CC BY
10Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2011, № 4 (12)
УДК 631. 3. 543. 842. 08.
Э.В. Клейменов, канд. физ.- мат. наук, доцент, Рязанский ГАТУ
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ ВОДЫ В ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ПИЩЕВОГО НАПРАВЛЕНИЯ
В общем случае продукты для пищевой промышленности представляют дисперсную систему с большой совокупностью дисперсных фаз.
При введении влаги в такие дисперсные системы происходит её соприкосновение с твердыми частицами дисперсной среды. Вследствие такого явления часть жидкой фазы заполняет межкри-сталлическое пространство, а другая часть связывается с поверхностью частиц дисперсной среды, образуя так называемый связанный слой, который обладает следующими свойствами [ 1 ]:
- изменяется подвижность жидкости вблизи поверхности твердой фазы;
- уменьшается растворяющая способность;
- наблюдается аномальная температура замерзания;
- отмечается высокая объёмная плотность;
- установлена аномальная величина диэлектрической проницаемости;
- отмечаются аномальные механические свойства (увеличение сопротивления при сдвиговой деформации).
Вследствие таких особенностей граничных слоев представляет интерес разработка методов, позволяющих, хотя бы качественно, установить факт образования такого поверхностного слоя, Ранее были разработаны экспериментальные методы исследования слоёв жидкости поверхности твердой фазы. К ним относится метод капиллярной конденсации, фильтрационный метод, электроосмотичекий метод и т. д. Все перечисленные методы исследования не позволяют, исходя из экспериментальных результатов, рассчитать толщину граничного слоя.
На основании ранее полученных экспериментальных результатов было установлено, что молекулы воды вблизи поверхности твердой фазы имеют малую подвижность в сравнении с молекулами воды в свободном объёме, вследствие их взаимодействия с поверхностью твердой фазы.
Исходя из этого, был разработан метод на основе высокочастотного электромагнитного поля, состоящий в том, что внешнее электромагнитное поле, создаваемое катушкой индуктивности, воздействует на молекулы воды (диполи). Блок-схема установки описана в работе [2 ]. Вследствие такого воздействия свободные дипо-
ли имеют более интенсивные колебания, а диполи, связанные с поверхностью твердой фазы - менее интенсивные колебания. Каждый из этих диполей, вследствие своих колебаний, создает вторичное электромагнитное поле, которое фиксируется в той же катушке индуктивности по изменению её резонансной частоты. Для исследования были взяты эталонные образцы речного песка с различной фракцией.
Экспериментальные результаты исследования пищевых дисперсных систем
В качестве пищевых дисперсных систем исследовались следующие пищевые продукты: соль
№С1 с различной фракцией твердых частиц; крупа манная; мука с фракцией менее 0,215мм; пшено.
Для исследований брались выше перечисленные образцы пищевых продуктов массой по 100г. и подвергались воздушно-тепловой обработке при 1000 С в течении одного часа для удаления фоновой влаги. Затем в исследуемую систему дозиро-ванно вводилась дистиллированная вода для изменения массовой доли влаги от 2,5% до 20% . Для экспериментальных исследований из общей массы в 100г. брался образец объёмом 10см3 и помещался в катушку индуктивности колебательного контура LC. При этом происходило изменение резонансной частоты контура. Экспериментальные исследования позволили установить, что изменение резонансной частоты без образца и при его наличии дают возможность оценить состояние воды вблизи поверхности твердой фазы по параметру «а»
а = ( f - f )/ f т
'г о ' г о
где fr - частота генератора без образца, Гц;
f - частота генератора при наличии образца, Гц;0
т0 - масса образца, г
На рис.1 представлены экспериментальные результаты по динамике поступления воды в дисперсную систему №С1 для различных фракций исследуемого продукта.
Из сравнения экспериментальных результатов для эталонных образцов (речной песок) и опытных данных для NaCl видно, что образование поверхностного слоя воды происходит только для фракции более 0,4 мм. Процесс образования по-
© Клейменов Э. В., 2011
верхностной пленки для данной фракции начинается при внешней влажности порядка 2,5% и заканчивается при влажности порядка 6% . Для фракции более 0,215 мм. и менее 0,315 мм. процесс образования поверхностного слоя происходит значительно слабее (отсутствии минимума на кривой ). Для фракции менее 0,215 мм. вообще не наблюдается образование поверхностно - связанного слоя воды. В данном случае можно предположить, что вся поступающая извне влага идет на процесс растворения кристаллов поваренной соли.
На рис. 2 представлены экспериментальные результаты по динамике поступления воды в пи-
щевые дисперсные системы: крупа манная, мука пшеничная с фракцией частиц менее 0,215 мм. и пшено.
Из приведенных опытных данных видно, что для всех видов рассматриваемых дисперсных систем наблюдается образование поверхностного слоя воды, связанного с частицами дисперсной среды. Если для крупы манной и муки образование поверхностного слоя наблюдается после заполнения водой межчастичного пространства, то для пшена процесс образования поверхностного слоя начинается сразу же после поступления внешней влаги в дисперсной системе
Рис. 1 - Динамика поступления воды в дисперсную систему №С1 для различных фракций
а, 10'5уг Пшено / Крупа манная
}° у/ Мука (фр< 0,215 мм)
Луї { /
и
30 1У,%
Рис. 2 - Динамика поступления воды в дисперсные системы пищевого назначения
Библиографический список 2. Патент 1803865 Способ определения про-
1. Ребиндер П.А. О формах связи влаги с мате- теина в воздушно - сухих смесях / Э.В.Клейменов риалом в процессе сушки. - М.: Профиздат, 1958, - опубл. В БИ №11, 1993.
с.32.
