![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов
.pdfДля технической оценки возможности рационального нагре ва необходимо знать глубину проникновения ИК-излучения в продукт. В табл. 59 приводятся ориентировочные данные прони цаемости коротковолнового излучения в различные материалы.
„ , г |
|
, , .. |
Рл.ЧЬ |
|
ПА,% |
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
зо |
|
|
|
|
го |
|
|
|
|
to |
|
|
|
|
о |
W00 5000 |
3000 CMf |
|
|
13009 т о SOOO |
|
|
||
a |
|
|
|
|
Рис. 71. Спектральная способность говядины: |
|
|||
а — пропускательная для образцов |
толщиной: |
/ — 0,5 |
мм; 2 — 1 мм; 3 — 2 мм; |
|
б — отражательная для |
образцов толщиной: 1 — 2 мм; |
2 — 9 мм. |
Большинство пищевых продуктов (мясо, рыба, мука и др.) имеют диффузный характер отражения, что позволяет сделать вывод о возможности использования в качестве эталона матиро
ванного алюминия, |
удовлетворяющего |
требованиям высокого |
|||||||||
0,75 |
|
|
U5 i,5 !J5 г |
2,53 оа,нм |
коэффициента |
отражения |
|||||
|
V*- |
во |
всем ближнем ИК-спек- |
||||||||
? |
|
|
|
|
|
тре |
[15]. |
|
спо |
||
|
|
у -"Y-/ |
|
|
|
Пропускательная |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
собность материалов умень |
||||
|
|
|
Г) |
|
|
шается с увеличением тол |
|||||
|
|
|
i |
1 |
|
|
щины образца. Наибольшее |
||||
|
|
|
Г ч |
|
|
значение |
пропускательной |
||||
|
|
|
|
1" |
|
|
способности мяса наблюда |
||||
|
|
|
|
|
|
ется в |
области ИК-спек- |
||||
|
|
|
1 |
|
|
||||||
|
|
5 |
: |
V |
|
|
траот 0,3 до |
1,2 мкм (рис. |
|||
|
|
.1 |
j |
п |
71, |
а) [11]. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||
— |
|
|
|
(j |
С увеличением толщины |
||||||
-л, |
|
TJ |
jТ |
образца |
отражательная |
||||||
|
|
Л |
способность мяса увеличи |
||||||||
|
k |
3 |
/ |
ч т |
|
|
вается, а с увеличением |
||||
|
|
J |
|
|
|
||||||
|
|
X |
у |
|
|
|
длины волны |
уменьшается |
|||
13000 |
twoo |
то |
7000 |
5000 3000 0,см' |
(рис. 71, б). |
|
спект |
||||
При |
сравнении |
||||||||||
Рис. 72. Спектральная пропускательная |
ральных кривых мяса, мя |
||||||||||
сопродуктов и воды можно |
|||||||||||
способность: |
2 — говядина; |
3 — колбасный |
сделать вывод о значитель |
||||||||
/ — свинина; |
ном |
влиянии |
содержания |
||||||||
фарш; |
4 — мясной говяжий |
сок; |
|
5 — вода. |
230
воды на оптические свойства продуктов, при этом экстремаль ные значения спектров очень близки (рис. 72) [11, 38].
Оптические характеристики мяса и мясопродуктов для ин тегрального потока излучения исследованы для ряда источников инфракрасных излучений, большая часть которых выпускается промышленностью. В табл. 60 представлены значения проницае мости мяса и фарша в зависимости от толщины образца при различных длинах волн, соответствующих максимуму излу
чения.
Т а б л и ц а 60
Проницаемость продуктов (в %) при Хмакс , мкм
ММ
|
1,04 |
2,3 |
2,6 |
2,9 |
3,6 |
4,2 |
|
Свинина охлажденная (W — 70%) |
|
|
|||
0,5 |
42,0 |
18,0 |
14,3 |
12,0 |
7,6 |
5,1 |
1,0 |
21,0 |
7,1 |
5,4 |
4,2 |
2,3 |
1,4 |
2,0 |
10,5 |
2,8 |
2,0 |
1,5 |
0,72 |
0,39 |
3,0 |
7,0 |
1,6 |
1,1 |
0,82 |
0,36 |
0,18 |
4,0 |
5,2 |
1,1 |
0,75 |
0,54 |
0,23 |
0,11 |
|
Говядина охлажденная (W — 75%) |
|
|
|||
0,5 |
34,0 |
15,2 |
12,4 |
10,1 |
6,3 |
4,6 |
1,0 |
17,3 |
5,8 |
4,4 |
3,3 |
1,8 |
1,15 |
2,0 |
8,8 |
2,2 |
1,5 |
1,1 |
0,51 |
0,23 |
3,0 |
5,9 |
1,2 |
0,84 |
0,58 |
0,24 |
0,13 |
4,0 |
4,4 |
0,8 |
0,55 |
0,37 |
0,14 |
0,07 |
|
|
Сосисочный фарш (W = 68%) |
|
|
||
0,5 |
21,5 |
10,8 |
8,9 |
7,6 |
5,5 |
3,7 |
1,0 |
9,6 |
3,5 |
2,7 |
2,1 |
1,3 |
0,9 |
2,0 |
4,2 |
1,15 |
0,81 |
0,6 |
0,33 |
0,17 |
3,0 |
2,6 |
0,6 |
0,4 |
0,28 |
0,14 |
— |
4,0 |
1.8 |
0,37 |
0,24 |
0,17 |
|
— |
Аналитическая зависимость интегральной пропускательной способности этих мясопродуктов от толщины образца х с учетом Хшкс имеет вид:
U -jg(a‘ ^‘\(акс) x(aJ+MMaKc) > |
(11—62) |
где cti, а», &i, b2 — опытные коэффициенты, приведенные в табл. 61.
231
|
|
|
|
Т а б л и ц а 61 |
Продукт |
<4 |
ь. |
я2 |
bt |
Свинина (W = 70%) |
1,7 |
0,375 |
0,72 |
0,262 |
Говядина (Г = 75%) |
1,63 |
0,375 |
0,65 |
0,322 |
Сосисочный фарш |
1,35 |
0,354 |
0,8 |
0,358 |
(W = 68%) |
|
|
|
|
Оптические показатели продуктов зависят от температуры материала, особенно при наличии фазовых переходов. Так, про ницаемость мясопродуктов при повышении температуры умень шается. Пропускательная способность вареного фарша по срав нению с сырым понижается, как следствие изменений элементов структуры фарша, носящих денатурационный характер (рис. 73, а). Пропускательная способность высушенного мяса
Рис. 73. |
Зависимость пропускательной способности |
от |
||||
толщины |
образца: |
|
|
|
||
а — сырого |
(/ |
и |
2) н вареного |
(/' н 2') |
для излучателей; |
/, |
/' — KW-1000; |
2 ii |
2' — открытая |
нихромовая |
спираль; |
|
|
6 — говядины: |
/ — охлажденной; 2 — мороженой; 3 — высушен |
|||||
ной сублимацией. |
|
|
|
(длина Хмакс = 2,5 мкм) выше, чем мороженого (рис. 73, б). Это объясняется тем, что более 90% энергии средневолнового излу чения поглощается поверхностным слоем толщиной менее 1 мм, причем с переходом воды в твердое состояние спектр ее погло щения до 6 мкм мало изменяется, при этом проницаемость льда несколько меньше проницаемости воды.
232
![](/html/65386/283/html_jz5RiRCJmv.OyYo/htmlconvd-3hlHCa234x1.jpg)
Большая работа в области исследования оптических харак теристик рыбы проведена Н. Н. Сахаровой и Е. И. Мелех. Они установили, что различные
ткани |
рыбы |
неодинаково |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
пропускают |
поток |
инфра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
красного |
|
излучения |
[30, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
40, 41 ]. |
При |
этом с уве |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
личением продолжительно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
сти обработки |
проницае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
мость тканей рыбы увели |
Рис. 74. Динамика изменений проницае |
||||||||||||||||||
чивается |
(рис. |
74). Макси |
|||||||||||||||||
мальной |
|
проницаемостью |
мости различных |
тканей |
рыбы |
в |
про |
||||||||||||
|
цессе облучения: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
(72—78%) обладает темная |
1 — темная |
кожа |
(кварцевый |
излучатель); |
|||||||||||||||
кожа |
|
(при |
|
Амакс = |
1,04 |
2 — светлая |
кожа |
(кварцевый |
излучатель); |
||||||||||
|
|
3 — темная |
кожа |
(плиточный |
излучатель); |
||||||||||||||
мкм), |
что |
близко по своим |
|
брюшная стенка (плиточный излучатель); |
|||||||||||||||
значениям |
к |
жиру, |
|
кото |
|
светлая |
кожа |
(плиточный |
излучатель); |
||||||||||
|
|
брюшная стенка |
(кварцевый |
излучатель). |
|||||||||||||||
рый |
пропускает |
около |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
80% |
излучения. |
Однако |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
при переходе к средневол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
новому излучению |
(плито |
|
& |
У ' |
^ г |
|
/ |
-— |
|
|
s ' |
||||||||
чный излучатель) проница |
*\А |
г / |
\ г |
|
|
||||||||||||||
-\/ |
// |
|
|
|
\ |
||||||||||||||
емость этой же части ткани |
|
|
|
|
' \ |
|
/ / |
^_ |
|
||||||||||
|
|
IV |
|
|
( / |
|
|
||||||||||||
уменьшается |
|
в 2 |
раза. |
|
|
|
|
\\ |
У / |
|
|
|
|
||||||
Для всех кривых, |
опи |
|
\ Г \М |
|
ft |
|
|
|
|
||||||||||
сывающих |
|
спектральную |
' |
|
У\ |
*-, |
А з У |
|
|
|
|
||||||||
пропускательную |
способ- |
/,/ |
Z |
|
|
3 |
3>5 |
4 |
4^5 |
5 Х}мкм |
|||||||||
ность |
рыбьего жира |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
тканей салаки, |
характерно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
наличие экстремумов, ле- п^° |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
жащих |
в |
области |
2,5— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3,5 мкм, что указывает на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
максимальное |
поглощение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
инфракрасного |
излучения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
в этой области (рис. 75). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
На процесс |
терморади |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ационной обработки |
рыбы |
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|||||||
влияет цвет ее кожи. В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
табл. |
62 |
приведены |
срав |
1,5 г,о |
2,5 |
J J |
5,5 |
ad. |
|
Я, им |
|||||||||
нительные данные |
прони |
О |
4,5 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|||||||||
цаемости ткани салаки (со- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
держание жира 4,8%, ВОДЫ |
Рис- 7^- Спектральная пропускательная |
||||||||||||||||||
78,4%) |
в |
зависимости |
от |
способность: |
|
|
(тресковый сырец) образ |
||||||||||||
цвета ее кожи. |
|
|
|
а — рыбьего жира |
|||||||||||||||
|
|
|
цов |
толщиной: |
/ —0,1 |
мм; 2 — 0,2 мм; |
3 — |
||||||||||||
Представляют |
интерес |
0.5 |
мм; 4 — 4 |
мм; |
|
|
осеннего |
улова |
|||||||||||
б — мышечной |
ткани салаки |
||||||||||||||||||
оптические характеристики |
(117=73,4%; |
содержание |
жира — 13%) |
образцов |
|||||||||||||||
океанических рыб. |
|
|
|
толщиной: |
/ — 0,05 мм; |
2 — 0,1 |
мм; 3 — 0,2 мм. |
||||||||||||
|
|
|
4- |
0,3 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
233
|
|
Т а б л и ц а |
62 |
||
|
Проницаемость тканей р,|бы, |
% |
|||
Характеристика лучистого |
|
светлая окраска |
|||
потока |
темная окрас |
||||
(серебристый от |
|||||
|
ка кожи |
||||
|
|
тенок) |
|
||
|
|
|
|
||
Монохроматическое излу |
|
|
|
|
|
чение |
|
|
|
|
|
X равна 2,1—2,2 мкм |
19 |
|
7 |
|
|
X равна 3,8; 3,9; 4,0; |
10 |
|
5,5 |
|
|
4,1; 4,2 мкм |
|
|
|
|
|
Интегральное излучение |
56—70 |
|
22—25 |
|
|
X равна 2,4 мкм |
|
|
|||
X равна 3,9—4,2 мкм |
15—28 |
|
15—28 |
|
|
П р н м е ч а н п е . Данные справедливы для первой |
минуты обра |
||||
ботки рыбы. |
|
|
|
|
Рис. 76. Спектральная пропускательная способность ко жи океанических рыб:
/ — спинка трески; 2 — брюшко трески; 3 — спинка Палтуса; 4 —
брюшко палтуса; 5 — спинка морского окуня; б — брюшко мор ского окуня; 7 — вода.
234
a,75 100 1,25 1,50 1,75■ 2,0 2,5 3,0 5,05,0 Юх мни
30
20
W
13000 |
HOOO |
9000 |
7000 |
5000 |
3000 |
)j CM'1 |
|
|
|
a |
|
|
|
0.75 |
1,00 |
|
1,25 1,50 |
1.75 2,0 |
2,5 3ff 405J>Юз ШИ |
|
Пх % |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
13000 |
11000 |
9000 |
7000 |
5000 |
3000 |
V M ] |
6
Р ис. 77. |
С пектральная |
пропускательная способность мы |
||
ш ечной |
ткани океанических |
рыб: |
||
а — трески; |
б — морского |
окуня; |
в — палтуса. Толщина образ* |
|
цов: / — 0,5 |
мм; 2 — 1,0 |
мм; 3 — 1,5 мм; 4 — 2,0 мм. |
Исследования спектральной пропускательной способности кожи спинки и брюшка трески, морского окуня и палтуса пока зали, что спектры их качественно подобны, а также близки спектру пропускания воды (рис. 76).
Мышечная ткань трески, морского окуня и палтуса обладает меньшей пропускательной способностью, чем соответственно ко жа спинки и брюшка (рис. 77) [43].
В диапазоне спектра 1,0—1,25 мкм при толщине слоя мышеч ной ткани 0,5 мм наибольшей пропускательной способностью, равной 39%, обладает мышечная ткань палтуса. Пропускатель ная способность мышечной ткани трески при этой же толщине —
235
37% и морского окуня— 31%. При увеличении толщины мы шечной ткани проницаемость ее уменьшается и при 2 мм для всех исследуемых видов рыб становится равной 5—10%. Для длин волн более 2,5 мкм мышечная ткань трески, морского окуня и палтуса практически непроницаема для ИК-излучения.
Исследование спектральной пропускательной способности позволило установить, что спектры пропускания кожи и мышеч ной ткани исследуемых видов рыб имеют селективный характер.
Т а б л и ц а 63
Проницаемость (в %) при толщине слоя, мм
Продукт |
|
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2,2 |
2.5 |
2.75 |
3,5 |
3,75 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
Зеркальная лампа |
|
|
|
|
|
||
Пшеничное тесто (W = |
5,7 3,75 |
— |
— |
— |
1,76 |
— |
— |
|||
= 44%) |
хлеб |
(корка |
|
|
7,24 |
|
|
|
5,35 |
|
Пшеничный |
|
|
|
|
|
|||||
и прилегающие слои мя |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
киша) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Керамическая панель |
|
|
|
|
||||
Пшеничный хлеб при тем |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
пературе , ° С |
|
|
0,43 |
|
|
|
- 0 |
|
||
300 |
|
|
|
|
0,97 |
|
|
|||
400 |
|
|
— |
— |
1,04 |
— |
— |
0,46 |
— |
|
500 |
|
|
— |
— |
2,83 |
— |
1,6 |
— |
0,64 |
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р о д о л ж е н и е т а бл . 63 |
|||||
|
|
|
Проницаемость (в |
%) при толщине слоя, мм |
|
|||||
Продукт |
4,0 |
4.25 |
5,0 |
5.5 |
5,0 |
6.5 |
8,5 |
9,0 |
10,0 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Зеркальная лампа |
|
|
|
|
|
||
Пшеничное тесто 117 = 0,82 |
— |
0,39 |
— |
— |
0,143 — |
0,0268 |
|
|||
= 44%) |
|
|
4,56 |
3,75 |
3,25 |
2,86 |
|
1,85 |
|
|
Пшеничный хлеб (кор |
|
|
|
|||||||
ка и прилегающие |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
слои мякиша) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Керамическая панель |
|
|
|
|
||||
Пшеничный |
хлеб |
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
температуре, |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
— |
— |
0 |
— |
— |
— |
|
— |
— |
400 |
|
— |
||||||||
500 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
236
Наибольшие значения пропускательной способности образцов соответствуют ближней части ИК-спектра (1,0—1,2 мкм). В сред неволновой области спектра пропускательная способность сни жается и в длинноволновой области она ничтожна.
Спектральный анализ мышечного |
жира палтуса |
(толщина |
1 мм) в диапазоне спектра от 0,76 до |
15 мкм показал, |
что наи |
большее значение пропускательной способности приходится на длины волн 0,76—2,2 мкм без резко выраженного максимума.
В диапазоне от 2,2 до |
10 мкм проницаемость мышечного жира |
|
уменьшается. |
|
|
Проницаемость ИК-излучения в тесто и изделия из него |
||
принципиально не |
отличается от общих |
закономерно |
стей. |
|
|
В табл. 63 приведены данные проницаемости |
теста и хлеба |
для двух генераторов излучения: зеркальной лампы и керамиче ской панели.
Проницаемость хлеба больше проницаемости теста, что обус ловлено меньшим содержанием влаги в хлебе. Для аналитиче ского определения проницаемости теста и хлеба можно восполь
зоваться частными зависимостями |
[6]: |
|
|
|
|
||
для теста |
|
11,0е* •0,67* |
|
|
|
|
|
|
Пх = |
|
|
(II—63) |
|||
для хлеба |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пх = 12,4е— 0,239* |
|
|
|
(II—64) |
||
где х — толщина слоя, мм. |
|
|
|
|
|
|
|
Для коротковолнового излучения А. Т. Лисовенко [27] при |
|||||||
водит данные, несколько |
отличающиеся |
|
от |
предыдущих |
|||
(табл. 64). |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 64 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Проницаемость (в %) |
при толщине слоя, |
мм |
|||
Продукт |
2 |
4 |
6 |
8 |
1Э |
12 |
20 |
|
Хлеб украинский (мягкий с коркой)
Пшеничное тесто (мука I сорта)
12 |
5 , 8 |
3 |
1 , 8 |
1 , 4 |
1 , 1 |
0 , 5 |
4 , 4 |
1 , 3 |
0 , 5 |
0 , 3 |
0 , 1 |
|
|
Сравнительные данные проницаемости ржаного хлеба и суха рей для коротковолнового излучения (Хмакс = 0,88 мкм) приве дены в табл. 65.
237
Т а б л и ц а 65
|
Проницаемость (в |
%) при |
толще |
||
|
|
|
слоя, |
мм |
|
|
1 |
5 |
10 |
15 |
|
Хлеб ржаной свежий |
12 |
2,5 |
~ 0 |
|
|
Сухарь ржаной |
18 |
7,5 |
1,8 |
~ 0 |
Спектральные характеристики хлеба и теста представлены на рис. 78 [12, 42]. Из рис. 78 видно, что полученные спектраль ные характеристики по абсолютным значениям выше, чем интег ральные.
Рис. 78. Пропускательная способность хлеба:
а — мякши: |
толщина |
образца 5 |
мм; |
/ — недопеченного |
хлеба; |
2 — выпеченного хлеба; толщина |
образца 11 мм; 3 — недопечен |
||||
ного хлеба; |
4 — выпеченного хлеба; |
/ — недопеченного |
хлеба; |
||
б — корка: |
толщина |
образца 6 |
мм; |
||
2 — коржевая выпеченного хлеба. |
|
|
|||
Оптические характеристики зерна |
изучали без учета рассеи |
вания лучистой энергии, поэтому абсолютные значения можно использовать с некоторой осторожностью [6, 25]. Спектральные характеристики, полученные на инфракрасном спектрометре ИКС-12, представлены на рис. 79. Установлено, что оболочки зерен кукурузы, ячменя и пшеницы пропускают два диапазона длин волн 1,8—3 мкм в среднем 30—60% излучения, а оболочки зерен ржи и овса — 10—18%.
Овощи и фрукты содержат большое количество воды (90% и более), что в известной степени предопределяет их оптически характеристики. Учет рассеивания лучистой энергии при иссле-
238
довании овощей и фруктов очень важен. Так, определенные без учета рассеивания лучистой энергии значения проницаемости
й |
для |
картофеля, |
по данным |
|
Н. |
Г. Селюкова, |
в 30—35 раз |
||
|
||||
|
меньше, чем в реальном случае. |
|||
|
Для |
образца сырого картофеля |
||
|
толщиной 1 мм и |
влажностью |
а
Рис. 79. Спектральная характеристика зерна:
а — оболочка зерна |
различных |
культур: 1 — кукуруза; 2 — ячмень; |
3 — пшеница; |
4 — |
||||
рожь; 5 — овес; |
пшеницы: |
1 — толщина |
слоя |
1 мм. влажность 24%; 2 —толщина |
||||
б — эндосперм зерна |
||||||||
0,5 |
мм, |
влажность 24%; 3 — толщина слоя 1 |
мм, |
влажность 13%; |
4 — толщина |
слоя |
||
0,5 |
мм, |
влажность 13%. |
|
|
|
|
|
71,8% максимум проницаемости приходится на ближнюю об ласть (X до 1,25 мкм). С увеличением толщины образца увели чивается его отражательная способность (рис. 80).
Рис. 80. Зависимость спектральной отражательной способности сырого картофеля (£=20° С; W= =71,8%) от толщины слоя:
1 — 1 мм; 2 —3 мм; 3 — 10 мм; 4 — 40 мм.
239