Влияние режима течения пленки пюре на интенсивность испарения влаги при концентрировании поликомпонентного овощного пюре

Исследование характера изменения динамической вязкости овощных пюре проводили на синусоидальном вибровискозиметре SV-10 фирмы «A&D Company Ltd.» ( Япония ) ( рис . 1). Объектом исследования являлось исходное и концентрированное поликомпонентное овощное пюре , состоящее из следующих овощей в соотношении : баклажан – 20 %, кабачок – 20 %, болгарский перец – 16 %, томат – 15 %, морковь – 14 %, лук – 10 %, чеснок – 5 %.

Принцип действия вибровискозиметра SV-10 основан на зависимости мощности , которая затрачивается на возбуждение вибрации двух тонких сенсорных пластин с частотой 30 Гц и постоянной амплитудой около 1 мм , от вязкости жидкости . Указанный принцип работы вибровискозиметра SV-10 позволяет проводить измерение во всем диапазоне без замены сенсорных пластин . Сенсор , представляющий собой тонкую пластину , не деформирует структуру образца . Таким образом , возможно стабильное измерение динамической вязкости неньютоновских жидкостей .

Низкочастотные сенсорные пластины ( частота 30 МГц ), имеющие амплитуду менее 1 мм , производят очень маленькую нагрузку на прибор . Поэтому во время измерений практически не происходит увеличения температуры . Это позволяет выполнять непрерывные измерения вязкости в течение длительного времени . Вибровискозиметр SV-100 состоит из измерительного блока и блока управления с цифровым дисплеем . В приборе установлен температурный датчик , обеспечивающий измерения температуры исследуемой жидкости .

Параметры проведения реологических исследований были выбраны в зависимости от технических характеристик вакуум - камеры , используемой в дальнейших экспериментах , и режима выпаривания исследуемых овощных пюре ( температура Т = 293…313 К , влажность W = 86…68 %). Интервал варьирования влажности и температуры был установлен в размере 2 % и 5 К , что позволило с достаточной точностью определить изменение реологических характеристик овощного пюре во всем диапазоне измерений .

Рисунок 2 – Зависимость изменения динамической вязкости поликомпонентного овощного пюре от температуры при различной влажности , W , %: 1 – 81,07; 2 – 69,95

Результаты и их обсуждение

В результате проведенных исследований получены зависимости изменения динамической вязкости поликомпонентного овощного пюре в исследуемом диапазоне изменения температуры ( рис . 2).

Анализ зависимостей изменения динамической вязкости овощного пюре в исследуемом диапазоне изменения температуры показал , что во всех случаях динамическая вязкость овощного пюре имеет тенденцию к снижению при повышении температуры . Причем динамическая вязкость концентрированного овощного пюре ( см . кривую 2 на рис . 2) уменьшается по экспоненциальному закону , а динамическая вязкость исходного овощного пюре ( см . кривую 1 на рис . 2) уменьшается по линейному закону . Подобный характер изменения эффективной вязкости овощных пюре с повышением температуры ( рис . 2) определяется тем , что вязкостные силы преодолеваются за счет увеличивающейся кинетической энергии молекул . Эффективная вязкость уменьшается и с увеличением скорости сдвига , что обусловлено значительной хаотичностью расположения частиц в неподвижной среде и все большей ориентацией их в направлении течения под действием возрастающих сдвигающих усилий .

Увеличение температуры приводит к снижению эффективной вязкости овощных пюре за счет усиления влияния броуновского движения молекул, нарушающего их ориентацию при перемещении вдоль направления деформации. С повышением скорости сдвига влияние температуры на градиент изменения вязкости овощных пюре ослабевает. Кроме того, увеличение температуры с 293 до 313 К вызывает снижение напряжения сдвига пюре. Полученные зависимости показывают качественное поведение пюре, классифицируемое в реологии как аномальное (неньютоновское), а именно псевдопластическую жидкость. Таким образом, овощные пюре можно отнести к аномальновязким дисперсным системам, поведение которых описывается степенным уравнением Оствальда де Виля, а их температурная зависимость вязкости выражается с помощью уравнения Френкеля – Эйринга. С учетом вывода о существовании         температурно-инвариантной обобщенной реологической характеристики для псевдопластических материалов и использовании свойства логарифмической аддитивности, температурная зависимость вязкости овощных пюре имеет вид:

η = η o exp ( - β ( T - T o ) ) ( I 2 / 2 ) ^{0 , 5 ( m - 1 )} ,      (1)

где ηo - наибольшая ньютоновская вязкость, отнесенная к 0 оС, Па·с, при I2I2=1 и T=To; β -эмпирический параметр, 1/град; To - константа; I2 -квадратичный   инвариант тензора   скоростей деформаций;   m – реологический   параметр, характеризующий степень неньютоновского поведения овощных пюре.

Таким образом , проведенные исследования позволили выявить зависимость динамической вязкости поликомпонентного овощного пюре в реальном масштабе времени от температуры , что позволило правильно организовать процесс выпаривания при пузырьковом кипении овощного пюре в условиях свободного движения на вертикальной стенке вакуум - камеры .

На рисунке 3 представлены фотографии исходного продукта – овощи ( а ), исходного овощного пюре ( б ) и концентрированного овощного пюре ( в ).

Комплексная оценка органолептических и физикохимических         показателей         качества концентрированного овощного пюре показала не только их полное соответствие требованиям действующих нормативных документов, но и более высокое содержание ценных термолабильных веществ (витаминов С, В1 и В2, моносахаров и др.).

а                                      б                                в

Рисунок 3 – Овощи : а – плоды ; б – исходная измельченная масса ; в – концентрированное пюре

Выводы

Выполненные исследования позволили определить характер изменения динамической вязкости поликомпонентного овощного пюре . Это позволило обосновать выбор режима течения пленки пюре на вертикальной обогреваемой стенке вакуум - камеры , который определял интенсивность испарения влаги при концентрировании пюре .