ЭлБиб

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

10/2013

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ ОТРАСЛИ

ТЕМА НОМЕРА

Применение инфракрасных

термогравиметрических

влагомеров

для измерения влажности

пищевых продуктов

Ключевые слова:

пищевая промышлен"

ность; измерение влажности; инфракрас"

ный термогравиметрический метод.

Key words:

food

industry; moisture

measurement; infrared thermal gravimetric

method.

УДК 664:543.275.1:537.312.51

Вода – важнейшая составляющая пище"

вых продуктов и продовольственного сы"

рья. Она присутствует в разнообразных

растительных и животных продуктах как

клеточный и внеклеточный компонент, как

диспергирующая среда и растворитель,

обусловливая консистенцию и структуру.

Влагосодержание пищевых продуктов

влияет на их внешний вид, вкус и стабиль"

ность продукта при хранении. Требования

к значению влажности пищевых продуктов

устанавливаются в соответствующих нор"

мативных документах, а также в ряде тех"

нических регламентов, в частности в Тех"

нических регламентах на молочную про"

дукцию и масложировую промышлен"

ность [1, 2].

Действующие нормативные документы

по определению влажности пищевых про"

дуктов описывают, как правило, воздуш"

но"тепловой метод, существенный недо"

статок которого – длительность и трудо"

емкость проведения измерений. Поэтому

в практике для оперативной оценки влаж"

ности применяют разные типы экспресс"

ных анализаторов, основанных на исполь"

зовании различных физико"химических

методов: диэлькометрического, кондукто"

метрического, СВЧ"метода, ИК"спектро"

скопии, термогравиметрического и др.

Среди них все большую популярность

приобретают инфракрасные термограви"

метрические (ИК ТГ) влагомеры, принцип

действия которых основан на высушива"

нии объекта измерений ИК"излучением с

автоматическим взвешиванием в процессе

сушки. Термогравиметрический метод оп"

ределения влажности, реализованный в

ИК"ТГ влагомерах, не требует градуиров"

ки в отличие, например, от метода ИК"

спектроскопии. Он значительно в мень"

шей степени, чем другие методы, подвер"

жен влиянию изменчивости вещества и

поэтому более универсален по отношению

к веществам различных групп.

Время анализа при использовании ИК"

ТГ влагомера в несколько раз меньше по

сравнению с методом воздушно"тепловой

сушки. Это обусловлено тем, что при про"

ведении измерений стандартным методом

сушки подвод тепла к материалу осущест"

вляется воздухом камеры сушильного

шкафа, и соответственно сначала проис"

ходит нагревание поверхности материала,

а далее процессы тепломассопереноса за"

висят от физико"химических характерис"

тик высушиваемого материала. В то время

как при сушке ИК"излучением (спектр от

760 нм и до примерно 1 мм) эффективный

нагрев материала достигается при совпа"

дении максимума спектральной плотности

падающего излучения с

полосой наибольшего по"

глощения облучаемого ма"

териала. Таким образом,

при использовании ИК"ТГ

влагомеров важной зада"

чей является выбор источ"

ника ИК"излучения, при"

емлемого для сушки каж"

дого конкретного материа"

ла.

ИК"источники отличают"

ся диапазоном спектра,

материалом, температу"

рой и формой нагревателя

[3]. По температуре нагревателя источники

ИК"излучения разделяют на светлые и

темные. К светлым относят те, у которых

температура выше 1000 °С, а в испускае"

мом спектре значительную долю составля"

ет видимое излучение. Это лампы накали"

вания, ламповые излучатели, газоразряд"

ные дуговые лампы, электрические излу"

чатели (зеркальные лампы). У темных ИК"

излучателей, среди которых наиболее рас"

пространены электрические излучатели с

керамической или металлической оболоч"

кой, температура достигает не более 1000 °С,

а видимое излучение в спектре составляет

доли процента. Диапазон спектральной

области источников ИК"излучения – 0,8–

2,5 мкм [4].

Воздействие поглощенного ИК"излуче"

ния проявляется в нагреве, испарении

влаги и физико"химических превращени"

ях, возникающих внутри облучаемых ве"

ществ. Так как продукты питания и продо"

вольственное сырье относят к веществам с

низким коэффициент пропускания, то при

их облучении глубина проникновения из"

лучения достигает всего несколько милли"

метров. Проникновение в более глубокие

слои материала несущественно, что при"

водит к их меньшему нагреву и суще"

ственному снижению интенсивности вы"

деления влаги из нижних слоев образца.

Таким образом, к важнейшим факторам

правильности измерения влажности с ис"

пользованием ИК"ТГ влагомеров относит"

ся небольшая толщина слоя материала об"

разца при анализе, равномерность рас"

пределения исследуемого образца, а так"

же оптические свойства материала кюветы

в случаях, когда образец полностью не по"

крывает ее поверхность. Первостепенное

значение имеет также равномерность рас"

пределения влаги в самом материале, что

достигается благодаря тонкому измельче"

нию и тщательному перемешиванию про"

бы перед проведением измерений.

Пищевые продукты и продовольственное

сырье относятся к веществам со сложным

химическим составом, что обусловливает

сложность определения их влажности. С

одной стороны, используя нагрев, практи"

чески невозможно удалить всю влагу из

материала без сопутствующего выделения

некоторых количеств иных летучих веществ

и (или) без разложения с образованием и

выделением влаги. С другой стороны, пре"

кращение уменьшения массы образца при

нагреве не всегда отражает полное удале"

ние влаги из него. При достаточно низком

давлении паров воды, соответствующим

температурам материала на данном этапе

сушки, значительное количество воды мо"

жет остаться в исследуемом материале [5,

6]. С повышением температуры давление

паров растет, в результате чего выделяется

дополнительное количество воды. Поэтому

использование ИК"излучения для нагрева

вещества при реализации ИК"ТГ метода из"

мерений влажности требует оценки влия"

ния ИК"излучения на материал конкретно"

го образца.

А.С. Сергеева

Уральский научно"исследовательский институт метрологии

Д.Л. Московкин

ООО «Сарторос»

Влагомер Sartorius МА150

Электронная Научная СельскоХозяйственная Б блиотека