CC BY
28
7uriiversum.com
№ 2 (35)
A UNIVERSUM:
ЛД, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2017
ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ
Курбанова Мадина Жамшедовна
ст. науч. сотр. Ташкентского химико-технологического института, 100011, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 36 E-mail: madinaqurbonova@mail.ru
THERMOGRAVIMETRIC RESEARCH OF FRUITS AND VEGETABLES
Madina Kurbanova
senior research scientist, Tashkent Chemical Technology Institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoiy Str., 36
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлены результаты анализа и расчета кинетических параметров дериватограммы овощей (картофеля и моркови) и плодов (сливы и абрикоса). При исследовании кинетики процесса использованы модели Вахуски-Воборила и Ерофеева.
ABSTRACT
In the article results of the analysis and calculation of kinetic parameters of vegetables thermogram (potatoe and carrot) and fruits (plum and apricot) are presented. Models of Vahuski Voborila and Yerofeyev are used in research of kinetics process.
Ключевые слова: дериватограмма; кинетические параметры; термогравиметрия; методы расчета; весовой метод; оптимальный параметры; модификация; топохимическое уравнение.
Keywords: thermogram; kinetic parameters; thermogravimetry; calculation methods; gravimetric method; optimal parameters; modification; topochemical equation.
Цели данной работы - определение методом качественного анализа периода сушки, а также общее энергетическое изучение плодов и овощей.
Для качественного анализа большое значение имеет термогравиметрическое измерение изменения массы при исследованиях с помощью дериватогра-фии, основанной на сочетании дифференциально -термического и термогравиметрического метода. Посредством дериватографии у образца одновре-
менно измеряются температура изменение веса (ТГ), скорость изменения веса (DTG) и изменение энтальпии (DTA) исследуемого продукта.
Для получения дериватограммы плодов и овощей использовали деривотограв ОД-103, состоящий из весоизмерительного фоторегистрирующего блока рабочей камеры и аппаратов управления и безопасности.
Рисунок 1. Дериватограммы картофеля и моркови
Рисунок 2. Дериватограммы сливы «Исполинская» и абрикоса «Юбилейный»
Библиографическое описание: Джураева Н.Р., Исабаев И.Б. Использование муки зародышевого продукта пшеницы в составе жиромучной композиции для производства мучных кондитерских изделий типа печенья // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2017. № 2(35). URL: http://7universum.com/ru/ tech/archive/item/43 71
№ 2 (35)
Д UNIVERSUM:
Am ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
По результатам неизотермических термогравиметрических исследований плодов и овощей получили дериватограмму (рис. 1, 2), на которой изображены четыре кривые: Т, ТГ, БТв и БТЛ.
Анализ и расчет кривых дериватограмм сводится к нахождению кинетических констант из кривых ТГА.
В результате проведенных дериватографических исследований определены характеристические температуры этапов деградации, деструкции веществ и температурные интервалы устойчивости промежуточных соединений, определяемые пиками эндотермических эффектов, сопровождающихся испарением влаги с различным характером связи с материалом и возможным отделением газообразных фракций.
Качественную оценку дериватограмм производили на основе кривых БТЛ и БТв. Как видно, кривая БТв имеет два пика, связанных с уменьшением веса. Кривая отклоняется в отрицательную сторону, то есть вниз от основной линии, проведенной пунктиром. Это уменьшение веса начинается уже при температуре в 293 К (начало процесса), достигает первой своей максимальной скорости при температуре плодов (слива и абрикос) - 360-^-366 К, овощей (картофель и морковь) - 378-381 К и остается в
февраль, 2017 г.
пределах 378-382 К плодов и 396+398 К овощей практически неизменной. При 382 К плодов и 398 К овощей начинается резкое возрастание скорости уменьшения веса и достигает своей максимальной скорости при 460-468 К и 474-477 К, соответственно, и заканчивается.
Анализ данных кривых позволяет разделить процесс сушки плодов и овощей на три последовательных стадии (периоды). На первой стадии влажность изменяется примерно от 80 % до 60 %, удаляется влага макрокапиллярного состояния; на втором периоде - от 60 % до 32 %, удаляется влага мономолекулярного состояния, во время третьего периода -влага полимолекулярного состояния, изменение влажности от 32 % до 14-20 %. Приведенные данные сведены в таблице 1.
Для расчета кинетических параметров процесса нами были использованы модели, представляющие собой модификации уравнения:
• модель Вахуски-Воборила;
• топохимическое уравнение Ерофеева.
При использовании первой модели кинетические константы рассчитываются по кривым ТГ с помощью дифференциального метода.
Таблица 1.
Основные примерные периоды сушки и виды энергии связи влаги плодов и овощей
№ Периоды сушки Плоды Овощи
Слива Абрикос Картофель Морковь
1 I 79,2 + 60,7 77 + 60,2 82,1-60,7 85 +65,4
2 II 60,7 +37,8 60,2 +34,6 60,7-32,7 65,4 + 34,7
3 III 37,8 +14,2 34,6 +13,8 32,7-19,1 34,7 +20,6
Здесь также принимаются во внимание тепловые эффекты реакций, имеющие отклонение температуры образца от заданных значений, соответствующих линейному закону. За основу берется дифференциальное уравнение термического разложения твердого вещества:
где: а — степень превращения, Ъ —частотный фактор, 1/сек.
Е - энергия активации, ккал/моль, N - порядок реакции.
Логарифм этого уравнения имеет следующий
вид:
Решение данного линейного уравнения может быть получено методом наименьших квадратов с дальнейшим уточнением метода Нелдера-Мида.
При описании кинетики термического разложения вторым методом применяется, как указывалось выше, топохимическое уравнение Ерофеева, имеющий вид:
(3)
Таким образом, с помощью вышеприведенных уравнений можно моделировать кинетику процессов разложения при высокотемпературной обработке мякоти плодов и овощей.
Расчеты проводились на персональном компьютере IBMPC/XT с использованием пакета обработки данных EUREKA (фирмы Borlandinternational), включающего в себя статистическую обработку данных методом наименьших квадратов и итерационным методом.
Результаты расчета представлены в таблице 2.
№ 2 (35)
Д UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2017 г.
Таблица 2.
Результаты расчета кинетических параметров
№ Наименование продукта Кинетические параметры
Модель Вахуски-Вобо рила
z E ккал/мол N
1 Мякоть сливы «Исполинский» 13,90 9,203 1,210
2 Мякоть с кожурой сливы «Исполинский» 12,80 10,101 1,36
3 Мякоть абрикоса 19,22 8,981 0,249
4 Мякоть с кожурой абрикоса 29,68 12,66 0,76
5 Морковь 28,92 13,09 0,71
6 Картофель 33,30 11,58 1,86
7 Кожура моркови 61,05 17,617 1,21
8 Кожура картофеля 58,03 17,510 0,88
Выводы:
На основе анализа дериватограмм определен примерный период сушки, и по расчетам кинетических параметров процесса получены энергетические характеристики плодов и овощей. По первому пери-
оду, соответствующему стадии сушки плодов и овощей наилучшую точность 7,8 % дает модель Вахуски-Воборила. По последующим периодам процесса термического разложения, наиболее ошибку 5,9 % дает модель Ерофеева.
Список литературы:
1. Гинзбург А.С., Курбанов Ж.М., Бессарабов А.М., Каримов М.К. Неизотермическая кинетика сушки коллоидно-капиллярно-пористых тел // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 1987. - № 3. - С. 68-73.
2. Курбанова М.Ж., Комилов М.К. Исследование структурно-механических характеристик пищевых продуктов // Техника и технология пищевых производств: тезисы докладов МНТ конференции (Могилевский государственный университет продовольствия, Могилев 25-26 апреля 2013). - С. 263.
3. Шлягун Г.В., Попа М.Д., Работникова Л.М Применение термогравиметрического метода определения влажности сушеных фруктов и овощей // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014. - № 4. С. 27-31.
