Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
25.18 Mб
Скачать

Для 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

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

 

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,— 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

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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ