ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОКОВ ПРЯМОГО ОТЖИМА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

АННОТАЦИЯ

При определении теплообмена и гидродинамических процессов, протекающих в теплообменных устройствах, одной из важных задач является определение физических свойств теплоносителей, перемещающихся в технологических процессах, показателей вязкости и плотности, теплоемкости и коэффициентов теплопередачи по свойствам теплообмена. Благодаря этим параметрам создаются рабочие параметры технологического процесса, эффективность теплообмена, возможность обоснования конструктивных параметров устройства. В статье представлены результаты исследований по определению количества и плотности сухих веществ, растворенных в соках прямого отжима из яблок сортов «Золотой Рейнджерс» и «Симиренко», выращенных в нашей республике, и вишни «Черная Шпанка». В результате изменения количества растворенных сухих веществ в полученных соках от 12,7 до 14,3 % установлено, что плотность сока увеличивается в среднем на 3 %.

ABSTRACT

When determining heat transfer and hydrodynamic processes occurring in heat exchange devices, one of the important tasks is to determine the physical properties of heat carriers involved in technological processes, including viscosity, density, heat capacity, and heat transfer coefficients based on heat exchange properties. These parameters help establish the operating conditions of the technological process, the efficiency of heat exchange, and the justification of the structural parameters of the device. The article presents research results on determining the amount and density of dry substances dissolved in direct-pressed juices from apples of the "Golden Rangers" and "Simirenko" varieties grown in our country, as well as cherries of the "Black Shpanka" variety. As a result of changes in the amount of dissolved dry substances in the obtained juices from 12.7% to 14.3%, it was found that the juice density increases by an average of 3%.

Ключевые слова: сок, растворенные сухие вещества, плотность, температура, голден рейнджерс, симиренко, черная шпанка

Keywords: juice, dissolved solids, density, temperature, golden rangers, simirenko, black cherry shpanka.

Введение. В результате массового выращивания фруктов и овощей в нашей республике широко развита переработка сырья, включая производство, хранение и консервирование соков. В этих процессах активно применяются термообработка, пастеризация и стерилизация. Поэтому важно знать физико-химические свойства отжатых соков [1].

При расчете параметров теплообменных и гидродинамических процессов, происходящих в теплообменных устройствах, одной из ключевых задач является определение физических характеристик теплоносителей, таких как вязкость, плотность, теплоемкость и коэффициенты теплоотдачи. Эти параметры позволяют обосновать рабочие условия процесса, оценить эффективность теплообмена и определить конструктивные особенности оборудования [2].

Соки из различных фруктов отличаются друг от друга из-за различий в их физических и химических свойствах. Производство соков осуществляется методами прямого отжима, восстановления и концентрирования [3].

Термическая обработка соков позволяет увеличить срок их хранения. Основным процессом термической обработки является пастеризация. Эффективность этого процесса во многом зависит от гидродинамического режима движения жидкости, который, в свою очередь, определяется физическими свойствами потока. Управление гидродинамическими параметрами является одним из важнейших факторов, влияющих на тепловую эффективность процесса [4].

Объектом исследования в данной работе являются соки прямого отжима из яблок сортов «Голден Рейнджерс» и «Симиренко», а также из вишни сорта «Черная Шпанка». Изучение их физических свойств позволит детально описать гидродинамические и теплообменные процессы в пастеризационных установках. Физические и термические характеристики пищевых продуктов играют важную роль в их переработке.

Состав и свойства соков зависят не только от вида фрукта, но и от его сорта. В частности, содержание сухих веществ в соке может варьироваться. В состав сухих веществ входят жиры, белки, углеводы, витамины и минералы.

Сорт яблони «Голден Рейнджерс» отличается высокой урожайностью — до 600 т/га, а масса плодов может достигать 200 г. Сорт «Симиренко» является одним из самых популярных в нашей республике, масса его плодов может достигать 175 г, а урожайность — 280 т/га. Вишня сорта «Черная Шпанка» включена в Государственный реестр Республики Узбекистан с 1959 года. Средняя масса ее плодов составляет 4,8 г, а максимальная урожайность может достигать 200 т/га.

Методология исследования. Содержание сухого вещества в соках, отжатых непосредственно из отобранных плодов, определяли рефрактометрическим методом. Определение массовой доли сухого вещества проводилось в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 34128-2017 [7].

Настоящий стандарт распространяется на соковую продукцию из фруктов и овощей и устанавливает рефрактометрический метод определения массовой доли растворимых сухих веществ. Диапазон измерения массовой доли растворимых твердых веществ составляет от 2,0% до 80,0%.

Принцип определения растворимых сухих веществ в соке с помощью рефрактометра основан на зависимости показателя преломления света от концентрации сухого вещества в исследуемом растворе.

Перед использованием рефрактометра проводят его настройку: три индикатора устанавливают на ноль с помощью калибровочного винта, а верхнюю часть основной призмы очищают дистиллированной водой с помощью специальной салфетки. Затем наносят 2–3 капли исследуемой жидкости на основную призму, закрывают защитное окно и направляют прибор на источник света. Через смотровое окно определяют массовую долю растворимых твердых веществ по индикаторной отметке.

Фруктовые соки перед анализом фильтруют. В процессе измерения рекомендуется поддерживать температуру сока и окружающей среды на уровне 20 °C, что повышает точность результатов. Каждый эксперимент повторяют дважды для каждого образца. После каждой пробы и по завершении работы основную призму рефрактометра и защитное стекло протирают полотенцем, смоченным дистиллированной водой.

Результаты эксперимента по определению количества растворенного сухого вещества объектов исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Количество растворенных твердых веществ в соке, выделенном из плодов

Из данных таблицы 1 видно, что количество сухого вещества в соках прямого отжима сортов яблони «Золотой Рейнджерс» и «Симеренко» и сорта вишни «Черная Шпанка», выбранных в качестве объекта исследования, составляет от 12,7 до 14,3%. На 100 г сока варьируется до г.

Плотность потоков жидкости определяется количеством растворенного в них сухого вещества. Это влияет на работоспособность насосов, обеспечивающих их движение по технологическим трубопроводам. При исследовании плотности использован межгосударственный стандарт ГОСТ 33276-2015. При использовании пикномера объемом 10 см³ уровень погрешности температуры процесса составил 0,5℃ [8-10].

А определение плотности яблочных соков в диапазоне температур 20÷90℃ проводилось по формуле, предложенной Баиндирли:

                                                (1)

где: Т- температура, ℃; С – массовая доля растворенного сухого вещества.

Результаты: Результаты экспериментов и расчетов по изучению влияния массовой доли растворенных сухих веществ и температуры на плотность соков прямого отжима сортов яблок «Голден Рейнджерс», «Симеренко» и сорта вишни «Чёрная Шпанка», выбранных в качестве объекта исследования, приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

Изменение плотности сока, полученного из яблок сорта «Голден Рейнджерс», от температуры и массовой доли растворенных сухих веществ в содержимом

По данным таблицы 2, плотность сока, полученного из яблок сорта «Голден Рейнджерс», при температуре 20 °С составила 1,058 г/см³, а плотность при температуре 20 °С увеличивается на 1,88 % при количество растворенного сухого вещества изменяется в пределах 11÷15 %. В результате повышения температуры с 20 °С до 90 °С плотность увеличивается на 3,41%.

Таблица 3.

Изменение плотности яблочного сока, полученного из сорта «Симеренко», от температуры и массовой доли растворенных в нем сухих веществ

Из результатов эксперимента и расчета, приведенных в табл. 3, получено, что плотность яблони сорта Симеренко при температуре 20 ℃ составила 1,047 г/см3, а количество растворенных сухих веществ - 12,7%. При изменении количества растворенных твердых веществ от 11 до 15 % плотность увеличивается от 1,041 до 1,060 г/см³ и установлено, что плотность снижается на 3,15 % при повышении температуры до 90 ℃.

Таблица 4.

Изменение плотности вишневого сока, полученного из сорта «Чёрная Шпанка», в зависимости от температуры и массовой доли растворенных в нем сухих веществ

Из опытов по определению плотности сока, полученного из вишни сорта «Черная Шпанка», видно, что при количестве растворенных сухих веществ 13,48 % его плотность при температуре 20 °С равна 1,054 г/г см³, при изменении количества растворенного сухого вещества от 11 до 15 %, было установлено, что плотность увеличивается с 1,042 до 1,061. По мере повышения температуры она уменьшалась на 2,77%.

Выводы. Из полученных результатов можно сделать вывод, что количество сухого вещества в соках прямого отжима сортов яблок «Голден Рейнджерс», «Симиренко» и сорта вишни «Черная Шпанка», выбранных в качестве объектов исследования, составляет 12,7–14 г на 100 г сока. Оно варьируется в пределах 3 г.

Увеличение содержания растворенных твердых веществ с 11% до 15% привело к увеличению плотности сока в среднем на 3% у исследуемых сортов фруктов. Это один из важных факторов, определяющих гидродинамические режимы в процессе теплообмена.

Список литературы:

1. М.Ғ. Васиев, Қ.О. Дадаев, И.Б. Исабоев, З.Ш. Сапаева, З.Ж. Ғуломова. Озиқ-овқат технологияси асослари. –Т: “Ворис-нашриёт”, 2012. – 400 с.
2. Шобингер, У. Фруктовые и овощные соки: научные основы и технологии / Пер. с нем. под общ. науч. ред. А.Ю. Колеснова, Н.Ф. Берестеня и А.В. Орещенко. — СПб.: Профессия, 2004.
3. Шобингер, У. Фруктовые и овощные соки: научные основы и технологии. Пер. с нем. под общ. науч. ред. А.Ю. Колеснова, Н.Ф. Берестеня и А.В. Орещенко. - СПб: Профессия, 2004. - 640 с.
4. Nurmuxamedov, A. A. (2023). ISSIQLIK ALMASHINISH QURILMALARINING ENERGETIK SAMARADORLIGINI OSHIRISH. RESEARCH AND EDUCATION, 2(1), 124-128.
5. Ганиджонов, Д. И., & Хамдамов, М. Б. (2024). ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ УСТРОЙСТВ. Евразийский журнал академических исследований, 4(5 Part 2), 98-104.  
6. G’anijonov, D. I., & Nurmuxamedov, A. A. (2023). WAYS OF EFFECTIVE UTILIZATION OF MILK WHEY. Евразийский журнал академических исследований, 3(12 Part 2), 19-23.
7. ГОСТ 34128-2017. Межгосударственный стандарт. Рефрактометрический метод определения массовой доли растворимых сухих веществ.
8. Килкаст Д., Субраманиам П., Стабильность и срок годности. Безалкогольные напитки, соки, пиво и вино. - Спб.: Профессия, 2012. 440с.
9. ГОСТ 28562-90. Продукты переработки плодов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ.
10. ГОСТ 33276-2015. Межгосударственный стандарт. Методы определения относительной плотности.