Научная статья на тему 'ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИКРЫ САЗАНА КАК ОБЪЕКТА ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ИСТОЧНИКА ЛЕЦИТИНА'

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИКРЫ САЗАНА КАК ОБЪЕКТА ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ИСТОЧНИКА ЛЕЦИТИНА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
62
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИКРА САЗАНА / ЛЕЦИТИН / ЗАМОРАЖИВАНИЕ / КРИОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА / ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / ПЛОТНОСТЬ / КОЛИЧЕСТВО ВЫМОРОЖЕННОЙ ВЛАГИ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Поликарпова В. Э., Алексанян И. Ю., Арабова З. М., Нугманов А. Х. -х, Эльмурзаев А. А.

Повышение эффективности глубокой переработки сырья товарного рыбоводства, в том числе маловостребованной на российском рынке икры пресноводных рыб семейства карповых, является важной и актуальной задачей. В современных условиях отечественная пищевая индустрия нуждается в природных эмульгаторах высокого качества, таких как лецитины. Цель исследования - определение теплофизических характеристик, криоскопической температуры, плотности объекта холодильной обработки и количества вымороженной влаги в нем в зависимости от варьирования его температуры. Объектом исследования послужила икра сазана. Варьирование температуры при заморозке икры сазана находили посредством опытного стенда со специализированной программой ThermoChart для построения термограмм. Определена зависимость плотности икорного материала от его температуры в пределах от -18 до 5 °C: при увеличении температуры его плотность монотонно увеличивается до 1 071 кг/м³ при T кр = -0,91 °С и далее меняется малозаметно до 5 °С. Анализ полученных значений теплофизических характеристик икры сазана, являющейся высоковлажным продуктом, показывает, что ее замораживание сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации, которая зависит от понижения температуры объекта исследования и обусловлена наличием протонных связей на микроуровне образца. Полученные данные могут использоваться при расчете процессов замораживания и проектировании холодильного оборудования, а полуфабрикат - для извлечения лецитина.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Поликарпова В. Э., Алексанян И. Ю., Арабова З. М., Нугманов А. Х. -х, Эльмурзаев А. А.

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

THERMAL PARAMETERS MEASUREMENT OF CARP CAVIAR AS A FREEZE OBJECT AND A LECITHIN SOURCE

Increasing the raw materials deep processing efficiency for commercial fish farming, including freshwater fish caviar of the carp family that demonstrates low demand on the Russian market, is an important and urgent task. In the modern context, Russian food industry needs high quality natural emulsifiers, for example, lecithin. The research aim is to determine the thermophysical characteristics, cryoscopic temperature, refrigeration object density and the amount of frozen moisture in it, depending on its temperature variation. The study object is carp caviar. A man found the temperature variation during carp caviar freezing using an experimental stand, containing a specialized ThermoChart program for constructing thermograms. The authors determined caviar material density dependence on its temperature in the range from -18 to 5 °C: with an increase in temperature, its density raised to 1,071 kg/m³ monotonously at T cr = -0.91 °C and then changed up to 5 °C ordinary. An obtained thermophysical characteristics values analysis of carp caviar, which is a high-moisture product, demonstrates that its freezing is accompanied by the latent crystallization heat release, depending on a decrease in the study object temperature and due to the proton bonds presence at the sample microlevel. A man can use obtained data in the freezing processes calculation and refrigeration equipment design; and utilize the semi-finished product to extract lecithin.

Текст научной работы на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИКРЫ САЗАНА КАК ОБЪЕКТА ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ИСТОЧНИКА ЛЕЦИТИНА»

УДК [664.951.037.5.001.57:664.955.2]:[639.215:664.644.8] DOI 10.29141/2500-1922-2022-7-4-3 EDN IALBYS

Определение теплотехнических показателей икры сазана как объекта замораживания и источника лецитина

В.Э. Поликарпова1, И.Ю. Алексанян1, З.М. Арабова2, А.Х.-Х. Нугманов1 А.А. Эльмурзаев3

Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань, Российская Федерация

2Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского, г. Москва, Российская Федерация

3Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова, г. Грозный,

Реферат

Повышение эффективности глубокой переработки сырья товарного рыбоводства, в том числе маловостребованной на российском рынке икры пресноводных рыб семейства карповых, является важной и актуальной задачей. В современных условиях отечественная пищевая индустрия нуждается в природных эмульгаторах высокого качества, таких как лецитины. Цель исследования - определение теплофизических характеристик, криоскопической температуры, плотности объекта холодильной обработки и количества вымороженной влаги в нем в зависимости от варьирования его температуры. Объектом исследования послужила икра сазана. Варьирование температуры при заморозке икры сазана находили посредством опытного стенда со специализированной программой ThermoChart для построения термограмм. Определена зависимость плотности икорного материала от его температуры в пределах от -18 до 5 °C: при увеличении температуры его плотность монотонно увеличивается до 1 071 кг/м3 при 7"кр = -0,91 °С и далее меняется малозаметно до 5 °С. Анализ полученных значений теплофизических характеристик икры сазана, являющейся высоковлажным продуктом, показывает, что ее замораживание сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации, которая зависит от понижения температуры объекта исследования и обусловлена наличием протонных связей на микроуровне образца. Полученные данные могут использоваться при расчете процессов замораживания и проектировании холодильного оборудования, а полуфабрикат - для извлечения лецитина.

Для цитирования: Поликарпова В.Э., Алексанян И.Ю, Арабова З.М, Нугманов А.Х.-Х, Эльмурзаев А.А. Определение теплотехнических показателей икры сазана как объекта замораживания и источника лецитина//Индустрия питания|Food Industry. 2022. Т. 7, № 4. С. 25-35. DOI: 10.29141/2500-1922-2022-7-4-3. EDN: IALBYS.

Дата поступления статьи: 24 августа 2022 г.

Российская Федерация Н [email protected]

Ключевые слова:

икра сазана;

лецитин;

замораживание;

криоскопическая температура;

теплофизические характеристики; плотность;

количество вымороженной влаги

Thermal Parameters Measurement of Carp Caviar as a Freeze Object and a Lecithin Source

Violetta E. Polikarpova1, Igor Yu. Aleksanian1, Zarema M. Arabova2, Albert H.-H. Nugmanov1 Ayub A. Elmurzaev3

Astrakhan State Technical University, Astrakhan, Russian Federation 2Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Moscow, Russian Federation 3Grozny State Oil Technical University, Grozny, Russian Federation H [email protected]

Abstract

Increasing the raw materials deep processing efficiency for commercial fish farming, including freshwater fish caviar of the carp family that demonstrates low demand on the Russian market, is an important and urgent task. In the modern context, Russian food industry needs high quality natural emulsifiers, for example, lecithin. The research aim is to determine the thermophysical characteristics, cryoscopic temperature, refrigeration object density and the amount of frozen moisture in it, depending on its temperature variation. The study object is carp caviar. A man found the temperature variation during carp caviar freezing using an experimental stand, containing a specialized ThermoChart program for constructing thermograms. The authors determined caviar material density dependence on its temperature in the range from -18 to 5 °C: with an increase in temperature, its density raised to 1,071 kg/m3 monotonously at Tcr = -0.91 °C and then changed up to 5 °C ordinary. An obtained thermophysical characteristics values analysis of carp caviar, which is a high-moisture product, demonstrates that its freezing is accompanied by the latent crystallization heat release, depending on a decrease in the study object temperature and due to the proton bonds presence at the sample microlevel. A man can use obtained data in the freezing processes calculation and refrigeration equipment design; and utilize the semi-finished product to extract lecithin.

For citation: Violetta E. Polikarpova, Igor Yu. Aleksanian, Zarema M. Arabova, Albert H.-H. Nugmanov, Ayub A. Elmurzaev. Thermal Parameters Measurement of Carp Caviar as a Freeze Object and a Lecithin Source. Индустрия питания|Food Industry. 2022. Vol. 7, No. 4. Pp. 25-35. DOI: 10.29141/2500-1922-2022-7-4-3. EDN: IALBYS.

Paper submitted: August 24, 2022

Keywords:

carp caviar;

lecithin;

freezing;

cryoscopic temperature; thermophysical characteristics; density;

frozen moisture amount

Введение

Повышение эффективности глубокой переработки сырья товарного рыбоводства, в том числе маловостребованной на российском рынке икры пресноводных рыб семейства карповых, является важной и актуальной задачей на сегодняшний день [1-3].

В современных условиях отечественная пищевая индустрия нуждается в природных эмульгаторах высокого качества, таких как лецитины. Следует отметить, что карповая, в том числе сазанья, икра содержит большое количество лецитина [4; 5] - около 10 000 мг в 100 г продукта. Согласно данным Европейской ассоциации производителей лецитина (ELMA), его мировое производство в настоящее время составляет более 250 тыс. т в год, а потребность в нем превышает

400 тыс. т в год [6; 7]. При повышающейся востребованности лецитина встает вопрос выявления новой сырьевой базы для его получения.

Очевидно, что на конечные характеристики лецитина значительно влияет источник его выработки [4; 8; 9], в котором необходимо максимально сохранить его целевые свойства при консервации до момента непосредственного использования в выбранной технологии. Самыми распространенными способами консервации являются сушка и замораживание исходного сырья, при этом заморозка служит перспективным методом консервации, дающим возможность максимально сохранить аромат, цветовую гамму, вкусовые ощущения и пищевую ценность материала.

Очевидно, что при выборе нового сырьевого источника для получения лецитина резонно выявить научно-технические подходы к совершенствованию известных методов или найти оригинальные подходы к реализации ресурсо- и энергосберегающих способов заморозки икры карповых рыб, а также их технического обеспечения. Для этого целесообразно определить те-плофизические характеристики (ТФХ), криоско-пическую температуру 7кр, плотность объекта холодильной обработки и количество вымороженной влаги в нем в зависимости от варьирования температуры 7, особенно в отрицательном диапазоне.

Цель исследования - определение тепло-физических характеристик, криоскопической температуры, плотности объекта холодильной обработки и количества вымороженной влаги в нем в зависимости от варьирования его температуры.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования послужила икра сазана.

Криоскопическая температура объекта исследования 7кр определяется степенью концентрирования раствора, молекулярным весом, степенью диссоциации растворенных компонентов, параметрами растворителя и замеряется при начале кристаллизации в растворе без его переохлаждения [10].

Варьирование температуры 7 при заморозке икры сазана находили посредством опытного стенда, показанного на рис. 1, скомпонованного из термометра, криотермостатной установки

и компьютера, в котором для построения термограмм имеется специализированная программа ^егто^агЬ

Опытная серия производится в следующей последовательности. Устанавливается заданная температура 7=-10 °С. В рабочей зоне внутри навески размещается термический датчик. На ЭВМ запускается программный продукт ^егто^аг^ который дает возможность отмечать температуру в навеске через определенный временной шаг и в итоге построить графическую зависимость температуры от длительности обозначенной процедуры.

Опыт проводят до стабилизации температуры, что обусловливает появление на кривой горизонтального участка, по которому вычисляется 7кр. Это свидетельствует в пользу того, что на определенной стадии замерзания у навески в течение определенного временного промежутка поддерживается неизменная температура, при которой вода в навеске испытывает фазовое превращение.

В морозильных процедурах водную среду, трансформированную в лед, принято считать вымороженной [11]. Преобразование водной фазы в твердое вещество при кристаллизации служит основной процедурой при заморозке биополимеров, причем одноразовая трансформация стартует при отведении тепловой энергии при нарушении процедуры переохлаждения. В биополимерах присутствуют минеральные и органические субстанции, и по этой причине падению температуры навески до значений ниже 7кр сопутствует рост концентрации раствора.

5 4 3 5 4

Рис. 1. Опытный стенд для определения криоскопических температур: 1 - зона замера; 2 - термозамеряющий элемент; 3 - криотермостатная установка; 4 - ее информационное табло; 5 - термометр лабораторный электронный ЛТ-300; 6 - фрагмент функционирования программного продукта ThermoChart Fig. 1. Experimental Stand for Determining Cryoscopic Temperatures: 1 - Measurement Zone; 2 - Thermomeasuring Element; 3 - Cryothermostatic Installation; 4 - Its Information Board; 5 - Laboratory Electronic Thermometer LT-300; 6 - ThermoChart Software Product Operation Fragment

При заморозке биополимеров наблюдается перманентное падение 7кр и рост соответствующих ей концентраций. При определенной температуре относительное содержание вымороженной водной среды ш (кг/кг) находится делением веса льда Сл к общему весу водной среды Св:

«..£, (1)

Очевидно, что в течение замерзания образца ш повышается. Простое приближенное решение поставленной задачи по нахождению ш (%) при произвольной температуре для разбавленных растворов без их диссоциации опирается на закономерность Рауля:

О)

=(1-т)*

100,

(2)

где Т икры приведена в градусах Цельсия.

Плотность икры сазана р (кг/м3) в пределах изменения температуры от 7кр до 10 °С с приемлемой погрешностью можно считать константой, поэтому в данном диапазоне можно провести опыты по определению плотности пикноме-трическим методом (ГОСТ Р 53654.1-2009, ИСО 2811-1:1997).

В диапазоне температур от -18 °С до 7кр плотность сазаньей икры также можно определить пикнометрическим методом, но пошагово с интервалом в 2 °С при условии поддержания в пикнометре заданной температуры, которую можно регулировать, используя криотермостат. Принцип измерения плотности с помощью пикнометра заключается в следующем: вначале взвешивается исследуемый образец в пикнометре, затем взвешивается колба, заполненная рабочей жидкостью, и по разнице веса производится расчет по формуле, полученной из условия аддитивности определяемого параметра [12]:

Р =

Pc Рж

(3)

где Х1 - массовая доля жидкости в пикнометре, кг/кг; х2 - массовая доля исследуемого материала в пикнометре, кг/кг; рс - плотность суспензии, включающей жидкость и исследуемый материал, кг/м3; рж - плотность рабочей жидкой среды, кг/мз.

Итак, на основе определения физической плотности навески при разных температурах от 10 до -18 °С по формуле (3) построена зависимость р от 7.

Теплофизические характеристики икорного сырья при температуре от 7кр до 20 °С можно с приемлемой погрешностью считать константой и по этой причине в данных пределах ограни-

читься единичной опытной серией определения теплопроводности А, температуропроводности а и удельной теплоемкости см апробированной зондовой экспресс методикой, описанной в [13].

В опытной серии для определения ТФХ икры сазана экспресс-способом использовался электронный термометр ЛТ-300 с чувствительным миниатюрным пленочным определителем температуры сопротивления, покрывающим керамическую поверхность, которому присуща хорошая воспроизводимость температурной характеристики.

На рис. 2 представлена схема экспериментального стенда.

Рис. 2. Опытный стенд:

1 - исследуемый образец, имеющий температуру окружающей среды; 2 - ледяные кубики; 3 - резервуар из бумаги; 4 - электронный термометр;

5 - зондовый элемент для замера в изначальном

состоянии; 6 - водоледяная композиция для фиксирования температуры, стремящейся к 0 °С;

7 - системный компьютерный блок с программным обеспечением ThermoChart;

8 - резервуар для анализируемого образца;

9 - зондовый элемент в итоговом состоянии Fig. 2. Experimental Stand:

1 - Test Sample with the Ambient Temperature; 2 - Ice Cubes; 3 - Paper Tank; 4 - Electronic Thermometer;

5 - Probe Element for Measurement in the Initial State;

6 - Hydro-Ice Composition for Fixing the Temperature

Tending to 0 °C; 7 - System Computer Unit with Thermochart Software; 8 - Tank for the Analyzed Sample;

9 - Probe Element in the Final State

Порядок проведения эксперимента следующий. Температуру водоледяной композиции в резервуаре из бумаги доводят до 1-2 °С, после чего на компьютере активируют ThermoChart, электронный термометр определяет температуру и выводит ее значения на мониторе. С целью быстрого беспрепятственного ввода термического зонда икорный образец очищают от ястыков. Впоследствии икорный образец комнатной температуры кладут в резервуар для анализа, над

которым размещают резервуар из бумаги с термическим зондом и водоледяной композицией. Далее при активации программного продукта и появлении на мониторе показаний температуры дно резервуара из бумаги протыкают термическим зондом, который проникает в образец. Записывают варьирование значений температуры, на основе чего по методике, приведенной в [14], вычисляют ТФХ. Опыт дублируют как минимум 5 раз, а полученные результаты табулируют.

Поскольку обозначенный метод применим для нетвердых образцов, ТФХ замороженного икорного образца определить затруднительно из-за сложности проникания в него термического зонда. По этой причине варьирование ТФХ в зависимости от температуры на участке от -18 °С до 7кр следует осуществить посредством расчета.

Удельную теплоемкость см замороженного образца можно вычислить по соотношению (4), основанному на правиле ее аддитивности с учетом ш, найденного по формуле (2) при заданной температуре:

W а) 100

С„+ W

V 1оо ;

Свл + (1-И/)сс

■сух.ост

(4)

где № - влажность икорного образца, кг/кг; ш - вымороженная влага в образце, %;сл, свл

и c

■сух. ост

значения теплоемкости для льда, водной среды и сухого остатка, Дж/(кг-К).

Зная сл и свл, рассчитаем теплоемкость сухого остатка ссух. ост икорного образца:

' w

"п/уогт

(5)

где ^сух. ост - относительное содержание сухих веществ в образце, кг/кг.

Результаты исследования и их обсуждение Данные опытной оценки величины 7кр икорного образца из сазана сведены в табл. 1. К исполь-

зованию целесообразно принять ее среднюю величину - минус 0,91 °С.

Таблица 1. Данные опытной оценки Ткр Table 1. Experimental Evaluation Data for Tcr

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

Номер дубля опыта Т °С 1 кр»

1 -0,90

2 -0,93

3 -0,89

4 -0,92

5 -0,91

Среднее значение -0,91

Формула (2) справедлива до Т = -30 °С, но для больших значений температур ш превышает опытное значение на 8 % [15; 16]. На рис. 3 для икорного материала с применением формулы (2) построена зависимость ш от 7 в диапазоне от Ткр до -18 °С, которую используют для хранения ястычной пленки.

Трансформируем формулу (2) в кельвины:

(6)

где Ткр = 272,24 К; 7 - текущее значение в пределах его изменения от 255,15 К до Ткр.

Данные опытной серии по оценке физической плотности сведены в табл. 2.

На рис. 4 показана зависимость плотности икорного материала от его температуры в пределах от -18 до 5 °С, из которой вытекает, что при увеличении температуры плотность образца монотонно увеличивается до значения 1 071 кг/м3 при Ткр = -0,91 °С и далее меняется малозаметно до 5 °С.

Аппроксимация экспериментально построенной графической зависимости плотности объекта исследования от его температуры была про-

Рис. 3. Содержание вымороженной влаги в икорном образце в зависимости от температуры его замерзания Fig. 3. Frozen Moisture Content in a Caviar Sample Depending on Its Freezing Temperature

Таблица 2. Результаты опытной серии по оценке физической плотности в пикнометре объемом 50 мл Table 2. Experimental Series Results for the Physical Density Assessment in a Pycnometer with a Volume of 50 ml

Т образца, °С Физическая плотность образца, кг/м3

Номер опыта Среднее

1 2 3 4 5 значение

10 1 070 1 075 1 069 1 072 1 069 1 071

-1 1 063 1 059 1 062 1 060 1 066 1 062

-3 1 039 1 045 1 040 1 043 1 048 1 043

-5 1 034 1 036 1 030 1 032 1 038 1 034

-7 1 028 1 025 1 023 1 030 1 029 1 027

-9 1 015 1 020 1 021 1 017 1 022 1 019

-11 1 010 1 011 1 012 1 014 1 013 1 012

-13 1 008 1 007 1 009 1 010 1 011 1 009

-15 1 008 1 008 1 005 1 006 1 008 1 007

-18 1 002 1 003 1 006 1 007 1 007 1 005

-18-17-16-15-14-13-12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Температура, °C

Экспериментальная кривая

Кривая аппроксимации

Рис. 4. Зависимость плотности объекта замораживания от его среднеобъемной температуры Fig.4. Density Dependence of the Object to Be Frozen on Its Average Volume Temperature

ведена для двух участков, которые отчетливо наблюдаются на представленном графике:

• участок от -18 до -0,91 °С:

р = 0,014£3 + 0,66712 + 11,299£ + 1 075,6;(7)

• участок от -0,91 до 5 °С:

р = 0,863 £ + 1 066,68, (8)

где £ - текущая температура образца, °С. Трансформируем формулы (7) и (8) в кельвины:

• участок от 255,15 К до Ткр:

р = 0,014(Т - 273,15)3 + 0,667(Т - 273,15)2 +

+ 11,299(Т - 273,15) + 1075,6; (9)

• участок от Ткр до 278,15 К:

р = 0,863(Т - 273,15) + 1066,68 , (10)

где Т - текущая температура образца, К.

Оценка ТФХ икорного материала проводилась при комнатной температуре (28 °С) с пятикратным дублированием эксперимента. Полученные опытные результаты при средней влажности образца = 64 % представлены в табл. 3.

Рассчитанная теплоемкость сухого остатка ссух. ост составила 1 511 Дж/(кг-К).

Трансформировав формулу (4), получим соотношение (11) для оценки см икорного материала при 7 от -0,91 до -18 °С с учетом плотности в зависимости от заданной температуры:

см = 12,48 ш(Т-) + 2677,12(1 - -^р) + 543,96. (11)

Таблица 3. Результаты экспериментального определения теплофизических характеристик исследуемой икры Table 3. Experimental Thermophysical Characteristics Determination Results of the Studied Caviar

Номер опыта W, % См, Дж/(кг-К) a-108, м2/с А, Вт/(м-К)

1 3219 3,81 0,138

2 3225 3,79 0,130

3 64 3220 3,86 0,131

4 3218 3,87 0,136

5 3223 3,87 0,130

Среднее значение 64 3221 3,84 0,133

На рис. 5 показана зависимость см икры от ее средней температуры. При моделировании процесса замораживания температура должна выражаться в кельвинах, в этом случае параметр ш(Т) в уравнении (11) вычисляется по формуле (6).

Две оставшиеся ТФХ, принимая во внимание ш(7), можно найти лишь опытным путем. При этом зависимость А от 7 замороженного икорного образца можно описать, применив выводы работ [17; 18].

Из [18] вытекает, что для вычисления теплопроводности А рыбных продуктов как двухком-понентной субстанции, не принимая во внимание структурную специфику, можно воспользоваться соотношением

Ао = AbW + Асух. в(1 - W),

(12)

где А0 - теплопроводность для свежих рыбных материалов; Ав - для водной среды; Асух. в - для сухого остатка, Вт/(м К); № - влажность, кг/кг.

Однако, поскольку коэффициент теплопроводности как теплофизическая характеристика не подчиняется правилу аддитивности, данную зависимость применять нерезонно, так как очевидно, что для ее получения использовался именно такой подход, который, на наш взгляд, является ошибочным. В связи с этим целесообразно вос-

пользоваться зависимостями, предложенными в работе [17] также для рыбного сырья. Ниже представлены унифицированные уравнения (13), учитывающие уже известную характеристику А объекта исследования, определенную при температуре ниже криоскопической:

Zil _ + 0,5821 + Лкр; 18 < Т < —4;

0,099 (-У)0'68 - 0,0929 + Лкр; 4 < Т< t,

**кр»

(13)

где 7- температура образца, °С; Акр - теплопроводность образца при его 7кр, Вт/(м-К).

Для удобства дальнейших расчетов уравнение (13) было дополнительно аппроксимировано двумя другими уравнениями для двух ранее выбранных участков - от -18 до -0,91 °С и от -0,91 до 5 °С:

• на участке от - 18 до -0,91 °С:

А = -9,722-10-5Р - 0,004т2 - 0,0677 + 0,0762; (14)

на участке от -0,91 до 5 °С:

А = -0,0003 T + 0,1344,

(15)

где Т - текущая температура пробы, °С.

На рис. 6 показана зависимость теплопроводности икры А от средней температуры Т.

л 3 400

1-и 3 200

о

^ 2 3 000

SS? 2 800

ш < 2 600

!: *

ÏW 2 400

X

л с; 2 200

0)

5 2 000

1 800 *

см = 3 221 ДжДкгК)

-0,91 °С

Криоскопическая температура

см = 1 860 ДжДкг-К)

Ч-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-Ь

-18-17-16-15-14-13-12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4-3-2-10 1

Температура, "С

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

Ч-1-1-1—►

2 3 4 5

Рис. 5. График зависимости удельной теплоемкости объекта замораживания от его температуры Fig. 5. Specific Heat Dependence Graph of the Object to Be Frozen on Its Temperature

-17-16-15-14-13-12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

Температура, °C

Уравнения полученные с использованием источника [125]

Аппроксимированные уравнения

Рис. 6. Зависимость теплоемкости объекта замораживания от его среднеобъемной температуры Fig. 6. Heat Capacity Dependence of the Object to Be Frozen on Its Average Volume Temperature

Трансформируем формулы (14) и (15) в Кельвины:

• участок от 255,15 К до 7кр:

А = -9,722-10"5(7 - 273,15)3 - 0,004(7- 273,15)2 -- 0,067(7 - 273,15) + 0,0762; (16)

• участок от 7кр до 278,15 К:

А = -0,0003(7- 273,15) + 0,1344, (17)

где 7 - текущая температура образца, К.

Температуропроводность сазаньей икры а (м2/с) для определенных пределов изменения температуры находят по формуле

См ~ см р-

(18)

На рис. 7 показана зависимость температуропроводности объекта от его средней температуры.

В заключение хотелось бы отметить, что анализ полученных данных по теплофизическим

характеристикам исследуемой икры сазана, являющейся высоковлажным продуктом, показывает, что процесс ее замораживания, как и всей подобной ей икорной продукции, осуществляется при заметном выделении скрытой теплоты кристаллизации, степень выделения которой находится в зависимости от понижения температуры объекта исследования и обусловлена наличием протонных связей на микроуровне образца. Способность молекулы воды к формированию протонных связей проявляется и в жидком, и в твердом состоянии, ведь благодаря их наличию молекулы воды связаны между собой сильнее, чем частицы других жидкостей, и, ассоциируясь, они формируют особые структуры -кластеры. По этой причине фазовые точки воды смещены в сторону более высоких температур, ведь для разрушения таких дополнительных ассоциатов тоже нужна энергия, причем довольно значительная: не будь водородных связей

ч о m? о о

О. ч-

«о Cl <U С 2

Рис. 7. Зависимость температуропроводности объекта замораживания от его среднеобъемной температуры Fig. 7. Thermal Diffusivity Dependence of the Object to Be Frozen on Its Average Volume Temperature

и кластеров, температура кристаллизации воды (а также ее плавления) составила бы минус 100 °С, а кипения - 80 °С [11; 15; 16].

Выводы

Проведенное исследование позволило найти величины теплофизических характеристик, критической температуры и плотности объекта

холодильной обработки и количества вымороженной влаги в нем в зависимости от варьирования его температуры в определенных технологических пределах. Полученные данные могут использоваться при расчете процессов замораживания и проектировании холодильного оборудования, а полуфабрикат - для извлечения лецитина.

Библиографический список

1. Добрецкая Е.И. Рынок рыбной продукции в Российской Федерации // Молодой ученый. 2022. № 13 (408). С. 44-47. EDN: LXJCFD.

2. Ананьева Л.Ю. Специфика российского рынка рыбных товаров: электрон. ресурс. URL: https://spravochnick.ru/marketing/ rossiyskiy_rynok_rybnyh_tovarov/.

3. Беляева Д.С. Проблемы развития рыбной отрасли России // Современные проблемы менеджмента: электрон. сб. науч. работ. Белгород: ИД «Белгород», 2016. С. 122-126. URL: http://dspace. bsu.edu.ru/handle/123456789/16101.

4. Вольнова Е.Р., Козырева А.С., Ляшенко А.Е. Различные способы получения лецитина из продуктов растительного и животного сырья // Молодой ученый. 2021. № 17 (359). С. 28-32. EDN: SWUVTV.

5. Butina, E.A.; Gerasimenko, E.O.; Bugaets, I.A., et al. Comparative Analysis of the Physiological Value of Lecithins Obtained from Different Types of Raw Materials. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2017. Vol. 9. Iss. 12. Pp. 2493-2497. EDN: YQYDTC.

6. Лисовая Е.В., Викторова Е.П., Лисовой В.В. Анализ ассортимента лецитинов, представленных на российском рынке // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК -продукты здорового питания. 2019. № 2 (28). С. 51-55. EDN: OHKTFS.

7. EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food); Mortensen, A.; Aguilar, F., et al. Re-evaluation of Lecithins (E 322) as a Food Additive. Scientific Opinion on the Re-Evaluation of Lecithins (E 322) as a Food Additive. EFSA Journal. 2017. Vol. 15. Iss. 4. Article Number: 4742. DOI: https://doi. org/10.2903/j.efsa.2017.4742.

8. Жаркова И.М., Рудаков О.Б., Полянский К.К. и др. Лецитины в технологиях продуктов питания: монография. Воронеж: ВГУИТ, 2015. 256 с. EDN: UMYKXF.

9. Popov, V.G.; Mozzherina, I.V.; Shkolnikova, M.N. Scientific Justification for the Composition and Technology of a Phospholipid-Plant Food Complex. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 640. Article Number: 022009. DOI: https://doi. org/10.1088/1755-1315/640/2/022009. EDN: KMUZOZ.

10. Архипов Л.О., Биндюкова Е.Д. Определение криоскопической температуры некоторых промысловых видов рыб // Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана: материалы VII Междунар. науч.-техн. конф. (Владивосток, 19-20 мая 2022 г.). Владивосток: Дальрыбвтуз, 2022. С. 13-17. EDN: SLOZQB.

11. Богданов В.Д., Симдянкин А.А., Назаренко А.В. Исследование криоскопических температур и процесса вымораживания воды в тканях промысловых гидробионтов // Вестник Камчатского государственного технического университета. 2019. № 50. С. 14-21. DOI: https://doi.org/10.17217/2079-0333-2019-50-14-21. EDN: IMVYVJ.

Bibliography

1. Dobreckaya, E.I. Rynok Rybnoj Produkcii v Rossijskoj Federacii [Fish Products Market in the Russian Federation]. Molodoj Uchenyj. 2022. No. 13 (408). Pp. 44-47. EDN: LXJCFD. (in Russ.)

2. Ananjeva, L.Yu. Specifika Rossijskogo Rynka Rybnyh Tovarov [Russian Fish Products Market Specifics]: Elektron. Resurs. URL: https://spra-vochnick.ru/marketing/rossiyskiy_rynok_rybnyh_tovarov/. (in Russ.)

3. Belyaeva, D.S. Problemy Razvitiya Rybnoj Otrasli Rossii [Fishing Industry Development Problems in Russia]. Sovremennye Prob-lemy Menedzhmenta: Elektron. Sb. Nauch. Rabot. Belgorod: ID «Belgorod». 2016. Pp. 122-126. URL: http://dspace.bsu.edu.ru/han-dle/123456789/16101. (in Russ.)

4. Volnova, E.R.; Kozyreva, A.S.; Lyashenko, A.E. Razlichnye Sposoby Polucheniya Lecitina iz Produktov Rastitel'nogo i Zhivotnogo Syr'ya [Various Methods for Obtaining Lecithin from Plant and Animal Products]. Molodoj Uchenyj. 2021. No. 17 (359). Pp. 28-32. EDN: SWUVTV. (in Russ.)

5. Butina, E.A.; Gerasimenko, E.O.; Bugaets, I.A., et al. Comparative Analysis of the Physiological Value of Lecithins Obtained from Different Types of Raw Materials. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2017. Vol. 9. Iss. 12. Pp. 2493-2497. EDN: YQYDTC.

6. Lisovaya, E.V.; Viktorova, E.P.; Lisovoj, V.V. Analiz Assortimenta Lecitinov, Predstavlennyh na Rossijskom Rynke [Assortment Analysis of Lecithins Presented on the Russian Market]. Tekhnologii Pishchevoj i Pererabatyvayushchej Promyshlennosti APK - Produk-ty Zdorovogo Pitaniya. 2019. No. 2 (28). Pp. 51-55. EDN: OHKTFS. (in Russ.)

7. EFSA ANS Panel (EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food); Mortensen, A.; Aguilar, F., et al. Re-evaluation of Lecithins (E 322) as a Food Additive. Scientific Opinion on the Re-Evaluation of Lecithins (E 322) as a Food Additive. EFSA Journal. 2017. Vol. 15. Iss. 4. Article Number: 4742. DOI: https://doi. org/10.2903/j.efsa.2017.4742.

8. Zharkova, I.M.; Rudakov, O.B.; Polyanskij, K.K. i Dr. Lecitiny v Tekh-nologiyah Produktov Pitaniya [Lecithins in Food Technologies]: Mon-ografiya. Voronezh: VGUIT. 2015. 256 p. EDN: UMYKXF. (in Russ.)

9. Popov, V.G.; Mozzherina, I.V.; Shkolnikova, M.N. Scientific Justification for the Composition and Technology of a Phospholipid-Plant Food Complex. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 640. Article Number: 022009. DOI: https://doi. org/10.1088/1755-1315/640/2/022009. EDN: KMUZOZ.

10. Arhipov, L.O.; Bindyukova, E.D. Opredelenie Krioskopicheskoj Tem-peratury Nekotoryh Promyslovyh Vidov Ryb [Cryoscopic Temperature Determination of Some Commercial Fish Species]. Aktual'nye Problemy Osvoeniya Biologicheskih Resursov Mirovogo Okeana: Materialy VII Mezhdunar. Nauch.-Tekhn. Konf. (Vladivostok, 19-20 Maya 2022 g.). Vladivostok: Dal'rybvtuz. 2022. Pp. 13-17. EDN: SLOZQB. (in Russ.)

12. Гашенко Ю.В., Астапов В.Н. Аналитический обзор и исследование устройств и методов измерения плотности жидкости // Научное обозрение. Технические науки. 2019. № 6. С. 21-27. EDN: IHCFBF.

13. Андреева Е.В. Удлинение сроков хранения сельскохозяйственной продукции методом озонирования // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. 2007. № 4. С. 1003. EDN: IUIDJV.

14. Максименко Ю.А., Нгуен Т.С., Арабова З.М. и др. Теплофизи-ческие и структурно-механические характеристики ломтиков джекфрута // Индустрия питания|Food Industry. 2019. Т. 4, № 4. С. 53-63. DOI: https://doi.org/10.29141/2500-1922-2019-4-4-716.

15. Харенко Е.Н., Архипов Л.О., Яричевская Н.Н. Установление функциональной зависимости количества вымороженной воды от индивидуальных криоскопических температур рыбы // Труды ВНИРО. 2019. Т. 176. С. 81-94. EDN: SLOECZ.

16. Овсянников В.Ю., Кондратьева Я.И., Бостынец Н.И. и др. Исследование криоскопических температур и вымораживания влаги из плодовых соков // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. 2014. № 4 (4). С. 34-40. EDN: TFSFYX.

17. Лысова В.Н., Дульгер Н.В. Определение теплофизических характеристик рыбы // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2004. № 5-6 (282-283). С. 66-69. EDN: PZMWZF.

18. Владимцева Т.М. Основы рыбоводства: учеб. пособие: электрон. ресурс. Красноярск: КрасГАУ, 2022. 162 с. URL: http://www. kgau.ru/new/student/43/content/127.pdf.

11. Bogdanov, V.D.; Simdyankin, A.A.; Nazarenko, A.V. Issledovanie Kri-oskopicheskih Temperatur i Processa Vymorazhivaniya Vody v Tkan-yah Promyslovyh Gidrobiontov [Cryoscopic Temperatures Study and Freezing Water Process in the Commercial Hydrobionts Tissues]. Vestnik Kamchatskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Univer-siteta. 2019. No. 50. Pp. 14-21. DOI: https://doi.org/10.17217/2079-0333-2019-50-14-21. EDN: IMVYVJ. (in Russ.)

12. Gashenko, Yu.V.; Astapov, V.N. Analiticheskij Obzor i Issledovanie Ustrojstv i Metodov Izmereniya Plotnosti Zhidkosti [Analytical Review and Devices and Methods Research for Measuring Liquid Density]. Nauchnoe Obozrenie. Tekhnicheskie Nauki. 2019. No. 6. Pp. 21-27. EDN: IHCFBF. (in Russ.)

13. Andreeva, E.V. Udlinenie Crokov Hraneniya Sel'skohozyajstvennoj Produkcii Metodom Ozonirovaniya [Extending the Shelf Life of Agricultural Products by Ozonation Method]. Pishchevaya i Pererabaty-vayushchaya Promyshlennost'. Referativnyj Zhurnal. 2007. No. 4. Pp. 1003. EDN: IUIDJV. (in Russ.)

14. Maksimenko, Yu.A.; Nguen, T.S.; Arabova, Z.M. i Dr. Teplofizicheskie i Strukturno-Mekhanicheskie Harakteristiki Lomtikov Dzhekfruta [Thermophysical and Structural-Mechanical Characteristics of Jack-fruit Slices]. Industriya Pitaniya|Food Industry. 2019. Vol. 4. No. 4. Pp. 53-63. DOI: https://doi.org/10.29141/2500-1922-2019-4-4-716. (in Russ.)

15. Harenko, E.N.; Arhipov, L.O.; Yarichevskaya, N.N. Ustanovlenie Funkcional'noj Zavisimosti Kolichestva VymorozhennojVody ot Individual'nyh Krioskopicheskih Temperatur Ryby [Identifying the Functional Dependence of the Frozen Water Amount on the Individual Cryoscopic Fish Temperatures]. Trudy VNIRO. 2019. Vol. 176. Pp. 81-94. EDN: SLOECZ. (in Russ.)

16. Ovsyannikov, V.Yu.; Kondratjeva, Ya.I.; Bostynec, N.I. i dr. Issledovanie Krioskopicheskih Temperatur i Vymorazhivaniya Vlagi iz Plodovyh Sokov [Research of the Cryoscopic Temperatures and Freezing Moisture from Fruit Juices]. Tekhnologii Pishchevoj i Per-erabatyvayushchej Promyshlennosti APK - Produkty Zdorovogo Pitaniya. 2014. No. 4 (4). Pp. 34-40. EDN: TFSFYX. (in Russ.)

17. Lysova, V.N.; Dul'ger, N.V. Opredelenie Teplofizicheskih Harakter-istik Ryby [Identifying the Thermophysical Fish Characteristics]. Izvestiya Vysshih Uchebnyh Zavedenij. Pishchevaya Tekhnologiya. 2004. No. 5-6 (282-283). Pp. 66-69. EDN: PZMWZF. (in Russ.)

18. Vladimceva, T.M. Osnovy Rybovodstva [Fish Farming Fundamentals]: Ucheb. Posobie: Elektron. Resurs. Krasnoyarsk: KrasGAU. 2022. 162 p. URL: http://www.kgau.ru/new/student/43/content/127.pdf. (in Russ.)

Информация об авторах / Information about Authors

Поликарпова Виолетта Эдуардовна

Polikarpova, Violetta Eduardovna

Тел./Phone: +7 (8512) 61-44-69 E-mail:

[email protected]

Аспирант

Астраханский государственный технический университет 414056, Российская Федерация, г. Астрахань, ул. Татищева, 16

Postgraduate Student

Astrakhan State Technical University

414056, Russian Federation, Astrakhan, Tatishcheva St., 16

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9990-1049

Алексанян Игорь Юрьевич

Aleksanian, Igor Yurievich

Тел./Phone: +7 (8512) 61-44-69 E-mail: [email protected]

Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологических машин и оборудования

Астраханский государственный технический университет 414056, Российская Федерация, г. Астрахань, ул. Татищева, 16

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Technological Machines and

Machinery Department

Astrakhan State Technical University

414056, Russian Federation, Astrakhan, Tatishcheva St., 16

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5494-1226

Арабова

Зарема Михайловна

Arabova,

Zarema Mikhailovna

Тел./Phone: +7 (499) 137-14-84 E-mail: [email protected]

Кандидат технических наук, научный сотрудник

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского

119334, Российская Федерация, г. Москва,ул. Косыгина, д. 19, стр. 1

Candidate of Technical Sciences, Research Officer Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry 119334, Russian Federation, Moscow, Kosygina St., 19, p. 1

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6787-7697

Нугманов

Альберт Хамед-Харисович

Nugmanov,

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

Albert Hamed-Harisovich

Тел./Phone: +7 (8512) 61-44-69 E-mail: [email protected]

Доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологических машин и оборудования

Астраханский государственный технический университет 414056, Российская Федерация, г. Астрахань, ул. Татищева, 16

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Technological Machines

and Machinery Department

Astrakhan State Technical University

414056, Russian Federation, Astrakhan, Tatishcheva St., 16

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4093-9982

Эльмурзаев Аюб Абдулаевич

Elmurzaev, Ayub Abdulayevich

Тел./Phone: +7 (8712) 22-21-70 E-mail: [email protected]

Кандидат технических наук, исполняющий обязанности заведующего кафедрой технологических машин и оборудования

Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова

364051, Российская Федерация, Чеченская Республика, г. Грозный, пр-кт им. Х.А. Исаева, 100

Candidate of Technical Sciences, H.T. Head of the Technological Machines and Equipment Department

Grozny State Oil Technical University n.a. Mikhail D. Millionshchikov

364051, Russian Federation, Chechen Republic, Grozny, Prospect n.a. H.A. Isaev, 100

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6003-1971

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.