|
|_
пз
е
ш
ф
S
I
го
к
CL
I
О
Активность воды
Рисунок 1.2 - Типичные кривые изотерм сорбции
Для определения изотерм сорбции пищевых продуктов предложено
большое число математических моделей (около 200). В основе некоторых из
них лежат теоретические или «полутеоретические» соображения, а другие
являются эмпирическими, и отражают способность данных уравнений
меняться в зависимости от той или иной группы пищевых продуктов - одни из
них пригодны для одних групп плодов, а другие - для других [52]. Некоторые
общепринятые модели сорбции представлены в таблице 1.2.
25
Таблица 1.2 - Типичные применяемые для плодов математические
модели сорбции влаги
26
Наименование модели
Уравнение
GAB (Гуггенхайма - Андерсона - де
Боера)
Y -
X m ' C ' a w
e
(1 - k ■ a w X1 + (C - 1) • k ■ a w )
BET (Брунаэура - Эммета - Теллера)
Y -
X m ' C ^ a w
e
(1 - a w )(1 + (C - 1) ■ a w )
Гендерсона
= 0,01
- log(1 - a w )
_
10f
_
1
n
Кори (Caurie)
= exp a w ln (v )------ 1—
w
v 7 4,5 X , J
Смита
= B + A ■ log;1 - a w)
Освина
= A
Г
-|B
a w
I1 - a w J
Холси (Halsey)
X e = A
1
a w
] B
_
ln(1/ a w ) _
Иглесиаса и Чирифе (Iglesias and
Chirife)
X = A + B
Q
w
I
1
-
a w
J
РСВ пищевых продуктов (X ) описывается математическими моделями с
двумя и более параметрами [126]. Вместе с тем модели с более чем тремя
параметрами слишком сложны для интерпретации и применения. В качестве
наиболее общей модели сорбции предложена модель
G AB
(Гугенхайма-
Андерсона-де Боера) - ее успешно используют для самых разных
дегидратированных плодов [110]. Основана она на модели
В Е Т
(Брунаэура—
Эммета—Теллера) с тремя коэффициентами
(Х т, С 0
и к0), имеющими
физическое значение, причем два из них являются функциями температуры.
Сушка предназначена в основном для удаления влаги, когда она в
форме жидкости, водяного пара или в том и другом виде перемещается к
поверхности продукта, и под воздействием теплоты испаряется. Сушка
представляет
собой
комплексный
процесс,
включающий
тепло-
и
массоперенос, а также ряд других процессов, протекающих с разной
скоростью. Главной движущей силой при сушке является химический
потенциал воды, содержащейся в пищевом сырье. Миграция влаги в нем к
поверхности происходит в том случае, если этот химический потенциал
вблизи поверхности ниже, чем внутри продукта.
В
большинстве
случаев
сушка
проводится
путем
испарения
содержащейся в продукте влаги, для чего необходимо обеспечить скрытую
теплоту испарения [113]. Эта теплота может поступать путем конвекции,
теплопередачи
(«кондуктивно»)
или
в
виде
излучения,
а
также
волюметрически путем помещения влажного материала в микроволновую
печь или в электромагнитное поле радиочастотного диапазона [120].
При операциях термической сушки большая часть теплоты подводится
к поверхностям высушиваемого материала (за исключением диэлектрического
нагрева) так, чтобы она проникала внутрь продукта за счет, прежде всего,
теплопроводности. Жидкая вода должна проходить через границу материала
вплоть до
ее
отвода воздухом или другим газом-носителем.
При
адиабатической сушке в твердом или газообразном состоянии может
происходить диффузия, но зачастую скорость сушки регулируется скорее
коэффициентами теплопередачи, а не массопереноса [119, 122]. Миграция
влаги в твердых пищевых продуктах происходит по разным механизмам,
включая диффузию жидкости, водяного пара, поверхностную диффузию,
градиент гидростатического давления и их сочетание.
В плодах содержится много влаги в виде свободной и слабо связанной
воды. При механической сушке влага из них очень быстро испаряется, и в
некоторых случаях, сушка занимает 1- 2 часа. Двумя важными параметрами
используемых методов сушки являются усушка и снижение насыпной
плотности сушеных плодов. Технологические режимы сушки, то есть условия
ее проведения, являются хорошими индикаторами качества готовой
продукции.
При
сушке
пищевых
продуктов
значительную
роль
играет
транспортный механизм диффузии влаги, особенно в период снижения
27
интенсивности сушки, регулируемый диффузией воды и водяного пара. Такое
поведение
свидетельствует
о
сушке
с
внутренним
массопереносом,
регулируемым диффузией влаги. Коэффициент диффузии воды, отражающий
всю
сложность механизма миграции влаги, называют
эффективным
коэффициентом. Как правило, теоретически спрогнозировать значение
эффективного коэффициента диффузии массы очень сложно, и для этого
используют
экспериментальные
методы,
основанные
на
кинетике
сорбции/десорбции, на распределении содержания влаги или на степени
пористости материала [109]. Для плодоовощной продукции с относительно
высоким содержанием влаги зачастую предполагают, что диффузия массы
определяется внешними условиями массопереноса. Скорость миграции влаги
при сушке хорошо описывается с помощью эффективного коэффициента
диффузии ( ) . Для описания миграции влаги при сушке обычно используют
второй закон Фика относительно диффузии:
-
=
D , Ц .
(1.1)
dt
ef
dx
2
(
)
Это уравнение основано на трех базовых допущениях: 1) массоперенос
осуществляется симметрично относительно центра продукта, 2) коэффициент
диффузии не зависит от локального содержания влаги и 3) объемной усадкой
можно пренебречь.
Коэффициент диффузии в твердых телах является функцией от
температуры и содержания влаги, однако при определении эффективного
коэффициента массопереноса большую роль играет и внутренняя структура
материала (плотность, степень пористости). Помимо содержания влаги и
температуры, на коэффициент диффузии во многом влияет его плотность
[109, 124]. Размер образца и скорость потока воздуха не оказывают заметного
влияния на эффективный коэффициент диффузии в плодах, как можно было
бы ожидать в процессах, контролируемых процессами диффузии [125].
Существует довольно большой разброс в оценках диффузии влаги по
различным математическими моделям, что обусловлено использованием тех
28
29
или иных экспериментальных и аналитических методов, а также разными
составом и структурой исследовавшегося материала [114].
Влияние температуры на коэффициент диффузии
Do'stlaringiz bilan baham: |
