МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУ ВПО  «Волгоградский государственный технический  университет»

Факультет технологии пищевых производств

Кафедра технологии пищевых производств 
 
 

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА 

по дисциплине «Физико-химические и биохимические  основы производства мяса и мясных продуктов» 

на тему: 

«ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА МЯСА И МЯСОПРДУКТОВ 
 
 
 

                                                        Выполнила:

      студентка группы ТПП-352

      Акаева  В.К.

        Проверила:

      ассистент кафедры ТПП

      Григорян Л.Ф. 
 
 

Волгоград, 2011

Содержание

1 Электропроводность  мяса и мясопродуктов……………………………………4

2 Методы  определения электропроводности  в мясопродуктах………………….6

2.1 Мостовые методы……………………………………………………………….8

2.2 Волновые  методы……………………………………………………………….9

3 Диэлектрическая  проницаемость  мяса………………………………………..12

Заключение…………………………………………………………………………14

Список использованных источников……………………………………………..15 

        Введение

     Главной задачей, стоящей перед отраслями  пищевой промышленности, в том числе мясной, является удовлетворение спроса населения продуктами питания.

     Однако  реализовать эти возможности  в полной мере на основе традиционных методов обработки пищевых продуктов либо чрезвычайно затруднительно, либо совсем невозможно. Это связано с тем, что традиционно используемые методы в своем развитии достигли совершенства, что является первопричиной необходимости поиска новых эффективных методов обработки

     Пищевое сырье, продукты, в том числе мясо, по своей физической природе обладают определенными электрофизическими свойствами:

• электропроводимостью;
• диэлектрической и магнитной проницаемостью;
• оптическими характеристиками.

     Эти свойства проявляются при воздействии  на материал (вещество) электрическим, магнитным и электромагнитным полями.

     В результате этих воздействий происходят изменения в состоянии электрических зарядов данной среды, что приводит к выделению теплоты в веществе и одновременно к изменению физических и химических свойств.

     Электротехнологию принципиально отличает то, что электричество  используется непосредственно в технологических процессах для обработки продуктов, исключая какие бы то ни было превращения. 
 
 
 
 
 
 

      1 Электропроводность мяса и мясопродуктов

      Пищевые продукты необычайно сложны по составу  и обширны по ассортименту. Среди них встречаются диэлектрики, проводники, электролиты, а также их композиции в различных сочетаниях, что препятствует разработке единого описания их электрофизических свойств. В постоянном электрическом поле заряженные частицы перемещаются вдоль силовых линий, а дипольные молекулы ориентируются в пространстве. С увеличением частоты электрического поля возникает общая тенденция к изменению электрофизических свойств, которые представляют собой функции, близкие к монотонным.

      Электрофизические свойства продукта можно охарактеризовать двумя величинами: диэлектрической проницаемостью и удельной электрической   проводимостью.

      Диэлектрическая проницаемость может быть относительной (ε') и абсолютной (ε, Ф/м). Связь между этими величинами имеет вид: 

      ε' = ε / ε₀, 

      где ε₀ - абсолютное значение проницаемости для вакуума (ε₀ = 8,854·10 ^-12 Ф/м).

       С некоторым приближением мясо можно  рассматривать как двухфазную систему. Одна из фаз - межклеточная ткань - представляется полупроводником с преобладанием диэлектрических свойств, причем считается, что эта фаза весьма устойчива в живом организме и изменчива в мертвом. Вторая фаза - это внутриклеточное вещество,  представляющее собой электролит.

      При такой структуре животной ткани  ее электрофизические свойства зависят от координат системы и имеют разрывы в своих значениях, совпадающие с поверхностями раздела фаз. В области низких частот эта сложность структуры клетки проявляется еще более резко. Электрофизические свойства отражают структурно-механические и биохимические изменения в мясе. Структурно-механические характеристики являются функцией целого ряда факторов, и среди них немаловажное значение имеют влажность и степень измельчения продукта. Эти же показатели влияют на электрофизические  характеристики.

      В меньшей степени, но вполне определенно сказываются на электрофизических свойствах изменения состояния тканей вследствие биохимических процессов. На самом деле, рассматривая клетки в живом организме в некоторой степени электрически изолированными одна от другой (например, оболочка эритроцита обладает диэлектрической постоянной, равной 2), можно полагать, что в результате протекания послеубойных процессов в мышечной ткани диэлектрические свойства клеточных оболочек должны нарушаться, а в результате деструкции тканей будут образовываться низкомолекулярные вещества, которые будут «сглаживать» емкостный эффект.

      Электропроводность  клеточных образований незначительно  сказывается на общей электропроводности системы (всего 2-4 %), т.е. непосредственно через клетку протекает незначительный ток. Проведенные в МТИММПе измерения удельной электропроводности для измельченного мяса и мясного сока, полученного прессованием мяса под давлением 203·10⁵ Па, указывают на их близость (таблица 1) как по абсолютным величинам, так и по температурному ходу.

Таблица 1 -      Электропроводность измельченного мяса и мясного сока

Зависимость электропроводности крови от содержания влаги приводится в таблице 2. [4]

Таблица 2 -     Зависимость электропроводности крови от содержания влаги

     Электрофизические свойства исследуются в широком  диапазоне частот от 0 до 10¹³ Гц. Совершенно очевидно, что для каждого диапазона существует группа методов (хотя среди них есть предпочтительные), это связано с формой материала, особенностью его свойств и другими причинами.

     На  рис. 1 представлена шкала выбора метода измерения электрофизических характеристик в зависимости от параметров воздействия. 

Рис.1. Шкала выбора метода измерения электрофизических

характеристик в зависимости от параметров воздействия:

1 - метод  баллистического гальванометра; 2 - мостовые измерительные системы;

3 - схемы  с резонансными системами; 4 - метод  стоячих волн;

5 - метод  с использованием коаксиальных  резонаторов с торцевым зазором;

6 - метод,  использующий полости резонатора; 7 - волноводные и оптические методы 

      2 Методы определения электропроводности в мясопродуктах

      Удельную  электропроводность мясопродуктов  можно определить с помощью общепринятого мостового метода, который может иметь ряд модификаций. Наибольшие методические трудности вызывает конструирование измерительной кюветы, которая в большинстве случаев представляет собой ячейку из стекла с впаянными платиновыми электродами, покрытыми платиновой чернью. Для поддержания температурного режима кювета снабжается водяной рубашкой, соединенной с ультратермостатом. Внутренняя часть кюветы слегка коническая (угол 5-8°), что способствует более плотному прилеганию образца   к электродам.

      Существует  и дифференцированный подход к оценке удельной электропроводности мясопродуктов. Их общее электрическое сопротивление разбивают на три составляющие: объемное - Rv, поверхностное - Rs и контактное - Rk. Последняя величина представляет, бесспорно, самостоятельный интерес для электроконтактных методов.

В основу этой методики положен принцип, согласно которому изменению линейных поперечных размеров образца в k раз соответствует изменение его поверхностного сопротивления в k раз, а изменяющемуся при этом его сечению в k² раз соответствует изменение его объемного и контактного сопротивлений в k² раз; изменение высоты образца в п раз соответствует изменению его Rv и R_K  в n раз, a Rs  при этом остается постоянным.

      По  данным измерения общих сопротивлений R1, R2, и R3 образца формы параллелепипеда размером a×b×c по трем его направлениям составляют три  уравнения с тремя  неизвестными.

Для измерения диэлектрической, статической проницаемости материала (es) применяют следующие методы:

• метод баллистического гальванометра;
• метод электростатического силового воздействия.

       Метод баллистического воздействия основан  на том, что исследуемая емкость заряжается до строго определенного напряжения и далее разряжается на баллистический гальванометр. Отклонение его стрелки пропорционально количеству электричества, прошедшего через гальванометр.

Применение  баллистического гальванометра (рис. 2) для определения диэлектрической проницаемости (e_s) мяса и других продуктов: вначале определяют емкость (C, Ф) конденсатора и далее, повторяя, делают то же самое для исследуемого материала:

Рис. 2. Схема баллистического гальванометра 
 

Для измерения диэлектрических характеристик при переменном токе применяют методы:

• мостовые;
• резонансные;
• волновые.

2.1 Мостовые методы

       Измерения диэлектрических характеристик продуктов основаны на использовании различных модификаций схемы моста Уитсона (рис. 3) для интервала частот от 1 до 10 МГц, а также моста Шеринга, для больших частот применяют схемы трансформаторного типа. 

R₁ × R₃ = R₂ × R_4. 
 
 

R₂ можно регулировать в ту или иную сторону.

Рис. 3 Схема моста Уитсона 
 

Резонансные методы применяют для измерения диэлектрических свойств в диапазоне длин волн от 5 до нескольких сот метров. 

       2.2 Волновые методы

       Применяются для определения электрофизических свойств материалов путем прохождения различных длин волн через них.

       По  сравнению с традиционным подходом рассматриваются протяженные измерительные сечения – от десятков сантиметров до нескольких метров, существуют разные виды волн:

•  метод проходящей волны;

•  метод поверхностной  волны;

•  метод отраженной волны;

•  резонансный  метод;

• импедансный метод.

       Метод поверхностной волны заключается  в возбуждении волн на поверхности  конструкции и измерении их фазовой  скорости. На поверхности однородного  полупространства возникает Рэлеевская волна, скорость которой связана  со скоростью продольной волны. Ее фазовая скорость может быть определена по сдвигу фаз колебаний в двух точках, расположенных на одной линии с источником волны или по сдвигу времени синфазных колебаний в этих точках. Основным преимуществом метода поверхностной волны является возможность испытаний при одностороннем доступе к конструкции.   

Остальные методы основаны на сходных принципах и  реализуются в зависимости от специфики решаемых задач.

       Электрофизические свойства меняются с частотой электромагнитного поля. С увеличением частоты поля абсолютная диэлектрическая проницаемость (ε') и удельное сопротивление (ρ) уменьшаются нелинейно, при этом наблюдается три частотных диапазона, в которых наблюдается дисперсия: α-дисперсии при низких частотах; β-дисперсии при радиочастотах; γ-дисперсии при сверхвысоких частотах.

В таблицах 3 и 4, приведены электрофизические свойства мышц животных в широком диапазоне частот (t = 20 °C), а также различных животных тканей на частоте 1000 МГц. [5]

Таблица 3 -          Зависимость удельного сопротивления (ρ) от абсолютной          диэлектрической проницаемости (ε')

Таблица 4 -          Электрофизические свойства мышц животных

      Падение абсолютной диэлектрической проницаемости  с изменением частот объясняется запаздыванием процессов заряда и разряда, как на мембране клетки, так и в ее ионной атмосфере. При повышении частоты уменьшается емкость сопротивления мембраны и, как следствие, происходит уменьшение удельного сопротивления.

      Исследования  удельной электропроводности мясопродуктов  предста-вляют технически довольно сложную задачу как в силу неоднородности и нестабильности свойств мясопродуктов, так и в связи с особенностью их структурно-механических свойств, в частности не систематически повторяющейся адгезии мясопродуктов к испытательным электродам, а также объемного сжатия продукта.

      Одним из важных показателей является зависимость  удельной электропроводности мясопродуктов от температуры, которая для интервала 20-45 °С носит линейный характер, что характерно для полупроводников. При переходе к более высоким температурам (выше 50 °С) необратимые изменения в мышечной ткани приводят к выделению жидкой фазы, которая образует постоянные и все увеличивающиеся электропроводящие «мостики». С этого момента понятие «удельная электропроводность» мяса, строго говоря, теряет свой первоначальный смысл. В данном случае более целесообразно говорить об удельной электропроводности системы «мясо - бульон». Это явление выражено тем менее резко, чем тоньше измельчено мясо.[4] 
 
 
 

       3 Диэлектрическая  проницаемость  мяса

      На  абсолютную величину диэлектрической  проницаемости влияет добавление NaCI, что видно из таблицы 5  (t = 20 °С).

Таблица 5-     Диэлектрическая проницаемость мяса в диапазоне радиочастот

        Диэлектрические свойства парного и охлажденного мяса достаточно близки, что говорит о возможности использования для не живых тканей теоретических предпосылок  Я.И. Френкеля, указывающих на то, что «емкостный»   эффект в животных тканях снижается во времени с течением автолитических процессов [1]. В таблице 6 приведены данные о диэлектрической проницаемости e¢ и e¢¢ парных и охлажденных мясопродуктов  (t = 20 °С). В диапазоне СВЧ диэлектрические свойства мясопродуктов меняются мало. При этом явной частотной зависимости в диапазоне частот 2400-3500 МГц не наблюдается. Так, e¢ изменяется всего на две единицы, а e¢¢ остается  практически неизменным.

Таблица 6-        Диэлектрическая проницаемость различных видов мяса

       Мясо состоит из целого ряда компонентов, среди которых преобладает вода. От содержания ее зависит количество поглощенной энергии. Приводят данные по комплексной диэлектрической проницаемости воды (t = 20 °С) при различных длинах волн [1].Диэлектрические свойства различных видов мяса близки в том случае,  если влажность и содержание жира у них одинаковые.

      Для качественного приготовления пищи в СВЧ-печах необходимо использовать посуду, позволяющую избегать перегрева и подсушивания отдельных зон обрабатываемых изделий и получать при необходимости корочку поджаривания на поверхности изделий.

      С этой целью СВЧ-печи должны выпускаться  в комплекте с посудой (контейнерами) различной формы и объема, а  также c подставками под нее.

      Используемые  обычно кастрюли из закаленного стекла дают возможность проводить наиболее простые технологические операции (разогрев, приготовление) с продуктами простой формы либо измельченными.

      В некоторых случаях технологические  операции продуктов (разогрев, размораживание) проводят в мягкой упаковке из пленочных материалов. Для этих целей используют саран (e ² = 0,0015 на частоте 2450 МГц при 20 °С), полиэтилен (e ² = 0,00044 на частоте 2450 МГц при 20 °С).

      Диэлектрические контейнеры при СВЧ-нагреве для  электромагнитного поля должны быть прозрачными. В качестве материала используют диэлектрики с малым e ¢ и tg d на рабочих частотах СВЧ-аппаратов (f = 2450 МГц t = 20 °С). Наиболее распространенными материалами являются стекло, фарфор, полиэтилен, бумага. Диэлектрические характеристики материалов, используемых в качестве контейнеров и посуды, приведены в таблице 7.

Таблица 7-            Диэлектрические свойства упаковочных материалов