RU2408883C2 - Method for definition of dependence of bioproduct food value on parametres of physico-mechanical impact on the bioproduct and device for such definition - Google Patents
Method for definition of dependence of bioproduct food value on parametres of physico-mechanical impact on the bioproduct and device for such definition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2408883C2 RU2408883C2 RU2009102462/13A RU2009102462A RU2408883C2 RU 2408883 C2 RU2408883 C2 RU 2408883C2 RU 2009102462/13 A RU2009102462/13 A RU 2009102462/13A RU 2009102462 A RU2009102462 A RU 2009102462A RU 2408883 C2 RU2408883 C2 RU 2408883C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- working chamber
- temperature
- bioproduct
- pressure
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике испытания материалов, в частности к способам и устройствам исследования биопродуктов, и может использоваться в различных отраслях промышленности для выбора технологических параметров процесса, обеспечивающих наилучшие пищевые качества готового продукта путем определения изменения пищевых свойств биопродуктов в результате комплексного физико-механического воздействия, например, в пищевой промышленности, при производстве комбикормов, при экструдировании продуктов. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу определения зависимости пищевой ценности биопродукта от параметров физико-механического воздействия на него является способ, заключающийся в том, что образец биопродукта заданной влажности помещают в рабочую камеру и оказывают на него физико-механическое воздействие (см. патент RU № 2323430 опуб. 27.04.2008).The invention relates to techniques for testing materials, in particular to methods and devices for researching biological products, and can be used in various industries to select technological process parameters that provide the best nutritional quality of the finished product by determining changes in the nutritional properties of biological products as a result of complex physical and mechanical effects, for example , in the food industry, in the production of animal feed, in the extrusion of products. The closest technical solution to the proposed method for determining the dependence of the nutritional value of a biological product on the parameters of physical and mechanical effects on it is the method, which consists in the fact that a sample of a biological product of a given humidity is placed in a working chamber and exerts physical and mechanical effects on it (see patent RU No. 2323430 publ. 04/27/2008).
Недостатками его являются отсутствие возможности установления связи между комплексным физико-механическим воздействием на биопродукт и его пищевой ценностью, невысокая точность определения и узкий диапазон исследуемых параметров, узкая сфера применения.Its disadvantages are the lack of the possibility of establishing a relationship between the complex physical and mechanical effects on the bioproduct and its nutritional value, the low accuracy of determination and a narrow range of the studied parameters, a narrow scope.
Технической задачей предлагаемого способа является обеспечение возможности установления связи между комплексным физико-механическим воздействием на биопродукт и его пищевой ценностью, более широкого спектра параметров воздействий, повышение точности способа и расширение функциональных возможностей.The technical task of the proposed method is to provide the possibility of establishing a relationship between the complex physical and mechanical effects on the bioproduct and its nutritional value, a wider range of exposure parameters, improving the accuracy of the method and expanding functionality.
Для этого образец биопродукта заданной влажности помещают в рабочую камеру в виде термостатируемого цилиндра, а физико-механическое воздействие на образец биопродукта осуществляют температурой через стенки цилиндра и двумя плунжерами, один из которых, а именно верхний, перемещают в осевом, а другой - нижний перемещают в окружном направлениях, при этом измеряют усилие на верхнем плунжере и его перемещение, момент на нижнем плунжере и его угловую скорость вращения, температуру цилиндра и регистрируют текущее время, по истечении заданного интервала времени воздействие останавливают, по измеренным параметрам вычисляют давление, эффективную скорость сдвига, а на полученном образце биопродукта определяют пищевую ценность, в качестве которой устанавливают количество свободных глюкозы и аминоазота, задание параметров воздействия и определение пищевой ценности повторяют при других значениях давления в диапазоне 0÷10 МПа, температуры 25÷200°С, влажности 6-35%, скорости сдвига 10-1÷10+4 сек-1, времени воздействия 0,01÷1 час, получают табулированную или аппроксимирующую зависимость показателей пищевой ценности биопродукта от исходной влажности, давления, температуры, скорости сдвига, времени воздействия их на биопродукт.For this, a sample of a bioproduct of a given moisture content is placed in a working chamber in the form of a thermostatically controlled cylinder, and physico-mechanical action on a sample of a bioproduct is carried out by temperature through the cylinder walls and two plungers, one of which, namely the upper one, is moved axially and the other one is moved to the bottom circumferential directions, while measuring the force on the upper plunger and its movement, the moment on the lower plunger and its angular speed of rotation, the temperature of the cylinder and record the current time, after a predetermined the time interval, the effect is stopped, the pressure, the effective shear rate are calculated from the measured parameters, and the nutritional value is determined on the obtained bio-product sample, which is used to set the amount of free glucose and amino nitrogen, the exposure parameters and nutritional value determination are repeated at other pressure values in the
Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что рабочую камеру распологают в термостатируемом цилиндре, а физико-механическое воздействие на образец биопродукта осуществляют температурой через стенки цилиндра и двумя плунжерами, один из которых, а именно верхний, перемещают в осевом, а другой - нижний перемешают в окружном направлениях, при этом измеряют усилие на верхнем плунжере и его перемещение, момент на нижнем плунжере и его угловую скорость вращения, температуру цилиндра и регистрируют текущее время, по истечении заданного интервала времени воздействие останавливают, по измеренным параметрам вычисляют давление, эффективную скорость сдвига, а на полученном образце биопродукта определяют пищевую ценность, в качестве которой устанавливают количество свободных глюкозы и аминоазота, задание параметров воздействия и определение пищевой ценности повторяют при других значениях давления в диапазоне 0÷10 МПа, температуры 25÷200°С, влажности 6÷35%, скорости сдвига 10-1÷10+4 сек-1, времени воздействия 0,01÷1 час, получают табулированную или аппроксимирующую зависимость показателей пищевой ценности биопродукта от исходной влажности, давления, температуры, скорости сдвига, времени воздействия их на биопродукт.A distinctive feature of the proposed method is that the working chamber is located in a thermostatically controlled cylinder, and the physicomechanical effect on the bioproduct sample is carried out by temperature through the cylinder walls and two plungers, one of which, namely the upper one, is moved axially and the other one is mixed into circumferential directions, while measuring the force on the upper plunger and its movement, the moment on the lower plunger and its angular velocity of rotation, cylinder temperature and record the current time, after at a predetermined time interval, the effect is stopped, the pressure, effective shear rate are calculated from the measured parameters, and the nutritional value is determined on the obtained bio-product sample, which is used to set the amount of free glucose and amino nitrogen, the exposure parameters and nutritional value determination are repeated for other pressure values in the
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому решению устройства для определения зависимости пищевой ценности биопродукта от параметров физико-механического воздействия на него является устройство, содержащее основание, рабочую камеру, образованную цилиндром и силовыми элементами (см. патент RU № 2244287 опубл. 27.04.2008).The closest in technical essence to the proposed solution of the device for determining the dependence of the nutritional value of a biological product on the parameters of physico-mechanical effects on it is a device containing a base, a working chamber formed by a cylinder and power elements (see patent RU No. 2244287 publ. 04/27/2008) .
Недостатками его являются отсутствие возможности установления связи между комплексным физико-механическим воздействием на биопродукт и его пищевой ценностью, невысокая точность определения и узкий диапазон исследуемых параметров, узкая сфера применения.Its disadvantages are the lack of the possibility of establishing a relationship between the complex physical and mechanical effects on the bioproduct and its nutritional value, the low accuracy of determination and a narrow range of the studied parameters, a narrow scope.
Технической задачей предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей и повышение точности определения, упрощение конструкции.The technical task of the proposed device is to expand the functionality and increase the accuracy of determination, simplifying the design.
Для этого устройство содержит основание, рабочую камеру, образованную цилиндром и силовыми элементами, причем силовые элементы выполнены в виде двух плунжеров, расположенных в цилиндре с двух противоположных сторон от рабочей камеры, при этом один из плунжеров, а именно нижний, снабжен управляемым электроприводом его вращения вокруг продольной оси, а другой плунжер - верхний снабжен также управляемым электроприводом его перемещения вдоль продольной оси с возможностью создания регулируемого давления в рабочей камере в диапазоне 0÷10 МПа, причем верхний и нижний плунжеры снабжены сменными дисками, жестко связанными с ними и установленными со стороны рабочей камеры, а цилиндр снабжен электронагревателем, установленным в полости цилиндра вокруг рабочей камеры с возможностью регулирования температуры 25÷200°С, устройство также содержит датчики усилия и перемещения верхнего плунжера, датчики момента силы и угловой скорости вращения нижнего плунжера, датчик температуры цилиндра, кроме того, устройство содержит компьютер и преобразователь аналоговых сигналов в цифровую форму и цифровых сигналов в аналоговую, причем компьютер соединен через преобразователь сигналов с электронагревателем, с управляемыми приводами верхнего и нижнего плунжера и с датчиками.For this, the device contains a base, a working chamber formed by a cylinder and power elements, and the power elements are made in the form of two plungers located in the cylinder on two opposite sides of the working chamber, while one of the plungers, namely the lower one, is equipped with a controlled electric drive for its rotation around the longitudinal axis, and the other plunger - the upper one is also equipped with a controlled electric drive to move it along the longitudinal axis with the possibility of creating an adjustable pressure in the working chamber in the
Отличительной особенностью устройства является то, что силовые элементы выполнены в виде двух плунжеров, расположенных в цилиндре с двух противоположных сторон от рабочей камеры, причем один из плунжеров, а именно нижний, снабжен управляемым электроприводом его вращения вокруг продольной оси, а другой плунжер - верхний снабжен также управляемым электроприводом его перемещения вдоль продольной оси с возможностью создания регулируемого давления в рабочей камере в диапазоне 0÷10 МПа, причем верхний и нижний плунжеры снабжены сменными дисками, жестко связанными с ними и установленными со стороны рабочей камеры, а цилиндр снабжен электронагревателем, установленным в полости цилиндра вокруг рабочей камеры с возможностью регулирования температуры 25÷200°С, устройство также содержит датчики усилия и перемещения верхнего плунжера, датчики момента силы и угловой скорости вращения нижнего плунжера, датчик температуры цилиндра, кроме того, устройство содержит компьютер и преобразователь аналоговых сигналов в цифровую форму и цифровых сигналов в аналоговую, причем компьютер соединен через преобразователь сигналов с электронагревателем, с управляемыми приводами верхнего и нижнего плунжера и с датчиками.A distinctive feature of the device is that the power elements are made in the form of two plungers located in the cylinder on two opposite sides of the working chamber, and one of the plungers, namely the lower one, is equipped with a controlled electric drive for its rotation around the longitudinal axis, and the other plunger is equipped with the upper one also controlled by an electric drive of its movement along the longitudinal axis with the possibility of creating an adjustable pressure in the working chamber in the
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, на которых на фиг.1 изображен внешний вид устройства в разрезе, на фиг.2 - сменный диск с радиальным рифлением, на фиг.3 - разрез по А-А фиг.2, на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.2, на фиг.5 изображен сменный диск с радиальными ребрами, на фиг.6 - разрез по Б-Б фиг.5, на фиг.7 и фиг.8 изображены зависимости содержания глюкозы и аминоазота от эффективной скорости сдвига, соответственно, на фиг.9 и фиг.10 - зависимости содержания глюкозы и аминоазота от температуры, соответственно.The proposed device is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a sectional view of the apparatus, in Fig. 2 is a removable disk with radial corrugation, in Fig. 3 is a section along AA of Fig. 2, in Fig. 4 is a view in arrow B in figure 2, figure 5 shows a removable disk with radial ribs, figure 6 is a section along BB-5, figure 7 and figure 8 shows the dependence of glucose and amino nitrogen on the effective shear rate , respectively, in Fig.9 and Fig.10 - the dependence of glucose and amino nitrogen on temperature, respectively.
Устройство содержит основание 1, рабочую камеру 2, образованную цилиндром 3 и силовыми элементами. Силовые элементы выполнены в виде двух плунжеров 4, 5, расположенных в цилиндре с двух противоположных сторон от рабочей камеры 2. Один из плунжеров 4, а именно нижний, снабжен управляемым электроприводом, например, в виде электродвигателя 6 с редуктором 7 его вращения вокруг продольной оси. Другой плунжер 5 - верхний снабжен также управляемым электроприводом 8 его перемещения вдоль продольной оси с возможностью создания регулируемого давления в рабочей камере 2 в диапазоне 0÷10 МПа. Нижний 4 и верхний 5 плунжеры снабжены сменными дисками 9, 10 соответственно, жестко связанными с ними и установленными со стороны рабочей камеры 2. Цилиндр 3 снабжен электронагревателем 11, установленным в полости цилиндра 3 вокруг рабочей камеры 2 с возможностью регулирования температуры 25÷200°С. Устройство также содержит датчики усилия 12 и перемещения 13 верхнего плунжера 5, датчики момента силы 14 и угловой скорости 15 вращения нижнего плунжера 4, датчик 16 температуры цилиндра. Устройство содержит компьютер 17 и преобразователь 18 аналоговых сигналов в цифровую форму (АЦП) и цифровых сигналов в аналоговую (ЦАП). Компьютер 17 соединен через преобразователь сигналов 18 с электронагревателем 11, с управляемыми приводами 8, 6 верхнего 5 и нижнего 4 плунжера и с датчиками 12, 13, 14, 15, 16.The device comprises a base 1, a
Сменные диски 9, 10 со стороны рабочей камеры могут быть выполнены с радиальными рифлениями (см. фиг.2. 3, 4). Нижний сменный диск 9 со стороны рабочей камеры может быть выполнен с радиальными ребрами (см. фиг.5, 6). Рифления используются для устранения проскальзывания на границе образец биопродукта - сменный диск. Радиальные ребра создают более полную имитацию течения биопродукта, подобное течению его в каверне экструдера между ребордами, что расширяет возможности устройства. Между сменными дисками 9, 10 и плунжерами 4, 5 установлены уплотнительные элементы 19. Устройство позволяет получить комплексное физико-механическое воздействие на биопродукт.
Работа устройства по предлагаемому способу заключается в следующем. Образец биопродукта заданной влажности помещают в рабочую камеру 2 в термостатируемом цилиндре 3. Физико-механическое воздействие на образец биопродукта осуществляют температурой с помощью электронагревателя 11 через стенки цилиндра 3 и двумя плунжерами 4, 5, один из которых, а именно верхний 5, перемещают в осевом, а другой - нижний 4 в окружном направлениях. При этом измеряют усилие на верхнем плунжере 5 с помощью датчика 12 и его перемещение с помощью датчика 13, момент на нижнем плунжере 5 с помощью датчика 14 и его угловую скорость вращения с помощью датчика 15, температуру цилиндра с помощью датчика 16 и регистрируют текущее время, по истечении заданного интервала времени воздействие останавливают, по измеренным параметрам вычисляют давление в рабочей камере по формулеThe operation of the device according to the proposed method is as follows. A sample of a bioproduct of a given moisture content is placed in a working
где: F - усилие, измеряемое датчиком 12;where: F is the force measured by the sensor 12;
r - внутренний радиус рабочей камеры;r is the inner radius of the working chamber;
вычисляют эффективную скорость сдвига (см. Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия 1986 стр.18, 19) по формулеcalculate the effective shear rate (see Kolmogorov GL Hydrodynamic lubrication in the processing of metals by pressure. M: Metallurgy 1986 p. 18, 19) by the formula
где: ω - скорость вращения нижнего плунжера;where: ω is the rotation speed of the lower plunger;
h - расстояние между сменными дисками верхнего и нижнего плунжеров внутри рабочей камеры.h is the distance between the removable disks of the upper and lower plungers inside the working chamber.
На полученном образце биопродукта определяют пищевую ценность, в качестве которой устанавливают количество свободных глюкозы и аминоазота, задание параметров воздействия и определение пищевой ценности повторяют при других значениях давления в диапазоне 0÷10 МПа, температуры 25÷200°С, влажности 6÷35%, скорости сдвига 10-1÷10+4 сек-1, времени воздействия 0,01÷1 час, получают табулированную или аппроксимирующую зависимость показателей пищевой ценности биопродукта от исходной влажности, давления, температуры, скорости сдвига, времени воздействия их на биопродукт. Выбранные диапазоны параметров воздействия соответствуют диапазонам соответствующих воздействий при экструзионной переработке биопродуктов. Оценка пищевой ценности биопродукта определяется содержанием в кормовых продуктах свободной глюкозы как главного энергетического компонента пищи животных, а также содержания свободного аминного азота, характеризующего доступность низкомолекулярных пептидных соединений и аминокислот для всасывания в пищеварительном тракте. Выбор данных показателей обусловлен их интегральным значением для характеристики энергетической и биологической ценности пищевых продуктов.On the obtained sample of the bioproduct, the nutritional value is determined, which is set as the amount of free glucose and amino nitrogen, the exposure parameters and the nutritional value are repeated at other pressure values in the
Пример. В установке использованы: приводы 6 и 12 с частотным управлением и цифровой индикацией VFD-F (2, 2 кВт) для вращения нижнего плунжера 4 и продольного перемещения верхнего плунжера 5, соответственно; датчик 14 для измерения момента марки Т5 (фирмы НВМ); датчик усилия 12 марки Мерадат К-18М; датчик 16 для измерения температуры Термодат-13 с термопарой ХА; датчик 13 измерения перемещений индуктивного типа. Компьютер Pentium-4 соединен с Термодатом и приводами частотного управления через конвертор портов RS485/USB типа СК-1. Преобразователь 18 выполнен блоками ЦАП и АЦП, реализованными в Термодате и управляемых приводах. Программное обеспечение компьютерного управления выполнено в среде ХР.Example. The installation used: drives 6 and 12 with frequency control and digital indication VFD-F (2, 2 kW) for rotation of the
Готовят крошку ржи исходной влажности 26%, помещают в рабочую камеру. В камере создают давление 5,5 Мпа, продукт в камере термостатируют до 135°С, в течение 90 сек производят сдвиг со скоростью сдвига 30 сек-1. Продукт извлекают из рабочей камеры и определяют его пищевую ценность путем анализа на содержание свободных глюкозы и аминоазота.Prepare a crumb of rye with an initial moisture content of 26%, placed in a working chamber. A pressure of 5.5 MPa is created in the chamber, the product in the chamber is thermostated to 135 ° C, shear is carried out for 90 sec with a shear rate of 30 sec -1 . The product is removed from the working chamber and its nutritional value is determined by analysis for the content of free glucose and amino nitrogen.
Перечисленные операции повторяют при скорости сдвига 50, 90, 120, 150, 160, 180 сек-1. Результаты эксперимента представлены в табл.1 (в табулированном виде) и на фиг.7 и фиг.8 (экспериментальные точки и аппроксимирующие зависимости).The above operations are repeated at a shear rate of 50, 90, 120, 150, 160, 180 sec -1 . The experimental results are presented in table 1 (in tabular form) and in Fig.7 and Fig.8 (experimental points and approximating dependencies).
Указанные операции повторяют при сдвиге со скоростью 90 сек-1 и температурах термостатирования рабочей камеры 130, 140, 155, 170°С. Результаты представлены в табл.2 (в табулированном виде) и на фиг.9 и фиг.10 (экспериментальные точки и аппроксимирующие зависимости). Эксперимент продолжают при других значениях исходной влажности, давления в рабочей камере, времени воздействия. В результате получают достаточно полную картину влияния комплексного физико-механического воздействия на пищевые качества продукта. Предлагаемый способ и установка позволяют получать экспериментальный материал в необходимом объеме для определения оптимальных интервалов параметров физико-механических воздействий и осуществлять, например, с использованием метода планирования эксперимента поиск сочетаний воздействий, обеспечивающих оптимальные пищевые качества продукта.These operations are repeated at a shear rate of 90 sec -1 and thermostating temperatures of the working
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009102462/13A RU2408883C2 (en) | 2009-01-26 | 2009-01-26 | Method for definition of dependence of bioproduct food value on parametres of physico-mechanical impact on the bioproduct and device for such definition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009102462/13A RU2408883C2 (en) | 2009-01-26 | 2009-01-26 | Method for definition of dependence of bioproduct food value on parametres of physico-mechanical impact on the bioproduct and device for such definition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009102462A RU2009102462A (en) | 2010-08-10 |
| RU2408883C2 true RU2408883C2 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=42698440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009102462/13A RU2408883C2 (en) | 2009-01-26 | 2009-01-26 | Method for definition of dependence of bioproduct food value on parametres of physico-mechanical impact on the bioproduct and device for such definition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2408883C2 (en) |
-
2009
- 2009-01-26 RU RU2009102462/13A patent/RU2408883C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009102462A (en) | 2010-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3182494A (en) | Viscurometer | |
| US5357783A (en) | Dynamic shear rheometer and method | |
| JP2006284583A (en) | Intelligent system and method for automatic packing for chromatography column | |
| JPH0321861B2 (en) | ||
| JPH0612327B2 (en) | Method for testing viscoelastic materials and apparatus for performing same | |
| EP0419440A2 (en) | Testing of viscoelastic materials | |
| RU2408883C2 (en) | Method for definition of dependence of bioproduct food value on parametres of physico-mechanical impact on the bioproduct and device for such definition | |
| CN103499639B (en) | A kind of online characterizing method of sulfidation ultrasonic wave | |
| CN103512379B (en) | Constant-temperaturezone zone of high-temperature combustion chamber rapid assay methods and device | |
| US3538758A (en) | Test instrument for determining the physical properties of solid and liquid vulcanizable elastomeric materials | |
| CN103149099B (en) | Pitch rotational shear oscillation fatigue rupture experimental device and method | |
| US3494172A (en) | Cone curemeter | |
| AU2002212558A1 (en) | Rheometer with Rotary bearing comprising flexure elements | |
| JP6520408B2 (en) | Method and system for detecting surface shape of refractory lining of molten metal processing container | |
| CN205426721U (en) | A rotary viscosimeter for detecting composite thickening agent viscosity | |
| DE602004016584D1 (en) | Method and device for rheological and mechanical material analysis | |
| CN113376206B (en) | Coal sample coking time measuring method | |
| RU2659793C2 (en) | Method of automatic control of the degree of transformation of isoprene into polymer | |
| EP0578127A2 (en) | Mechanical in situ curometer | |
| CN113376205B (en) | Coal sample coking rate measuring device and method | |
| Antipov et al. | Optimization of the process of pressing safflower seeds in an ultrasonic field | |
| RU2698485C1 (en) | Hybrid ultrasonic-emission diagnostics method of structural materials quality | |
| Dobosz et al. | Elasticity of moulding sands–a method of reducing core cracking | |
| CN103698270A (en) | Machine body process temperature measuring device in screw extrusion molding process of screw extrusion propellant material | |
| US20070220990A1 (en) | Material testing apparatus with selectively sealed and unsealed dies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130127 |