Научная статья на тему 'ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ АРБУЗНОЙ МЯКОТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЕЕ РАЗМОРАЖИВАНИЯ'

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ АРБУЗНОЙ МЯКОТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЕЕ РАЗМОРАЖИВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
87
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЯКОТЬ АРБУЗА / ЛИКОПИН / ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ / ПЛОТНОСТЬ / ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ / ЭКСПРЕСС-МЕТОД / РАЗМОРАЖИВАНИЕ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Лебедев В. А., Нугманов А. Х. -х, Алексанян И. Ю., Айсунгуров Н. Д.

На российском рынке существует потребность в биологически активных витаминных и антиоксидантных комплексах природного происхождения, среди которых можно выделить универсальную биоактивную композицию, такую, как каротиноидный пигментный комплекс ликопин (E-160d), который придает плодоовощному сырью, к примеру, арбузам, насыщенный красный оттенок. Известно, что ликопин, кроме красящей способности, обладает биологически активными свойствами, но сравнительно большая стоимость и малая доступность его в рыночной сфере служат лимитирующими факторами его использования в пищевом ежесуточном рационе. Из технологической схемы выработки ликопина можно выделить две наиболее энергоемкие и определяющие качество готовой продукции операции, такие, как размораживание арбузной мякоти, а также сушка рецептурной смеси. В связи с этим становится очевидной необходимость поиска новых рациональных научно - технических решений по совершенствованию тепломассообменных процессов, корректная реализация которых невозможна без знания механических (плотности) и теплофизических характеристик исходного сырья в области отрицательных и положительных температур для выработки ликопина и механизма их варьирования в рамках технологических ограничений для рационального проектирования его размораживания. Цель исследования - определение механических и теплофизических характеристик арбузной мякоти и механизма их варьирования в рамках технологических ограничений при блочной разморозке арбузной мякоти, которая является объектом исследования. Для достижения поставленной цели решена задача по определению технологических температурных и влажностных ограничений при размораживании, плотности, теплофизических параметров объекта исследования в области варьирования температуры ниже и выше криоскопической. Определенные данные не входят в конфликт с известными результатами, а их анализ показывает, что процесс размораживания арбузной мякоти осуществляется при существенном выделении скрытой тепловой энергии кристаллизации в определенных температурных ареалах, к которым можно причислить температуры кристаллизации растворов их компонентных составляющих, а также криоскопические температуры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Лебедев В. А., Нугманов А. Х. -х, Алексанян И. Ю., Айсунгуров Н. Д.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DETERMINATION OF MECHANICAL AND THERMOPHYSICAL PARAMETERS OF WATERMELON PULP FOR DESIGNING THE PROCESS OF ITS DEFROSTING

On the Russian market, there is a need for biologically active vitamin and antioxidant complexes of natural origin, among which a universal bioactive composition can be distinguished, such as the carotenoid pigment complex lycopene (E-160d), with the help of which fruits and vegetables, for example, watermelons, have a rich red hue. It is known that, in addition to coloring ability, lycopene has biologically active properties, but its relatively high cost and low availability in the market are the limiting factors of its use in the daily food ration. From the technological scheme for the production of lycopene, two of the most energy-intensive and determining the quality of the finished product can be distinguished, such as defrosting watermelon pulp, as well as drying the recipe mixture. In this regard, it becomes obvious the need to search for new rational scientific and technical solutions to improve heat and mass transfer processes, the correct implementation of which is not possible without knowledge of the mechanical (density) and thermophysical characteristics of the feedstock in the region of negative and positive temperatures for the production of lycopene and the mechanism of their variation in within technological limitations for rational design of its defrosting. The aim of the study is to determine the mechanical and thermophysical characteristics of watermelon pulp and the mechanism of their variation within the framework of technological limitations during block defrosting of watermelon pulp, which is the object of research. To achieve this goal, the task of determining the technological temperature and humidity limits during defrosting, density, thermophysical parameters of the objects of research in the field of temperature variation below and above cryoscopic was solved. Certain data do not conflict with the known results, and their analysis shows that the process of defrosting watermelon pulp is carried out with a significant release of latent thermal energy of crystallization in certain temperature areas, which include the crystallization temperatures of solutions of their component components, as well as cryoscopic temperatures.

Текст научной работы на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ АРБУЗНОЙ МЯКОТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЕЕ РАЗМОРАЖИВАНИЯ»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК [664.8.037.59:635.615]:[536.082/.084:531.7.08] DOI 10.24412/2311-6447-2021-1-152-163

Определение механических и теплофизических параметров для арбузной мякоти проектирования процесса

ее размораживания

Determination of mechanical and thermophysical parameters of watermelon pulp for designing the process of its defrosting

Машинист технологических насосов В.А. Лебедев, (ООО «Газпром переработка») тел. 8-917-185-38-02 E-mail: lebedev 91v(flimail.ru

профессор А. Х.-Х. Нугманов, профессор И.Ю. Алексанян, (Астраханский государственный технический университет) кафедра технологических машин и оборудования, тел. (8512) 61-41-91 E-mail: albert909(fllvandex.ru

ассистент Н.Д. Айсунгуров (Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Милли он щи ко в а) E-mail: avsungurov9 lffllmail.ru

Technological pump operator V. A. Lebedev, (ООО Gazprom pererabotka) tel. 8-917-185-38-02 E-mail: lebedev 91 w/mail.ru

Professor A.H.-H. Nugmanov, Professor I.Y. Aleksanian, (Astrakhan state technical university) chair Technological Machines and Machinery, tel. (8512) 61-41-91 E-mail: albert909(fl ¡yandex.ru

assistant N. D. Aisungurov (Grozny state oil technical University named after academician M. D. Millionshchikov) E-mail: aysungurov9 lffljmail.ru

Реферат. На российском рынке существует потребность в биологически активных витаминных и антиоксидантных комплексах природного происхождения, среди которых можно выделить универсальную биоактивную композицию, такую, как каротиноидный пигментный комплекс ликопнн (E-160d), который придает плодоовощному сырью, к примеру, арбузам, насыщенный красный оттенок. Известно, что лпкопин, кроме красящей способности, обладает биологически активными свойствами, но сравнительно большая стоимость и малая доступность его в рыночной сфере служат лимитирующими факторами его использования в пищевом ежесуточном рационе. Из технологической схемы выработки ликопина можно выделить две наиболее энергоемкие и определяющие качество готовой продукции операции, такие, как размораживание арбузной мякоти, а также сушка рецептурной смеси. В связи с этим становится очевидной необходимость поиска новых рациональных научно-технических решений по совершенствованию тепломассообменных процессов, корректная реализация которых невозможна без знания механических (плотности) и теплофизических характеристик исходного сырья в области отрицательных и положительных температур для выработки ликопина и механизма их варьирования в рамках технологических ограничений для рационального проектирования его размораживания. Цель исследования - определение механических и теплофизических характеристик арбузной мякоти и механизма их варьирования в рамках технологических ограничений при блочной разморозке арбузной мякоти, которая является объектом исследования. Для достижения поставленной цели решена задача по определению технологических температурных и влажностных ограничений при размораживании, плотности, теплофизических параметров объекта исследования в области варьирования температуры ниже и выше криоскопической. Определенные данные не входят в конфликт с известными результатами, а их анализ показывает, что процесс размораживания арбузной мякоти осуществляется при существенном выделении скрытой тепловой энергии кристаллизации в определенных температурных ареалах, к которым можно причислить температуры кристаллизации растворов их компонентных составляющих, а также криоскопические температуры.

С В.А. Лебедев, А. Х.-Х. Нугманов, И.Ю. Алексанян, Н.Д. Айсунгуров, 2021

Summary. On the Russian market, there is a need for biologically active vitamin and antioxidant complexes of natural origin, among which a universal bioactive composition can be distinguished, such as the carotenoid pigment complex lycopene (E-160d), with the help of which fruits and vegetables, for example, watermelons, have a rich red hue. It is known that, in addition to coloring ability, lycopene has biologically active properties, but its relatively high cost and low availability in the market are the limiting factors of its use in the daily food ration. From the technological scheme for the production of lycopene, two of the most energy-intensive and determining the quality of the finished product can be distinguished, such as defrosting watermelon pulp, as well as drying the recipe mixture. In this regard, it becomes obvious the need to search for new rational scientific and technical solutions to improve heat and mass transfer processes, the correct implementation of which is not possible without knowledge of the mechanical (density) and thermophysical characteristics of the feedstock in the region of negative and positive temperatures for the production of lycopene and the mechanism of their variation in within technological limitations for rational design of its defrosting. The aim of the study is to determine the mechanical and thermophysical characteristics of watermelon pulp and the mechanism of their variation within the framework of technological limitations during block defrosting of watermelon pulp, which is the object of research. To achieve this goal, the task of determining the technological temperature and humidity limits during defrosting, density, thermophysical parameters of the objects of research in the field of temperature variation below and above ciyoscopic was solved. Certain data do not conflict with the known results, and their analysis shows that the process of defrosting watermelon pulp is carried out with a significant release of latent thermal energy of crystallization in certain temperature areas, which include the crystallization temperatures of solutions of their component components, as well as cryoscopic temperatures.

Ключевые слова: мякоть арбуза, лпкопин, теплофизические параметры, плотность, теплота плавления, экспресс-метод, размораживание.

Keywords: watermelon pulp, lycopene, thermophysical parameters, density, heat of fusion, express method, defrosting.

На российском рынке существует потребность в биологически активных витаминных и антиоксидантных комплексах природного происхождения. Введение в структуру питания подобных добавок даже в незначительной дозе ведет к минимизации вероятности появления ряда патологий и стабилизирует иммунную систему человека [1]. На современном этапе можно выделить перспективную универсальную биоактивную композицию, такую, как каротиноидный пигментный комплекс ликопин (E-160d), который придает плодоовощному сырью, к примеру помидорам и арбузам насыщенный красный оттенок [2]. Известно, что ликопин, кроме красящей способности, обладает биологически активными свойствами [2]. Но сравнительно большая стоимость и малая доступность его в рыночной сфере служат лимитирующими факторами его использования в пищевом ежесуточном рационе.

Ликопин обладает рядом позитивных фармакологических характеристик. Его биоактивная функция обусловлена, в первую очередь, антиоксидантной способностью, т.е. возможностью ингибировать свободнорадикальные клеточные процедуры. При усиливающейся востребованности ликопина все больше уделяют внимание нахождению новых источников его получения. До настоящего момента его источником преимущественно служили специально селекцированные сорта помидоров [2]. Но малый удельный выход (0,3...0,4 мг/г сырья [2]) и ряд иных параметров обусловливает высокую себестоимость конечного продукта и экономически малую эффективность. Помимо томатов к числу видов сельскохозяйственного сырья, богатого на ликопин, относятся арбузы, к тому же согласно последним исследованиям арбузы не уступают помидорам в его содержании, а даже опережают по своему количеству (содержание ликопина в арбузе от 4,3...6,2 мг/100 г, в томате -от 2,3...3,0 мг/100 г) [3, 4]. Как заявляют разработчики [5], технология получения ликопина из арбузов имеет два преимущества по сравнению с его получением из томатов: нет необходимости проведения многоэтапных технологических процедур, и из арбузной мякоти выход целевого компонента с единицы массы исходного сырья будет выше.

ажтапищпойи^ шродлпн здорового //

На основе анализа известных способов извлечения ликоппна из томатного сырья и анализа публикаций, описывающих потенциальную возможность использования арбузной мякоти в технологии ликопина, можно определить основные технологические стадии по подготовке арбуза к его промышленной переработке (рис. 1).

Рис. 1. Основные технологические стадии по подготовке арбуза к промышленной переработке

Из представленной технологической схемы (рис. 1) можно выделить две наиболее энергоемкие и определяющих качество готовой продукции операции, такие, как размораживание арбузной мякоти, а также сушка рецептурной смеси. В связи с этим становится очевидной необходимость поиска новых рациональных научно-технических решений задач по совершенствованию тепломассообменных процессов, корректная реализация которых невозможна без знания механических и теплофизических характеристик (ТФХ) и механизма их варьирования в рамках технологических ограничений.

Целью исследования - определение механических и теплофизических характеристик мякоти арбуза и механизма их варьирования в рамках технологических ограничений при блочной разморозке арбузной мякоти.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить технологические температурные и влажностные ограничения при размораживании;

- определить плотность и теплофизические параметры объекта исследования в области варьирования температуры ниже и выше криоскопической.

Объектом исследования была мякоть спелых арбузов, когда она приобретала красный цвет, что благотворно влияет на извлечение из нее ликопина.

Плотность мякоти арбуза р, кг/м3, в ареале от криоскопической до 10 °С мало меняется. По этой причине в данном интервале можно ее найти эмпирически пик-нометрическим способом, приведенным в ГОСТ Р 53654.1-2009 (ИСО 2811-1:1997) [б]. В ареале от -18° С до криоскопической температуры зависимость р от температуры мякоти найдем по правилу аддитивности, ввиду того что в данном ареале р начинает варьироваться лишь при появлении вымороженной воды, относительное содержание которой а найдено из ранее полученной авторами зависимости.

Пикнометрический метод измерения осуществляется путем погружения исследуемого образца, из которого путем вакуумирования удален воздух, в жидкость с известным значением плотности. В качестве рабочей жидкости можно использовать очищенный керосин. Принцип измерения плотности с помощью пикнометра заключается во взвешивании исследуемого образца в пикнометре [7], затем взвешивании заполненного рабочей жидкостью колбы и по разнице веса расчёт по формуле:

та)__

9 (гиа - mj - (тп: - rui)

где rrin - масса сухого пикнометра, кг; тi - масса исследуемого материала, кг; т.2- масса пикнометра с исследуемым материалом, кг; mз - масса пикнометра с рабочей жидкостью, кг; рж - плотность рабочей жидкости, кг/м3.

Ниже представлена формула для расчета физической плотности исследуемого материала, в основу которой положен принцип аддитивности:

Рф=хгк(г/МЛ)'

Рсус Рж

где Рсус— ~ - плотность полученной суспензии, г/мл; р - доля ис-

Гж = —^—

следуемого материала в суспензии; ' :if m* - доля эталонной

жидкости в суспензии; V„ - объем пикнометра, мл; т0бР - масса образца, г; тж -масса жидкости, г.

Для вычисления рсм арбузной мякоти при температурном интервале ниже криоскопического значения, резонно применить соотношение, где о находится в зависимости от температуры:

1

Рип — ' 0J '

tfw u'r';1 ~Tnö:' 1 - w

Рл Рея РО-Л

где W- влажность мякоти, кг/кг; со - в %; рл, рвл и рсухост - плотности льда, жидкой среды и сухих веществ, кг/м3.

При условии, что р льда и жидкой среды является известной величиной, а влажность арбузной мякоти можно найти экспериментально, то плотность сухого остатка объекта исследования может быть вычислена следующим образом:

^'сухосг cr — ~~J 1

Рш Рг..*

где Мсухост - доля сухого остатка в продукте, кг/кг; рСм - плотность арбузной мякоти, кг/м3; рвл - плотность воды, кг/м3.

Для нахождения влажности мякоти использован способ обезвоживания в вакууме на опытном стенде при радиационном энергоподводе.

При размораживании арбузной мякоти тратится теплота фазового перехода льда в воду, которую при варьируемых Т возможно определить по соотношению [8]:

L = 2.127 - 244.08

где L- удельная тепловая энергия образования льда, (кДж/кг); Т- для замороженного образца, К.

ТФХ (коэффициенты теплопроводности А , Вт/(м-К), температуропроводности а, м2/с, и удельная массовая теплоемкость См Дж/(кг-К)) арбузной мякоти в ареале Т от криоскопического значения до 10 °С практически неизменныж. По этой причине можно определить их в комплексе по зондовой экспресс - методике, которая

дает возможность их нахождения в течение технологической операции.

155

Опытные данные приводят к выводу о том, что темп варьирования Т термодатчика, оперативно введенного в образец, обусловлен его характеристиками, что положено в основу данной методики. Темп варьирования Т термодатчика находим из соотношения:

0(0 -

Гс — Гад 2К Г ехр(—и2¥о)и2(1и

~ Т2(г) = 2К Г -Го я }

(и2-КУ + и2К2'

(5)

где

СО

- безразмерная Т\ Р0 - критерий Фурье; К = тсгрх - параметр, обу-

771

-1

словливающий отношение объемных с образца и термопары; ^ □ ^ _ кон-

станта термопары, ((м3-К)/Дж); с\р\ и С2Р2 - объемные с образца и термопары, Дж/ (м3-К).

Анализ исследований, проведенных авторами, приводит к выводу о том, что по темпу роста Г термопары возможно найти в комплексе все ТФХ. С этой целью, применив разложение функционала 0(г) в ряд при больших величинах К» получим:

1

%) =-^

( 3(2 -К) 1 15[(*Г-2)2-1] 1

1 + —-----1--—-------Ь

2 К Ро 4 К2 Ро2

+

4 К2

— 2)[(йг — 2)2 — 2] I , .

8К3 Ро3

Для остаточного слагаемого Рп(Ро) погрешность, которая допускается при замене ряда фиксированной суммой, по модулю меньше последнего, еще не исключенного слагаемого ряда. Итак, ограничившись первыми 3 слагаемыми, имеем соотношение для нахождения Р0 и К:

1 )' 3(2 — К") 1 15[(К- 2)2- 1] + 2 К Р^ 4К = с максимально возможной ошибкой:

15[(Лт-2)2-1]

Ог (г)

Ро2]

(6)

5тах -

4К"

(7)

У = «(ГоУТь1

и х

1/Ро

Соотношение (5) при 1<К<2 в координатной сетке

ЯВЛЯеТСЯ ПарабОЛОЙ С ПИКОМ При Ротах.

Из необходимого условия экстремального значения функционала (6, 7) имеем: 1 _ 1 (2 - К")К

(8) = -

1 "0.15(2 -

2Кл/п

-1

СО

5 [(А* — 2)2 — 1]'

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Осуществив опытную серию и проведя графическую интерпретацию в форме

, найдем вшах. Далее из соотношения

0.15(2 - К У

(2 - К)К

2)2-1].

2 Км'п

(К- 2)2- 1

найденного из выражений [8] и [9], найдем К, и потом пз Ротах, соответствующий величине К.

Итак, по рекомендуемой методике можно комплексно найти все ТФХ продуктов, трансформировав их в гомогенную биомассу, по величинам Ротах и К при гтах достижении втах . Итоговые вычислительные соотношения принимают форму:

а =

РотахЯ"

771 Тт„ 771

где - эквивалентный зондовый радиус, м.

Опытная серия по нахождению ТФХ осуществлялась на экспериментальной установке (рис. 2).

5|1°С 1

2 ~ 1 ч 1 в р.. 1 ■ ■

Рис. 2. Схематическое изображение опытного стенда: 1 -резервуар для изучаемого образца; 2 - вещество с комнатной температурой; 3 - водоледяная смесь для поддержкиа пониженной температуры стремящейся к О °С; 4 - емкость из бумаги; 5 - АТ-300; б - измерительный зонд в исходном положении; 7 - зонд в итоговом положении; 8 - компьютер с программным продуктом ТНелпоСНат1

Порядок проведения эксперимента следующий. Температура водоледяной композиции в резервуаре из бумаги доводится до 1...2 °С, далее активизируется программный продукт ТйегтоСЬаг!, который фиксирует ее через термометр «АТ-300» на компьютерном мониторе. С целью максимально оперативного ввода термического зонда в образец резонно априорно диспергировать исходный продукт до гомогенного состояния. Далее проба с комнатной температурой погружается в резервуар, сверху которого, устанавливается емкость из бумаги с зондом, заполненным водоледяной композицией. Датчик, связанный с компьютером, позволяет фиксировать на его мониторе варьируемую температуру. После пробоя зондом дна емкости из бумаги программный продукт фиксирует ее варьирование. Опыт пятикратно дублируется.

По данным экспериментов в пикнометре объемом 50 мл среднее значение физической плотности объекта исследования составило 931 кг/м3. Определив плотность образца по формуле (1) в зависимости от появления вымороженной влаги а в материале, построен график, показывающий изменение исследуемой характеристики в зависимости от температуры (рис. 3). Объектом размораживания является арбузная мякоть, имеющая среднюю, определенную эмпирически, влажность 93,7 %, для которой плотность сухого остатка рсухост, вычисленная по формуле (3) равна 459 кг/м3.

В итоге плотность исследуемой арбузной мякоти рем , при Т меньше, чем крио-скопическая до -18 °С, описывается соотношением (4), где со(Т) находится из выражения (2).

рсм= ( 0,0000102ш(Г) + 0,000937 ( 1- 1 + 0.,000137

На рис. 3 представлена графическая интерпретация зависимости плотности р арбузной мякоти от его средней температуры Т в интервале от 255,15 до 278,15.

п. {¿/м3

"920- I

/

/ /

/

8"0

ЕЕО Ткр • г;к

1

256 25% 360 2( 52 264 Мб Ш 270 272 274 276 27?

Рис. 3. Зависимость плотности мякоти арбузной от его среднеобъемной температуры

Из анализа кривой (рис. 3) видно, что по мере повышения температуры плотность образца монотонно повышается и достигает величины 931 кг/м3 при достижении криоскопической температуры в исследуемом материале, после чего значение рассматриваемой характеристики остается практически постоянной до 5 °С. На рис. 4 показана зависимость Ь, от средней Гер для материалов с большой Ш.

Рис. 4. Зависимости Ь от средней Т

При фазовом переходе льда в жидкую фазу наблюдается деструкция пространственной решетчатой структуры кристаллического вещества, и на данную процедуру тратится фиксированная энергия от внешнего воздействия. В итоге внутренняя энергия вещества при проведении процедуры размораживания растет, а на это требуется дополнительный расход энергии, который нельзя не учитывать.

В результате проведенных исследований по нахождению ТФХ арбузной мякоти при температурах выше криоскопической, при их пятикратной повторности, были получены данные, с использованием которых согласно методике, производился расчет необходимых характеристик. В итоге для арбузной мякоти при его средней ~\№= 93,7 % были найдены средние величины искомых параметров: о,, Дж/(к:г-К) = 4111; сгЮ8, м2/с = 13,46; Л, Вт/(м-К) = 0,52.

По причине того что рекомендуемый способ применяется для изучения веществ в нетвердом или сыпучем виде, нахождение ТФХ для мякоти при Т ниже криоскопической усложняется возможностью оперативного введения щупа в образец. Вследствие этого нахождение зависимостей ТФХ от Г в ареале от -18 °С до криоскопического значения резонно осуществлять посредством расчетных операций.

Для расчета см мякоти при Т ниже криоскопического значения резонно применить соотношение, где реализуется правило аддитивности,

\Vixi / ш ч

См = 100 Сл + V1 ~ Тоо/ Сел + ^ "

Где IV- в кг/кг; о - в %; сА, сал и Ссухост - для льда, воды и сухого вещества, Дж/(кг-К).

Если теплоемкость льда и воды является известной величиной, то теплоемкость сухого остатка арбузной мякоти может быть вычислена следующим образом:

_ ~ №свл

^ сух. пет ? >

" сух ост

где «сухост - доля сухого остатка в продукте, кг/кг; см - теплоемкость арбузной мякоти, Дж/(кг-К); свл - теплоемкость воды, Дж/(кг-К).

В итоге получаем:

е = 3040

ч™^ 0.063 ^кг-СУ

Таким образом, преобразовав соотношение 10, удельная теплоемкость арбузной мякоти См при Т ниже криоскопического значения до -18°С, находится из соотношения (11).

с„ = 19,3ш{Т) + 3919,4 ( 1 - — 1 + 191,5.

На рис. 5. представлена зависимость теплоемкости см исследуемой арбузной мякоти от его средней температуры Т.

См, Дж/(кг*К)

3500 зооо- 2SOO-

Ткр

А

2 6 258 260 262 264 266 26S 270 272 274 276 27S

Рис. 5. Зависимость теплоемкости объекта размораживания от температуры

Что касается двух остальных теплофизических характеристик, то их величина также варьируется при условии присутствия вымороженной воды, но это изменение можно определить только экспериментально. Следует отметить, что зависимость коэффициента температуропроводности от температуры арбузной мякоти при замораживании можно описать и математически, используя наработки, представленные в источнике [9]. Согласно [9] зависимость коэффициента температуропроводности в продукте а от температуры объекта исследования в интервале от криоскопической до -18 °С можно описать экспоненциальной зависимостью:

а- 1Q8 = 115- а± • еь'-г,

где t — температура объекта исследования, °С; а? и Ъ\ - численные коэффициенты.

Численные коэффициенты« ? и Ы в уравнении (12) определяются, решая систему из двух равенств:

' 115 - а±- ebitw = акр .115 -а1-еъ^- = aKJ 159

где ikP - криоекопичеекая температура для объекта исследования, °С (определяется экспериментально); ikoH - нижний предел температуры замораживания, °С (задается); акон - величина коэффициента температуропроводности в продукте при температуре fkOH, м2/с; акр - при температуре fkP, м2/с (определяются экспериментально) .

В исследуемом случае для решения системы уравнений (13) остается неизвестной величина акон, которая, например, может быть найдена опытным путем. Значение oKo„, как показывает практика, для плодоовощных систем при их температуре -20 °С разнится в пределах ±3 % [10] и в среднем составляет примерно 11-10 7 м2/с, поэтому целесообразнее принять величину аКОи = 110-10 8 м2/ с без проведения эмпирических исследований, ведь погрешность в 3 % может быть вполне допустима для инженерных расчетов.

Таким образом, зависимость коэффициента температуропроводности для исследуемой мякоти а от его температуры t в интервале от криоскопической до -18 °С можно описать следующей экспоненциальной зависимостью:

о ■ 1QS = 115 - 119,864 ■ e°-176f,

где t- температура арбузной мякоти, °С.

Учитывая, что в дальнейших расчетах, в частности при моделировании процесса размораживания, температура должна выражаться в градусах Кельвина, соотношение (14) необходимо преобразовать в нужный вид:

£2 ■ -10® = 115 - -1-19,864 ■ в«И76Г-4а«1

где Т- температура арбузной мякоти, К.

На рис. 6 представлена зависимость температуропроводности а исследуемой арбузной мякоти от средней температуры Т.

100 a*10t_

Г

Кр

I, Л

2i ■4 2 Ч> 2 S 260 2 S2 264 2t 56 268 2 "0 272 2' А 2' '6 278

Рис. 6. Зависимость а арбузной мякоти от температуры

а =

А мякоти для определенного ареала Г находится через зависимость: На рис. 7 представлена графическая интерпретация зависимости коэффициента теплопроводности А арбузной мякоти от средней температуры Т.

Рис. 7. Зависимость А арбузной мякоти от температуры

Определенные данные не входят в конфликт с известными результатами [10, 11, 12], что подтверждает правомочность их использования в инженерной практике. Анализ полученных кривых показывает, что процесс размораживания арбузной мякоти, как и подобного ей плодоовощного сырья, осуществляется при значительном выделении скрытой тепловой энергии кристаллизации в определенных ареалах Т, к которым можно причислить Т кристаллизации растворов их компонентных составляющих и их криоскопические Т.

К определяющим растворимым составляющим можно причислить сахара, а именно фруктозу, сахарозу и глюкозу мякоти [13, 14]. Из рис. 3, 5-7 видно, что физическая плотность и ТФХ объекта изучения значительно зависят от Т при ее падении ниже криоскопического значения и появлении вымороженной воды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2030г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https: / /barley-malt.ru/wp-content/uploads/2019/11 /proekt-strategyy-razvytyja-

py sehe voj -y-pererabaty vaju schej -promy shlenno sty-rf .pdf (Дата обращения:

25.01.2021).

2. Пищевые добавки. Дополнения к «Медико-биологическим требованиям и санитарным нормам качества продовольственного сырья и пищевых продуктов». М.: Госкомсанэпиднадзор РФ, 1994. - 44 с.

3. Авчиев М.И Разработка технологии получения ликопина на основе пары штаммов гриба Blakeslea trispora ВСБ-129(-) и ВСБ-130(+): дис. ... канд. техн. наук: 05.18.10 / Авчиев Марат Исламудинович. - Москва, 2003. -152 с.

4. В каких помидорах больше ликопина. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://otomatah.ru/v-kakix-pomidorax-bolshe-likopina.html (Дата обращения: 25.01.2021).

5. Арбуз - летнее лакомство. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https:// wowbod}rslim.com/article/arbuz---letnee-lakomstvo (Дата обращения: 25.01.2021).

6. Российские исследователи научились получать ликопин из арбуза. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://sdelanounas.ru/blogs/50996/ (Дата обращения: 25.01.2021).

7. ГОСТ Р 53654.1-2009 (ИСО 2811-1:1997) Метод определения плотности. Пикнометрический метод. Часть 1. Материалы лакокрасочные. - Москва Стандар-тинформ. - 2010,- 11с.

8. ГОСТ Р 8.736 - 2011 ГСИ. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов наблюдений. - Москва Стандартинформ. - 2013.- 19 с.

9. Лысова В.Н., Дульгер Н.В. Определение теплофизических характеристик рыбы // Известия вузов. Пищевая технология. - 2004. - № 4. - С. 12-15.

10. Алексанян А.И. Совершенствование процессов получения замороженных рыбных фаршевых гранулированных смесей: дисс. ... канд. тех. наук: 05.18.12 / Алексанян Артем Игоревич. - Санкт-Петербург, 2018. - 215 с.

11. Короткий И.А., Сахабутдпнова Г.Ф., Ибрагимов М.И. Определение тепло-физических свойств компонентов плодоовощной смеси в процессе замораживания // Техника и технология пищевых производств. - 2016. - Т. 40 № 1. - С. 81-86.

12. Короткий И.А. Исследование и разработка технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья Сибирского региона: авто-реф. дис. ...д-ра техн. наук: 05.18.04 / Короткий Игорь Алексеевич. - Кемерово, 2009.-42 с.

13. Просеков А.Ю., Григорьева Р.З., Юрьева С.Ю., Жданов В.А. Исследование замораживания в производстве полуфабрикатов из картофеля / / Достижения науки п техники АПК. - 2006. - № 6. - С. 47.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14. Короткая Е.В., Короткий И.А. Исследование физико-химических показателей свежих и замороженных плодов облепихи / / Известия вузов. Пищевая технология. - 2008. - № 1.-С. 116-117.

15. Короткая Е.В., Короткий И.А. Изменение физико-химических показателей ягод черной смородины при замораживании / / Известия вузов. Пищевая технология. - 2008. - № 2-3. - С. 36-37.

16. Dermesonlouoglou Е., Giannakourou М., Taoukis P. Kinetic modeling of the quality degradation of frozen watermelon tissue: effect if the osmotic dehydration as a pre-treatment // International journal of food science and technology. - 2007. - V. 42. - № 7. - P. 790-798.

REFERENCES

1. Strategiya razvitiya pishchevoj i pererabatyvayushchej promyshlennosti Ros-sijskoj Federacii na period do 2030g [Development strategy of the food and processing industry of the Russian Federation for the period up to 2030.]. [Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https: / /barley-malt.ru / wp-content/uploads/2019/11/ proekt-strategyy-razvytyja-pyschevoj-y-pererabat^ajuschej-promyshlennosty-rf.pdf (Data obrashcheniya: 25.01.2021). (Russian).

2. Pishchevye dobavki. Dopolneniya k «Mediko-biologicheskim trebovaniyam i san-itarnym normam kachestva prodovol'stvennogo syr'ya i pishchevyh produk-tov» [Nutritional supplements. Additions to the «Medical and biological requirements and sanitaiy standards for the quality of food raw materials and food products»]. M.: Goskomsanepidnadzor RF, 1994. - 44 p. (Russian).

3. Avchiev M.I Razrabotka tekhnologii polucheniya likopina na osnove paiy shtammov griba Blakeslea trispora VSB-129(-) i VSB-130(+): dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.18.10 / Avchiev Marat Islamudinovich. [Development of a technology for obtaining lycopene based on a pair of strains of the fungus Blakeslea trispora VSB-129 (-) and VSB-130 (+) ]. - Moskva, 2003. -152 p. (Russian).

4. V kakih pomidorah bol'she likopina [Which tomatoes have more lycopene], [Elektronnyj resurs], Rezhim dostupa: https://otomatah.ru/v-kakix-pomidorax-bolshe-likopina.html (Data obrashcheniya: 25.01.2021). (Russian).

5. Arbuz - letnee lakomstvo [Watermelon is a summer treat]. [Elektronnyj resurs], Rezhim dostupa: https://wowbodyslim.com/article/arbuz---letnee-lakomstvo (Data obrashcheniya: 25.01.2021). (Russian).

6. Rossijskie issledovateli nauchilis' poluchat' likopin iz arbuza [Russian researchers have learned how to get lycopene from watermelon], [Elektronnyj resurs], Rezhim dostupa: https://sdelanounas.ru/blogs/50996/ (Data obrashcheniya: 25.01.2021). (Russian).

7. GOST R 53654.1-2009 (ISO 2811-1:1997) Metod opredeleniya plotnosti. Piknometricheskij metod. CHast' 1. Materialy lakokrasochnye [Density determination method. Pycnometric method. Part 1. Paints and varnishes.]. - Moskva Standartinform. - 2010. lip. (Russian).

8. GOST R 8.736 - 2011 GSI. Izmereniya pryamye mnogokratnye. Metody obrabotki rezul'tatov nablyudenij [Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов наблюдений]. - Moskva Standartinform. - 2013. 19 p. (Russian).

9. Lysova V.N., Dul'ger N.V. Opredelenie teplofizicheskih harakteristik ryby [Determination of thermophysical characteristics of fish] / / Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2004. - № 4. - pp. 12-15. (Russian).

10. Aleksanyan A.I. Sovershenstvovanie processov polucheniya zamorozhennyh rybnyh farshevyh granulirovannyh smesej: diss. ... kand. tekh. nauk: 05.18.12 [Improving the processes of obtaining frozen minced fish granular mixtures] / Aleksanyan Artem Igorevich. - Sankt-Peterburg, 2018. - 215 p. (Russian).

11. Korotkij I.A., Sahabutdinova G.F., Ibragimov M.I. Opredelenie teplofizicheskih svojstv komponentov plodoovoshchnoj smesi v processe zamorazhivaniya [Determination of the thermophysical properties of the components of the fruit and vegetable mixture in the freezing process] / / Tekhnika i tekhnologiya pishchevyh proizvod-stv. - 2016. - T. 40 № 1. - pp. 81-86. (Russian).

12. Korotkij I.A. Issledovanie i razrabotka tekhnologij zamorazhivaniya i nizkotem-peraturnogo hraneniya plodovo-yagodnogo syr'ya Sibirskogo regiona: avtoref. dis. ...dra tekhn. nauk: 05.18.04 [Research and development of technologies for freezing and low-temperature storage of fruit and berry raw materials of the Siberian region] / Korotkij Igor' Alekseevich. - Kemerovo, 2009. - 42 p. (Russian).

13. Prosekov A.YU., Grigor'eva R.Z., YUr'eva S.YU., ZHdanov V.A. Issledovanie zamorazhivaniya v proizvodstve polufabrikatov iz kartofelya [Research of freezing in the production of semi-finished products from potatoes] / / Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - 2006. - Nq 6. - p. 47. (Russian).

14. Korotkaya E.V., Korotkij I.A. Issledovanie fiziko-himicheskih pokazatelej svezhih i zamorozhennyh plodov oblepihi [Investigation of physical and chemical indicators of fresh and frozen sea buckthorn fruits] / / Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2008. - №1. - pp. 116-117. (Russian).

15. Korotkaya E.V., Korotkij I.A. Izmenenie fiziko-himicheskih pokazatelej yagod chernoj smorodiny pri zamorazhivanii [Changes in the physicochemical indicators of black currant berries during freezing] / / Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya. -2008. - № 2-3. - pp. 36-37. (Russian).

16. Dermesonlouoglou E., Giannakourou M., Taoukis P. Kinetic modeling of the quality degradation of frozen watermelon tissue: effect if the osmotic dehydration as a pre-treatment [Kinetic modeling of the quality degradation of frozen watermelon tissue: effect if the osmotic dehydration as a pre-treatment] / / International journal of food science and technology. - 2007. - V. 42. - №7. - pp. 790-798. (Russian).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.