Исследования гидратации объектов пищевой биотехнологии

Методика определения активности воды в системах биологического происхождения

Как в научных исследованиях, так и в промышленности необходимы простые, недорогие, несложные в эксплуатации приборы для экспресс-контроля активности воды.

Методы определения активности воды, как правило, основаны на измерении относительной влажности воздуха в замкнутом объеме при термодинамическим равновесии. В предлагаемой установке (рис. 5.1) влажность воздуха в замкнутом объеме с пищевым продуктом измеряется в диапазоне 30—100 % психометрическим датчиком, а в диапазоне 0—30 % — высокочувствительным психометрическим адсорбционным датчиком.

Устройство экспериментальной установки для определения активности воды

Рис. 5.1. Устройство экспериментальной установки для определения активности воды:

  • 1 — 0-образный капилляр; 2 — трубка для заполнения капилляра;
  • 3 — пластинки из пористого материала; 4 — термопара; 5 — цифровой вольтметр; 6 — колпак; 7 — чашка с исследуемым продуктом;
  • 8 — пьезоэлектрический адсорбционный датчик; 9 — генератор электрических колебаний; 10 — регистрирующее устройство

Психометрический датчик представляет собой и-образный капилляр (1), который заполняется дистиллированной водой через трубку (2).

В капилляр погружены концы двух узких пластин (3) из пористого полимерного материала. Между пластинами вставляется хромель — копелевая термопара (4), которая соединяется с цифровым вольтметром (5). Капилляр укреплен на колпаке (6), под которым устанавливается чашка (7) с исследуемым продуктом. Пластинки из пористого материала испаряют воду, при этом охлаждается термопара, ЭДС которой пропорциональна ее температуре Гу.

Из теории психометрического метода известно, что относительную влажность воздуха можно рассчитать по формуле

где Р, — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре «смоченного» термометра — парциальное давление водяного пара при температуре «сухого» термометра А — психометрическая постоянная, значение которой зависит от конкретной конструкции психрометра; Р — атмосферное давление.

Уравнение может быть преобразовано следующим образом:

Так как температура «сухого» термометра, как правило, отличается от температуры «мокрого» лишь на несколько градусов, то при изменении влажности воздуха величина меняется в небольшом диапазоне.

В этом диапазоне давление насыщенных водяных паров можно считать линейной функцией от температуры (рис. 5.2):

где Р давление насыщенных водяных паров; Р^о — давление водяных паров, соответствующее минимальной температуре — коэффициент пропорциональности.

Из выражений (5.2) и (5.3) следует, что

Если температура и давление воздуха с течением времени не изменяются, то из формулы (5.4) следует, что относительная влажность воздуха оказывается линейной функцией температуры «мокрого» термометра:

Температурная зависимость давления насыщенных паров (в окрестностях ^зависимость приближенно можно считать линейной)

Рис. 5.2. Температурная зависимость давления насыщенных паров (в окрестностях ^зависимость приближенно можно считать линейной)

Другими словами, при неизменных значениях температуры и давления воздуха температура «мокрого» термометрами зависит только от относительной влажности воздуха, причем линейно.

Цифровой вольтметр регистрирует величину

где (1 — коэффициент пропорциональности; с — слагаемое, не зависящее от температуры.

Подставив в (5.5) величину Гу, выраженную из формулы (5.6), получим

Таким образом, относительная влажность воздуха зависит от показателей вольтметра линейно, поэтому может быть построен линейный градуированный график зависимости № от и. Если измерить показания вольтметра при двух известных значениях влажности, то по двум точкам с координатами щ и Р72, и2 можно построить градуированную прямую линию, описываемую уравнением (5.7).

Известные значения относительной влажности воздуха можно получить, помещая в замкнутый объем насыщенные водные растворы некоторых солей, например ИН44, ЫаС1, Н2ЗО4. Для таких солей составляют таблицы значений относительной влажности воздуха при различных температурах в условиях термодинамического равновесия. Если теперь поместить в тот же объем исследуемый продукт х и измерить температуру Гух, то по градуировочному графику можно определить равновесную относительную влажность воздуха над продуктом, т. е. активность воды в нем.

В настоящее время прибор для измерения активности воды усовершенствован и приспособлен для длительных измерений: в него встроены дополнительный датчик температуры, позволяющий проводитьизмерения при меняющейся температуре внешней среды, а также внутренняя емкость с водой, уменьшающая погрешность, возникающую из-за опускания уровня воды в капилляре в процессе измерений.

В заключение этой подтемы отметим, что активность воды является четко определенной величиной, в отличие от широко используемых в пищевой технологии величин влагосвязывающей (ВСС) и водоудерживающей способности (ВУС). Влагосвязывающая способность определяется как отношение количества связанной воды к общему содержанию влаги в продукте. Однако понятие связанной воды является в значительной степени неопределенным, поскольку не оговорены значения энергии связи. Поэтому величина влагосвязывающей способности зависит от метода, с помощью которого ее находят экспериментально: при прессовании получают одну величину, при центрифугировании — другую и т. д. Тем не менее величиной влагосвязывающей способности можно характеризовать пищевые продукты, особенно при сравнении образцов одного и того же материала, полученных в разных технологических режимах, но только необходимо четко обозначить метод и условия эксперимента. То же можно сказать и о водоудерживающей способности, которая обычно находится в экспериментах с отделением части слабосвязанной влаги при повышении температуры.

Однако в некоторых случаях величины ВУС и ВСС имеют преимущество над активностью воды, в частности когда необходимо определять содержание воды с малой энергией связи. В этом случае величина активности воды будет близка к единице и нужна чрезвычайно высокая точность измерений, в то время как ВСС и ВУС могут быть определены без каких-либо экспериментальных ухищрений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >