Исследование форм связи влаги в хлебопекарных дрожжах методом термогравиметрического анализа

Для более эффективного ведения процесса сушки хлебопекарных дрожжей и подбора рациональных температурных режимов необходимо знать характер связи влаги с материалом с определением интервалов температур, на которых происходит структурное изменение продукта. В основе данной работы лежит метод термогравиметрического анализа, который позволяет выявить данные о механизме влагоудаления, установить температурные интервалы, а также количество влаги, удаляемой из материала [1–10]. Исследования проводились на приборе синхронного термического анализа модели STA 449 F3 Jupiter (NETZSCH, Германия) (рисунки 1, 2) с держателем образца типа S в алюминиевом тигле с проколотой крышкой, измерения проводились в среде азота класса 5,0 (расход активного газа 50 мл/мин, защитного – 20 мл/мин).

Рисунок 1. Прибор синхронноготермического анализа модели STA 449 F3 Jupiter

Figure 1. Simultaneous thermal analysis device STA 449 F3 model Jupiter

Принцип работы термического анализатора основан на непрерывной регистрации зависимости изменения массы материала от времени или температуры при его нагревании в соответствии с выбранной температурной программой в заданной газовой атмосфере [1, 2, 5]. Одновременно регистрируется выделение или поглощение тепла образцом, обусловленное фазовыми переходами или химическими реакциями [3]. Исследования проводили при следующих режимах: давление – атмосферное, максимальная температура 588 K, скорость изменения температуры 5 K/мин. Опыты проводились в алюминиевых тиглях с общей массой навески 12 мг.

Рисунок 2. Внутреннее устройство прибора синхронного термического анализа модели STA 449 F3 Jupiter

Figure 2. The internal structure of the device simultaneous thermal analysis model STA 449 F3 Jupiter

На рисунке 3 показаны результаты, полученные в ходе выполнения термогравиметрического анализа: кривая изменения массы материала ТГ, кривая скорости изменения массы ДТГ. Как видно на кривой ТГ, в процессе нагрева материала наблюдается монотонное уменьшение массы образца, что связано с потерей влаги. С целью получения зависимости степени изменения массы материала (степени превращения) α от температуры используется часть кривой изменения массы ТГ, соответствующей процессу дегидратации.

Степень изменения массы α рассчитыва- ется как отношение изменения массы материала Δm к общему количеству влаги, которая находится в материале Δmобщ:

α = ^{Δm Δm} общ

Полученная    зависимость    имеет

S-образный вид (рисунок 4), отражающий сложный характер взаимодействия влаги и сухих веществ в материале, и предполагает на разных участках полученной кривой различие в скорости дегидратации.

Рисунок 3. Экспериментальные зависимости изменения массы образца ТГ и скорости изменения массы ДТГ

Figure 3. Experimental dependences of the mass change of the sample TG and the rate of mass DTG change

1,20

T, K ⁴⁴⁰

Рисунок 4. Зависимость степени изменения массы α от температуры T материала при нагревании со скоростью 5 К/мин

Figure 4. The dependence of mass α change degree on the temperature T of the material being heated with at 5K/min speed

1000/Т

Рисунок 5. Зависимость(-lg α) от величины 103/T при нагревании со скоростью подъёма температуры 10 K/мин

Figure 5. The dependence of (-lg α) on the value of 103/T being heated with a rate of temperature rise of 10 K/min

Для установления более четких интервалов температур и получения более подробного механизма удаления влаги, а также количества влаги удаляемой из материала используется кривая зависимости (-lg α) от величины 103/T (рисунок 5).

На рисунке 5 видно, что удаление влаги из хлебопекарных дрожжей происходит ступенчато. Рассмотрим более подробно каждый из участков. На I этапе (участок АВ – интервал температур 303–318 K) происходит нагрев материала и удаление физико-механически связанной влаги, имеющей невысокую энергию связи влаги с материалом. На II этапе (участок ВC – интервал температур 318–353 K), удаляется осмотически связанная влага. III этап (участок ВC – интервал температур 353–378 K) характеризуется освобождением адсорбционно-связанной