Анализ методик определения продолжительности тепловых процессов с фазовым переходом в пищевых технологиях Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЛИТЕРАТУРА

1. Определение суммарного содержания антиоксидантов методом FRAP / Т.Г. Цюпко, И.С. Петракова, Н.С. Бриленок и др. // Аналитика и контроль. - 2011. - 15. - № 3. - С. 1-12.

2. Хасанов B.B., Рыжова Г.Л., Маль^ва E.B. Методы исследования антиоксидантов // Химия растительн. сырья. - 2004. -№ 3. - С. 63-75.

3. Karadag A., Oscelic B., Saner S. Review of methods to determine antioxidants capacities // Food analytical methods. - 2009. -№ 2. - P. 41-60.

4. Цюпко Т.Г., Bopoнoва О.Б., Храпко H.B., Teмepда-

шєв 3.A. Антиоксидантная активность как обобщающая характеристика качества пищевых продуктов // Экологич. вестн. научных центров Черноморского экологического сотрудничества. - 2005. - № 2.

- С. 91-95.

5. Умланд Ф., Ясєн A., Твдиг Г. Комплексные соединения в аналитической химии. - М.: Мир, 1975. - 531 с.

6. Яшин Я.И., Рьіжнєв B^., Яшин A^., Чepнoycoва

Н.И. Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и их влияние на здоровье и старение человека. - М.: Транслит, 2009.

- 212 с.

7. Зиятдинова Г.К., Нпзанова А.М., Будников Г.К. Кулонометрическая оценка железовосстанавливающей способности некоторых продуктов питания // Бутлеровские сообщения. - 2011. -4. - № 4. - С. 72-79.

8. Roginsky V., Lissi E.A. Review of methods to determine chain-breaking antioxidant activity in food // Food chemistry. - 2005. -V. 92. - № 2. - P. 235-254.

9. ГОСТ P ИСО 5725-2002. 4.1-6. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 208 с.

10. РМГ 61-2003. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Показатель точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 4 с.

11. Потенциометрический метод определения антиокси-дантной активности: оценка основных метрологических зарактери-стик / Е.Н. Шарафутдинова, О.В. Инжеватова, Н.В. Тоболкина и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - 74. -№ 6. - С. 9-14.

Поступила 11.08.11 г.

EVATUATION OF ANTIOXIDANT ACTIVITY OF FOODSTUFFS USING OF INDICATOR SYSTEM BASED ON PHENANTHROLINATE COMPLEXES OF IRON

T.G. TSYUPKO, D.A. CHUPRININA, N.A. NIKOLAEVA, O.B. VORONOVA, Z.A. TEMERDASHEV

Kuban State University,

149, Stavropolskaya st., Krasnodar, 350040; fax: (861) 219-95-71, e-mail: [email protected]

The effect of individual antioxidants on the indicator system Fe(III) - o-phenanthroline was studied. The choice of ascorbic acid as a substance-standard for determination antioxidant activity (AOA) of foodstuffs was proved. Grouping of foodstuffs in according to content in their reductants of organic nature was carried out and AOA of foodstuffs samples belonging to different groups was estimated.

Key words: spectrophotometric analysis, antioxidant activity, total indices, foodstuffs.

664.951.037.59

АНАЛИЗ МЕТОДИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ С ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ В ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

В.Н. ЛЫСОВА, З.С. САЛИМОВА

Астраханский государственный технический университет,

414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16; тел.: (8512) 61-45-97, электронная почта: [email protected]

Рассмотрены различные математические модели расчета процесса размораживания. Определены погрешности расчетов в сравнении с экспериментальными данными. Предложена математическая модель процесса размораживания, адекватная экспериментальным данным, с погрешностью не более 10%.

Ключевые слова: размораживание, уравнение теплового баланса, тепломассообмен, моделирование процесса размораживания.

Замораживание как способ консервирования сырья животного и растительного происхождения более экономично, чем тепловая обработка и лучше сохраняет потребительские качества продукта. Значительная часть замороженной продукции в последующем подвергается процессу размораживания. В иерархии решаемых задач разработка новых конструкций и правильная эксплуатация существующих дефростеров является завершающей.

Размораживание можно осуществлять различными способами и на разном оборудовании. По способу передачи энергии продукту способы размораживания ус-

ловно можно разделить на две группы: поверхностные способы, при которых размораживание осуществляется за счет подвода теплоты от теплоносителя через поверхность тела, и объемные способы, где генерация теплоты осуществляется непосредственно в объеме тела замороженного продукта.

На наш взгляд, исходными критериями выбора способа размораживания гидробионтов, мясопродуктов и др. являются два взаимосвязанных параметра: продолжительность процесса и толщина продукта (характерный линейный объем). Толщина продукта при заданных режимах определяет скорость процесса, от кото-

рой в свою очередь зависит требуемая энергоемкость дефростеров, а значит, и стоимость изготавливаемой продукции.

Таким образом, выбор способа размораживания на основе определенных критериев базируется на комплексе параметров: теплофизических и физико-химических свойствах продукта, форме, требованиях к температуре и др. Все они по возможности должны быть учтены в инженерной методике расчета. Однако сделать это в одной модели, описывающей процесс размораживания, в настоящее время не удается. Поэтому используют модель, которая наиболее проста и адекватна реальному процессу.

Большинство расчетов процесса размораживания основаны на уравнении теплового баланса

_[сс(г„ - г д) + Скр Г + СС „(г к - г „) + а ]

Т

где Q - общая тепловая нагрузка дефростера, Вт; С - количество сырья, подвергаемое размораживанию, кг; С - средняя теплоемкость сырья в диапазоне изменяющихся температур, Дж/(кг • °С); гн, ?к - начальная и конечная температура сырья, °С; г„ - криоскопическая температура, °С; Скр - количество воды, находящийся в замершем состоянии в процессе размораживания, кг; г - теплота фазового перехода, Дж/кг; С„ - теплоемкость сырья в диапазоне положительных температур, Дж/(кг • °С); Qn - потери тепла, Дж.

Данная модель удобна в инженерных расчетах, но не учитывает кинетических закономерностей процесса размораживания, т. е. изменения температуры продукта во времени и изменения распределения температур по толщине продукта во времени, не позволяет проследить скорость процесса теплообмена. Это может привести к серьезным погрешностям при расчете и выборе дефростера, так как нередко приходится задавать время без учета реальной скорости процесса.

Во избежание этого необходимо одновременно с уравнением теплового баланса использовать в расчете одну из известных кинетических моделей процесса.

Международный институт холода рекомендует для приближенного расчета общего времени размораживания (замораживания) применять упрощенное уравнение. Этому требованию соответствует известное уравнение Планка

х =

Мі N

В_

4

(2)

хождение с экспериментальными данными. Отмечено, что погрешность расчетов зависит как от интенсивности энергоподвода при размораживании, так и от толщины блока гидробионтов.

Для корректировки уравнения (2) предложено ввести поправочный коэффициент, учитывающий погрешность расчетных экспериментальных данных.

Применительно к блокам гидробионтов уравнение для определения продолжительности размораживания принимает вид

В

4

(3)

где В - коэффициент корректировки.

Для размораживания в воздушной среде

в

1

1-(1- 5,7В)

Для размораживания в воде (орошением, погружением), конденсирующимся паром под вакуумом

в

1

1-(1-4,66В)'

Модели (1) и (3), дополняя друг друга, имеют право на самостоятельное существование. Практика показывает, что модель теплового баланса работает с погрешностью от 3„% и выше. Во избежание этого необходим контроль с помощью модели, которая покажет правомерность выбранной скорости размораживания при данных режимах с учетом размера продукта и его свойств.

При теоретическом решении задач теплопереноса с подвижными границами фазового превращения принципиально возможно несколько подходов [3, 4]. При одном из них истинная кривая распределения температуры задается произвольно, например в виде параболы п-го порядка. При решении задачи этим методом [5] реальную температурную кривую, например в размороженном слое, описывают параболой вида

У

(4)

где g - теплота, подводимая к продукту, кДж/кг; р - плотность замораживания продукта, кг/м3; Аг - разность между криоскопической и средней температурой замороженного продукта, К; Э - толщина продукта, м; N - коэффициент формы размораживания продукта; а -коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к теплоносителю Вт/(м2 ■ К).

Ценность формулы Планка - в ее простоте, а корректировка с помощью эмпирических коэффициентов позволяет использовать ее для инженерных расчетов. Примером дальнейшего уточнения формулы Планка для конкретных случаев являются выражения, предложенные в [1, 2].

Результаты расчетов продолжительности размораживания по уравнению (2) показали значительное рас-

где і,у - соответственно температура и координата рассматриваемой точки; - температура поверхности тела; ік - криоскопическая температура; £, - толщина размороженного слоя.

Показатель степени п определяют экспериментально или выбирают так, чтобы достигнуть необходимой точности конечных результатов.

Расчетную формулу для определения продолжительности размораживания получают из дифференциального уравнения теплового баланса

ае—абак +ае,

разм -

(5)

где Q, Qaк, Qразм - тепло, поступающее к поверхности тела, аккумулированное размороженным слоем, поглощаемое на границе размораживания.

п

Выражая переменную температуру гп через постоянную температуру гт, с использованием граничных условий III рода, получим

Ft

FQ = - 1 F-Fdx = (tn -1K )Fdx =

VI i _ i

-Fdx,

(6)

1+ n j/a

FQa,

Pi C1 F(t <x> - t к )

n + 1

(7)

1+—1 a

Величина dQpasM определится из выражения

FQpa3M = Ф 1FF ■

(8)

Подстановка (6)-(8) в (5) и последующие интегрирования в пределах от„до т иот„до Я1 приводят к выражению для определения времени полного размораживания

rR 2

г 1R1

R 2

2a1 пс(^- tк ) ^- tк ) 2a1 n(n + 1)

1R1

21 nln(1+ aR ^ n 1)

a1a2 n(n + 1) a1a2 n(n + 1)

(9)

FO =

K

n + 1

1

2n

1

Bi

n ln(1+ Bi/n) (n + 1)Bi2

(10)

где Г - площадь блока, м2.

Для аккумулированной теплоты

Qак = Г рс1(гср — гк ), после вычисления среднеинтегральной температуры и дифференцирования по ^ имеем

Вводя безразмерные числа, уравнение (9) можно представить в более компактной форме, удобной для расчетов:

где Бо = -число Фурье; Ы = а^1-критерий Био;К =------- ----

^1 1 С(гм — гк)

- критерий размораживания, равный отношению теплоты фазового превращения к теплоте, необходимой для нагрева тела от криоско-пической температуры до температуры окружающей среды; п - показатель степени параболы, описывающей температурное поле в размороженном слое.

Даже если значение п известно, расчет по формулам (9) и (10) затрудняется в связи с необходимостью определения значений коэффициента теплоотдачи и г, которые изменяются в процессе размораживания. Многочисленные расчеты показали, что лучшее согласование с опытными данными достигается при определении г по криоскопической температуре, а а - для условий в начале размораживания. Сопоставления расчетных величин продолжительности размораживания с опытными данными показывают достаточную для инженерных расчетов точность. Погрешность расчетных данных от экспериментальных составляет не более 1„%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алмаши Э., Эрдели Л., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. -407 с.

2. Родин Е.М. Холодильная технология рыбных продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1979. - 200 с.

3. Беляев Н.М. Методы нестационарной теплопроводности. - М.: Высш. шк., 1988. - 328 с.

4. Цой П.В. Методы расчета задач тепломассопереноса. -М.: Энергоатомиздат, 1984. - 416 с.

5. Фомин Н.Г. Моделирование технологических процессов пищевой промышленности на ЭВМ. - Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1977. - 106 с.

Поступила 25.03.11 г.

1

2

ANALYSIS OF TECHNIQUES FOR DETERMINING DURATION OF THERMAL PROCESSES WITH PHASE TRANSITION IN FOOD TECHNOLOGIES

V.N. LYSOVA, Z.S. SALIMOVA

Astrakhan State Technical University,

16, Tatischeva st., Astrakhan, 414025;ph.: (8512) 61-45-97, e-mail: [email protected]

Various mathematical models of calculation of the process of defrosting are considered. Errors of calculations in comparison with experimental data are determined. The mathematical model of the process of defrosting, adequate to experimental data with a margin error no more than 10% is offered.

Key words: defrosting, equation of thermal balance, heat and mass transfer, modeling of defrosting process.