Алехина Л.Т., Большаков А.С., Боресков В.Г. и др. Технология мяса и мясопродуктов

Подождите немного. Документ загружается.

•очередь, обусловливает большую анизотропную поляризуе-

мость молекул.

Интенсивные исследования структуры воды пока еще не

привели к созданию удовлетворительной модели, которая объ-

ясняла бы все свойства воды и водных растворов. Наиболее

совершенной до сих пор остается модель воды как четырех

координатно связанной структуры с изогнутыми водородными

связями.

Вода, являясь основным компонентом в пищевых продук-

тах, может находиться в самых разнообразных формах связи.

При этом энергия связи имеет решающее значение.

Связь влаги осуществляется межмолекулярными силами

(Ван-дер-Ваальсовы силы), которые обусловлены тремя эф-

фектами: ориентационным (электростатическим), преобладает

в веществе с полярными молекулами; индукционным (дефор-

мационным), преобладает в веществе с квазиупругими дипо-

лями; дисперсионным, когда молекула поляризуется в поле со-

седней молекулы.

Относительная доля этих эффектов для разных веществ

разная, так, по данным Б. В. Дерягина и И. И. Абрикосовой,

Ван-дер-Ваальсовы силы взаимодействия имеют место на рас-

стоянии до 0,1 —1,2 мкм, т. е. значительно больше самих моле

кул.

Особым видом межмолекуляриого взаимодействия является

водородная связь. Она проявляется между ковалентно связан-

ным атомом водорода и электроотрицательными атомами (кис-

лород, фтор, азот), которые принадлежат к той же или другой

молекуле.

Энергия водородной связи равна 21,0—29,4 кДж/моль, что

лишь на один порядок меньше энергии химического взаимодей-

ствия. Энергия Ван-дер-Ваальсового взаимодействия колеблет-

ся в пределах 0,42—4,2 кДж/моль.

В процессе удаления влаги нарушается ее связь с телом,

на что затрачивается определенная энергия. Поэтому, как ука-

зывал акад. П. А. Ребиндер, единственно правильным методом

оценки форм связи воды и классификации этих форм является

использование для этой цели величины энергии связи — сво-

бодной энергии процесса обезвоживания, как это принято в

физико-химической термодинамике.

П. А. Ребиндер по величине и энергии связи различает

в общем виде четыре формы связи влаги с телами (в порядке

убывающей связи): химически связанная, адсорбционно-свя-

занная, осмотически связанная, капиллярно-связанная.

Химически связанная влага представляет воду гидрата, свя-

занную в виде гидроксильных ионов, и конструкционную воду

кристаллогидратов, связанную значительно слабее. Химическое

связывание влаги в строго определенных молекулярных соот-

ношениях происходит при химической реакции (гидратации).

€0

При этом вода входит в состав новообразованного вещества.

При кристаллизации из раствора вода входит в структуру кри-

сталла целыми молекулами.

Адсорбционно-связанная влага обусловлена взаимодействи-

ем молекул, адсорбента и молекул воды. Большую часть ад-

сорбционно-связанной влаги в животных тканях мясопродуктов

составляет влага, которая образует сольватную оболочку мо-

лекул белковых веществ и гидрофильных коллоидов. Часть

адсорбционной влаги входит в состав сольватных оболочек

гидрофобных коллоидов.

Осмотически связанная влага является свободной в том

смысле, что ей соответствует весьма малая энергия связи. Вла-

га поглощается без выделения тепла и сжатия системы. Осмо-

тически связанная влага диффундирует внутри тела в виде

жидкости через стенки клеток благодаря разности концентра-

ции внутри и вне клеток.

К капиллярно-связанной относится влага макрокапилляров.

Эта часть воды находится в капиллярах (норах), средний ра-

диус которых 10"

м. Капиллярная влага перемещается в теле,

как в виде жидкости, так н в виде пара. Различают два со-

стояния капиллярной влаги: стыковое состояние, когда влага

разобщена в виде манжеток (защемленная вода), и канатное

состояние, когда клинья жидкости соединены между собой

(защепленный воздух), образуя непрерывную жидкую пленку,

обволакивающую дисперсные частицы тела.

Таким образом, роль воды необычайно важна и многооб-

разна, и именно она во многом предопределяет состояние мяса

и мясопродуктов в процессах переработки и хранения.

Активность воды

Для характеристики состояния влаги в продукте наряду

с традиционными показателями водосвязывающей (ВСС) и во-

доудерживающей (ВУС) способности все шире применяют

показатель активности воды a

, являющийся интегральной ха-

рактеристикой. Активность воды влияет на жизнедеятельность

микроорганизмов, на биохимические, физико-химические реак-

ции и процессы, протекающие в продукте. От величины актив-

ности воды зависят сроки хранения мяса и мясопродуктов,

стабильность мясных консервов, формирование цвета и арома-

та, а также потери в процессе термообработки и хранения.

Продукты с пониженным содержанием влаги легче противосто-

ят микробиальной порче и нежелательным физико-химическим

изменениям. Из общего количества воды, содержащейся в пи-

щевом продукте, бактерии, плесени, дрожжи могут использо-

вать для своей жизнедеятельности лишь определенную «актив-

ную» часть. Термин «активность воды», который ввел Скотт

в 1953 г. в отношении пищевых продуктов, позволил устано-

вить взаимосвязь между состоянием слабосвязанной влаги

продукта и возможностью развития в нем микроорганизмов.

Добавлением таких растворимых субстанций, как соль, са-

хар, белковые ингредиенты, достигается усиление связи влаги

в пищевом продукте. В результате удаления влаги высушива-

нием, как и превращением воды в лед при замораживании, так-

же уменьшается количество слабосвязанной влаги. Достигну-

тое этим путем повышение осмотического давления снижает

парциальное давление водяного пара, уменьшается активность

воды. Эти явления служат основой для традиционных спосо-

бов консервирования продуктов.

Активность воды определяется как отношение парциально-

го давления водяного пара над поверхностью продукта к дав-

лению насыщенного водяного пара при той же температуре

= p/p

= РОВ/Ж,

где р— парциальное давление; ро —давление насыщенного водяного пара,

РОВ — равновесная относительная влажность.

Активность воды — это характеристика самого продукта,

обусловленная химическим составом и гигроскопическими

свойствами его, РОВ — характеристика окружающей среды,

находящейся в гигротермическом равновесии с продуктом. Ак

тивность воды служит качественной характеристикой связи

влаги в продукте. Так, энергия связи влаги с материалом рав

на

E=—RT In (р/ро) =— RT In a

где /^газовая постоянная; Т — температура.

Чем прочнее связана влага с материалом, тем меньше вели

чина р, и наоборот, для свободной воды р достигает значения

Ро и становится равный 1, а энергия связи Е — равной 0.

Рнс. 8. Примерная изотерма сорбции пищевых продуктов

Рис. 9. Средняя скорость реакций порчи в пищевых системах как функция

активности воды (температура комнатная):

/ — окисление липидов; 2 — неферментативное покоричневение: 3 — гидролитические ре-

акции; 4 — ферментная активность; 5 — рост плесневых грибов; 6 — рост дрожжей; 7 —

рост бактерий

Зависимость активности воды от влагосодержания продукта

= f

] при постоянной температуре носит название изотермы

(рис. 8). При удалении влаги из продукта (десорбции) и полу-

чении влаги продуктом (адсорбции) изотермы совпадают толь-

ко в начальных точках, т. е. имеет место сорбционный гистере-

зис.

Для каждого вида микроорганизмов существуют максималь-

ное, минимальное и оптимальное значения активности воды.

Удаление a

от оптимального значения приводит к уменьше-

нию жизненных процессов, присущих микроорганизмам. При

достижении определенной максимальной или минимальной ве-

личины активности воды прекращается жизнедеятельность

микроорганизмов, что не говорит о гибели клетки. Минималь-

ные значения активности воды для различных микроорганиз-

мов приведены ниже.

Микроорганизмы

Грамнегативные палочки

Большинство кокков н лактобацилл

Большинство дрожжей

Большинство плесеней

Большинство галофильных бактерий

Ксерофильные плесени

Осмофильные дрожжи

1,00—0,95

0,95—0,91

0,91—0.88

0,88—0,80

0,80—0,75

0,75—0,65

0,65—0,60

На практике редко встречается рост микроорганизмов при

указанных выше значениях активности воды, потому что

в большинстве случаев не все остальные факторы роста нахо

дятся в оптимальных пределах. Активность воды является не

только фактором роста микроорганизмов, но и играет значи-

тельную роль для выживаемости их в условиях, когда рост

невозможен. Как при низкой, так и при высокой температуре

споры имеют меньшую выживаемость в среде с более высокой

активностью воды.

На рис. 9 показан график средней скорости порчи пищевых

продуктов, впервые представленный Лабузой и названный

«картой стабильности пищевых продуктов в зависимости от

активности воды». Все пищевые системы обладают специфи-

ческими чертами как с химической, так и с физической точки

зрения, поэтому этот рисунок может дать только относитель-

ную информацию. Тем не менее в общем он дает возможность

заглянуть в суть различных явлений порчи. Уменьшение актив-

ности воды замедляет все типы реакций порчи и рост микроор-

ганизмов до тех пор, пока на определенном уровне все реакции

практически останавливаются, кроме химического окисления

липидов, для которого благоприятно и дальнейшее понижение

активности воды.

Таблица 15

Продукты

Содержание вла

ги, %

Активность воды

Мясо 70—74 0,96—0,99

Колбасы

вареные 6272 0,960,98

полукопченые 40—55 0,94—0,97

варенокопченые 40—43 0,90—0,93

сырокопченые 24—30 0,78—0,85

Активность воды имеет большое практическое значение.

В табл. 15 приведены ее численные значения для некоторых

мясопродуктов.

Активность воды можно изменять, подбирая сырье и рецеп

туры с учетом используемого количества поваренной соли и

жира. Создание оптимальных условий обезвоживания колбас

в процессе созревания является еще одной возможностью регу

лирования активности воды. В созревших колбасах рост не

желательных микроорганизмов сдерживается сочетанием низ

кой активности воды, анаэробной среды, низкого значения рН,

наличием хлорида и нитрата натрия и молочнокислой микро

флоры.

При использовании пищевых добавок степень их воздейст

вия на активность воды уменьшается в следующем порядке:

поваренная соль, полифосфат, цитрат, аскорбиновая кислота,

глюкозодельталактон, ацетат, тартрат, глицерин, лактоза,

молочный белок, жир. При этом микромолекулы с большей

степенью диссоциации приводят к большему снижению актив

ности воды, чем макромолекулярные вещества.

Для определения активности воды в мясопродуктах приме

няют различные методы. В гравиметрических методах выход

ной величиной является изменение массы пробы или вспомога

тельного гигроскопического материала за счет сорбции нм

влаги. В гигрометрических методах определяют изменение фи

зических или электрофизических параметров гигроскопического

материала (геометрические размеры, электропроводность, ди

электрическую проницаемость). Все эти методы являются кос

венными. К прямым относится манометрический метод непо

средственного измерения давления водяного пара с помощью

манометров (жидкостных, емкостных и др.). Этот метод явля

' ется основным при проведении исследовательских работ и при

нят за эталонный.

Структурно-механические свойства

Структурномеханические (реологические) свойства харак

теризуют поведение мяса и мясопродуктов в условиях напря'

женного состояния, основными показателями которого при при

ложении силы являются напряжение, величина и скорость де

формации. В зависимости от характера приложения усилий

свойства делятся на сдвиговые (касательные напряжения),

компрессионные (нормальные напряжения растяженнясжатия)

и поверхностные на границе раздела с другим материалом

(нормальные и касательные).

В реальных условиях работы аппарата или машины имеет

место сочетание всех свойств, в то же время в зависимости от

направленности процесса превалирует один из них.

Сдвиговые реологические свойства — предельное напряже

ние

сдвига

(в

, Па),

вязкость эффективная (г|эф,

Пас) и

плас

тическая (t), Пас), период релаксации (т

, с) —наиболее пол

но отражают внутреннюю сущность объекта, поэтому их при

нято считать основными. С их помощью рассчитывают течение

продуктов в трубах, рабочих органах машин и аппаратов, оп

ределяют необходимые усилия для перемещения продукта.

Кроме того, они позволяют судить о качестве продукта н сте

пени его отработки, т. е дают возможность обосновать опти

мальные технологические и механические условия процесса, а

приборное оснащение позволяет их контролировать и регулиро

вать, обеспечивая постоянное и стабильное качество.

К основным компрессионным (объемным) свойствам отно

сятся модуль упругости (Е, Па), равновесный модуль (£«,

Па), период релаксации деформации при постоянном напряже

нии (т„, с), относительная деформация (е). Эти параметры не

обходимы для расчета процессов шприцевания, формования,

дозирования и течения по трубопроводам пластнчновязких

продуктов. Объемные свойства можно также использовать для

оценки качества пластичновязких (фарши) и упругоэластич

ных (колбасные изделия) продуктов.

Особое место среди структурномеханических характеристик

занимают поверхностные свойства (адгезия, коэффициент внеш

него трения н др.). Они характеризуют усилие при взаимодей

ствии между поверхностями контакта при нормальном отрыве

или сдвиге. Для пищевых материалов различают три основных

вида отрыва: адгезионный, когезионный и адгезионнокогезион

ный, или так называемый смешанный отрыв. Наиболее часто

в адгезиометрах реализуется схема нормального отрыва от

поверхности исследуемого продукта. Для большинства мясных

продуктов природа адгезии невыяснеиа, хотя существует не

сколько гипотез для объяснения физикохимической сущности

адгезионных явлений: адсорбционная теория Дебройна и Мак

Лорена, электрическая теория Б. В. Дерягина и Н. А. Крото

вой, электромагнитная теория, электрорелаксационная теория

Н. М. Москвитнна, диффузионная теория С. С. Воюцкого и

Б. В. Дерягина и др.

Коэффициент внешнего трения в отличие от вязкости п

5—34 65

предельного напряжения сдвига представляет собой комплекс-

ную величину и, по-видимому его нельзя отнести к конкретным

физическим свойствам продукта.

Поверхностные характеристики необходимы для выбора и

разработки новых видов контактирующих материалов с про-

дуктом для оборудования, тары, трубопроводов и т. д., поверх-

ности которых должны обладать малой адгезией и минималь-

ным сопротивлением при движении продукта. Кроме того, ве-

личины поверхностных свойств частично могут характеризовать

консистенцию продукта.

Мясо и мясопродукты сложны по химическому составу и

обладают комплексом различных свойств, составляющих в со-

вокупности качество продукции, при этом структурно-механиче-

ские свойства занимают ведущее место. Зиаиие этих свойств,

установление их зависимости от различных факторов приобре-

тают большое практическое значение для получения объектив-

ной информации о состоянии продукта на различных стадиях

обработки. Такая информация нужна также при разработке

новых технологий и методов управления и контроля за техно-

логическими процессами, при проектировании машин и аппа-

ратов. Таким образом, структурно-механические свойства нуж-

ны для определения и контроля с точки зрения качества про-

дукта структурно-механических характеристик; разработки

технологий, обеспечивающих получение дисперсных систем с за-

ранее заданными свойствами; разработки научно обоснованных

методов расчета машин и аппаратов с учетом особенностей об-

рабатываемого продукта; создания автоматизированных систем

контроля и управления технологическими процессами.

Структурно-механические свойства отражают внутреннее

строение (структуру) и состав вещества. Наиболее полно оии

характеризуют структуру, которая может быть коагуляцноииой

и конденсационио-кристаллизационной. Для мясопродуктов наи-

более распространен коагуляциониый тип структуры, которая

является следствием взаимодействия между частицами вещест

ва иа основе сил Ваи-дер-Ваальса через дисперсионную среду.

Структурам такого типа присуща тиксотропия, т. е. способность

восстанавливать свои свойства после снятия напряжения или

даже после разрушения. Очевидно, что структурно-механиче-

ские свойства коагуляциониых систем значительно зависят от

содержания воды, размеров частиц н прослоек, их физико-хи-

мических свойств. Для технологии представляется важной за-

висимость структурно-механических свойств от изменения раз-

меров частиц, например при измельчении мяса в процессе при-

готовления колбасного фарша.

При обезвоживании коагуляционные структуры могут пере-

ходить в коиденсациоино-крмсталлизацноиные, которые харак-

теризуются большой прочностью, необратимостью характера

разрушения, отсутствием тексотропности. Очевидно, оба вида

Таблица 16

Показатель

Определение

Формула

Относительная дефор-

мация при сдвиге к

Скорость сдвиговой

деформации (гради-

ент скорости к, с ');

скорость деформации

при растяжении-сжа-

тии (г, с

Напряжение сдвига,

среза (й. Па)

Предельное напряже-

ние сдвига (0, Па)

Эффективная вяз

кость (г),

, Па-с)

Скорость деформации

(для неустановивших-

ся процессов дефор-

мирования), с

-1

Мера внутренних сил.

возникающих в теле

под влиянием внеш-

них воздействий па

единицу площади по-

верхности, нормаль-

ной к вектору прило-

жения силы

Напряжение, равное

пределу текучести

Ау

у = т-

где (У( - -абсолютная величина

сдвигового смещения слоя под

действием касательных сил, м;

б — толщина слоя

• dy .

где к, е. относительная де-

формация соответственно при

сдвиге и растяжении-сжатии;

т — время

= PIF,

где Р -сила, Н; F - пло-

щадь, м-

Для неразрушенной структ)

ры. определяемой на кониче-

ских нластомерах

Qo=Km/h\

где К - константа конуса,

Н/кг; m — масса подвижной

части прибора, кг; h глу-

бина погружения нндеитора ч

момент практического равно-

весия.

Для неразрушенной и разру-

шенной структуры, определяе-

мой на ротационных вискози- .

метрах,

где Шц -масса нагрузки, при

которой ротор начинает вра-

щаться, кг; Ко — постоянная

вискозиметра

Итоговая характери-

11эф=

ц^'

!™

„

кот

°Р

ая 0ПИ

- определяется на ротационных

™J

равновеснос

вискозиметрах РВ 8 системы

состояние между про-

м п

. Волоровича

цессамн восстановле

ния и разрушения r\*$, = kmlN,

структуры в устано- где k -константа прибора;

вившемся потоке т —масса грузов, вращающих

ротор, кг; N — частота враще

ния ротора вискозиметр;;

Продолжение

Показатель

Определение

Формула

Пластическая вяз Вязкость, полученную

кость (п, Пас) Для малых скоростей

деформации, лежащих

в области ползуче

сти, называют шведов

окон, а для больших

скоростей деформа

ции, вызванных нап

ряжениями, превыша

ющими предельное

напряжение сдви

га, —• вязкостью

по

где В, В

*—соответственно

эффективная вязкость при

единичном значении относи

тельной скорости или

градиенте скорости ("(.)

По методике М. П. Волорови

ча при сдвиге, распространив

шемся на всю толщину коль

ца продукта, находившегося в

зазоре вискозиметра,

п = {Km--K

)!N;

когда сдвиг не распространя

ется на всю толщину кольца

rj

N '4л

_6_

во

где К, К 2

зпметра

• константы виско

Пластичиость

М. П. Волоровичу

(V, с')

Деформация

Относительная дефор

мация (е) при одно

осном растяжении

сжатии (свободном

или в форме)

V = 0

Изменение формы

или линейных размг

ров тела под дейст

вием внешних сил

без нарушения сплош

ности

Е=Д///,

где А/ абсолютное изменение

размеров тела, / — первона

чальный размер, м

Для мясного фарша А. В

Гор'батовым рекомендовано

кинетическое уравнение дефор

мации

е(р. T)=a

pai(lra

lgT),

где а

. ai, а

 коэффициенты,

зависящие от состава и свой

ств сырья

Упругость

Способность тела

восстанавливать пол

ностью свою форму

после деформации

Модуль упругости

первого рода (£, Па)

и при растяжении

сжатии

£=сг/е

Продолжение

Показатель

Определение

Формула

Модуль упругости

второго рода (G, Па)

при сдвиге

Объемный модуль уп

ругости (К. Па) при

одноосном сжатии

пластичновязкого

тела, не заключенно

го в жесткую форму

При одноосном де

формировании тела в

шмкнутом объеме

0=в/т

K=aV7AV.

где V — объем тела, м

; АУ 

изменение объема тела (AV =

или K=EG/(E+G)

Коэффициент Пуассо Относительная дефор

на (ц) мация

постоянного объема,

например, при одно

осном сжатии умень

шается высота тела

и увеличиваются его

поперечные размеры

При трехосном де

формировании с при

тожением одинаковых

напряжений

Коэффициент объем Относительное изме

иого сжатия (р\ неиие продукта при

Па^

) изменении давления где

на единицу измере Па

ния

* = £(!—2ц)

/е.

при условии e

, s — относительная деформа

Период релаксации Характеризует быст

(т

, с) роту процесса пере

хода системы из не

равновесного термо

динамического со

стояния, вызванного

внешними , воздейст

виями, в состояние

термодинамического

равновесия

иия по вертикали и горизон

тали продукта

Л'=£/136ц)

рЧр.т)=Л1//|/Ар=

е(р,т)/Др.

\р изменение давления,

Тр=п/6

Экспоненциальный закон ре

лаксации напряжений

6=»Н,ехр( —т/тр)

при т = 0 — продолжительность

деформации

Внешнее трение

Взаимодействие меж

ду телами по грани

це их соприкоснове

ния, препятствующее

относительному их

перемещению вдоль

поверхности сопри

косновения

По закону Б. В. Дерягина

/\Р = /(РК+Л,£

где f — истинный коэффициент

внешнего Греция; Р

 усилие

контакта, Па; Р

— адгезия

(липкость). Па, Fq  новер.х

и ость контактирования, м

Продолжение

Показатель

-Адгезия (Р

, Па)

Определение

Удельная сила нор-

мального отрыва пла-

стины от продукта

(Три вида адгезии:

когезионный отрыв —

по продукту, по гра-

нице контакта и

смешанный адгезиои-

но-когезионный; часто

любой вид отрыва

называют липкостью)

Формула

где

°-F

•

Ро — сила отрыва,

• площадь пластинки.

Н:

структур могут существовать в различных промежуточных фор-

мах.

В колбасном производстве, которое занимает ведущее место

в производстве мясопродуктов, с помощью структурно-ме.хани

ческих свойств и приборов можно контролировать технологи-

ческие параметры сырья и фарша, качество продукции на лю-

бой стадии технологического процесса фаршеприготовления (от

созревания мяса до набивки фарша в оболочку или форму), а

также консистенцию готовых изделий.

Таким образом, без интенсификации технологического про-

цесса и разработки средств для контроля оптимальных пара-

метров невозможны модернизация существующих и создание

новых совершенных поточно-механизированных и автоматизи-

рованных линий, являющихся основой технического перевоору-

жения предприятий мясной промышленности.

Показатели структурно-механических свойств представлены

в табл. 16.

Таблица 17

Продукт

Предельное напря-

жение сдвига. Па

Пластическая

вязкость. Пас

Говядина куттерованная

Свинина полужирная куттерованная

Колбаса

любительская

докторская

чайная

ливерная при

°С

60 °С

Сосиски свиные

Котлеты

700

650

700

540

500

2200

100

450

400

18—

19—

18-28

16—19

9—11

9—14

Таблица 18

Вязкость Г|-10', Па-с

Плотность р. кг/м"

Скот

цельной

кройи.

с ы Поротки

крови

цельной

крови

сыворотки

крови

Крупный рогатый

Мелкий рогатый

Свиньи

30-42

23—36

38—52

7,0—12,0

7,4-11,0

8.8—12.0

1050—1060

1055-1060

1049—1055

1028-1030

Численные значения некоторых сдвиговых структурно-меха-

нических характеристик мяса и мясопродуктов, по данным

А. В. Горбатова, приведены в табл. 17, 18.

Эти данные позволяют рассчитывать перемещение продук-

та в рабочих органах машин и аппаратов, а также использо-

вать при разработке технологий. Взаимосвязь структурно-ме-

ханических свойств с технологическими показателями сырья и

готовых изделий очевидна.

Теплофизические и массовлагообменные свойства

Большинство мясопродуктов при нормальных условиях

классифицируются как коллоидные капиллярно-пористые тела.

Сложная структура, наличие фазовых переходов, а также био-

логический характер происхождения делают задачу определе-

ния теплофизических и массовлагообменных характеристик

очень сложной и в большинстве случаев достаточно прибли-

женной. К теплофизическим характеристикам относятся тепло-

проводность, температуропроводность и теплоемкость. Фурье

.установил закон теплопроводности, положив в основу линей-

ную связь между тепловым потоком и температурным градиен-

том

—

где q — тепловой поток. Вт/м

; X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-

•К); V6 — градиент температур, К/м.

Теплоннерцнонные свойства продукта характеризуются ко-

эффициентом температуропроводности (в м

/с)

где с- -удельная теплоемкость. Дж/(кг-К): р -плотность продукта, кг/м

Коэффициент температуропроводности практически не за-

висит от влажности продукта, если она больше гигроскопиче-

ской. В то же время на теплоемкость влажность влияет очень

значительно.

Аналогично теплопроводности, где перенос тепла идет от

более нагретого к менее нагретому телу, перенос массы (в на-

шем случае влаги) также происходит при наличии разности-

потенциала переноса вещества. Уравнение переноса вещества

имеет вид

где q

— вектор плотности потока влаги, кг/м

: Х

— коэффициент влаго-

проводности, кг/м с ед. потеиц.; V9

— градиент потенциала вещества, ед.

потенц./м.

Градиент потенциала пропорционален, в зависимости от

вида переноса, градиенту давления пара или градиенту капил-

лярного потенциала, или градиенту осмотического давления.

Коэффициент потенциалопроводности, или коэффициент

диффузии влаги, определяют по формуле

Этот коэффициент зависит от влажности и температуры.

Связь между основными параметрами уравнения, характери-

зующего перенос теплоты и влаги, приведена в табл. 19.

Теплофизические показатели мяса зависят от содержания

влаги и жира (в %).

Обработка экспериментальных данных позволила получить

эмпирическое уравнение, связывающее c = f(W) и с = /(Ж),

Таблица 19

Показатель

Перенос теплоты

Перенос массы (влагн)

ТТотенциал

переноса

Движущая сила

переноса

Основные уравне-

ния переноса

Кинетические

характеристики

Температура 9

Градиент температу-

ры V9

Поток теплоты д =

Дифференциальное

уравнение переноса

теплоты внутри тела

c?9/dt=aV

Коэффициент темпе-

ратуропроводности

а=Х/(ср)

Потенциал вещества Я, 9„, (вла-

госодержание и)

Градиент потенциала вещества

(градиент влагосодержаиия

Vu)

Поток массы qm "Km V9 ,п

[поток влаги gm = —(X

)XVu —

= -- (Х

/с

ро) ро V и = —а

то

ро Vu[

Дифференциальное уравнение пе-

реноса влаги внутри тела

du/dr=a

V-u

Коэффициент массопереноса (диф-

фузии) влаги а

= Х

1(с

)

Примечание. X, Х

— соответственно коэффициенты теплопроводности н массо-

проводностн; с, с

— удельная теплоемкость н удельная массоемкость; р — плотность аб-

солютно сухого материала; V^didx+d/dy+dtdz — оператор Гамильтона; V

/5JC

ldy

+dVdz

— оператор Лапласа.

Таблица 20

Мясо

Т. К

Ж, %

р, кг/м

с, Дж/(кг-К)

\, Вт/(м-К)

а-10

М2/С

Говядина

3517

высший сорт

— — —

1962 3517

0,455

12,3

I сорт

— —

1087

3601

0,49

12,5

II сорт

— — —

1078

3056 0,35 12,3

III сорт

273 76,4

3,2

—.

3559

0,36

„

III сорт

273 76,6

0,9

—.-

3550

0,40

—

филе постное

280

75,0

0,9

1158

3517 0,50

12,6

бок постный

280 74,5

3,4 1158

3517

0.47 11,3

бедренная

280 76,0 3,0 1158

3517

0.45 11,0

часть

Свинина полужир-

•318

— —

1030

3056

0,33

10,6

ная

— — —

950

2177

0,41

19,8

303 76,8

—

1070

3770

0,49

12,5.

ножки постные

280

6,1

1158

3475

0,50

13,0

Солонина

273 74

—

1110

3446 0,12

3,1

Кур

— — —

1030

2307

0,41 12,0

Цыплят

273—293 69—75

—

1070

3559

0,415 10,9

Индейки

273—293

—

1070

3517

0,519

13,8

Эти уравнения справедливы при 7 = 273—303 К, №>26% и

Ж<30%.

с= 1675+25,1 W, с = 3658+25,1Ж.

Сводные данные Еремина В. И., Горбатова В. М., Латыше-

ва В. П., Соколова А. А., Масюкова В. Н., Гинзбурга А. С,

Громова М. А., Красовской Г. И., Алмаши Е., Рха С. о числен-

ных значениях теплофизических свойств мяса приведены

в табл. 20.

Повышение влажности вызывает характерные изменения

теплофизических свойств не только мяса, но и продуктов его

переработки. В. П. Федоров и др. установили эти свойства для

шквары (табл. 21).

Теплофизические характеристики колбасных изделий близ-

ки к данным по мясу. Они также зависят от содержания влаги

и жира. В то же время при плавлении жира величина коэффи-

Таблица 21

т, к

р,

кг/м

с, Дж/(к|--К)

К В>/(м-К)

а-10», м'/с

298 9 1100

323 9 1100

348 9 1100

— 15 910

— 20 910

— 30 910

— 40 910

583 0,133 20,7

1000 0,140 12,7

1333 0,147 10,0

1000 0,120 13,1

1300 0,135 11,6

1600 0,153 10,3

1800 0,160 9,8

73;

Таблица 22

Продукт

..!*•. %

кг 'м'

а10" (в м'с)

при 7'. К

Пика за гель

Среднее )на

ченне в нн>

тервале 293

341 К

кг 'м'

298—323 |.123—343

Среднее )на

ченне в нн>

тервале 293

341 К

Колбаса

столовая 67.3

любитель —

екая варе

ная

отдельная

докторская 

Сосиски молоч 70.fi

ные

(Сардельки I с. 67.8

15,9

1025

11,7

13,0

—

1012

12,0

12.5

1013

12,0

12,5

1020 12,3

13.1

15,4

1030

11,4

12,4

19,8

1030

13,2 14,3

г.

Дж/(кгК)

4050

Вт/(мК)

0,51

с.

Дж/(кгК

;

)

3770

Вт./(мК)

0,46

С,

Дж/(кгК)

3770

к.

Вт/(мК)

0,46

с,

Дж/(кгК)

4020

Вт/(мК)

0,51

с.

Дж/(кгК)

.3900

Вт/(мК)

0.48

с.

Дж/(кгК)

3940

Вт/(мК)

0.56

циента теплопроводности заметно растет. По данным В. М. Гор

батова, в табл. 22 приведены обобщенные теплофизические

характеристики колбасных изделий.

В. Н. Родин и В. И. Еремин наблюдали заметное измене

ние коэффициента температуропроводности колбасных фаршей

в зависимости от состояния жира (табл. 23).

Для мясных консервов А. А. Соколов установил численные

значения температуропроводности (табл. 24).

Т а б л и ц а 23

0111"

 м

, с

Фарш

лисп ibian.'ieHHfl

ж нра

до плавлении жира

лисп ibian.'ieHHfl

ж нра

Из говяжьего жилованного мяса

Для колбасы

7,8—8.3

014.7

полукопченой

вареной (любительской)

столовой

5.25.6

5.2—5,6

5,80.4

12.

5—13.6

5 13,6

0 15.6

л б л и ц а 24

Консервы

и10", ч'/с

Консериы

о 10". м

/с

..Тушеное мясо"

..Печеночный паштет"

..Мясной паштет"

..Жареное мясо"

..Почки соте"

18 5

14.0

12.4

14.2

14.7

Жареные мозги"

„Гуляш"

Соснскп в томате

„Языки В TOMiiTC"

13,0

16.2

16.7

14,5

Электрофизические свойства

Мясо и мясопродукты с точки зрения поведения их в элект

ромагнитном и акустическом полях представляют собой гете

рогенные смеси, содержащие воду. Такие компоненты, как

белки, жиры, углеводы, вода, по существующей классификации

можно отнести к разряду диэлектриков с потерями, а водные

растворы солей — электролиты — к разряду проводников.

Электрические и магнитные поля являются векторными ве

личинами и характеризуются электромагнитной напряжен

ностью Е и Я. Электрические и магнитные поля взаимосвязаны

и могут превращаться одно в другое. Для реальной среды

связь векторов поля можно описать системой уравнений

В = цН; D = e,E; б = х£,

где В магнитная индукция; р. — магнитная проницаемость; D — электри

ческая индукция; е

— абсолютная диэлектрическая проницаемость; б 

плотность тока проводимости; к — проводимость.

Диэлектрические свойства материала могут быть описаны

с помощью комплексной диэлектрической проницаемости е =

= е'— /е". Действительная часть е' называется диэлектричес

кой проницаемостью, мнимая часть е" — фактором потерь и

является мерой того, сколько энергии материал может рассе

ять в виде тепла. Тангенс угла потерь tg6 = e"/V определяет

отношение энергии, расходуемой на нагрев, к энергии, запасен

ной за период электромагнитных колебаний.

Зависимость диэлектрических свойств от частоты представ

ляется очень важной. Диэлектрическая проницаемость и удель

ное сопротивление мышечной ткани зависит от частоты. Суще

ствуют три области дисперсии электрофизических свойств: а

(низкие частоты), р" (радиочастоты), ч (сверхвысокие частоты).

Такой вид дисперсии характерен для большинства пищевых

продуктов, содержащих значительное количество воды.

Внутри каждой области возможны довольно значительные

вариации, которые обусловлены химическим составом, струк

турой и др. При рассмотрении этих позиций мясо с неко

торым упрощением можно считать двухфазной системой: обо

лочка клетки и ее содержимое. Если первая фаза приближает

ся по своим свойствам к диэлектрикам, то вторая — типичный

электролит с ионным характером проводимости, причем пер

вая фаза устойчива в живом организме и после убоя животно

го разрушается, а вторая фаза относительно стабильна. В свя

зи с этим при микроскопическом рассмотрении электрофизиче

ские свойства мяса в постоянной системе координат имеют

разрывы в своих значениях, совпадающие с границей раздела

фаз. Наличие ионной проводимости существенно изменяет час

тотные характеристики, причем оказывается, что ионная про

водимость играет большую роль,

чем релаксационные явления. На

практике диэлектрические потери

нельзя отделить от потерь прово

димости.

Дисперсия диэлектрической про

ницаемости компонентов пищевых

продуктов показана на рис. 10.

Как видно из рисунка, водные рас

творы белков имеют в основном

две области дисперсии; первая

(10

—10

Гц) относится к молеку

лам белков, вторая (примерно

210

Гц) —к молекулам воды. В

настоящее время не существует

удовлетворительной теоретической трактовки частотной зави

симости диэлектрических свойств воды.

Дисперсия для трех видов белков — гемоглобина, яичного и

сывороточного альбумина — лежит в интервале 10

—10

Гц.

Аминокислоты и пептиды имеют дисперсию в области 10

—

Гц. Эти данные показывают, что некоторые молекулы био

логического происхождения взаимодействуют с элекромагнит

ными полями на СВЧ примерно в области 10

Гц.

Фазовые переходы оказывают большое влияние на электро

физические свойства продукта. Так, при переходе воды (при

понижении температуры) из жидкого состояния в твердое те

ло— лед имеют место скачкообразные изменения свойств

(табл. 25).

Из табл. 25 видно, что, несмотря на то что концентрация

уменьшилась в 10

раз, электропроводность (при 0°С) из

менилась незначительно. Это объясняется резким увеличением

подвижности ионов водорода в твердой фазе.

Обезвоживание компонентов мяса и мясопродуктов харак

теризуется высокими значениями е" и е', так как отдельные

молекулы не имеют свободного вращения п вклад переноса

иоиов незначителен. Удельное сопротивление обезвоженных

компонентов велико. Численные значения удельного сопротив

5 6 7 8 S 10 11 121д/

Рис. 10. Дисперсия диэлектри

ческой проницаемости белков

и некоторых других молекул

Таблица 25

Жидкость

Лед

Свойства

Концентрация ионов II : Си+. мо.п,/м' 110

— 7

Ы0~

Удельная электропроводность, См/'м Ы0~

0,3Ю

6

Подвижность ионов Н . M

[i 'с

3,6Ю



' 0,3 Ю

4

Скорость реакции H

)OH Н

0, лмоль

1



•с' 10" 10

— 10

Коэффициент лпффучнп молекул Н

0, м

с~' 2,410"

8Ю

15

7fi

ления обезвоженных белков и полипептидов (в Омм) пред

ставлены ниже.

Тромбин 2,610»

Фибриноген 6,210"

Альбумин плазмы крупного рогатого скота 7,910

Эластин 2,01№*

Коллаген 2,910"

Желатин 4,710"

Гемоглобин

нативный 5,410*

денатурированный 1,1 10

Глобин 4,510"

Для животных тканей в области низких частот (адиспер

сия) превалирует ионная проводимость. Мембраны клетки ве

дут себя как изолирующие слои. Низкочастотные токи могут

протекать только во внеклеточной среде, что и обусловливает

низкую удельную проводимость тканей. Жировые ткаии сами

по себе обладают низкой удельной проводимостью, а содержа

ние в них электролитов весьма мало.

Характер изменений электрофизических свойств мышечной

и жировой тканей в области адисперсии показан на рис. 11.

^дисперсия в области более высоких частот вплоть до сверх

высоких представлена на рис. 12 (а, б). По мере возрастания

частоты е' уменьшается до тех пор, пока период не станет

столь малым, что мембраны не успевают заряжаться (иначе

говоря, когда емкостное сопротивление мембраны становится

незначительным).

Характер •удисперсии при частотах выше 1 ГГц удовлет

ворительно объясняется полярными свойствами молекул воды.

Характер дисперсии для жировых тканей практически не за

висит от частоты в диапазоне выше 1000 МГц, тогда как у тка

ней, состоящих из жировых клеток, окруженных электролити

ческой средой, наблюдается

дисперсия.

Численные знг.чения элект

рофизических характеристик

могут несколько различаться.

Наиболее полно электрофизи

ческие характеристики мяса и

мясопродуктов исследованы

для СВЧдиапазона.

Для диапазона частот, ис

пользуемых в промышленной

практике, диэлектрические

свойства ряда мяса и мясо

продуктов при 20 "С приведе

ны в табл. 26.

ю tea woo юооощ

Рис. II. Диэлектрическая проницае

мость и удельная проводимость мы

шечных (ъ„'\ о») и жировых (е

0"ж) тканей прн низких частотах

Рис. 12. Дисперсия диэлектрической проницаемости (а) и удельно-

го сопротивления (б):

I крови; 2 - мышц; :}—жирн

Некоторые диэлектрические характеристики жировых тка

ней для различных животных при температуре 20°С приведены

в табл. 27.

Диэлектрические характеристики костной ткани (средняя

часть большой берцовой кости) 37°С представлена в табл. 28.

Для ряда субпродуктов (печень, почки) значение диэлект-

рических характеристик ниже, чем для мышечной ткани; е'

для печени — на 4—7%, а ь" —- на 24—26% ниже, чем для мы-

шечной ткани говядины.

Таблиц а 26

Мясо

Влажность

Жирность

Ж. %

Диэлектрик

чсч-кая ха

рактсрис1нка

133

МГц

915

2400

Говядина

е'

53.7

51,7

48,7

плечевая

75,4

2,2

е"

33,5 27,8

17.6

Ч.-ici ь

е'

52,3

50,5

48,0

фарш

75,0

2,5

32,0

26.3

17,0

СвннИна

54.6

52,5

49,5

плечевая

76,5

2,4

е"

34.4

28,4 18.

часть

е'

53,0

51,2 48,5

фарш

75.9 2.6

е"

33,1 27,0 17.6

Баранина е'

53,9

51,6 48,9

плечевая

76,6

1.5

б"

33,6

28,0

18,0

часть

г'

53.0

49,9

48.3

фарш

76.1

1.7

б"

32,5

26,8

16.8

Куры 1 категории

74,7 0,9

52,6

49,4

46.2

(белое мясо)

е"

37,6

30,1

20,0

Таблиц а 27

Жирокач 1кань

МГц

Влажность

Нежмышечна

я крупного ро-

433

14,2 900

6,4 0,91

глтого скота

915

14,2 900 6,0

0.13

2400

14,2

900

5.0

0,10

Внутренняя овен

433 11.6

890

5,6

0.78

915

890 5,3

0.61

2400

11,6

890 4,4

0,41

Внутренняя кур

433 8,6

870

5,5

0,62

915 8,6

870

5,1

0,51

2400

8,6

870

4,2

0.34

Таблица 2*

/'.

МГц

е" Е"

U МГц

е"

1800 8,40

1,50

3600

8.30 1,29

3000

8,35 1,32

4800

7.83

1,30

Оптические свойства

Д'\ясо и мясопродукты характеризуются сложностью микро-

структуры н большой оптической плотностью. Поглощение и

рассеивание излучения в этом случае определяются в основном

четырьмя процессами: резонансным поглощением излучения мо-

лекулами сухого вещества, а также молекулами структурной

и связанной влаги; рассеиванием излучения, обусловленным

флуктуациями плотности вещества, а также рассеиванием на

молекулах белков, полисахаридов и др. или ионах; рассеивани-

ем излучения на взвешенных коллоидных частицах, клетках,

частицах пигментов и пр.; рассеиванием на оптических неодно-

родностях— капиллярах, порах.

Для технологических целей наиболее часто используют тер-

морадиационные характеристики мяса и мясопродуктов. Для

произвольного интегрального потока излучения F„, падающего

на вещество, справедливо равенство

+ F

= F

где FA --поглощенный лучистый поток; /

;

я -отраженный лучистый поток;

FT — пропущенный продуктом лучистый поток.

После преобразований

где .4 =F

IF„ —- поглощательная способность; p = F

-отражательная

способность; T=F

/F„-—пропускательная способность.

Часто эти величины называют соответственно коэффициен-

тами поглощения, отражения, пропускания.

7»