Исследование диэлектрических характеристик замороженных плодов облепихи

Общепринятыми методами измерения диэлектрических характеристик продуктов в диапазоне СВЧ являются резонансные, волноводные, метод свободных волн и методы, основанные на использовании медленных волн [1-5]. Нами был использован метод сравнения (экспресс-метод), разработанный в МИНХе им. Г.В. Плеханова, позволяющий определить диэлектрические характеристики, в частности коэффициент диэлектрических потерь е ", пищевых продуктов с достаточной для практического использования точностью. Все измерения сводятся к сравнению скорости нагрева исследуемого образца и эталона (воды) за одинаковый период времени, с учетом веса и теплоемкости образца, а также колебательной мощности ЭМП СВЧ, вводимой в рабочую камеру [2].

• • Экспериментальная часть

  Измерения проводились в микроволновой печи «Samsung» с частотой 2450 МГц и колебательной мощностью 600 Вт. В качестве эталона использовалась дистиллированная вода. Было проведено несколько серий опытов по СВЧ-нагреву воды и плодов облепихи, взятых в равном объеме, за фиксированный промежуток времени. Температура нагрева эталона и образца контролировалась при помощи шеститочечного самопишущего потенциометра КСП-4. Датчиками измерения температуры служили хромель-капелевые термопары с диаметром термоэлектродов 0,2 мм.

Средняя (за некоторый промежуток времени) удельная активная мощность, рассеян ная в единице объема данного материала в виде теплоты, определяется согласно закону Джоуля - Ленца [2,3]:

Р^= 0,556 tlO"¹⁰*⁵"*/*^ (О где Р^ - удельная мощность, Вт/м³; г " - коэффициент диэлектрических потерь; / - частота колебаний электромагнитного поля, Гц; Е - напряженность электромагнитного поля, В/м.

Тепловую энергию, генерируемую в материале, можно также определить по формуле:

Q = cmAT, (2)

где Q - количество теплоты, генерируемой в материале, Дж; с - удельная теплоемкость материала, Дж/(кг-К); т - масса материала, кг; АТ - разность температур между конечной Т_к и начальной Т

Сравнение скорости нагрева dT/dx эталона и образца, а также совместное решение уравнений (1) и (2) позволяет определить зависимость значений коэффициента диэлектрических потерь плодов облепихи от различных факторов.

Определение коэффициента диэлектрических потерь плодов облепихи проведено в интервале влагосодержаний от 12 до 80%. До определенной влажности плоды облепихи подсушивали на лабораторной конвективной сушилке. С целью снятия температурных зависимостей е " опыты проводились при различных температурах в интервале 293...333 К. Для этого продукт предварительно термостатировали в шкафу с ав-

96 томатическим регулированием температуры.

На рис. 1 приведены зависимости изменения ко:

влажность , W,%

*— 1 »-2 —*—3

плодов облепихи при частоте ЭМП 2450мГц от влагосодержания.

Рис. I. Зависимость изменения коэффициента диэлектрических потерь £ " плодов облепихи при частоте ЭМП 2450 МГц от влагосодержания (W): I - 7=293 К; 2 - 7=313 К; 3 - Т =333 К

Как видно из рис. 1, значение s " в значительной степени зависит от влажности материала, т.е. вода играет основную роль в процессе поглощения энергии при диэлектрическом нагреве [2]. Нелинейная зависимость коэффициента диэлектрических потерь от влажности обусловлена разнообразием форм связи влаги в плодах облепихи.

С увеличением влагосодержания до 46% происходит резкое увеличение коэффициента диэлектрических потерь £ ". Данный интервал влагосодержания соответствует адсорбционной влаге, с большой энергией связи.

В интервале влагосодержаний от 46 до 80% наблюдается незначительное увеличение коэффициента диэлектрических потерь £ " от 5,9 до 8,2. Это объясняется тем, что при увеличении количества свободной влаги (влаги макрокапилляров) с минимальной энергией связи относительная доля прочно связанной влаги в исследуемом материале в общем оставшемся объеме уменьшается.

Уменьшение значения £ " с повышением температуры плодов облепихи можно объяснить уменьшением £ " воды, а также активными потерями воды, которые происходят в результате реакций, происходящих в плодах облепихи [1]. При нагревании из плодов удаляется влага, что также приводит к умень- уменьшению коэффициента диэлектрических потерь е ".

Заключение

Результаты исследований зависимости коэффициента диэлектрических потерь плодов облепихи от влагосодержания и температуры показали, что чем выше влагосодержа-ние, тем больше коэффициент диэлектрических потерь. От температуры наблюдается обратная зависимость: чем выше температура, тем меньше коэффициент диэлектрических потерь.