Нугманов А.Х.-Х., кандидат технических наук, доцент Краснов В.А.
Максименко Ю.А., кандидат технических наук, доцент Фоменко Е.В., соискатель (Астраханский государственный технический университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ПАСТООБРАЗНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Предложен оригинальный метод и установка для определения теплоемкости пастообразных пищевых материалов. Представлены результаты комплекса экспериментальных исследований по определению удельной теплоемкости пищевых материалов.
Ключевые слова: теплоемкость, метод определения теплоемкости, теплоемкость пищевых материалов, калориметр.
THE STUDY OF HEAT CAPACITY OF PASTY FOOD PRODUCTS
We proposed an original method and installation for determining the thermal capacity of the paste-like food material. Presents the results of complex experimental studies to determine the specific heat capacity of food materials.
Keywords: heat, method for determination of heat capacity, heat capacity of food materials, the calorimeter.
Введение. Перспективны исследования по разработке инновационных технологий переработки растительного сырья [1 и др.], для развития которых необходим значительный объем исследований по определению свойств, в том числе теплофизических сырья/полуфабрикатов и продуктов [2,3,4 и др.]. Принимая во внимание, что метод адиабатического калориметра [5 и др.], позволяющий получить наибольшую точность результата, неприемлем для ряда термолабильных пищевых продуктов, предложен оригинальный метод.
Объекты и методы исследований. В основу метода положено определение за счет высокочувствительной измерительной схемы постоянной калориметра - К, учитывающей с высокой точностью потери вводимой тепловой энергии при изменении температуры исследуемого образца (порядка 2 К).
Экспериментальная установка включает тепловую и измерительную части. Тепловая часть представляет собой теплоизолированный сосуд термостат - термос в состав, которого входит корпус, стакан для образца, нагреватель, крышка и дифференциальная термопара медь-константан. Измерительная часть (рисунок 1) состоит из двух частей: 1 - схемы питания и измерения напряжения и тока в нагревателе и 2 - схемы измерения и регистрации тер-моэдс измерительной дифференциальной термопары.
Согласно схеме установки (рисунок 1) образец 1 и нагреватель 2 помещены в стакан 3 из пищевой нержавеющей стали. В объеме образца помещён «горячий» спай 4 дифференциальной термопары, а «холодный» спай 5 находится в свободном пространстве термостата, заполненном ватой для ослабления конвекции воздуха. Термостат - термос 6 с названными элементами схемы представляют тепловую часть установки. Разъём 7 соединяет тепловую и измерительную части. Стабилизированный источник питания 8 через выключатель 9 подключен по 4-х проводной схеме к амперметру 10 и вольтметру 11. Термоэдс термопары подаётся на вход фотокомпенсационного усилителя 12 типа Ф116/2, где происходит её предварительное усиление. Магазин 13 сопротивлений служит для согласования выхода Ф116/2 с
входом самописца 14 типа КСП-4. Устройство 15 для смещения «нуля», то есть пишущего узла - стрелки самописца.
Удельная теплоёмкость c, Дж/(кгК) определяется по формуле:
Qm Q - К и ■ I ■ Ат - К
с = "е = —-=--(1)
т ■ Аг т ■ Аг т ■ А?
где; Qпол - полезное количество введённой в исследуемый образец тепловой энергии, Дж; т -масса образца, кг; Аг - изменение температуры образца, К; Q -количество введённой в исследуемый образец тепловой энергии, Дж; и - напряжение на нагревателе образца, В; I - сила тока через нагреватель, А; Ат - отрезок времени, в течение которого пропускается ток через нагреватель, с; К - постоянная калориметра, Дж.
Рис. 1. Схема установки для определения удельной теплоёмкости 1 - образец, 2 - нагреватель, 3 - стакан, 4 - спай дифференциальной термопары, 5 - спай дифференциальной термопары, 6 - термостат - термос, 7 - разъём, 8 - стабилизированный источник питания, 9 - выключатель, 10 - амперметр, 11 - вольтметр, 12 - фотокомпенсационный усилитель типа Ф116/2, 13 - магазин сопротивлений, 14 - самописец типа КСП-4, 15 - устройство смещения «нуля»
Таблица 1
Удельная теплоемкость плодоовощных пастообразных продуктов
Продукт Влажность образца, кг/кг с, Дж/кг К
Пюре из отварной моркови 87,5 3457
Сок из моркови (сорт «Витаминная») 0,85 3920
Пюре из кабачка (сорт «Ролик») 93,6 3662
Пюре из моркови (сорт «Витаминная») 82 3652
Пектиновые экстракты 0,9 3984
Водный экстракт имбиря 0,9 3985
Пюре из томата (сорт «Астраханский») 0,94 3945
Результаты исследований. Разработанный метод апробирован для ряда плодоовощных пастообразных продуктов и проведен комплекс экспериментальных исследований по определению удельной теплоемкости (таблица 1). Полученные значения сопоставимы с литературными данными [6].
Выводы. Дальнейшее развитие получают исследования по определению теплоемкости пищевых материалов с использованием разработанной методики и экспериментальной установки с целью применения полученных результатов в инженерной практике при расчете и проектировании процессов и аппаратов. Результаты исследований могут быть использованы для анализа кинетики и динамики тепло- и массообменных процессов, их моделирования и оптимизации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексанян И.Ю. Инновационные технологии переработки сырья растительного происхождения [Текст]/ И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Л.М. Титова// Инновационные технологии АПК России - 2014: материалы II конференции в рамках Международного научно-технологического форума «Биоиндустрия - основа зеленой экономики, качества жизни и активного долголетия». - М., 2014. - 84 с. С. 12-18.
2. Синяк С.В. Физико-химические и теплофизические свойства кормовых продуктов [Текст] / С.В. Синяк, Ю.А. Максименко // Вестник АГТУ. 2005. № 2(25). С. 272-277.
3. Хайбулов Р.А. Теплофизические характеристики пектина [Текст] / Р.А. Хайбулов, О.А. Петровичев, Ю.А. Максименко, Е.Д. Кромский // Вестник АГТУ. 2006. № 6. С. 150-153.
4. Краснов В.А. Зонд для определения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов [Текст] / В.А. Краснов, Н.А. Подледнева, Ю.А. Максименко // Вестник АГТУ. Научный журнал. 2012. № 1(53). Астрахань: АГТУ, 2012. С. 34-36.
5. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов [Текст] /Чудновский А.Ф. - М. : Физматгиз, 1992. - 455 с.
6. Гинзбург А.С. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов [Текст] / А.С. Гинзбург, М.А. Громов. - М.: Агропромиздат,1987. - 272 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.