мо-
жет служить критерием физико-химических, тепло- и массообменных, а также структурно-механи-ческих свойств исследуемого сырья. Данные таких исследований в литературе по химии и технологии пектиновых веществ отсутствуют.
Нами проведено исследование кинетических изменений состава внутренней структуры набухшего свекловичного жома в процессе гидролиза при 72°С и концентрации НС! в гидролизуемой массе 1,5%. Методика исследований состояла в следующем. Навески образцов, отобранных из стружки набухшего жома, сечением 3x3 мм и освобожденной от внешней влаги с помощью фильтровальной бумаги, помещали внутрь специально изготовленных проволочных каркасов, выполненных в виде спиралей и обеспечивающих, с одной стороны, участие всей поверхности частиц в массообмене, а с другой стороны, невозможность механических деформаций квазитвердой свекловичной ткани в процессе гидролиза. Заполненные стружкой каркасы взвешивали с точностью до 0,0001 г и в количестве, соответствующем числу исследуемых интервалов продолжительности процесса, помещали в камеру с гидролизующим солянокислым раствором рассчитанной концентрации.
Для поддержания постоянной концентрации НС! камера снабжалась обратным холодильником, а для поддержания заданного температурного режима помещалась в термостатированную емкость. Контроль процесса осуществляли лабораторным рН-метром и термометром. С помощью вакуумной системы создавали условия кипения раствора. Режим кипения и практически всестороннее омыва-ние поверхности стружки раствором, взятым в более чем 100-кратном соотношении к твердой фазе, обеспечивали максимальную массоотдачу и исключали блокировку поверхности массоперено-са. Через каждые 10 мин вынимали один за другим каркасы, освобождали их и стружку от раствора фильтровальной бумагой и взвешивали. Степень влагоудерживающей способности жома рассчитывали по свободновыделившемуся (поглощенному) количеству жидкой фазы по формуле:
т - т„
тп
•100 ,
Параллельно находили относительное изменение объема единицы массы свекловичного ж*ома в течение гидролиза, для чего исследуемую навеску помещали в керосин, как несмешивающуюся с водой жидкость, и определяли вытесненный ею объем.
На рис. 1 представлено кинетическое изменение степени влагоудерживающей способности набухшего свекловичного жома в течение процесса гидролиза (/ — изменение влагоудерживающей спо-
lit
*
М
л>
IV
I 17 S IY
// I s \Ч
—
где т0 и т —■ масса свекловичного сырья соответственно к началу процесса гидролиза и в определенный момент его осуществления.
При расчете аа исходили из допущения, что изменение массы исследуемого сырья является следствием изменения только содержания жидкой фазы, поскольку изменение содержания сухих веществ весьма незначительно и не превышает 3% от исходной массы.
На содержание растворимых и нерастворимых пектиновых веществ образцы исследовали традиционным кальций-пектатным методом [1], а на содержание ионов кальция — комплексометрическим методом [2] из растворов золы образцов, которую получали по методике [3].
Рис, 1
собности; 2 — относительное изменение объема образца, %}.
Результаты показывают,, что состав внутренней структуры жома в течение процесса претерпевает значительные изменения, которые носят синусоидальный характер. При этом можно выделить четыре условные фазы гидролиза в соответствии с направлением движения раствора во внутренней структуре жома.
В 1 фазе гидролиза при контакте с солянокислым раствором за счет «го сорбции влагоудерживающая способность повышается, несмотря на извлечение гидрофильных пектиновых веществ. Эта фаза характеризуется продолжительностью около 30 мин и значительным уменьшением (в среднем на 0,55% за 1 мин) содержания нерастворимых пектиновых веществ.
Практически до нуля уменьшается во внутренней структуре содержание ионов кальция, в то время как степень влагоудерживающей способности повышается в среднем на 1,25% за 1 мин. Эти факторы свидетельствуют о том, что происходит растворение протопектинового комплекса аморфных областей межклеточника.
II фаза, охватывающая период между 30 и 50 мин, характеризуется относительно небольшими изменениями в содержании нерастворимых пектиновых веществ внутренней структуры при одновременном резком повышении содержания кальция (практически до первоначального уровня). Влагоудерживающая способность структуры уменьшается более чем наполовину по сравнению с достигнутой в I фазе величиной. Это свидетельствует о том, что в этом периоде происходит формирование новых структурных комплексов с участием ионов кальция.
III фаза гидролиза характеризуется заметным увеличением содержания нерастворимых пектино-
ИЗВЕСТИ
аых веществ (с 2,0 до 4,4%) с одновременным уменьшением в структуре содержания ионов кальция и повышением на 5% степени влагоудерживающей способности.
В IV фазе гидролиза происходит вторичное микрокапиллярное истечение внутренней жидкой фазы (ав снижается на 12%) и уменьшение содержания нерастворимых пектиновых веществ до величины, близкой к моменту окончания I фазы. Содержание кальция во внутренней структуре также уменьшается до нуля.
Для белее глубокого понимания механизма протекающих в ходе гидролиза физико-химических изменений построены изотермы гидролиза в координатах: Снп — содержание нерастворимых пектиновых веществ в твердой фазе жома; Срп —- содержание растворимых пектиновых веществ во внутренней жидкой фазе жома (рис. 2), что позволяет рассмотреть процесс как адсорбционное взаимо-
S
4
а
Рис. 2
действие растворенных веществ со структурой. Изотермы позволили установить следующее,
1 фаза гидролиза характеризуется адсорбцией растворителя внутренней структурой в условиях перевода нерастворимых пектиновых веществ в ионизированное состояние до достижения равновесия, которое наступает при содержании пектиновых веществ во внутренней жидкой фазе 0,15%
и твердой фазе 2,0% (по отношению к сухим веществам жома).
II фаза характеризуется повышением содержания пектиновых веществ во внутренней жидкой фазе до 0,7% за счет преимущественной десорбции растворителя из внутренней структуры. При этом после достижения концентрации 0,65% происходит образование нерастворимых ассоциатов пектиновых веществ с участием ионов кальция.
Для III фазы характерна адсорбция нерастворимых ассоциатов внутренней поверхностью структуры ткани.
IV фаза характеризуется десорбцией пектиновых ассоциатов, которые вместе с внутренним раствором диффундируют во внешний раствор вследствие понижения сальвационной способности.
Особо следует отметить, что изотерма процесса на участке между 40 и 60 мин относится к типу адсорбции, при котором сила взаимодействия между адсорбированными веществами больше силы взаимодействия между растворенными веществами и структурой адсорбента [41. При такой адсорбции молекулы растворенного вещества стремятся расположиться на поверхности адсорбции в виде агрегатов.
Установлено, что в Ш фазе по мере увеличения продолжительности процесса количество адсорбированных пектиновых веществ возрастает пропорционально величине V7 вплоть до достижения равновесия. Это дает право для описания данной фазы применить выражение, выведенное из закона Фика (4):
= 2 VD х/л ,
Соо
где D — интегральный коэффициент диффузии пектиновых веществ в глубь _ структуры свекловичного сырья;
Ст и С00 •— содержание пектиновых веществ на поверхности в данный период времени и после достижения равновесия.
Вычисленный по экспериментальным данным коэффициент диффузии составляет 9,75 х 10 см/с , что подтверждает высокую скорость адсорбции пектиновых веществ в III фазе.
Таким образом, модель, описывающая процесс гидролиза набухшего свекловичного жома, состоит в следующем.
Одновременно с растворением (переводом в диссоциированное состояние) пектиновых веществ под влиянием кислотного раствора в I фазе гидролиза при достижении определенной концентрации формируется адсорбционный слой на поверхно-
стях стр; вых сил. щихся н усиливаї взаимож в услови ентации проявлж молекул резко во, адсорбци бция асс ние сист (по пере?
ГО ПОТОК!
Предл •типовых рассматр к объяс^
B.C. РУБ/ Р.Ф. СКА
Кубанский
Требов,
ЛОВ В ПИІ
изучения вированн к основи пользуем] оборудовг водов в п В качес ла вьібраї наиболее произволе Электр< ров прово ре в ста электроак риал (стеї Электр NaCl клас ванной во шее через| от 0 до 9 режим об| меняемым Ионы мі атомно-абі
1ИЮ к сухим
|ием содержаний жидкой ой десорбции ры. При этом >5% происхо-циатов пекти-
1ЬЦИЯ.
я нераствори-«стью струк-
,ией пектиновнутренним ишй раствор юй способно-
ерма процесса эсится к типу действия меж-больше силы ши вещества-11 такой адсор-:тва стремятся >рбции в виде
ре увеличения ество адсорби-астает пропор-э достижения 1сания данной иное из закона
фициент диф-еществ в глубь чного сырья; ювых веществ 13ННЫЙ период стижения рав-
:нтальным дан-тавляет 9,75.x :окую скорость I фазе.
ающая процесс ) жома, состоит
ереводом в дис-ювых веществ в I фазе гидро-I концентрации 1 на поверхно-
стях структуры, в основном за счет вандерваальсо-вых сил. При этом происходит вытеснение находящихся на поверхности молекул раствора, которое усиливается во II фазе вследствие доминирующего взаимодействия пектиновых молекул между собой в условиях повышения концентрации и переориентации молекул. На завершающем этапе II фазы проявляется тенденция к ассоциации пектиновых молекул в растворе, вследствие чего адсорбция резко возрастает. В III фазе гидролиза происходит адсорбция ассоциатов ':з раствора, а в IV — десорбция ассоциатов. В итоге возникает такое состояние системы, когда происходит более значительное (по переносимой массе) увеличение десорбционно-го потока молекул и ассоциатов.
Предложенная модель процесса гидролиза пектиновых веществ из свекловичного сырья может рассматриваться как один из возможных подходов к объяснению немонотонности его характера, не
претендующий на единственность, универсальность и полноту, но способствующий поискам в решении задач интенсификации процессов пектинового производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Донченко Л.В., Нелина В.В., Карпович Н.С., Киоре-
ску Е.Н., Гааг О.С. Методические указания по определению пектиновых веществ в производстве, — М.: Агро-НИИТЭИпищепром, 1987. — 41 с. >
2. Волощаненко Г.П., Сапронов А.Р. Справочник для работников лабораторий сахарных заводов. — М.: Агро-промиздат. 1985. — 224 с.
3. Зинченко В.И., Таран Н.Г. Содержание кальция в полисахаридах виноградной ягоды / / Пищ. пром-сть. — 1991.
- № 5. — С. 92.
4. Адсорбция из растворов на поверхностях твердых тел: Пер. с англ. / Под ред. Г. Парфита, К. Рочестера. — М.: Мир, 1986. — 488 с.
Кафедра процессов и аппаратов Поступила 07.05.93
664.002.5:620.193.4
КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ В КОНТАКТЕ С ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛЬЮ
B.C. РУБАН. Т.В. МГЕБРИШВИЛИ,
Р.Ф. СКАКОВСКИЙ, O.K. МЕДВЕДЕВ
Кубанский государственный технологический университет
Требования здравоохранения к наличию металлов в пищевых продуктах диктуют необходимость изучения коррозионной активности электроакти-вированных водных растворов ЭВР по отношению к основным конструкционным материалам, и с-пользуемым для изготовления технологического оборудования, аппаратуры, арматуры и трубопроводов в пищевой промышленности.
В качестве объекта подобного исследования была выбрана легированная сталь марки XI8H10T, наиболее часто применяемая в аппаратах пищевых производств.
Электрохимическую обработку водных растворов проводили в диафрагменном электроактиваторе в стационарном режиме. Для изготовления электроактиватора использовался инертный материал (стекло, графит, брезент, пищевая резина).
Электрообработке подвергали растворы 0,017 М NaCl класса ЧДА, приготовленные на дистиллированной воде. Количество электричества, проходившее через единицу объема раствора, варьировалось от 0 до 900 кул/дм . Такой состав растворов и режим обработки наиболее близки к широко применяемым в практике ЭВР.
Ионы металлов в растворах определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии на спектро-
фотометре ААБ-1 фирмы ”Саг1ге155 ^па” с использованием лабораторной посуды фирмы ”8тах”.
Наибольшее коррозионное воздействие на металлы оказывает ЭВР в области низких значений pH (анолит), ЭВР в диапазоне повышенных значений pH (католит) оказывает на большинство металлов меньшее коррозионное воздействие, чем обычная водопроводная вода [ I—31.
Анолит выдерживали при 90“С в емкости из легированной стали, фиксировали время, после чего анализировали состав анолита. При объеме сосуда 1 дм поверхность контакта составляла 0,05 м2.
Результаты экспериментов представлены в таблице.
Таблица
Вре- мя Содержание металла в анолите, мг/дм в
pH Eh, мВ выдержки г, мин Ni Сг Ti Fe
1,88 1180 10 2.6 1.5 — 15
1,88
1180
60
4,6
3,4
35
