CC BY
20
УДК 620.2:634.7
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.37945
НОВ1 МЕТОДИ ОЦ1НКИ ЯКОСТ1 ДИКОРОСЛИХ ЯГ1Д © М. I. Погожих, А. М. Одарченко, Д. М. Одарченко
У cmammi сформульоват HayKoei тдходи щодо використання нових Memodie оцiнки якостi дикорослих ягiд, а саме ^оскотчних та оптичних. Доведено, що oдeржанi daHi можуть виступати в якoсmi сигнатур для оцтки якoсmi pid^i фази ягiд, яку дощльно використовувати nid час виробництва наniвфабpикаmiв для консервног та кондитерськог npoмислoвoсmi
Ключовi слова: крюскотчт власmивoсmi, piдка фаза дикорослих ягiд, заморожування, закон Рауля, молярна маса, ефект Тиндаля
The article stated еру scientific approaches to the use of new methods for evaluating the berries quality: cryoscopic and optical. It is proved that the findings can serve as a signature for quality assessment of liquid phase of wild berries, which should be used in the manufacture of semi-finished products for canning and confectionery industry
Keywords: cryoscopic properties, liquid phase of wild berries, freezing, Raoult's law, molar mass, Tyndall effect
1. Вступ
Останшм часом на ринку Укра!ни заморожена япдна продукщя займае провщт позици, що зумовлено розумшням споживачами и переваг пор1вняно з продуктами харчування шших способ1в переробки (ферментаця, сушшня, консервування) [1].
Сьогодш через високий р1вень вщхилень ввд стандартизовано! технологи, дефщиту яшсних продукпв харчування, потоку надходжень !мпортних продукпв, як1 мютять замшники натурально! сировини, зб1льшення фальсифшацп призводить до серйозного попршення якост! продукпв харчування.
Фальсифжащя натуральних харчових продукпв, як правило, пов'язана з !мггащею природного походження складових, властивостей та шших ознак 1 здшснюеться в процеа порушення технолог!!, встановлено! для вщповвдних груп харчових продукт!в !з застосуванням обмеженого перел!ку харчових добавок та !нгред!енпв [2].
1снуюч! анал!тичш (ф!зико-х!м!чш) методи анал!зу досить широко використовуються в технолопчному контрол! виробництва харчових продукпв, що дозволяе жорстко контролювати яшсть продукту, який випускаеться. Проте перспективи розвитку експертизи япдно! сировини вимагають розробки нових ф!зико-х!м!чних метод!в анал!зу експертизи заморожених харчових продукпв.
У цьому випадку крюскошчш та оптичн! властивост! дикорослих япд можуть бути сигнатурою, яка допоможе керуватися при визначенш якосл продукт!в переробки дикорослих ягвд.
2. Постановка завдання
Метою роботи було визначення та обгрун-тування термодинашчних та оптичних величин, яш б виступали сигнатурою якост! нових нашвфабрикапв з дикорослих ягвд.
3. Лггературний огляд
Теоретичн! та практичн! основи виробництва та експертизи якост! нашвфабрикапв з дикорослих япд закладеш й розвинуп в дослвдженнях Р. Ю. Пав-
люк, О. I. Черевка, Н. I. Ткач, З. Р. Сайфулша, Н. В. Д!бр!всько!, Т. I. Ромашвсько!, I. I. Побережець, Н. Дроби та ш.
Проте потенщал використання цiнних дикорослих япд для виробництва нашвфабрикапв залишаеться невичерпним з огляду на !х товарознавчi показники та функцiонально-технологiчнi власти-востi [3-5].
4. Вивчення крюскошчних i оптичних властивостей рщкоТ фази i3 дикорослих ягiд
Об'ектом дослщження були крiоскопiчнi властивостi розчинiв плазми журавлини пiдснiжноi та калини звичайно!, що п!длягали низько-температурному заморожуванню. Попередньою п!дготовкою до заморожування було центри-фугування мехашчно подрiбнених яг!д журавлини щдсшжно! та калини звичайно!. Процес центри-фугування здiйснювали при швидкост! обертання барабану центрифуги (и) - 5000 об./хв. та протягом 15 хв. до одержання двох фаз: рщко! (в подальшому будемо називати плазмою) та твердо! (жмиха). Рщка фаза використовувалася для приготування досл!д-жуваних розчишв. Предметом наукового дослщ-ження була плазма журавлини щдсшжно! та калини звичайно!.
Для дослщження термодинамiчних величин обрали розчини однаково! концентрацй' (сп!в в!д-ношення вода:плазма - 1:10), а саме: розчини плазми журавлини щдсшжно! та калини звичайно!, яку отримали шляхом чотириразового циклу заморо-жування-центрифугування.
Ддапазони температур кристалiзацii та масову частку виморожено! вологи визначали за методикою, яка була розроблена в Харшвському державному ушверситет! харчування та торг!вл!. Методика дозволяе визначити к!льк!сть теплоти, що видьляеться п!д час кристал!зацл вшьно! вологи в харчовiй сировин!. Суть цього калориметричного методу полягае у вим!рюванш сигналу диференг-щально! термопари, що рееструе зм!ну температури потоку холодного повггря, яке оточуе досл!джуваний зразок.
Заморожуванню щдлягали розчини плазми журавлини шдсшжно!' та калини звичайно! масою 25 г, яш помщали в спешальш пластмасов1 емносл цил1ндрично! форми та занурювали в калориметр 1з заданою ввд'емною температурою середовища. Процес заморожування вважався завершеним, коли температура в середиш дослщжуваного зразка досягала значень задано! температури. Шсля цього здшснювали процес розморожування дослвджуваних розчишв шляхом встановлення в камер1 калориметра температури оточуючого середовища. Експеримент вважався завершеним шсля досягнення температури в дослщжуваному зразку +20±2 °С.
В ход1 експерименту здшснювали контроль середньооб'емно! температури зразк1в розчишв, а також контролювали температуру вх1дно! та вихвдно! з камери калориметра сумш1 повггря та азоту. Реестрацш здшснювали за допомогою хром ель-копелевих термопар у пол1етиленовш оболонш з д1аметром спаювання 0,2 мм. Сигнал ввд термопар реестрували цифровим потенцюметром, з'еднаним з портом ПК. Отримаш даш опрацьовували методами математично! статистики та кореляцшного ана-л1зу з використанням програмного забезпечення MathCad 14.
Загальний вигляд термограм при заморо-жуванш та нагр1ванш дослвджуваних зразшв представлено на рис. 1.
Термограма розбита на дв1 д1лянки, що ввдокремлеш вертикальною лш1ею: л1ва частина -дшянка заморожування до постшно! температури (для випадку заморожування до -70 °С), права частина - нагр1вання (дефросташя) за постшно!' температури, що дор1внюе температур! оточуючого середовища. В1зуальна шформатившсть термограм показуе, що крив! заморожування та розморожування дещо в1др1зняються за тривалктю: процес розморожування тривалший за заморожування.
t, °с t„ i
кд
\ / - -
\ t, ^ ; 1 к ; /
тх 10^ с
0 2 4 6 8
Рис. 1. Середня температура дослщжуваного зразка при заморожуваннi та на^ванш
В процесi заморожування видiляють три перюди: перший (попередне заморожування) -зниження температури дослiджуваного зразка ввд вихвдно! до крюско^чно! (промгжок до точки К1); другий (заморожування) - перюд, протягом якого,
температура в певному мюш продукту майже постшна, оск1льки видшення теплоти супровод-жуеться переходом бшьшо!' частини води в лвд. Тобто до точки К2 вщбуваеться безпосереднш процес кристал1зацИ частки води, яку будемо називати «вимороженою». Промгжок мгж точками К! та К2 вважаеться першим д1апазоном кристал1зацп виморожено! води. Третш перюд заморожування (доморожування) - перюд, протягом якого температура продукту знижуеться до задано! шнцево!. Так, якщо розглядати рис. 1, то шсля точки К2 дал вщбуваеться охолодження зразка до точки К3, що характеризуе початок кристал!зацп частки «не виморожено!» води. Пром1жок ввд точки К3 до точки К4 - другий д1апазон кристал!зацп води. Шсля точки К4 вщбуваеться охолодження дослвджуваного зразка безпосередньо до задано! температури заморожування.
На кривш нагр1вання також можна щенти-фшувати аналопчш д1лянки, як1 зумовлеш розморожуванням води (таненням льоду).
В методищ використовувався калориметр з достатньою чутливютю до реестраци р!зниш температур сумш1 азоту та повпря мгж входом 1 виходом у робочу камеру At. Використовуючи р1вняння теплового балансу визначалася шльшсть виморожено! води на р1зних д1лянках за вщносними величинами площ, що обмежеш кривими Д^т.
На рис. 2 представлено типову криву в координатах Дt-t зразка для випадку заморожування розчину плазми журавлини шдсшжно! при -70 °С.
At. >С
; I j
t, °с
•60 -40 -20 0 20 40
Рис. 2. Рiзниця температур на входi та виходi з камери калориметра ввд температури дослiджуваного зразка
Нижня частина рисунку вiдносно At=0 °С вiдповiдае охолодженню та заморожуванню, а верхня частина - нагрiванню. Як видно, в цщ сис-темi координат кривi At=/(t) достатньо чутливi по ввдношенню до процесiв кристалiзацii та рекристалiзацii води в дослвджуваних зразках (дiлянка I).
На рис. 2 крит заморожування та розморожування розчишв плазми журавлини шдсшжно! не ствпадають, тобто характер теплообм^ при заморожуваш та розморожуваннi рiзний.
В табл. 1 представлеш результаты анал1зу термограм процесу заморожування дослщжуваних розчишв плазми журавлини шдсшжно! та калини звичайно!.
Проведет крюскошчш дослщження надали можливють визначити за другим законом Рауля середню молярну масу розчинених речовин, як1 спричиняють змщення температури кристал1зацп води в область низьких температур. Цей закон надае можливють достатньо легко здшснювати експериментальне визначення молярних мас молекул деяких сполук, нездатних до дисощацп в даному розчиннику. В1дпов1дно до цього закону:
АТ = к ■ Б = кК,
V (1)
де АТ - зниження температури замерзання розчину, B -поляртсть розчину, моль/кг; к - крюскотчна стала, кг/К; g - число грам розчинено! речовини в G грамах розчинника,д - молярна маса розчинено! речовини.
Величину крюскошчно! стало! можна визначити за емтричною формулою:
к = -Т-,
О■г (2)
де Т0 - температура затвердшня розчину, г - теплота кристал1заци, г=33,3 • 104 Дж/кг.
З формули (1) визначаеться молярна маса речовин:
м=
М AT ', (3)
Середню молярну масу можна визначити, як
n
1mi
и = *=— ^ n '
1yi i=1 i
(4)
де, ш, - маса i-го компонента, V, - число молей ьго компонента.
Зв1дси видно, що ц буде залежати в1д мольно! частки компонента в сумш1.
В загальному випадку сл1д враховувати, що дослвджуваш об'екти мютять дисоцшюч1 молекули. Тому в закон Рауля слад вводити поправку на так званий 1зотошчний коефщент / (фактор Вант-Гоффа). Це деякий безрозм1рний параметр, який пов'язаний з1 ступенем дисощацп молекул в розчиш, тобто який враховуе вщносну зм1ну шлькосл часточок за рахунок дисощацп. Тому, визначена за цим законом величина ц в приведених дослщженнях мютить в бшьшш м1р1 як1сну шформащю (сигнатуру), шж шформащю про абсолютну величину ц [6].
Крюскотчна стала та молярна маса розчинених речовин у розчинах плазми журавлини шдсшжно! та калини звичайно! була визначена з похибкою 25.. .30 % (табл. 2).
Таблиця 1
Результати аналiзу кривих заморожування розчитв плазми дикорослих ягвд
Вид дикорослих ягiд Щив., г t °С Цам., ^ Перший дiапазон температур кристалiзацi! води, °С ^-крист., К Масова частка виморожено! води %
Журавлина шдсшжна 25 -70 -1,1.--4,8 271,9 99,94
Калина звичайна 25 -70 -0,9...-4,1 272,1 99,92
Таблиця 2
Крюскотчна стала та молярна маса розчинених речовин у розчинах плазми дикорослих ягвд_
Вид дикорослих япд Крюскопчна стала (k) Середня молярна маса розчинено! речовини (ц), г/моль
Журавлина шдсшжна 25±5 200±50
Калина звичайна 25±5 245±60
Узагальнення наведених даних сввдчить про те, що речовини, яю мiстяться в дослвджуваних розчинах мають високу молярну масу (моно- та дисахариди, пектиновi речовини тощо) та спричиняють змiщення температурного iнтервалу кристалiзацü в бiк бшьш низьких температур. Огриман1 результати обгрунговують можливiсть використання дано! методики для яюсного визначення складу продукпв переробки дикорослих япд.
Особливi оптичнi властивосп дисперсних систем обумовленi !хнiми головними ознаками: дисперснiстю та гетерогеннiстю. Дисперсш системи неоднорiднi за фазовим складом, тому мають оптичну неоднорiднiсть. На оптичш властивостi дисперсних систем значною мiрою впливають структура, розмiр та форма частинок. У коло!дних розчинах свплорозсшвання проявляеться у виглядi опалесценщ! - матового свiтiння, яке можна спостертати щд час освiтлення розчину на темному
фот. З опалесценщею пов'язане специф1чне для коло!дних систем явище - «ефект Тиндаля». При фокусувант свила в посудит з коло!дним розчином видно смугу, яка свггиться, вузьку з боку входу свила та ширшу на вихода, що мае форму конуса [6, 7].
Визначення кута розсшвання свила («ефект Тиндаля») проводили в плазм1 журавлини шдсшжно! та калини звичайно!, що тдлягала центрифугуванню та багаторазовому заморожуванню. Через прозору посудину (м1рний цил1ндр) з дослвджуваним зразком пропускають промшь свила та спостергають його розсшвання. Промшь повинен мати вигляд конуса чи трикутника, який видно на темному фот. Пот1м вим1рюють його довжину (Ь) ввд вершини до будь-яко! обрано! точки та основу (а) (рис. 3).
Помуттння плазми може бути викликано грубодисперсними частинами плодово! тканини або розчиненими в нш коло!дними часточками, що викликають свилорозсшвання. Причиною опале-
сценци e розсiювання свила внаслвдок його дифрак-ци
в шкронеоднорцщому середовипц колоцщого розчину.
Рис. 3. Схема визначення кута розсшвання свила
Плазма дикорослих япд являе собою коло-1дний розчин, що мютить часточки невеликих розм1р1в, в результат чого рвдина може здаватися
прозорою, проте ц1 часточки е не окремими молекулами, а !х скупченням.
Тангенс кута розсшвання свила розраховували за формулою:
= а (5)
Отримаш результата зображено на рис. 4. З рис. 4 видно, що кут розсшвання свила в плазм1 калини звичайно! дещо бшьший в пор1внянш з плазмою журавлини шдсшжно!. Це, очевидно, пояснюеться тим, що штенсивнють розсшвання свила (при постшних параметрах падаючого свила) залежить ввд числа та розм1ру часточок, що здатш його розсшвати.
Експериментально пвдтверджено, що цикл1ч-шсть заморожування однаково впливае на значення кута розсшвання свила в плазм1 дикорослих япд: в зменшуеться з1 збшьшенням цикл1в заморожування. Це зумовлено тим, що тсля кожного наступного центрифугування та заморо-жування до -20 °С часточки, що здатш розсшвати свило, видаляються разом з утвореним осадом.
зразокЛ'91 зразок№2 зразокДоЗ зразок№4 зразокЛ<?5 заморож>ъання Рис. 4. Кут розсшвання свила в плазм1 журавлини шдсшжно! та калини звичайно!
5. Висновки
Проведеними дослвдженнями та встанов-леними законом1рностями науково обгрунтовано доцшьшсть використання пропонованих крюскопч-них та оптичних метода для яюсного анал1зу складу нашвфабрикапв з дикоросло! япдно! сировини. Визначена крюскошчним шляхом середня молярна маса розчинених речовин та оптичним методом - кут рохшвання свила, можуть виступати в якосп сигнатур для товарознавчо! оцшки якосп плазми япд, яку доцшьно використовувати у виробництва нашвфабрикапв для консервно! та кондитерсько! промисловост! Пропоноват методи, пов'язат з виршення проблеми якосп розроблених нашвфабрикапв та мають перспективи подальшого дослвдження 1 розвитку.
Лиература
1. Орлова, Н. Я. Заморожен плодоовочев1 продукти: проблеми формування асортименту та якоста
[Текст] / Н. Я. Орлова, С. О. Белшська. - К. : Ки!в. нац. торг.-екон. ун-т, 2005. - 336 с.
2. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов [Текст] / под ред. И. М. Скурихина, В. А. Тутельяна. - М. : Брандес; Медицина, 1998. - С. 45-67.
3. Орлова, Н. Я. Продовольч1 товари. Фрукти, ягоди, овоч1, гриби та продукти !хньо! переробки [Текст] : тдручник / Н. Я. Орлова, П. Х. Пономарьов; 2-е вид., переробл. та допов. - К. : Кшв. нац. торг.-екон. ун-т, 2007. - 416 с.
4. Хомич, Г. П. Використання дикоросло! сировини для забезпечення харчово! продукци БАР [Текст]: моногра-ф1я / Г. П. Хомич, Н. I. Ткач. - Полтавський ун-т споживчо! коопераци Украши. - Полтава : ПУСКУ, 2009. - 159 с.
5. Д1бр1вська, Н. В. Технолопя функцюнальних натвфабрикат1в добавок 1з дикорослих япд з використанням обробки в змшному електромагштному пол1 [Текст]: дис. ...канд. техн. наук / Н. В. Д1бр1вська. -Ки!в, 2009. - 224 c.
6. Телеснин, Р. В. Молекулярная физика [Текст] / Р. В.Телеснин. - М. : Высшая школа, 1965. - 297 с.
7. Кругляков, П. М. Физическая и коллоидная химия : учебное пособие [Текст] / П. М. Кругляков, Т. Н. Хаскова. - М. : Высшая школа, 2005. - 319 с.
References
1. Orlova, N. Ya., Belins'ka, S. O. (2005). Zamorozheni plodoovochevi producty: problemi formuvannya assortmenty i yakosti [Frozen vegetables products: problems and quality product range]. Kyiv, Ukraine: Kyiv National University of Trade and Economics, 336.
2. Skuryhyna, I. M., Tutelyana, V. A. (Eds.) (1998). Rukovodstvo po methodan analysa kachestva i bezopasnosty pischevikh productov [Manual methods of quality and food safety]. Moscow: Brandes; Medicine, 45-67.
3. Orlova, N. Ya., Ponomarev, P. Kh. (2007). Prodovolchi tovary. Fructy, yagody, ovochi, griby ta producty
ih pererobki [Frozen vegetables products: problems and quality product range]. Kyiv, Ukraine: Kyiv National University of Trade and Economics, 416.
4. Khomich, G. P., Tkach, N. I. (2009). Vikoristannya dikorosloi sirovini dlya zabezpechennya harchovoi produktsii BAR [The use of wild raw materials for the food BAP]. Poltava, Ukraine: Poltava University of Consumer Cooperatives in Ukraine, 159.
5. Dibrivs'ka, N. V. (2009). Tehnologiya funktsionalnih napivfabrikativ dobavok iz dikoroslih yagid s vikoristannyam obrobki y zminnomu elektromagnitnomu poli [Technology of the semi functional additives with berries processing using an alternating electromagnetic field]. Kyiv, 224.
6. Telesnin, R. V. (1965). Molekulyarnaya physica [Molecular physics]. Vischa Schola, 297.
7. Kruglyakov, P. M., Haskovo T. N. (2005). Physicheskaya i kolloydnaya khimia [Physical and Colloid Chemistry]. Moskow, Russia: High School, 319.
Дата надходження рукопису 26.01.2015
Погожих Микола 1ванович, доктор техшчних наук, професор, кафедра енергетики i фiзики, Харк1вський державний унiверситет харчування та торгiвлi, вул. Клочк1вська, 333, м. Харшв, Украша, 61051
E-mail: laboratory119@mail.ru
Одарченко Андрш Миколайович, доктор техшчних наук, доцент, кафедра товарознавства, управлшня яшстю та еколопчно! безпеки, Харк1вський державний унiверситет харчування та торпвл^ вул. Клочк1вська, 333, м. Харшв, Укра1на, 61051
Одарченко Дмитро Миколайович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра товарознавства, управлшня яшстю та еколопчно! безпеки, Харшвський державний ушверситет харчування та торпвл^ вул. Клочшвська, 333, м. Харк1в, Украша, 61051
УДК 504.4.054
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.37207
УТОЧНЕНИЕ ПОНЯТИЯ «МАКСИМАЛЬНО ЗАГРЯЗНЕННАЯ ЧАСТЬ ПОТОКА ВОДЫ» В ЗАДАЧАХ РАСЧЕТА ДОПУСТИМОГО СБРОСА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОТОК
© Н. И. Адаменко, О. А. Проскурнин
В статье поднимается вопрос о формализации понятия «максимально загрязненной части потока воды» в задачах расчета допустимого сброса сточных вод в водотоки. Предлагается в качестве максимально загрязненной части потока рассматривать окрестность точки экстремального загрязнения, в которую попадает заданный процент вещества, поступающего от источника загрязнения. Приводится пример использования предлагаемого подхода в задаче расчета допустимого сброса сточных вод
Ключевые слова: сточные воды, максимально загрязненная часть потока, контрольный створ, плотность распределения, допустимая концентрация
The problem of formalizing the concept of "maximally contaminated part of the water flow " in the task of allowable discharge calculating of wastewater into watercourses is considered in the article. It is proposed to consider a neighborhood of point of extreme pollution, which gets a specified percentage of the substance coming from the source of contamination, as the most polluted part of the flow. An example of the use of proposed approach to the problem of calculating the allowable discharge of wastewater is given. Keywords: wastewater, most polluted part of the flow, monitoring section, distribution density, allowable concentration
1. Введение
Загрязнение водных объектов (ВО) Украины, в частности, рек сточными водами (СВ) является одной из наиболее острых экологических проблем. С целью
регулирования данного процесса и недопущения чрезмерного загрязнения ВО для предприятий-водопользователей разрабатываются и утверждаются предельно допустимые сбросы (ПДС) загрязняющих
