CC BY
35
традиционным способом до стадии кулинарной готовности. Содержание СР в продуктах, термообработанных в СВЧ-печи до кулинарной готовности, в 2—3 раза меньше, чем в продуктах с явлением «ожога».
ВЫВОДЫ
1. Образование СР при термообработке пищевых продуктов в СВЧ-печи «Электроника» обусловлено тепловым, а не специфическим действием микроволн, и концентрация их ниже концентр-ации СР в этих же продуктах традиционной обработки.
2. Влияние интенсивности СВУ-нагрева на содержание С,Р не обнаружено.
ЛИТЕРАТУРА
1. Блюменфельд Л. А., Воеводский В. Е
Семенов Л. Г. Применение электронного парома нитного резонанса в химии.— Новосибирск: изд-1
Сибирск. отд. АН СССР, 1962.— 240 с.
2. И н г р е м Д. Электронный паромагнитный резона! в свободных радикалах.— М.: Иностранная литер тура, 1961.— 346 с.
Проблемная научно-исследовательская лаборатория электрофизических методов обработки
пищевых продуктов Поступила 02.04.!
637.146.21:532.517
РОТАЦИОННАЯ ВИСКОЗИМЕТРИЯ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
В. С. КОЧЕТОВ, В. И. КАРНАУХ
Ставропольский политехнический институт
Структурированные жидкие пищевые продукты (кефир, сметана, простокваша и др.) при технологической обработке проявляют тиксотропные свойства. Известно, что тиксотропные жидкости (среды) обладают супераномальной вязкостью, а их равновесные кривые течения характеризуются немонотонностью и выполаживанием [1].
Это связано с образованием в зазоре ротационного вискозиметра двух или более слоев с различными тиксотропными состояниями, которые, развиваясь, изменяют свои размеры и проскальзывают друг по другу. Расслоение может иметь место и при движении тиксотропной среды в трубах, вследствие чего у их стенок образуется менее вязкий, чем в основной массе, слой. Поэтому изучение тиксотропных свойств структурированных жидких пищевых продуктов, а также способов обработки результатов ротационной вискозиметрии имеет не только теоретический, но и практический интерес.
Рассмотрим течение произвольной линейно-тик-сотропной среды в зазоре ротационного вискозиметра с вращающимся внутренним цилиндром и неподвижным внешним. Так как тиксотропные среды можно отнести к жидкостям, обладающим памятью, то уравнения их реологического состояния приобретают форму интегральных уравнений наследственного типа [2]. Для рассматриваемого случая:
т(0 = Пот(0 — Ло \<P{t — T)y[T)dT,
(1)
где т (t) и у (t) — напряжение и скорость сдвига в момент времени наблюдения — /; Т — время, предшествующее моменту наблюдения; Ф (t—Т) — функция влияния, убывающая по мере возрастания Т; т)о = const — начальная тиксотропная вязкость при t =0 является одной из физических констант, характеризующих среду.
При постоянной угловой скорости вращения подвижного цилиндра и достаточно малой величине зазора можно считать, что поле скорости сдвига в зазоре не зависит от времени и уравнение (1) примет вид:
=T|0V*[1 - \<P(T)dT}. (
о
Преобразуем уравнение (2) к безразмернол виду:
-iW =2Щ- = \ — \ф [Г) dT = f (t), '(;
т(°) Лої* о
где т(^)/т(0) — отношение измеренного текущего н; пряжения к его значению в момент ВКЛЮЧ! ния вискозиметра при / = 0; к — подстрочны индекс, указывающий на постоянное значі ние данной физической величины; f(t) — нек< торая функция, характеризующая состоящ структуры в зависимости от времени.
Для линейно-тиксотропной среды зксперименталі ные кривые т(/)/т(0), полученные для различнь у = const, должны налагаться друг на друга, тг как в правой части уравнения (3) функция f( всегда определена единственным образом. Такс наложение может служить признаком линейні тиксотропных свойств среды. Так как r]o=cons то кривые т(/) также должны налагаться друг н друга. Функция Ф(Т) определяет скорость измі нения в тиксотропной среде напряжений, связаі ных с разрушением ее первоначальной структурі Интеграл от Ф(Т) определит степень изменени структуры — X за время і по сравнению с ее перв< начальным состоянием. Из уравнения (3) легк получить:
т(0) — x(t) ,
Ці)
т(0)
Уравнение (4) позволяет рассчитать степеї изменения структуры тиксотропных сред по р зультатам измерений т.
На рис. 1 представлены результаты вискоз] метрии зрелого 2,5% жирности кефира, получеі ного с помощью вискозиметра Реотест-2. Кривь течения расположились в виде двух узких пучко Отклонение крайних кривых от средней линии I превышает в горизонтальной части 4%. Кефі^ можно считать линейно-тиксотропной средой с дв; мя сменяющимися устойчивыми состояниями струї туры, для каждого из которых должна быть ш
а ЧЧ
V. А о »— -
• к. а ь
м -
г * & 4 ю я а *6 а ео гг ыо?с
Рис. 1. Изменение т(^)/т(0) в зависимости от времени при различных угловых скоростях подвижного цилиндра, с-1:
□ — 0,947, Д — 1,569, О — 2,827, О — 4,712,
• — 8,472, X — 14,120, Д — 25,418
(брана своя функция [(/). Совмещения экспери-:нтальных кривых т(0/7« предсказываемого урав-■нием (3) не произошло. Это может быть объ-■нено возникновением в зазоре вискозиметра вмешивающихся слоев жидкости, находящихся различных устойчивых реологических состояни-Для кефира развитие течения в зазоре можно 1едставить следующей идеализированной карти->й. При низких скоростях вращения подвижного [линдра (до 0,523 с"1) разрушения структуры : происходит, поле скорости сдвига в зазоре оста-ся однородным и кефир ведет себя как степен-1Я среда. С увеличением угловой скорости на движном цилиндре образуется слой жидкости структурой, соответствующей начальной струк-ре в первом устойчивом состоянии с постоянной 1. Подводимая к этому слою энергия со сторо-1 вращающегося цилиндра тратится на развитие оя — на увеличение его размеров. Следователь-в зазоре образуется два слоя, один из которых ксотропный, увеличивающий свои размеры, а вто-'й — степенной, уменьшающий свои размеры; «е скорости сдвига неоднородно. Процесс длит-до тех пор, пока в зазоре не окажется одно-|дная тиксотропная среда с постоянной началь-'й тиксотропной вязкостью т)оь а поле скорости вига станет однородным.
С дальнейшим увеличением &> опять начинается крушение этой среды по всему зазору; на движном цилиндре образуется новый слой жид-сти, но теперь уже со структурой, соответству-дей начальной структуре во втором устойчи-■м тиксотропном состоянии. Слой развивается | тех пор, пока не заполнит весь зазор, его вяз-сть остается постоянной, а поле скорости сдви-— вновь неоднородно. Вязкость слоя на подвиж->м цилиндре всегда меньше вязкости неразрушенно слоя: более вязкий слой как бы проскальзы-ет по менее вязкому, а увеличение ш не приво-:т к росту напряжения на стенке подвижного 1линдра до тех пор, пока не будет разрушен лее вязкий слой. На равновесных кривых тече-:я этот процесс выразится горизонтальным участ-м или провалом — когда вязкость слоя у под-жного цилиндра много меньше вязкости нераз-шенного СЛОЯ. Для вычисления Г)о удобнее ис-льзовать горизонтальные части кривых т(/)/т(0), гда / оо, а не значения напряжений, которые меряются с большой погрешностью при ^ =0. 1ачение г)0 найдем из уравнения (3):
В предложенной идеализированной картине мы говорили о двух тиксотропных слоях с соизмеримыми размерами. Однако может образоваться еще один микрослой, подобный жидкостному слою в суспензиях, влияние которого тем больше, чем больше размеры зазора. Для кефира это будет слой из сыворотки, по своим свойствам близкий к воде. Оценка по методикам [3] показала, что в нашем случае этот слой не оказывает заметного влияния на значение скорости сдвига.
Так как вискозиметр не может быть приведен в действие мгновенно, то в уравнении (1) должно быть учтено требование слабосингулярности. Поэтому ядро в уравнении (1) целесообразно выбрать в виде:
Ф{1) — А ехр (—РО Г
(6)
где
А, а, — безразмерные константы, определяемые экспериментально.
Форма ядра (6) удобна тем, что для него опубликованы таблицы и графики, позволяющие определять (3, а и А путем смещения экспериментальных кривых т(?)/т(0) с теоретическими кривыми /(0 [4]. По методике, приведенной в [6], для двух устойчивых состояний кефира получены следующие значения:
а, =0,6, р, =2,725-10~3 , А\ = 6,073-10-3, г)01 =0,357 Па-с,
«2=0,5, 02=1,39-10-? А2 = 1,052-10-]
т]о2 = 0,095 Па-с.
При решении краевых задач, связанных с течением кефира, уравнение (1) должно использоваться с двумя различными значениями констант. Границы перехода от одной группы констант к другой будут определяться не только зонами с различной скоростью сдвига, но и геометрией каналов.
Реальные среды могут проявлять и нелинейно-тиксотропные свойства, но в любом случае на релаксационных кривых т(/)/т(0) при достаточно большом I будут иметь место горизонтальные участки. Если пренебречь погрешностью при небольших значениях <, то выбрав одну из релаксационных кривых за базовую, все остальные кривые можно совместить с базовой с помощью группы коэффициентов подобия. Подобие релаксационных кривых означает, что тиксотропная вязкость будет функцией скорости сдвига. Уравнение реологического состояния в этом случае примет вид:
т(0 = V [у(/)] - 1,Ф(/ - Т) 447(7)] йТ. (7)
п- —
т(°°)_________
7к[1 - [ Ф(Г)йТ\
(5)
Рис. 2
Функция Ф(Т) определяется так же, как и для ли-нейно-тиксотропного поведения, путем совмещения базовой экспериментальной кривой с теоретическими кривыми. Функция т(^)] может быть определена методами, аналогичными описанным в [5, 6]. По данным вискозиметрии сметаны 15% жирности, при 17° С найдены константы: а =0,5, |3 = 1,19-10~3, А = 1,22• 10“2. Вид функции ¥(у) показан на рис. 2, которая при использовании в уравнении (7) должна быть аппроксимирована полиномами или на сплайнах.
ВЫВОДЫ
При ротационной вискозиметрии структурированных тиксотропных пищевых продуктов в зазоре вискозиметра они могут расслаиваться на два потока с различной вязкостью, которые проскальзывают один по другому. Такого рода расслоение может иметь место и при движении тиксотропных продуктов в трубопроводах, когда у их стенок образуется менее вязкий, чем в основной массе слой. Предложенные уравнения (1) и (7) могут использоваться при решении краевых задач, связанных с течением тиксотропных пищевых про-
дуктов, меняющих по длине и сечению канаj
свою структуру.
ЛИТЕРАТУРА
1. Hadjistamov D., Degen К. Rheologische Aspe te bei der Ahwendung von Thixotropiernitteln // Farl und Laek.— 1977.— 83.— № 5,— S, 412—417.
2. Астарита Дж., Марручи Дж. Основы гидрод намики неньютоновских жидкостей.— М.: Мир, 1978. С. 215—227.
3. Балканджиев Е., Еленков Д. Вьрху метод ката за пресмятане на «инстиниката» крива на теч ние при наличие на пристенен эфект в ротациош вискозиметрии. Българска академия на науките. кн. 2, 1978,— С. 232—237.
4. Колтунов М. А. Ползучесть и релаксация.— N Высшая школа, 1976.— С. 277.
5. Кочетов В. С., Карнаух В. И. Описан нелинейной тиксотропии пищевых продуктов.— Де в АгроНИИТЭИмясомолпром, 1986, № 461-мм.
6. Кочетов В. С., Несис Е. И., Карнаух В. 1 Линейно-тиксотропные свойства кефира.— Деп. в Агр НИИТЭИмясомолпром, 1986, № 428-мм.
Кафедра гидравлики
и гидромашин Поступила 08.08.1
664.096.5:641.1
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АДГЕЗИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИДКИХ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ, ПОДВОДИМОЙ К ПСЕВДООЖИЖЕННОМУ СЛОЮ ИНЕРТНОЙ НАСАДКИ В АППАРАТЕ ВИХРЕВОГО ТИПА
В. Е. КУЦАКОВА, Ю. В. УТКИН, Н. Б. МАРКОВ Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности
В различных отраслях промышленности используется сушка жидких белковых продуктов в псев-доожиженном слое инертной насадки. При этом жидкий продукт подается в слой, псевдоожижае-мый сушильным агентом, попадает на частицы инертной насадки и распределяется тонкими пленками на их поверхности, затем пленки обезвоживаются, а при достижении конечной влажности измельчаются (скалываются или истираются) и уносятся отработанным агентом из сушильной камеры. Интенсивность процесса освобождения инертной насадки от высушенного продукта определяется гидродинамическим режимом, физико-химиче-скими свойствами сухого продукта, и, в частности, силами адгезионного взаимодействия между пленкой и поверхностью инертной частицы.
В аппаратах вихревого типа часть полезной мощности вентиляторов, создающих разрежение в сушильной камере, затрачивается на преодоление адгезионного взаимодействия между пленками и инертными частицами, поэтому суммарная мощность, подводимая к вихревому аппарату, определяется как
N. = Ысл + т + Мпот = АР^, (1)
/V* = А РаЬ, (2)
где Nсл — мощность, требуемая для подъема
инертной насадки, Вт;
А^Т — мощность, требуемая для преодоле-
ния адгезионного взаимодействи Вт;
N нот — потери, Вт;
АPv, АРа — суммарное разрежение и поте] разрежения на преодоление адгезио ного взаимодействия в аппарат Па;
L — расход сушильного агента, м3/с.
Ранее было высказано предположение о свя: энергии Na, затрачиваемой на очистку поверхнос-инертной насадки от высушенного продукта, с ei адгезионными свойствами. Последние можно оц нить по работе Wa, совершаемой при отрыве пл нок с единицы площади поверхности час™ инертной насадки [1]. Связь между iV„ и 1 определена соотношением:
Na =4 nrlriofsWa — (^) N сл,
где г0 — радиус частицы, м;
п(), пс — полное число и количество сухих ча тиц инертной насадки; fs — частота освобождения единицы площ ди поверхности частиц от высушенно продукта, 1 /см'.
Значение NCJl можно определить через средни толщину пленки б по следующему соотношени:
С(1 — х) Warin
сл -=*■ 9 1
ОРплпс
