CC BY
12
УДК 664.8
Исследование влияния температуры на гигроскопические характеристики плодоовощных продуктов
Investigation of the effect of temperature on hygroscopic characteristics of fruit and vegetable products
Профессор И.Ю. Алексанян, доцент Ю.А. Максименко, ст. преподаватель Ю.С. Феклунова
(Астраханский государственный технический машин и оборудования, тел. (8512) 61-41-91 E-mail: amxsl(&yandex.ru
Professor I.Yu. Aleksanyan, Associate Lecturer Ju.S. Feklunova
(Astrakhan State Technical University) chair tel. (8512) 61-41-91 E-mail: amxsl(ayandex.ru
Реферат. Представлены результаты исследования гигроскопических характеристик плодоовощных материалов для комплексного анализа механизма внутреннего массопереноса, структурных и качественных изменений при обезвоживании плодоовощного сырья. На основе анализа экспериментальных данных установлено, что при повышении температуры равновесная влажность уменьшается, причем в области адсорбцион по-связан ной влаги равновесная влажность изменяется незначительно, а максимальная разница достигается в гигроскопической точке, что также указывает на различный характер связывания влаги на разных участках изотермы. Представлены функциональные математические зависимости для описания процесса сорбции паров влаги плодоовощными продуктами, которые могут быть использованы в инженерной практике при моделировании п проектировании производственных процессов и аппаратов в технологии переработки плодоовощной продукции.
Summary. The research results of hygroscopic characteristics of fruit and vegetable materials for complex analysis of the mechanism of internal mass transfer, structural and qualitative changes during dehydration of fruit and vegetable raw materials are presented. On the basis of an analysis of the experimental data, it is established that when the temperature rises, the equilibrium moisture content decreases, and in the region of adsorption-bound moisture the equilibrium moisture changes insignificantly, and the maximum difference is reached at the hygroscopic point, which also indicates the different nature of moisture binding in different sections of the isotherm. Functional mathematical dependencies are presented to describe the process of moisture vapor sorption by fruit and vegetable products that can be used in engineering practice in the modeling and design of production processes and apparatus in the technology of fruit and vegetable processing.
Ключевые слова: гигроскопические характеристики, изотермы сорбции, сорбция паров влаги плодоовощными продуктами.
Keywords: hygroscopic characteristics, isotherms of sorption, sorption of moisture vapor by fruit and vegetable products.
С целью комплексного анализа механизма внутреннего массопереноса, структурных и качественных изменений при обезвоживании плодоовощного сырья были исследованы гигроскопические характеристики плодоовощных продуктов.
В ходе комплекса экспериментов установлено существенное влияние температуры Т, К, на гигроскопические характеристики плодоовощных продуктов. Для оценки влияния температуры в диапазоне 293..333 К проведены исследования гигроскопических свойств методом Ван Бамелена и получены изотермы сорбции
© Алексанян И.Ю., Максименко Ю.А., Феклунова С.Ю., 2017
университет) кафедра технологических
Professor Yu.A. Maksimenko, Senior technological machines and equipment,
для следующих продуктов: тыква (сорт «Волжская серая 92»); яблоко (сорт «Первый салют»); груша (сорг «Августовская роса»); томат (сорт «Астраханский»); дыня (сорг «Колхозница»).
По данным исследований построены изотермы сорбции водяного пара плодоовощными продуктами при различных температурах (рис. 1).
Рис. 1. Изотермы сорбции водяного пара. Яблоко (сорт «Первый салют»). Сухое сырье (кубики со стороной 5 мм)
На основе анализа экспериментальных данных установлено, что при повышении температуры равновесная влажность уменьшается, причем в области ад-сорбционно-связанной влаги равновесная влажность изменяется незначительно, а максимальная разница достигается в гигроскопической точке, что также указывает на различный характер связывания влаги на разных участках изотермы [1.2].
Для математического описания процесса сорбции паров влаги плодоовощными продуктами при различных температурах были получены аппроксимирующие функциональные зависимости активности воды Аи>:
Ам>(Жр,Т) = (а-Т + Ь)- Ир3 + (с-Г + с/)- Шр1 +(е-Т + /)• Жр + + И)
где а, Ь, с, д., е, /, д, К - эмпирические коэффициенты (табл. 1).
Величина достоверности аппроксимации составляла ^2=0,999.
Очевидно, что при изменении температуры Т изменяется гигроскопическая влажность продукта И7д, причем при максимальном значении Т2 = 333 К в диапазоне варьирования, т.е. реального ее изменения в технологических процессах, достигается минимальное значение гигроскопической влажности 1Удг2(рис. 1). Таким образом,
Лтт' \¥дп, (1)
где Хтт < 1 - коэффициент, характеризующий сдвиг изотермы, полученной для верхнего предела варьирования температуры относительно изотермы для нижнего предела варьирования температуры; ИЛ,Л - гигроскопическая влажность для нижнего предела варьирования температуры Т1; Шдп - гигроскопическая влажность для верхнего предела температуры Т2.
Сравнительный анализ экспериментальных данных показал, что при увеличении температуры от Т\ = 293 К до Т2 = 333 К значение гигроскопической влажности уменьшается примерно в 0,9 раз (табл. 2), следовательно, с достаточной для выполнения инженерных расчетов точностью в среднем можно принять: Шдп = 0,9-ИЛ?п.
Для текущей температуры Г из диапазона варьирования справедливо:
Wg(1) =X(T)-W9T1, (2)
где Х(Т) - коэффициент, характеризующий сдвиг изотермы, полученной для текущей температуры Т относительно изотермы для нижнего предела варьирования температуры. Принимая линейную зависимость Х(Т) при Т1 ... 72, а также Х(Т2) = Xi 11111 — 0,9 и Х(Т1) = 1, получим зависимость для определения коэффициента Х(1):
Х(Т) = ХтШ ~ 1 ■ (Т- 77) +1 AT max
> l^) где АТт:лх = Т2 - Т1 - диапазон варьирования температуры, К.
Таблица 1
Значения эмпирических коэффициентов функциональных зависимостей активности воды от равновесной влажности продукта и температуры
Коэфф. продукта Тыква (сорт «Волжская серая 92») Яблоко (сорт «Первый салют») Груша (сорт «Августовская роса») Томат (сорт «Астраханский») Дыня (сорт «Колхозница»)
а 0,174319875 0,010179550 0,122571825 0,083667900 0,064369550
b -41,858655375 12,656957800 -32,374115725 -18,1640477 -14,65178615
с -0,163642350 -0,006008125 -0,138336400 -0,08943890 -0,074951000
d 34,066556550 -18,367535375 33,622400200 15,35803670 13,906349000
е 0,040665650 0,002907025 0,040785125 0,024909175 0,022909000
f -4,783683450 7,783205675 -7,185322625 -1,135115275 -1,439329000
9 -0,001355725 0,000315725 -0,0016465 -0,0006965 -0,000783425
h 0,119973425 -0,436397425 0,3096975 -0,0260605 0,029838525
Таблица 2
Равновесная гигроскопическая влажность плодоовощных продуктов Шд, кг/кг. Сухое сырье (кубики со стороной 5 мм)
Продукт Wgn Wgn Шдтл / Wgn
Тыква (сорт «Волжская серая 92») 0,61 0,55 0,902
Яблоко (сорт «Первый салют») 0,62 0,56 0,903
Груша (сорт «Августовская роса») 0,73 0,67 0,918
Томат (сорт «Астраханский») 0,79 0,69 0,873
Дыня (сорт «Колхозница») 0,75 0,68 0,907
Зависимости (1)-(3) могут быть использованы в инженерной практике при моделировании и проектировании производственных процессов и аппаратов в технологии переработки плодоовощной продукции, а также для анализа процессов массопереноса при обезвоживании растительного сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексанян, И.Ю. Термодинамика внутреннего массопереноса в полимерных системах [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, В.Н. Лысова // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология,- 2011.- № 3,- С. 57 - 60.
2. Максименко, Ю.А. Термодинамика внутреннего массопереноса при взаимодействии плодоовощных продуктов с водой [Текст] / Ю.А. Максименко // Вестник Астраханского государственного технического университета.- 2012.-№ 1,-С. 41-45.
3. Пат. 2554991 Российская Федерация, МПК: A23L. Биологически активная добавка к пище [Текст] / Лисовой В.В., Корнен H.H., Купин Г.А., Корнена Е.П., Прудников С.М; опубл. 19.05.2014.
4. Тугуз, И.М. Изучение качества и технологически функциональных свойств БАД из клубней топинамбура [Текст] / И.М. Тугуз, Р.И. Шаззо, Р.И. Екутеч, В.В. Лисовой, Е.Ю. Бондаренко // Новые технологии,- 2012,- № 2,- С. 54-57.
1. Aleksanyan I.Yu. Termodinamika vnutrennego massoperenosa v polimernykh sistemakh [Thermodynamics of an internal mass transfer in polymeric systems] Vest-nik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya, 2011, No 3 (dekabr'), pp. 57-60 (Russian).
2. Maksimenko Yu.A. Termodinamika vnutrennego massoperenosa pri vzai-modeystvii plodoovoshchnykh produktov s vodoy [Thermodynamics of internal mass transfer in the interaction of fruit and vegetable products with water] Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2012, No 1, pp. 41-45 (Russian).
3. Lisovoy V.V., Körnen N.N., Kupin G.A., Kornena E.P., Prudnikov S.M. Biolog-icheski aktivnaya dobavka k pishche [Biologically active additive to food], Patent RF Nq 2554991, 2014 (Russian).
4. Tuguz I.M. Izuchenie kachestva i tekhnologicheski funktsional'nykh svoystv bad iz klubney topinambura [The study of quality and technologically functional properties of badges from Jerusalem artichoke tubers] Novye tekhnologii, 2012, No 2, pp. 54-57 (Russian).
REFERENCES
