3. Теплофизические свойства

ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ

К наиболее важным теплофизическим свой­ствам продовольственных продуктов относят удельную теплоемкость, теплопроводность, температуропровод­ность, удельную энтальпию, криоскопическую темпера­туру, плотность, равновесное давление пара. Теплофизи­ческие свойства некоторых продовольственных продук­тов показаны в табл. 1.2—1.5.

Удельной теплоемкостью называется величина, чис­ленно равная количеству теплоты, необходимому для на­гревания или охлаждения одного килограмма вещества на один градус.

Если известны состав продуктов питания и удельная теплоемкость отдельных компонентов, то удельную теп­лоемкость продукта подсчитывают по закону аддитив­ности:

C = g\C\-\-g2Cz-\-gzC3-\-...-\- g_nC_n, где С — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг*К); gu g2, gз — массовые доли компонентов; Си С₂, С₃ — удель­ные теплоемкости компонентов, Дж/(кг-К).

Продукты условно считают двухкомпонентными сис­темами, состоящими из воды и сухих веществ, тогда удельную теплоемкость определяют по формуле

С=С_ви)-{- С_с (1 — w),

где С_в, С_с — удельные теплоемкости воды и сухих ве­ществ, Дж/(кг-К); w, (1—w) — массовые доли воды и сухих веществ.

Теплоемкость сухих веществ большинства продуктов животного происхождения колеблется в пределах от 1,34 до 1,68 кДж/(кг-К); растительных — около 0,91 кДж/(кг-К). При отсутствии экспериментальных данных эти значения пригодны для оценки теплоемкости продо­вольственных продуктов.Продукт	Удельная теплоемкость. Дж/ (кг-К)		Продукт		Удельная теплоемкость, Дж’ (кг К)
Мясо говяжье тощее жирное Свинина жирная Треска	Морской окунь 3349 Масло подсолнеч- 2512 ное 2177 Молоко цельное 3642—3684 Творог жирный Сыр жирный				3601 1867—1928 3852—3936 3266 2428
Табл. 1.3. Теплофизические свойства пищевых продуктов
Продукт	Коэффициент теплопровод­ ности, Вт 1 (м-К)		Продукт		Коэффициент теплопровод­ ности, Вт/ (м К)
Мясо говяжье куриное свиное Шпик свиной Треска Судак Лещ Молоко цельное при 0—2°С » 18— 20 °С Молоко обезжи­ренное при 0—2°С * 18—20 °С		0,453 0,409 0,488 0.186 0,460 0,433 0,471 0,401 0,495 0,418 0,546		Масло полученное по- 0.234 точным спосо­бом (прн 18—20 °С) полученное сби­ванием 0.201 Сливки 20 %-й жир­ности при 0—2 °С 0,337 > 20 °С 0.384 Слнвки 45 %-й жир­ности прн 0—2°С 0.302 » 20 °С 0.326
Табл. 1.4. Теплофизическис свойства пищевых продуктов
Продукт	Плотность. кг/м*		Продукт		Плотность, кг/м*
Кости мясные Говядина, сви­нина, баранина обезжиренные Жир свиной Шпик свиной	1140 1020—1070 850 910		Масло сливочное Мороженое Молоко цельное Сливки разной жирности		920—950 580—1000 1028-1032 950—1020

дог'ия xhj -Xdff ntfoifu И 1ЧХМ.(бф

инглиа

•riDOMHdge

•Гвйлонид

эоньоаию

эонэжойоу\;

dno

N Cl 00 л О Ф О О Ol - N о S О 00 О О Ю Ф X Э С со os оо —• oi о> —• t~^ —• 'Г 05 «о ei ао *'■* оо’ со in -т со’ —

• C'lC<3K5aOn--fiNNSXOO'“C‘l'4'<aXOM

— Ol 04 Ol *>4 04 Ol СО СО СО СО СО СО ГО — *т

in<qinaqin©04©cqoqino50i.inoqcqco©ⁱc''¹:ⁱc ©. г--’ о со’ О) со со’ 04* 05 oi и$ О) oi о* '*• —’ оо о> t'~ -т ©" оо oi со -г со — осчс^ссео-гю«ог^г^зоос1сч^(^

• 04 oi oi 04 oi 04 сч oi oi oi oi со со со со го

— t" 00 <75_ ■?}■_ СО 00 О -»Г т}> 00 <3 05 •'Г ©_ 05 00 00 ©^ О Х>

© 05 «3"* «О СЧ 1C 00 — •*{ о •*£ О ■*}• ~Т 'Т —■ 00 ТГ —

• еО'ГСО©Г'-СЧ040|СОСО'ПОСОСОГ--05 — OI -^Г СО

• — oiojoioioic^oioioioioioooococo

.... 00 »Л СО СО N. t>. Ol 04 о ГО t>. С* LO г-. «3 00 , .

I— in ~ -<г со’ 05 <n in — oJ t-»' со — in 05 со i I

—- —- C4(N(OTT4-lO<CSKO

^ О» О CO 00. t-. 00. ~ CO <N О 1Л | .

О) Ю 05 oi 05 СО © 00 со’ ”4* —• I I

СО'Г'Г1СЮГ~000>05 — COUO — ojoioioiokmojoioococo

, 000500000^.04^00© . .

i ° COlOCO 05 СО ТГ1Л СОЮ© I t

— C4CO'*f«Ot‘'-05 —

C4 00tJ<0_

пп‘(осч⁰о‘ся‘5 m ^ oi — — со

jodoej,

внвюнэ

_O

Jhфон 'em -eoMoioodij

aoithoanL-J

оювуу

oooai-^nqto^,f._x‘ . ,

CO ОО* со' — 05 h»' 05 00 00 — I ^

• СО СО чГ lO f"~ 05 —

^ЮМООСОСООООЧ-ОСО

3

,00-

со

— СО СО СО со 1.0 СО С О <л ~ об из oi чг — О со' josco^ooo-moooooicicoinooocii'io Ol Cl f ю СО л ст. о. — — — 04 Ol Ol OI

СМ О) 00 со ос -'f U0 с о о о С о о

О

ЭОНЧ1ГЭИ

OMOirow

1Л СО 04 f-~ СО 00 « тг h-Г О! со 'Г о оо’ СО ос’ 00* <30 NT ао

LO-n-moioioioo — оо — oi oi го 1.0 юсог''о^--— coini^-

• о» со *f to оо — — сосососососососоео'^-г'г-г

04 00 © О СО 00 "Ф N СО ^Т*1 ©_ 04 L.O L.0 t'-

I I | I | | t'-* о со о’ со 05 oi ос’ -г ^щт о со’ —’ r-‘ of

I I I I I I Ol СО со ГО -Г -ч- 'Г СО со 00 О — ГО -г СО

Ol Ol — OI 04 04 Ol Ol Ol OI <М СО СО СО ГО ТО

О! 00 © ос © со о о © ю ©

©

u

f

endHJK

СО 04 ОО 1Л 05 О О- © о ■•*• о to © ©_©_

©

kbTtioj.

i4xxXffodu9X3

О со 00_ со LO ©_ 'Т _Г ^ _ю" д, ₀j © со’ — оо’ -Г Ю ГО —’ ОС SP

LO'^-n-COCO'fOO — — '-ОСО^ОСО. ©© — ГОЮГ^Ж© —•04с0-гс0а0~04 0-|0|04 0|<мг0с0с0с0с0с0г0'г

СО © © »л СО со Ol ©_ 04 00 © ©. © © ©

О

ЧЭ

a

h,

©. ^ “ °0 ©. 05 Tf’ —’ ■Ч' ОС "J"" 05 05 04 04 o’ X со f’ “

lOCOTCOCOOII^.OOCOtOcOt'-OOCO©—‘СО-Ч-СООО©

• 04 ГО Т СО ас —^ 04 OI OI сч 04 OI СО го СО со О.' ГО

o

внинивэ

BHHHBdeg

BtlHiU

‘эпжнвол

odb\v

Э. ‘BixXffodu ed^xedauKDj,

act^oo©oct'^C4oeto!''-ococoj

1. © сч -г}- 05 ОС ТГСО со ₀- _• ^ ^ ^ „■ оо cvj f»»* _■ о I

*^•04 — oO-4--fCO — — OlCO-^-^lOr^OO© — CO

—' Ol Ol СО Ю 05 — Ol Ol Ol 04 Ol 04 ^4 Ol 04 04 CO CO CO

lOOOOCOOCO^CSh'OOOOOO

₀ со со oo_ оо ю со o, oo o^‘ f-J о’ со’ 05* ю’ —’ —’ со — -r 05

-fOI — O. a0l0t^inf^0404c0r0'^rr>-0©r^000~c0*r —•0104с0юг»05 — C40IOIO<(>4 0IOIOI04COCOCOCO

Ю 04 1Л Ol Ю 04 Ю ОС чС ® © © © © О ^ ^ **? **?- lO 04 Ю 00 1Л 00 'T ©* ©’ CO 04 05 1Л ~

'rj-cocN©©t^ioaooocococo-4^,'r©t^ooo. — oi-rco

• 04 СО СО Ю t-~. 0> — Ol СЧ Ol Ol 04 Ol 04 Ol Ol CO CO CO CO

oocinoiooomcooi —

"TTTT I I I I

IИзменение удельной теплоемкости продовольствен­ных продуктов в интервале температур замораживания определяется в основном начальным водосодержанием продукта и количеством вымороженной воды. Теплоем­кость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при абсолютном нуле температуры (третий закон термодинамики).

Теплопроводность — один из видов теплопередачи, при котором перенос теплоты имеет атомно-молекуляр­ный характер. Явления теплопроводности возникают при разности температур между отдельными участками те­ла (продукта). В отличие от конвекции перенос тепло­ты в этом случае происходит без каких бы то ни было макроскопических движений в теле. Количественно теп­лопроводность характеризуется коэффициентом тепло­проводности и измеряется в ваттах на метр-кельвин.

Коэффициент теплопроводности численно равен ко­личеству теплоты, переносимой через единицу площади поверхности в единицу времени при градиенте темпера­туры, равном единице:

Х=А,.ш+Хс(1— w),

где Я,и — коэффициент теплопроводности воды; Х_ъ — 0,60 Вт/(м-К); Я_с — коэффициент теплопроводности су­хих веществ: Лс=0,26 Вт/(м К).

Теплопроводность продуктов с понижением темпера­туры остается практически постоянной до начала замер­зания, а затем увеличивается, так как коэффициент теп­лопроводности льда в четыре раза больше, чем воды.

Значения коэффициента теплопроводности продуктов, рассчитанные по формулам, являются приближенными, поэтому ими пользуются только при отсутствии экспери­ментальных данных.

При охлаждении и замораживании продуктов, как и при их нагревании, действуют одновременно механизмы переноса и накопления (либо потери) продуктом тепло- вон энергии. В результате перемещается температурный фронт в продукте. Скорость этого перемещения характе­ризуется коэффициентом температуропроводности:

а=У(Ср ),

где а — коэффициент температуропроводности продук­та, м²/с; а — коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м*К); С — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кгК); р —плотность продукта, кг/м³.При необходимости температуропроводность продук­та можно получить, предварительно вычислив X, Си?. При положительных температурах температуропровод­ность практически неизменна, но с началом льдообразо­вания она резко уменьшается. Это вызвано выделением теплоты кристаллизации. При дальнейшем снижении температуры вследствие роста теплопроводности и уменьшения теплоемкости температуропроводность про­дуктов увеличивается. Она достигает постоянного значе­ния, когда вода полностью переходит в лед.

Энтальпия — однозначная функция состояния термо­динамической системы, часто называемая тепловой функцией или теплосодержанием; измеряется в джоулях на килограмм. Данными об изменении энтальпии продо­вольственных продуктов в холодильной технологии поль­зуются обычно для определения отведенной (или подве­денной) теплоты при холодильной обработке продуктов. Энтальпию отсчитывают от значения ее при какой-либо начальной температуре (обычно —20°С), при которой значение энтальпии принимают за нуль.

Температуру начала замерзания жидкой фазы про­дуктов называют кр и оскопи ческой. Для тканевых соков она различна: —0,6... —1,2°С — мясо тепло­

кровных животных; —0,5°С — пресноводная рыба; —0,95°С — капуста белокочанная; —1,3 ^ГС — карто­фель; — 1,5°С — морковь; —1,6°С — свекла; —2,6 °С— чеснок; —2 °С — яблоки; —2,4 °С — груши; —3,8... —5°С — виноград.

Тканевый сок продовольственных продуктов пред­ставляет собой диссоциированный коллоидный раствор сложного состава, которому соответствует криоскопичес- кая температура —0,5...—5°С.

Отношение массы продукта к его объему называется плотностью. При замораживании плотность продуктов уменьшается (на 5—8 %), поскольку вода в тканях про­дукта, превратившись в лед, увеличивается в объеме при неизменной массе. Плотность большинства продуктов составляет около 1000 кг/м³.

Равновесное давление пара над поверхностью продук­та Р_и из-за содержания во влаге продуктов растворен­ных веществ (сахара, соли и др.) даже при полном на­сыщении несколько ниже давления насыщенного пара Рн при той же температуре. Отношение давления пара воды, содержащейся в продукте, к давлению пара чистой

3. З

   41

   ак. 934.

воды (или льда) при той же температуре есть относи­тельное понижение давления водяного пара-

^aw ⁼⁼ РI /Рн>

где 0ц, — коэффициент термодинамической активности воды. Биологи и микробиологи называют a_w величиной водной активности; выраженная в процентах (а^-ЮО %), она определяет равновесную относительную влажность, т. е. это относительная влажность окружающего воздуха, при которой продукт не теряет и не получает влаги. Ве­личина равновесной относительной влажности зависит от природы продукта и является функцией его темпера­туры, т. е. гигротермнческой характеристикой продукта.