Кинетика химических и ферментативных реакций в методах моделирования и прогнозирования качества пищевых продуктов Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ходе в кристаллическое состояние, наоборот, уменьшаются.

2. Показано, что структурная релаксация амор-физированного молочного жира — это кинетический процесс, который происходит быстрее с повышением температуры и сопровождается уменьшением концентрации дефектов.

3. При уменьшении температуры выдержки аморфизированного молочного жира возрастает время пребывания его в твердом состоянии и уменьшается доля жидкой фазы в образующейся со временем жидко-кристаллической смеси.

4. Показано, что аморфизированный твердый молочный жир может быть переведен в жидкое состояние при быстром нагреве, минуя стадию кристаллизации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белоусов А.П. Физико-химические процессы в производстве масла сбиванием сливок. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984.

2. Судзуки К., Фудзимори X., Хасимото К. Аморфные

металлы. — М.: Металлургия, 1987. ■

3. Привалко В.П. Молекулярное строение и свойства полимеров. — Л.: Химия, 1986.

4. Блатов В.А., Кузьмина Е.Е., Сережкин В.Н. Размеры атомов галогенов в структуре молекулярных кристаллов //ЖФХ. — 1998.

5. Нищенко М.М., Лихторович С.П., Герасимов А.Ю. Об изменении радиусов ионов кислорода в ВагСщО? с помощью позитронов / / Металлофизика и новейшие технологии. — 1998. — Т. 20. — № 7.

6. Amorphous Metalic Alloys / Editet by F.E. Luborsky. — London-Boston-Toronto, 1983.

7. Дехтяр И.Я., Мадатова Э.Г., Нищенко M.M., Абраев Ч. Изучение электронных свойств аморфных сплавов с помощью позитронной аннигиляции // Укр. физ. журн, — 1981.

8. Rashevskaya Т. Formation conformities of crystalline formations of milk fat fractions as a regulator of butter textures / Published by the organising comittee of the 3-rd internation Conference on Physics of agro and Food Products. — Lublin (Poland), 1998.

Проблемная научно-исследовательская лаборатория

Поступила 28.12.99 г.

- ■ 664.8/9.002.612:517

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ И ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ В МЕТОДАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

И.П. ВЫРОДОВ

Кубанский государственный технологический университет

Методы определения качества пищевых продуктов ПП и прогнозирования сроков их сохранности представляют сложную и очень важную для пищевой промышленности проблему [1-6]. Прежде чем приступить к ее решению необходимо ввести стандарты качества {4}, а для этого нужно выделить следующие фундаментальные области.

Первая объединяет абсолютные показатели качества ПП: их биофизические, биохимические и биологические свойства, включающие ассортимент витаминов, белков, углеводов и калорийность ПП; изменчивость этих свойств в процессе хранения при различных температурных, влажностных и других условиях; устойчивость ПП к определенным показателям качества, которые и должны быть отражены в стандартах пищевой промышленности.

Вторая область — потребительское качество, включающее оздоровительные показатели, показатели маркетинга [7], основывающиеся на социально-экономическом уровне развития общества и ценообразования продукта, а также на социальнопсихологическом настрое покупателя, его менталитете, привычках, моде. Потребительское качество в целом зависит от состояния рыночного экономического пространства, покупательной способности населения.

Третья область — это стратегия реализации потребительского качества, включающая основные показатели развития общества: состояние здоровья населения, отражаемое возрастной смертностью, научно-технический и культурный уровень, социально-экономический уровень государства.

В настоящей работе основное внимание уделено исследованию качественных показателей, отнесен-

ных к первой области, анализируются также концепции авторов [4, 7, 8].

Прежде всего отметим, что существует несколько различных подходов к решению задач, относящихся к первой области. Однако в силу специфических свойств ПП и процессов их формирования внимание исследователя должно быть обращено на моделирование процессов, адекватно отражающих качественные показатели ПП, которое возможно на базе законов химических, биофизических и биохимических превращений в ПП. В работе [4] выбрано два типа моделирования качества ПП: химическое — на базе законов кинетики химических реакций и биохимическое — на базе законов кинетики ферментативных реакций.

Первый метод моделирования основан на экспоненциальном законе термического снижения активности бактерий Clostridium Botulinum

N(t)/N0 = exp(-kj), (1)

аналогичном закону радиоактивного распада. При переходе к десятичным логарифмам показатель снижения активности согласно промышленному критерию безопасной стерилизации взят равным 12, следовательно, время стерилизации согласно (1) зависит от коэффициента скорости снижения активности бактерий kd:

. iCT = 27,631/ kd. (2)

Температурная зависимость коэффициента скорости, принятого за скорость снижения активности бактерий, определяется с помощью уравнения Аррениуса. Для температуры 100°С при активирующей температуре Е/R — 33600 К, следующей из заданного фактора термочувствительности скорости реакции, равного 10, величина kd оказалась равной 0,084 с-1. Согласно полученным данным, энергия активации (поражения) бактерий Е = 67,2 ккал/моль, в то время как надежные данные [9] соответствуют Е = 82 ккал/моль. Столь большое

2 -3, 2000

.морфные

Размеры

[металлов

А.Ю. Об

3О7 с по-ше техно-

lorsky. —

Міраев Ч.

1В0В с по-журн. —

:rystalline of butter ?f the 3-rd ind Food

гория

І612:517

'ИЙ

Я

же кон-

зесколь-относя-пецифи-рования шено на кающих ^зможно еских и іботе [4] tea ПП: химиче-законов

1а экономия ак->(1) та. При <азатель іенному равным югласно ижения

(2)

нта ско-

ІКТИВНО-

звнения :тивиру-зщей из 1 скоро-шалась іанньїм,

Е - 67,2 шые [9] эолыдое

расхождение можно ооъяснить неправильным выбором логарифмической скорости гибели микроорганизмов (1), так как этому закону подчиняются вегетативные клетки (например E. Coli), к числу которых не принадлежат указанные бактерии. Биофизическая сущность выбора закона снижения активности бактерий заключается в том, что в процессе гибели структура их спор и состояние изменяются, проходя три стадии: начальную или исходную (и), активную (а) и мертвую (м). Под активной стадией мы подразумеваем наиболее активную по сравнению с исходной, т.е. резко выделенную стадию, обретающую дополнительный комплекс свойств. Схематически процесс инактивации бактерий с введением коэффициентов превращений k() представим в следующем виде: k k

. (3)

Этой схеме консекутивных, односторонних реакций замкнутой системы соответствуют дифференциальные уравнения

dN dN.

= -kN;~^ = k„N„

dNu

kN:, —- = kNU)

dt **’ dt и и a a’ dt решение которых приводит к выражению [9, 10]

А

;V„

- kJ

k

(5)

где М = Ы»+М> — концентрация жизнеспособных бактерий. Это решение весьма наглядно иллюстрирует выделенность наиболее активной. стадии бактерий: лишь при кя - 0 (а следовательно, и N = 0, в результате остается первое уравнение (4)) процесс инактивации бактерий подчиняется экспоненциальному закону (1). Этим существенным свойством дополнительной активации одного и того же субстрата, либо фермента, в процессе его превращения мы воспользуемся в последующем анализе проблемы.

Второй метод моделирования качества ПП основан на информации, которая содержится в кинетике ферментативных (энзимных) реакций. В результате этих реакций происходит изменение или возникновение определенных качеств ПП. Например, в фруктах эти реакции могут изменять вкус, твердость, цвет и т.п. Ферменты липолитической группы— липоксигеназа и липаза способны вызвать прогорклость фруктов. В процессе термической обработки (консервации) эти ферменты активизируются (подобно спорам рассмотренных нами бактерий), а затем при температуре стерилизации денатурируют, либо оказываются защищенными вследствие их иммобилизации путем хемосорбци-онных процессов или включения в капсулы клетчатки (целлюлозы) фруктов. К числу таких ферментов авторы работы [4] относят полигалактуро-назу РС и пектинметилэстеразу РЕ, которая, по их мнению, воздействует непосредственно на клетчатку. Вводя связанную РЕЬ, растворимую РЕВ и инактивированную РЕпа с соответствующими константами скоростей, авторы работы [4] записывают .три парные реакции, неосознанно вкладывая в них смысл односторонних консекутивных и замкнутых реакций, которые следует записать в виде

РЕ. -» РЕ -* РЕ

о s гг і

h \РЕ

Кинетические уравнения для этих реакций согласно основному постулату химической кинетики [11] представим в виде

äPEb

dt

= - k.РЕ - k.PE

dPE

______5

dt

= k,PE, - k,,PE_

k2PEs.

(7)

Отметим, что смысл символов Р, E,S в (6) и (7) различен. В первом случае эти символы соответствуют реагентам, во втором — концентрациям.

В работе [4] в. системе дифференциальных уравнений содержатся ошибки, поэтому их решения, представленные в виде объемных сеточных решений, не отражают правильных зависимостей РЕ-величин от температуры и времени. В решении (7) авторы дают величину РЕШ, не поясняя, что означает индекс "tot”; поскольку эта величина представлена в виде суммы трех слагаемых РЁЬ, РЕ и загадочной величины PEfix, видимо, фиксированной переменной, относящейся к инактивированной форме фермента, то РЕШ = const. Однако такой вубор некорректен, так как система превращений (6) замкнута и величина РЕШ„ не может быть выбрана, ибо тотальное, общее количество фермента (концентрация) есть величина постоянная:

РЕШ = РЕ0 = РЕЬ + PEs + PEna = const. (8)

Решения нашей системы уравнений (7) дают однозначные выражения для всех слагаемых соотношения (8).

Отметим также, что рис. 5, 6 [4] никак не связаны с прогорклостью, твердостью и другими показателями качества персиков.

В заключение авторы работы [4], полагая, что твердость ПП после бланширования и стерилизации находится в зависимости от ферментативной .активности, записывают схему (уравнение) ферментативной реакции в виде двух фрагментов;.

S + En ^ Р + En; En 1 Епа, (9)

где Еп — активность фермента, вступающего в

процесс; Е — активность денатурированного фермента. Здесь, как и в предыдущем случае, реакции консекутивны, односторонни и происходят в закрытой системе. Исходя из этого, представим схему реакций (9) в следующем виде: .

k k S + eJp + eJp + Ena, (10)

где S — концентрация субстрата; Р — концентра-

ция продукта реакции. Система дифференциальных уравнений для этой схемы

dE

- k.SE.; — = k.SE„ - k.РЕ ;

rfS

dt

dt

dP dE

= k PE ; —^ =-kjPB

dt d n dt d n

приводит к d

(E+P + S) = 0;

dP dE

(11)

(12)

dt n ■ dt dt Кроме того, из второго уравнения (11) следует

(6)

Е°е~ ^ р ~ kss№.

(13)

Подставляя в это уравнение четвертое уравнение (11), получаем

d( Ея + ЕЛ

■ л "а- — h Qp dt s

(14)

Введем теперь некоторую функцию преоб-

разующую (модифицирующую) Еп в Епа так, что

Ena = <p(l)En. (15)

Подставляя (15) в (14) и разделяя переменные^ найдем

Е.

<Р

dt.

(16)

Интегрируя это выражение, получим

' \<p’(S)-¥

Е_ = Е°е~ {

(17)

Сравнивая выражение (17) с (13), приходим к следующему дифференциальному уравнению для нахождения модифицирующей функции:

<р'(г) = (V5- ч- (18)

Решение этого уравнения не представляет труда. Используя это решение, запишем

Епа = Еп / \(каР - к^)<р + к£\М. (19)

О

С учетом этого выражения, а также формулы (15), получим

Е°па = Ет(0) = 0, #>(0) = 0. (20)

С помощью уравнений (11), (12) составим следующую замкнутую систему уравнений с разделенными переменными.

Согласно первому уравнению (12), запишем результат первого интеграла

'£„ = С, - (5 + Р), (21)

где индексом помечено постоянство С во времени Первое уравнение (11) представим в виде

в виде = kdP[Ct - (S + Р)].

а третье уравнение

4Е. _ dt ~

Поделив (22) на (23), получим

¿5 =

dP к, Р'

Решение этого уравнения

5Р*/*а - с ..

Выражая из полученного сначала Р = Р(8), а затем 5 = 5(Р) и подставляя эти зависимости в (22) и (23), получим следующую пару уравнений с разделенными переменными:

^ = - ^[С, - 5 - (26)

dP

(22)

(23)

(24)

(25)

dt

= kdP[Ct-P-CF

(27)

которые и подлежат решению. Подставляя последние в (21), найдем и Епа. Уравнение (18)

относительно <р(0 решается с помощью величин Р и 5, найденных из уравнений (26) и (27).

Таков путь к правильному решению задачи о кинетике денатурации Я-фермента, соответствующей схеме превращений (9).

Записывая для второго участка (фрагмента) денатурации фермента экспоненциальный закон регрессии

йЕ„

dt

(28)

авторы не проставили в правой части этого уравнения (согласно схеме (9)) правильный индекс — Епа — и получили таким образом решение для Еп, ' совершенно не отражающее сущности процесса денатурации активной формы фермента.

При анализе биохимической сущности логарифмического (экспоненциального) закона, типа (28), нами указывались причины отступления от этого закона. Эти же причины распространяются и на рассматриваемый случай, так как при инактива-. ции фермента изменяется его биохимическая информативность. Фермент утрачивает присущие его активной форме свойства, деградируя вследствие денатурации. Чтобы увидеть различие между экспоненциальным и нёэкспоненциальным законами ! деградации фермента, обратимся к физической сущности радиоактивного распада, в котором рассматривается превращение dN атомов из числа распадающихся N атомов. Число N в процессе распада не меняет содержательной сущности: ве-; щество распадается на однородные ¿М-частицы на' всем протяжении процесса, т.е. свойства этих атомов не изменяются. Причина же распада кроется’ не в них, а в свойствах ядер атомов. На деградационный же процесс ферментов накладываются их изменчивые свойства, такие как активность, проходящая через экстремум.

Отметим, что органы чувств человека воспринимают громкость звука, свет и другие воздействия именно по экспоненциальному закону с некоторыми его модификациями. Можно предположить, что этот закон определяет и другие, особенно органолептические свойства. В эволюционном аспекте воспринимаемые органами чувств человека воздействия релаксируют к подлинному (но всегда недостижимому) биологическому равновесию так, что если ввести в качестве меры этого воздействия некоторую величину Ф, то органолептический эффект некоторого х-го свойства (вкус, запах и др.) будет зависеть от продолжительности его действия и силы АЕ согласно логарифмическому закону

Д 1п Ф = -AF,

(29)

в котором, с учетом выделенное™ времени релаксации tr и некоторой функции качественного показателя силы воздействия <р{%, ¿), запишем Д£ в виде

= <Р(Х’

At

(30)

В случае неизменности этого качественного показателя приходим к экспоненциальному закону типа (28). Естественно, что органолептический эффект пропорционален времени воздействия, поэтому

<Р(Х’ 0 =

At

(31)

Hi' i'j

с 3

показ!

запии

Мь: распр ром t ческо

0ННЫ1

го рас менн( ни, с <% t

У с] честв

ВИЙ ( роды, ного: ектов вани! соотв BOCnf ВПИС1

даем[ щим но ус

ЛОГИ1

Ст ва) з; его 3) теорг ве Л вер05 ваетс имет с одн ва, п ров, ный оцен зате; пока: емы! вает< прои субы тели пока: ся чв емые телы

За

ПОЧТ!

ПП*

чувс

реак

ноет

возр,

ЭКСТ[

энер

при

стан

акти

ных

дена

ми з

лещ

ІШЧИН Р

адачи' о

ітствую-

|нта) де-

ÎK0H ре-

(28)

го урав-ідекс —

! ДЛЯ '

іроцесса

іогариф-та (28), от этого ся и .на іактива-:кая ин-щие его іедствие кду экс-аконами ической ром рас-з числа іроцессе їсти: ве-тицы на^ ва этих ада кро-мов. На шклады-к актив-

сприни-ействия ікоторьі-ить, что органоаспекте гка воз-всегда :ию так, ействия кий эф-х и др.) ействия кону

(29) и релак-ного поем А/7 в

(30)

ного по-закону яческий вия, по-

С учетом этих преобразований качественного показателя силы органолептического воздействия запишем (29) в виде

Ф

ф.ехр -М((

ty

(32)

(31)

Мы пришли к нормальному (гауссову) закону распределения качественного показателя, в котором I — среднее время воздействия органолептического показателя, К = 1x1/¿22 = ° 2 — дисперсионный показатель плотности функции нормального распределения (32), отражающий свойство временного поведения качества относительно времени, соответствующего экстремуму функции

Ф{*, й- '

Установленный нами закон распределения ка-, чественных свойств органолептических воздействий (32) является фундаментальным законом природы, действующим по образу и подобию нормального закона жизнеспособности биологических объектов, формирующегося в условиях функционирования естественного отбора. Находясь в строгом соответствии с этим основным законом, закон восприятия органолептических воздействий (32) вписывается в иерархию закономерностей, порождаемых законом жизнеспособности, преобразующим экспоненциальный показатель соответственно условиям функционирования и свойствам биологических объектов.

Стохастическая сущность нормального (гауссова) закона (32) дает возможность воспользоваться его замечательными свойствами и всем арсеналом теории вероятностей. Введением в науку о качестве ПП величины достоверности (доверительной вероятности) реализуемого качества ПП преодолевается вековая проблема качества ПП. Следует иметь в виду, что в науке о качестве существуют, с одной стороны, объективный показатель качества. прослеживаемый с помощью различных приборов, с другой стороны — субъективный качественный показатель, основанный на стохастической оценке органов чувств. Однако между этими показателями существует корреляция. Ведь натурный показатель качества ПП, приборно стандартизируемый (например, методами рН-метрии), отрабатывается человеком, который в процессы технологии производства и хранения ПП вводит столь же субъективные стандарты, что и оценочные показатели качества ПП потребителем. Эти различные показатели качества могут значительно расходиться численно, если оценочные (или стандартизируемые) качества не соответствуют единой доверительной вероятности.

Заметим, что в настоящее время наиболее предпочтительной методикой отслеживания качества ПП является рН-метрия, что объясняется большой чувствительностью ее к течению ферментативных реакций в ПП. Известно, например, что активность ферментов в большинстве реакций по мере возрастания температуры и pH проходит через экстремум Т} и рНэ, соответствующий минимуму энергии активации^ а максимальная скорость (Ушах при Еа,т{ ) расходования субстрата по мере возрастания pH стремится к насыщению. Уменьшение активности ферментов в окрестности экстремальных точек может быть объяснено процессами их денатурации при Г>Га либо иммобилизационны-ми эффектами (термическое внедрение в определенные формы капсул и вакуолей тканей), а при

Т<ТЭ — снижением термической активности ферментов либо опять-таки термическим "захватом” ферментов‘ другими формами капсул и вакуолей тканей. Столь высокая активность ферментов объясняется очень малой их энергией активации (5-20 ккал/моль) в указанном интервале температур и pH, в то время как энергия денатурации ферментов почти на порядок выше и составляет 50—130 ккал/моль. Именно поэтому высока нижняя грань (82 ккал/моль) энергия активации бактерий для полной деградации многообразия ферментов в Clostridium Botulinum при стерилизации ПП.

С целью прогнозирования качества ПП авторы работы [4] использовали не вполне корректную методику и допустили ряд ошибок в решении кинетических уравнений ферментативных реакций. Пищевые продукты представляют собой сложные биосистемы, образующиеся в результате ферментативных реакций, которые могут быть многосубстратными, многоферментными,:, односторонними (консекутивными), разветвленными, обратимыми, необратимыми и т.д. Поэтому прежде :чем приступить к выполнению поставленной задачи, необходимо в указанном множестве ферментативных реакций выделить такой участок, фрагмент реакций, который лимитирует весь процесс в целом. Решение задачи для этого участка даст возможность оценить удельный вес данной селективной ферментативной реакции, ее влияние на формирование выбранного качества (вкус, запах и др.) Как правило, роль ферментов сводится не только к инициации (запуску) химических реакций, но и к "сопровождению” этих реакций вплоть до полной инактивации ферментов, обладающих разной степенью активности.: Весьма существенной особенностью таких реакций является соотношение между массами субстрата и фермента. Если оно велико, то применение основного постулата кинетики ферментативных реакций приводит к уравнениям стационарной кинетики Михаэлиса-Менте-на [ 10—12], решения которых для установленного фрагмента позволяет определить скорость образования продукта в этом фрагменте:

S,

dP0 _ k()EoQS() _

dt

Km(s) + %

V() - Vmzx()J

4)

M() + 5()

.(33)

Скобками выделен исследуемый фрагмент сложной ферментативной реакции, Км — константа Михаэлиса. Как показывает опыт, уравнение (33) справедливо для широкого круга ферментативных реакций, например, дегидразы янтарной кислоты, каталазы, ферментов, катализирующих реакции с участием производных бензола, перо’ксидазы и других реакций [10]. Такая распространенность уравнения (33) в кинетике ферментативных реакций обусловлена тем, что концентрация фермента в начале реакций почти всегда оказывается меньше концентрации субстрата. Но даже если уравнение (33) не проходит, оно может служить тестом для установления причин, вследствие которых условия Михаэлиса-Ментена оказываются невыполнимыми. Применение уравнения (33) для создания и прогнозирования качества ПП во всех случаях полезно, а при его безусловной выполнимости оно может служить тестом для качественного показателя ПП. Существенно также отметить, что если продукт субстрата обладает свойствами ингибитора, то на начальной стадии процесса ингибирования концентрационное условие (малость концент-

рации появившегося продукта ингибитора) и уравнение (33) оказываются выполнимыми. Это уравнение применимо и в случае изначально больших концентраций ферментов, подверженных с течением времени иммобилизационным процессам.

Глобальный подход к оценке качества, предложенный авторами работы [4], сводит качество к потребительским свойствам. Но качество ПП как таковое обладает независимыми от конъюнктуры рынка характеристиками, хотя рынок и влияет на его улучшение. Нами предложен другой, стратегический подход к формулировке глобальной проблемы качества, в которой выделено три постулата: существование абсолютного свойства качества, существование потребительского (относительного) свойства качества и стратегический постулат, определяющий реализацию этих качеств в самых разнообразных формах.

Весьма актуальная проблема физико-математического и биохимического моделирования качества ПП в работе [4] не нашла должного отражения, хотя сделанные авторами попытки достаточно интересны. Согласно названию работы [4], в ее содержательной части должен быть сформулирован рецепт для стандартизации качества пищевой промышленностью. Однако в связи с отмеченными выше причинами эта задача оказалась невыполненной. Успешное ее решёние возможно, если количественным показателям корректно выбранных ферментативных реакций поставить в соответствие количественные показатели качества ПП. Этой цели и посвящено настоящее исследование.

ЛИТЕРАТУРА

1. Актериан С. Способ прогнозирования сроков годности пищевых продуктов с использованием качественных характеристик и факторов окружающей среды / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 6. — С. 66-68.

2. Выродов И.П. Способ прогнозирования сроков годности пищевых продуктов // Изв. вузов. Пищевая технология.

— 1998. — № 5-6. — С. 87-88.

3. Мохначев И.Г., Давиденко Л.И., Христюк В.Т., Семенова Н.И. Формализация органолептических оценок и качества пищевых продуктов / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1999. — № 2-3. — С. 82-86.

4. Тийскенс JI., Бикман Е. Моделирование качества пищевых продуктов / / Там же. — С. 86-91.

5. Выродов И.П. Математическое моделирование процессов пищевой технологии / / Изв. вузов. Пищевая технология.

— 1997. — № 6. — С. 10-14.

6. Выродов И.П. Основное уравнение управления маркетингом и его анализ. Катастрофы маркетинга / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 4-5. — С. 5-7.

7. Tijskens К.М.М., Sloof М., Wilkinson Е.С. (1994): Quality of perishable produce. A philosophical approach. Proceedings COST 94 Workshop, October, Oosterbeek, The Netherlands (in press).

8. Sloof М., Tijskens Wilkinson E.C. (1996):

Concepts for modelling the quality of perishable products. Trends in Food Science & Technology. 7, 165-171.

9. Ферментация и технология ферментов / Пер. с англ. В.М. Вадимова. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983.

10. Брэй Дж., Уайт К. Кинетика и термодинамика биохимических процессов. — М.: ИЛ, 1959.

11. Яковлев В.А. Кинетика ферментативного катализа. — М.: Наука, 1965.

12. Лейдлер К. Кинетика органических реакций. — М.: Мир, 1966.

Кафедра физики ;

Поступила 14.07.99 г. , . . и . ;

663.032.9

АНАЛИЗ СХЕМ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СМЕСИТЕЛЯХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Г.Е. ИВАНЕЦ, С.А. РАТНИКОВ, Ю.А. КОРШИКОВ

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

При получении композиций из дисперсных материалов в процессе производства комбинированных продуктов питания необходимо решить задачу равномерного распределения отдельных компонентов, содержащихся в небольших количествах (0,1 -1%), по всему объему смеси.

Опыт работы лаборатории смешения и дозирования кафедры процессов и аппаратов показывает, что для решения этой задачи целесообразно использовать смесители непрерывного действия СНД центробежного типа. Однако известные конструкции этих смесителей обладают малой инерционностью и требуют поэтому укомплектования их высокоточными весовыми дозаторами, имеющими высокую стоимость. Между тем, повысив инерционность СНД, можно использовать в составе смесительного агрегата дозаторы объемного типа, которые более просты в эксплуатации и значительно дешевле.

Известно, что использование рециркуляции — мощного средства интенсификации различных

процессов — позволяет увеличить инерционные свойства СНД. Анализ возможности сглаживания погрешностей дозирующих устройств в СНД центробежного типа путем организации направленного движения материальных потоков в нем — цель данной работы.

Одним из методов математического моделирования процесса смешивания сыпучих материалов в рамках стохастического (вероятностного) подхода является корреляционный анализ. В этом методе в качестве параметра случайного стационарного процесса используются корреляционные функции. Корреляционный анализ позволяет установить зависимость между дисперсиями входного и выходного потоков, т.е. дает возможность прогнозировать однородность получаемой смеси при заданных коэффициентах рециркуляции, времени ПрОХОЖ' дения материальных потоков через смеситель, дисперсии потока, входящего в СНД. Известно применение корреляционного анализа при моделировании процесса смешивания в СНД вибрационного и барабанного типов [1-3]. В нашей работе используется аналогичный подход применительно к СНД центробежного типа. В качестве прототипа'