X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Свойства различного сырья, а также получаемой из него продукции, особенно пищевой, обуславливаются кинетикой набухания и растворения, тиксотропией и синерезисом, студнеобразованием и текучестью, за счет качественных характеристик входящих в продукт высокомолекулярных веществ (ВМС) и величиной их молярной массы [1 - 4].

Поэтому при планировании и внедрении новой технологии производства как промышленной (например, полимеров), так и пищевой продукции (например, хлеба, колбас, кондитерских изделий, сахара), на основе использования данных бенчмаркинга, статистических методов управления [5 - 8] необходимо обращать внимание на обязательный контроль молярной массы входящих ВМС наиболее оптимальным методом – через определение вязкости приготовленного из этого ВМС раствора.

Вязкость приготовленного из ВМС раствора зависит от концентрации раствора, количественно эту связь определил Штаудингер:

_уд = K^. M ^. C, где

К – константа для каждого полимергомологического ряда ВМС (справочная величина);

C – концентрация раствора, выраженная в основных молях;

_уд – удельная вязкость раствора (_уд =( – _о) / _о);

, _о – динамическая вязкость раствора и растворителя.

Для анализа уравнения разделим обе части равенства на C:

_уд / C =  _прив = K^. M,

где величину _уд /C называют приведенной вязкостью.

Из данного уравнения следует, что величина приведенной вязкости для данного раствора не должна зависеть от его концентрации (линия 1 на рисунке 1) (так как К=const, M=const, следовательно, K^. M=const,). Однако исследования показали, что  _прив линейно зависит от концентрации раствора (линия 2) и степень отклонения линий 1 и 2 дает ценную информацию о структурных особенностях исследуемых систем и межмолекулярных взаимодействиях.

Но из рисунка видно, что кривые 1 и 2 пересекаются в одной точке при C=0, отсекая от оси ординат отрезок, равный величине характеристической вязкости []. Отсюда следует, что уравнение Штаудингера можно использовать только при концентрации, стремящейся к нулю:

[] = lim _{C 0} (_прив ) = K^. M.

Данное уравнение и применяется для расчета молярной массы ВМС.

Рисунок 1 – К анализу уравнения Штаудингера

Поэтому для контроля величины молярной массы вначале экспериментально определяют динамическую вязкость растворителя и приготовленного из данного ВМС раствора нескольких концентраций (путем разбавления исходного раствора), а затем проводят расчеты удельной и приведенной вязкости. Из построенного графика (рисунок 1) находят характеристическую вязкость с последующим расчетом молярной массы ВМС.

Средствами измерения может быть различные типы вискозиметров: капиллярные, вибрационные, ультразвуковые, ротационные, пузырьковые, вискозиметры с падающим шариком. Нами для контроля вязкости растворов пищевого желатина использовались капиллярные вискозиметры, основанные на измерении времени истечения растворителя и растворов строго определенного объема.

Методика приготовления растворов, определения вязкости и молярной массы использовались с учетом рекомендаций, описанных в работе [9].

Для автоматизации расчетных работ нами составлена программа в среде Mathcad, позволяющая компьютеризировать все расчеты (рисунки 2 – 5). На рисунке 2 показан фрагмент ввода экспериментальных данных, на рисунке 3 – расчет концентрации в основных молях и всех видов вязкости, на рисунках 4 и 5 – графики изменения приведенной вязкости по экспериментальным данным и по данным математической обработки методом наименьших квадратов, а также значение характеристической вязкости и молярной массы используемого пищевого желатина.

Рисунок 2 – Экспериментальные и справочные данные для расчета

Рисунок 3 – Рассчитанные значения вязкости растворов

Рисунок 4 – Влияние концентрации ВМС на вязкость растворов

Рисунок 5 – Расчет характеристической вязкости и молярной массы пищевого желатина

Рисунок 6 – Схема выбора методов контроля молярной массы ВМС

Таким образом, составленная нами расчетная программа в среде Mathcad позволяет автоматизировать контроль величины молярной массы ВМС, а также всех видов вязкости, используемых в технологических процессах.

Список литературы

1. Савостин А.В., Шурай П.Е., Литош А.Н. Предцефекация в условиях повышенного содержания коллоидов в диффузионных соках. – Сахар, 2008. - № 2. - С. 36-40.

2. Савостин А.В., Шурай П.Е. Механохимическая активация в технологии сахарного производства. - Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2009. - № 1. - С. 59-61.

3. Савостин А.В., Шурай П.Е., Пильников А.Ф. Повышение эффективности преддефекации возвратом активированного осадка сока II cатурации. - Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2008. - № 4. - С. 54-57.

4. Кузменчук В.С., Шурай П.Е., Шурай С.П. Описание бизнес-процесса на примере производства хлеба. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.1, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С.384 – 388.

5. Бойко Е.А., Шурай П.Е., Шурай С.П. Использование бенчмаркинга фирмами на примере финансового учреждения – банка. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.1, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 121 – 124.

6. Мартаков Д.А., Шурай П.Е., Шурай С.П. Внедрение реинжиниринга на предприятии. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 37 – 40.

7. Левин С.С., Шурай П.Е., Шурай С.П. Статистические методы управления процессами. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 14 – 18.

8. Прокопенко В.Д., Шурай П.Е., Шурай С.П. Использование карт Шухарта для анализа качества продукции. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 182 – 186.

9. Шурай П.Е. Физколлоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. Применение Mathcad при выполнении лабораторных работ: Учеб. пособие / Кубан. гос. технол. ун–т.– Краснодар: Изд. КубГТУ, 2003. – 147 с.

Код для цитирования: Скопировать