CC BY
0
УДК 664.004.12:5363.2 DOI 10.24412/2311-6447-2024-2-193-197
Теплофизические свойства измельчённого сырья
и консервов
Thermophysical properties of crushed raw materials
and canned food
Профессор C.A. Бредихин (ORCID ID 0000-0002-6898-0389), проректор по науке и инновационному развитию А.В. Журавлёв (ORCID ID 0000-0001-9272-939X)
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, кафедра Процессы и аппараты перерабатывающих производств тел.+7(499)977-92-773 a.zhuravlev@rgau-msha.ru
Professor S.A. Bredikhin, Vice-Rector for Science and Innovative Development A.V. Zhuravlev,
Russian State Agrarian University - RGAU-MSHA named after K. A. Timiryazev, chair Department of Processes and Apparatuses of Processing Industries,
tel. +7 (499) 977-92-73 a. zhuravlev@rgau- msha. ru
Аннотация. Обобщены результаты экспериментального исследования теплофизических свойств сырья животного происхождения и приготовленных на его основе тонкоизмельчённых консервов для детского питания. Определены плотность и коэффициенты удельной теплоёмкости и теплопроводности. Показано влияние давления на плотность и температуры на коэффициенты удельной теплоёмкости и теплопроводности сырья животного происхождения и консервов для детского питания.
Abstract. The article is devoted to summarizing the results of an experimental study of the thermophysical properties of raw materials of animal origin and finely ground canned food prepared on its basis for baby food. Density and coefficients of specific heat capacity and thermal conductivity are determined. Influence of pressure on density and temperature on coefficients of specific heat capacity and heat conductivity of raw materials of animal origin and canned food for baby food is shown
Ключевые слова: измельчённая треска, плотность, удельная теплоёмкость, теплопроводность
Keywords: Crushed cod, density, specific heat capacity, thermal conductivity
Сырьё животного происхождения, используемое в пищевой промышленности, представляет собой многокомпонентную, полифункциональную, полидисперсную, сбалансированную, биологически активную систему, обладающую высокими питательными, иммунологическими и бактерицидными свойствами, изменяющую под воздействием внешних факторов свою структуру и функционально-технологические свойства. Поведение сырья в технологических процессах как объекта обработки зависит от взаимодействия и взаимовлияния всего комплекса этих свойств [1, 2, 4].
Среди этих свойств важное место занимают теплофизические свойства и их количественные характеристики, так как тепловая обработка широко применяется в пищевой промышленности. Эти свойства характеризуют индивидуальное термодинамическое состояние продукции. Они показывают способность сырья и пищевых продуктов передавать, поглощать или выделять теплоту, а также преобразовывать энергию полей теплового излучения и электромагнитных колебаний высокой частоты.
© C.A. Бредихин, А.В. Журавлёв, 2024
Теплофизические свойства продуктов используют для расчета изменения температуры внутри сырья, продолжительности его тепловой обработки (нагревания, охлаждения). Кроме того, теплофизические характеристики применяют для определения необходимого количества тепловой энергии с целью определения рациональной температуры продуктов в процессе их хранения и транспортирования [3].
Цель исследования - определение теплофизических свойств сырья животного происхождения и приготовленных на его основе измельчённых консервов. Определена плотность, теплопроводность и удельная теплоёмкость, а также влияние на них температуры и относительной концентрации газовой фазы в консервах для детского питания. Для исследования использовали мясные (пюреобразные и гомогенизированные) и рыбные консервы для детского питания. Мясные пюреобразные и рыбные консервы для детского питания имеют размер частиц до 1,5 мм, гомогенизированные - до 0,3 мм.
Плотность определяли на образцах деаэрированного и насыщенного воздухом продукта (табл. 1). Аэрацию осуществляли принудительной подачей воздуха в продукт и одновременным его перемешиванием. Для исследования использовали консервы промышленной выработки с относительной концентрацией газовой фазы в них 0,50-0,65 %.
Таблица 1
Плотность консервов для детского питания_
Продукт Плотность, р, кг/м3, измеренная
на консистометре Гепплера методом гидростати-че-ского взвешивания
Пюре мясное детское (крупноизмель-чённое) 1066 + 5,10 1029 + 4,90
Пюре мясное детское (пюреобразное) 1039 + 6,20 1055 + 1,30
«Малыш» для детского питания 1046 + 9,40 1081 + 4,70
Пудинг рыбный (из трески) для детского питания 1061 + 10,40 1084 + 2,60
Пудинг рыбный (из судака) для детского питания 1052,8 + 1,20 -
Пюре из мяса цыплят "Птенчик" 1111,5 + 2,0 -
Пюре из мяса цыплят "Бутуз" 1122,6 + 1,60 -
Плотность деаэрированных консервов для детского питания, измеренная на консистометре Гепплера и методом гидростатического взвешивания, различается по величине не более чем на 3,0-3,5 %.
Исследовано влияние избыточного давления на плотность продуктов в диапазоне давления 0,25-7,50-105 Па. Зависимость плотности от избыточного давления аппроксимирована функциями р = а + ЬРи р = а-Р3 (табл. 2).
Таблица 2
Формулы для расчёта плотности продукта
Продукт Расчётная формула*
Пюре мясное детское (крупноизмельчённое) р = 1067,3 + 11,29Р
Пюре мясное детское (пюреобразное) р = 1063,1Р0,0171
«Малыш» для детского питания р = 1059,6РЭ'0144
Пудинг рыбный (из трески) для детского питания р = 1080,4РЭ'0232
Пудинг рыбный (из судака) для детского питания р = 1111,8РЭ'0374
Пюре из мяса цыплят "Птенчик" р = 1160,220,0261
Пюре из мяса цыплят "Бутуз" р = 1173,9Р°0331
* р - плотность продукта, кг/м3; Р - избыточное давление, Па.
Теплопроводность и удельную теплоёмкость определяли на приборах ДК-асХ-400 и ИТЭМ института точной механики и оптики (Санкт-Петербург) в диапазоне температуры 298-373 К. Принцип работы этих приборов основан на методе непрерывного нагрева образца продукта. Продолжительность эксперимента вместе с обработкой опытных данных в указанном интервале температуры составляла около 2 ч.
Коэффициент удельной теплоёмкости измеряли по стандартной методике, а для определения коэффициента теплопроводности в ячейку прибора вводили ограничительное полимерное кольцо, позволяющее фиксировать объём измеряемого образца. Кроме того, к штоку верхней части прибора была присоединена индикаторная головка для определения изменения толщины исследуемого образца и начала растекания продукта.
Результаты экспериментального определения коэффициентов теплопроводности и удельной теплоёмкости сырья и приготовленных на его основе консервов в зависимости от температуры приведены на рис. 1 и 2.
Значения коэффициентов теплопроводности и удельной теплоёмкости консервов в исследованном диапазоне температуры для всех видов продуктов изменяются идентично. С увеличением температуры в указанных диапазонах они возрастают в среднем в 1,6 и 1,7 раза, а для сырья - в 1,3 и 1,5 раза. Для обобщения полученных экспериментальных данных их аппроксимировали: коэффициент теплопроводности X и с коэффициент удельной теплоёмкости функцией (табл. 3).
Рис. 1. Зависимость коэффициента удельной теплоёмкости консервов для детского питания и их сырья от температуры: 1 - измельченная треска; 2,3 - мясо птицы после механической обвалки, соответственно кур и уток; консервы:
4 - "Пюре мясное детское" (пюреобразное); 5 - "Малыш» для детского питания (гомогенизированное); 6 - пудинг рыбный для детского питания; 7,8- измельчённая говядина и свинина соответственно
Jl. Вт/мК
0,9 0,8
Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности консервов для детского питания и их сырья от температуры: 1 - измельченная треска; 2 - мясо птицы после механической обвалки, соответственно кур и уток; консервы: 4 - "Пюре мясное детское" (пюреобразное); 5,6 - пудинг рыбный (из судака) для детского питания; 7, 8 - измельчённая говядина и свинина соответственно
Таблица 3
Формулы для расчёта__
Продукт Коэффициент теплопроводности, Я, Вт / (м-К) Коэффициент удельной теплоёмкости, с, Дж / (кг- К)
Пюре мясное детское (круп-ноизмельченное) Я = -0,45 + 9,08-10"2Т- 3-10-3Т2 + + 4,3-10-5Т3 + 2,1-10"7Т4 с = -263,64+78,36Т
«Малыш» для детского питания (гомогенизиро-ванное) Я = -0,43 + 9,43-10"2Т - 3,33-10-3Т2+ + 5,1-10"5Т3- 2,63-10"7Т4 с = 727,3+82,55Т
Пудинг рыбный (из трески) для детского питания Я = 0,50 - 3,56-10"3Т+ 1,67-10"4Т2-- 1,46-106Т3+4,66-10"9Т4 с = 1386,3+48,36Т
Таким образом, проведённые исследования позволили экспериментально определить теплофизические свойства измельчённого сырья животного происхождения и приготовленных на его основе тонкоизмельчённых и гомогенизированных консервов. Показано влияние температуры на коэффициенты теплопроводности и удельной теплоёмкости консервов. Полученные количественные данные теплофизических свойств и их анализ могут быть использованы для разработки, совершенствования и интенсификации процессов тепловой обработки сырья животного происхождения и продуктов на его основе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипов, С.Т. Индустриальные технологические комплексы продуктов питания / С.Т. Антипов, С.А. Бредихин, В.Ю. Овсянников, В.А. Панфилов. - Санкт-Петербург : Лань, 2020. - 440 с. - Текст: непосредственный.
2. Бредихин, С.А. Технологическое оборудование переработки молока / С.А. Бредихин. - 3-е изд., стер. - Санкт-Петербург : Лань, 2024. - 412 с. - Текст: непосредственный.
3. Бредихин, С.А. Процессы и аппараты пищевой технологии / С.А. Бредихин, А.С. Бредихин, В.Г. Жуков [и др.]. - 2-е изд., стер. - Санкт-Петербург : Лань, 2023. -544 с. - Текст: непосредственный.
4. Бредихин, С.А. Технологическое оборудование рыбоперерабатывающих производств / С.А. Бредихин, И.Н. Ким, Т.И. Ткаченко. - 2-е изд. перераб. и доп.
- Санкт-Петербург : Лань, 2019. - 744 с. - Текст: непосредственный.
REFERENCES
1. Antipov, S.T., Bredikhin S.A., Ovsyannikov V.Y., Panfilov V.A. Industrial technological complexes of food products. - SPb.: Lan, 2020. - 440 с.
2. Bredikhin,S.A. Technological equipment of milk processing. - 3rd ed., er. -SPb.: Lan, 2024. - 412 с.
3. Bredikhin, S.A., Bredikhin A.S., Zhukov V.G., Kosmodemyansky Y.V., Yakushev A.O. Processes and apparatuses of food technology 2nd edition, erased. - SPb.; Lan, 2023.
- 544 с.
4. Bredikhin, S.A., Kim I.N., Tkachenko T.I. Technological equipment of fish processing productions. - SPb.: Lan, 2nd ed. revised and supplemented, 2019.- 744 с.
