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

следнем случае приближенной моделью клетки могла бы служить одно­ родная сфера или эллипсоид, содержащие относительно малоподвижные ионы или полярные молекулы и имеющие в качестве оболочки не струк­ турированный поверхностный слой, обладающий изолирующими свой­

310

личие обособленной оболочки, изолирующие свойства которой наруша­

детельствует о наличии релаксационных процессов и, следовательно, о сохранении некоторых диэлектрических свойств и при 40° С. В силу того, что изолирующие свойства мембраны уже не принимаются в рас­ чет, дисперсию активной проводимости следует объяснить тепловой ион­ ной или ориентационной поляризацией, связанной с наличием молеку­ лярных диполей в однородной с точки зрения отношения электрических свойств среде. Поле высокой частоты создает упорядочивающее действие в хаотическом тепловом движении ионов или молекул, усиливающемся

•с ростом температуры. При ионной поляризации поле создает избыточ­ ный, направленный переброс ионов, а при ориентационной вносит асим­ метрию в хаотическое распределение полярных молекул по осям; в по­ следнем случае при отсутствии поля повороты молекул, имеющих взаимно противоположное направление, равновероятны.

Если учесть, что электрический момент единицы объема материала

уменьшается с ростом температуры, то можно объяснить, что характер зависимости определяется суммарным температурным эффектом, обуслов­

311

положительный температурный коэффициент проводимости для <jla боль­ ше по абсолютной величине, чем отрицательный для с2а во всем диапа­ зоне 20—60° С. С утерей диэлектрических свойств материала релаксация ионов прекращается и с2а уменьшается до <т1а. Если обратиться к фор­ муле (III—69), то легко убедиться, что с увеличением £ определяемая функция должна при форсированной частоте проходить через максимум. Если допустить, что имеется не набор, а одно время релаксаций (£ = I), то выражение можно записать в следующем виде:

В звуковом диапазоне определение удельной электропровод­ ности мясопродуктов— сложная задача, особенно ее темпера­ турного хода. На рис. 114 показаны зависимости удельной элект­ ропроводности мясных фаршей от ряда факторов. Ход кривых

вдиапазоне температур 20—50° С очевиден, однако далее (50° С

ивыше) следует считать характер зависимости недостаточно до­ стоверным. По-видимому, денатурационные изменения в мышеч­ ной ткани приводят к ее деформации, выделению жидкой фазы

312

и т. д., что требует серьезной корреляции. В конкретном случае, когда продукт свободно прилегает к электродам, эти данные отражают реальное течение процесса, но не натуральное значе­ ние электропроводности. Это также подтверждается тем, что содержание растворимого белка В в фарше (кривая 4, рис. 114,а) на участке 50—60° С приближается к максимальному значению. Увеличение содержания поваренной соли в продукте практиче­ ски линейно увеличивает его электропроводность (рис. 114, б).

Зависимость удельной электропроводности у (Ом-1 -см-1) от температуры для некоторых видов фаршей описывается рядом

для фарша из жирной свинины:

%. Ю2 = х20 ■10й -J- 0,0333 (^ — 20) + 0,020710“2(*— 20)2 —

— 0,0104 • 10~s (<— 20)3 ± 0,01%;

для фарша сосисок без оболочки:

-а ■ 102 = у-20 ■ 10й Ч- 0,08 (г;— 20) — 0,1 (^ — 20)2102 —

— 1,4- 10~2 1/30 (/ — 20) — (< — 20)2 ± 0,3%.

При расчете продолжительности нагрева фарша сосисок без оболочки величина удельной электропроводности усреднена в интервале температур 20—70° С:

Отклонения в абсолютных значениях свойств для мясопро­ дуктов особенно значительны при денатурационных процессах, которые сопровождаются деформацией образца, а следовательно, и нарушением электрического контакта. По-видимому, при соз­ дании определенного давления на образец эти отклонения можно

кривая становится инвариантной, что указывает на стационар­ ный характер электрического контакта. Характер проводимости субпродуктов мало отличается от мяса, хотя абсолютные значе­ ния иные. В качестве примера на рис. 116 представлены зависи­ мость удельной электропроводности, предельного напряжения

313

сдвига, пластической вязкости, эффективной вязкости (при фик­ сированной скорости разрушения структуры) и темпа разруше­ ния структуры т от степени измельчения, оцениваемого эффек­ тивным диаметром частиц для говя­ жьей печени. Характерно, что экстремальные значения приходят­

ся на область

ратуры имеет положительный вид, характерный для полупрово­ дников с ионной проводимостью. С повышением степени измель-

Рис. 116. Комплексный график зависимости к, во, т|, В,

т от т у для сырой говяжьей печени:

/ — х ; 2 — 0да; 3 — Ц; 4 — В \ 5 — т.

чения сычуга удельная электропроводность увеличивается7(рис. 117). Удельная электропроводность для сычуга I сорта — выше, чем для сычугов II и III сортов, что объясняется более высоким содержанием жира.

314

Влага во многом предопределяет абсолютные значения элект­ ропроводности. На рис. 118 показана зависимость удельной

Рис. 117. Зависимость удельной электропроводности сы­ чуга от температуры и величины поверхности при по­ стоянном давлении (2,5-105 Па).

электропроводности нежирного творога от влажности при тем­ пературе 30° С, измеренные на частоте 5 кГц. Зависимость электропроводности нежирного творога от температуры и содер­ жания влаги при pH 4,5

можно описать уравнением

•/. = 7.0 + аа (J — t0) + [Р0+

+ Ч ( * - ' о ) ] ( « 7- ' Н 7о).

(III—73)

где у.о— удельная электропро­ водность при содер­ жании влаги Wo=

=80% и /0= 30° С; “о— коэффициент, харак­

теризующий зависи­ мость от содержания влаги при to;

у— коэффициент, учиты­ вающий изменение

315

Удельная электропроводность зависит от pH среды. Для тво­

дов регрессионного и корреляционного анализов позволила по­ лучить уравнения, выражающие зависимость удельной электро­ проводности х исследованных продуктов от содержания влаги W и температуры t:

для сгущенного молока с сахаром

сопротивления мышечной ткани различных рыб в процессе хра­ нения при 0° С [27] (данные не представлены в удельных вели­ чинах, однако общую закономерность зависимости проследить

Я,Он

2500

2000

2

Рис. 119. Изменения электрофизических показателей тканей рыб в процес­ се хранения:

316

можно). В зависимости от вида рыбы скорость изменения пока­ зателя различна. Это обстоятельство подтверждается также из­ менением биоэлектрического потенциала (рис. 119, б), снятого у тех же самых рыб.

Зависимость х от температуры для большинства пищевых продуктов носит положительный характер, однако на абсолют­ ную величину свойств серьезное влияние оказывает степень из­ мельчения (табл. 79) [110].

Для ряда жидких пищевых продуктов, в том числе фрукто­ вых и ягодных соков, зависимость электропроводности от темпе­ ратуры носит практически линейный характер (рис. 120). Эти зависимости достаточно приближенно удовлетворяют следующе­ му уравнению [77]:

где t —• температура продукта, 0 С;

Xj8 — удельная электропроводность при 18° С;

К— температурный коэффициент, который можно определить из графика (см. рис. 120, кривые имеют различный угол наклона).

3e,0M-Mf

0,1----- ------------------------------------

О Ю 20 30 50 50 ВО 20t°C

317

ВЫСОКИЕ ЧАСТОТЫ

Продукты, обладающие высокой добротностью (жиры, кость, мука, солод, отруби, крахмал и др.), по своим электрофизическим свойствам (при небольшой влажности) мож­ но отнести к диэлектрикам с невысокими значениями диэлектри­ ческой проницаемости. Такие продукты, как мясо, рыба и дру­ гие в замороженном состоянии также можно отнести к этому классу. В то же время мясо, рыба и другие продукты, содержащие в своем составе большое количество влаги, обладают низкой добротностью и соответственно большими значениями диэлектри­ ческих потерь [2].

Мышечной ткани мяса соответствуют высокие значения ди­ электрической проницаемости (рис. 121, а), причем измельчение ткани увеличивает проницаемость (рис. 121, б), что объясняется большим количеством токопроводящих «мостиков», возникаю­ щих при разрушении тканей [48].

Рис. 121. Частотная зависимость действительной составляющей комплекс­ ной диэлектрической проницаемости:

а — цельная говяжья мышечная ткань; 6 — измельченная говяжья мышечная ткань; / — парная; 2 — охлажденная.

Общий характер изменения свойств с увеличением частоты — сближение диэлектрической проницаемости парного и охлаж­ денного мяса при частотах более 20 МГц подтверждает теорию, развитую Я. И. Френкелем [132], применимую также и к не­ живым тканям. Особенно это заметно на графике комплексной диэлектрической проницаемости (рис. 122, а и б). Здесь же при­ водится зависимость tg 8 для этих тканей от частоты.

Характерно, что значения е " для парного мяса значительно больше, чем для охлажденного, что подчеркивает большую близость электрических свойств парного мяса к свойствам жи­ вой ткани.

318

Снижение диэлектрической проницаемости при высоких час­ тотах можно объяснить преобладанием дипольной ориентацион­

абсолютные величины диэлектриче- рической проницаемости и

При сравнении этих показателей с характеристиками мяса видно их различие. Так, диэлектрическая проницаемость жира в 10 раз больше, чем кости. Подобную же картину наблюдают при срав­ нении свойств кости и жира.

319