Электрофизические свойства мяса и мясопродуктов

• 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