Методическое обеспечение

1.Методические указания по выполнению практических работ.

К наиболее важным теплофизическим параметрам пищевых продуктов относят удельную теплоемкость, теплопроводность, тем­пературопроводность, энтальпию, криоскопическую температу­ру, плотность, равновесное давление пара.

Удельной теплоемкостью называется величина, равная количе­ству теплоты, необходимому для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1 К.

Если известны состав продуктов питания и удельная теплоем­кость отдельных компонентов, то удельную теплоемкость продук­та с рассчитывают по закону аддитивности:

где g₁, g₂, ..., g_n — массовые доли компонентов; с₁,с₂ ..., с„ -удельные теплоемкости компонентов, Дж/(кг · К).

Продукты условно считаются двухкомпонентными системами, состоящими из воды и сухих веществ, тогда удельную теплоем­кость определяют по формуле, Дж/(кг · К),

где с_в, с_с — удельные теплоемкости соответственно воды и сухих веществ, Дж/(кг • К); W, (1 - W) — массовые доли соответствен­но воды и сухих веществ.

Теплоемкость сухих веществ большинства продуктов животно­го происхождения колеблется от 1,34 до 1,68 кДж/(кг · К), расти­тельных составляет около 0,91 кДж/(кг · К). При отсутствии экс­периментальных данных эти значения можно применять для оценки теплоемкости продуктов.

Изменение удельной теплоемкости продуктов в интервале тем­ператур замораживания определяется в основном начальным их влагосодержанием и количеством вымороженной воды. Теплоем­кость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю при абсолютном нуле температуры (третий закон термодинамики).

Теплопроводность — один из видов теплопередачи, при кото­ром перенос теплоты имеет атомно-молекулярный характер. Яв­ления теплопроводности возникают при разности температур меж­ду отдельными участками тела (продукта). Количественно тепло­проводность характеризуется коэффициентом теплопроводности и измеряется в Вт/(м • К).

Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, переносимому через единицу площади поверхности в синицу времени, при градиенте температуры, равном 1:

где lв ~~ коэффициент теплопроводности воды, равный 0,6 Вт/(м · К); l_с — коэффициент теплопроводности сухих веществ, равный 0,2бВт/(м-К).

Теплопроводность продуктов с понижением температуры остается практически постоянной до начала замерзания и зависит только от влагосодержания, а затем увеличивается, так как коэф­фициент теплопроводности льда в четыре раза больше, чем воды. Значения коэффициента теплопроводности, рассчитанные по формулам, являются приближенными, поэтому ими пользуются только при отсутствии экспериментальных данных.

При охлаждении и замораживании продуктов, как и при их нагревании, действуют механизмы переноса продуктом тепловой энергии — температуропроводность. В результате в продукте пере­мещается температурный фронт. Скорость этого перемещения ха­рактеризуется коэффициентом температуропроводности

где а — коэффициент температуропроводности продукта, м²/с;l -коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м-К); с — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг · К); g — плотность про­дукта, кг/м³.

При положительных температурах температуропроводность продукта практически неизменна, но с началом льдообразования она резко уменьшается. Это вызвано выделением теплоты крис­таллизации. При дальнейшем понижении температуры вследствие роста теплопроводности и уменьшения теплоемкости температу­ропроводность увеличивается и достигает постоянного значения, когда вода полностью переходит в лед.

Энтальпия — однозначная функция состояния термодинамичес­кой системы, часто называемая тепловой функцией или теплосо­держанием, измеряется в Дж/кг. Данными об изменении энталь­пии продовольственных продуктов в холодильной технологии пользуются обычно для определения отведенной или подведенной теплоты при холодильной обработке продуктов. Энтальпию отсчи­тывают при какой-либо начальной температуре (обычно -20 °С), При которой ее значение принимается за 0.

Криоскопической температурой называют температуру начала замерзания жидкой фазы продуктов. Тканевый сок продовольствен­ных продуктов представляет собой диссоциированный коллоид­ный раствор сложного состава, которому соответствует криоскопическая температура -0,5...-5°С. Плотность — отношение массы продукта к его объему. При замораживании плотность продукта уменьшается (на 5- 8 %) поскольку вода в тканях, превратившись в лед, увеличивается вобъеме при неизменной массе. Плотность большинства скоропортящихся продуктов составляет около 1000 кг/м³.

Равновесное давление пара над поверхностью продукта Р_п из-за содержания во влаге продуктов растворенных веществ (сахара, соли и др.) несколько ниже давления насыщенного пара Р_н при той же температуре даже при полном насыщении.

Отношение давления пара воды, содержащейся в продукте, кдавлению пара чистой воды (или льда) при той же температуре называется относительным понижением давления водяного пара:

где a_w -- коэффициент термодинамической активности воды, называемый иногда величиной водной активности.

Эта величина, выраженная в процентах { a_w =100%), опреде­ляет равновесную относительную влажность, т.е. относительную влажность воздуха, при которой продукт не теряет и не получает влаги. Величина равновесной относительной влажности зависит от природы продукта и является функцией его температуры, т.е. гигротермической характеристикой продукта.

Контрольные вопросы:

1. Что такое коэффициент теплоемкости и в чем измеряется?

2. Что такое коэффициент теплопроводности и в чем измеряется?

3. Что такое равновесное давление пара?

4. Что такое коэффициент температуропроводности и в чем измеряется?

5. По каким формулам вычисляются коэффициенты теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости?

Задание для СРСП:

1. Быстрозамороженные продукты

2. Сублимационная сушка продуктов.

Задание для СРС:

Оформить результаты практической работы № 5. Ответить на вопросы для самопроверки. Подготовиться к опросу по темам лекции и СРСП. Составить 20 тестовых заданий по темам лекции и практической работы № 5.