Физико-механические характеристики наноструктурированных материалов растительного происхождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 685

ТарГУ им. М.Х. Дулати

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Цой Е.В.

За последние несколько лет нанотехнология стала рассматриваться как одна из наиболее многообещающих ветвей высокой технологии, которая является источником новых подходов к глубокой переработки сырья растительного и животного происхождения и получения продуктов питания повышенной пищевой ценности, а также решению многих других продовольственных проблем.

Сегодня нанотехнологии особенно активно развиваются в Японии, США, Южной Корее, Сингапуре, Индии, Китае. Свою роль в развитие нанотехнологии вносит и Казахстан, где с 2003г. исследования в этой области технологии являются одними из приоритетных направлений программы фундаментальных и прикладных исследований во всех отраслевых сферах, в том числе перерабатывающей и пищевой промышленности [1] .

Известно, что зерновые культуры содержат по своей природе огромное количество химических элементов, жизненно необходимых для человека, но традиционные технологии переработки сырья сильно влияют на остаточное их количество в готовой продукции, а зачастую к полному исчезновению.

Передовая «NSB: Нанотехнология сверхизмельчения Башкирцева» полностью раскрывает весь пищевой и биологический потенциал, заложенный в растениях. Разрушение прочных связей биокомплексов между собой и с целлюлозой в результате энергонапряженной механической обработки переводит их в биодоступную форму. В процессе сверхизмельчения цельные зерна в течение очень короткого времени подвергаются сумме воздействий температуре, давления и высоких энергий. Происходит наноструктурная модификация целлюлозы и полисахаридов, крахмал целиком трансформируются в растворимые формы, многократно возрастает количество доступных для усвоения организмом нанокомплексов биологически активных веществ, растворимых пищевых волокон, витаминов группы В, С, провитаминов А, Е, а также микроэлементов. При этом сохраняется и усваивается организмом весь спектр полезных веществ, находящихся в цельном зерне в их природном виде, включая ранее малодоступные: лигнаны, растворимые пищевые волокна арабоксиланы и бета-глюканы и др [2].

Возможности нанотехнологии сверхизмельчения позволяют использовать свойства различных химических веществ анатомических частей зерновых культур на атомном и молекулярном уровнях при созданияи продуктов питания нового поколения, отличающихся повышенной пищевой ценностью и биодоступностью.

Цель работы заключается в изучении физико-механических характеристик наноструктурированных зерновых культур и зернопродуктов.

Физико-механические свойства сыпучих материалов, как правило характеризуются: гранулометрическим составом (форма и размер частиц); насыпной плотностью; влажностью; текучестью (сыпучесть); углом естественного откоса; коэффициентом уплотнения; адгезией; прессуемостью; слеживаемостью.

Исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории «Наноинженерные методы исследования» Таразского Государственного Университета им. М. Х. Дулати.

Определение влажности наноструктурированного зерна и зернопродуктов проводили на установке Perten (Швеция). Объектом исследования явилось наноструктурированное зерно овса, ячменя, проса, пшеничные отруби. Результаты исследования приведены в таблице 1.

Таблица 1. Влажность наноструктурированного зерна и зернопродуктов

Из данных таблицы видно, что влажность наноструктурированных материалов различаются незначительно, в основном находится в пределах 6,3-6,9%. механический наноструктурированный растительный сыпучий

Углом естественного откоса называют угол б, образуемый линией естественного откоса (отвала) сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Величина угла естественного откоса зависит от сил трения, возникающих при перемещении частиц сыпучего материала относительно друг друга, и сил сцепления между ними. Угол б измеряли с помощью простейшего устройства, изображенного на рисунке 1.

Рис. 1. Схема устройства для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов

При определениях угла б исследуемый сыпучий материал выпускали из воронки 1 на горизонтальную площадку 2, в результате образуется конус 3 из материала. Затем с помощью угломера измеряли угол наклона б образующей этого конуса к горизонту. Угол б определяет подвижность сыпучего материала, его необходимо учитывать при конструировании лотков, течек, выпускных конических частей бункеров. Во всех случаях следует принимать угол наклона поверхностей к горизонту, по которым стекает данный сыпучий материал, превосходящим по величине его угол естественного откоса[3].

Полученные сведения сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Угол естественного откоса наноструктурированного зерна и зернопродуктов

Как показали исследования угол естественного откоса для наноструктурированного зерна характеризуется как высокий от 95° до 115°, минимальное значение для овса 95°, для проса 115°.

Прессуемость порошка характеризуется способностью образовывать прессовку под воздействием определенного давления. Эта характеристика дает качественную оценку свойств порошка, комплексно связанную с уплотняемостью и формуемостью. Уплотняемость порошка показывает его способность изменять начальную плотность укладки частиц в процессе прессования. Формуемость порошка оценивает его способность сохранять приданную ему форму при прессовании в заданном интервале пористости. Формуемость порошка зависит от формы, размера и состояния поверхности частиц.

Хорошая прессуемость облегчает и удешевляет процесс формования порошка, а хорошо формующиеся порошки дают прочные неосыпающиеся формовки. Как правило, порошки с хорошей формуемостью обладают не очень хорошей прессуемостью, и наоборот. Чем выше насыпная плотность порошка, тем хуже формуемость и лучше прессуемость.

Насыпной плотностью или объемной массой сыпучего материала сн называют массу материала, находящуюся в единице занимаемого им объема. Насыпная плотность сыпучего материала зависит от размера составляющих его частиц, их средней плотности, влажности, от плотности укладки частиц в слое. Она не остается постоянной даже при покое сыпучего материала. Под влиянием вибраций стенок сосуда сыпучий материал со временем уплотняется и его насыпная плотность достигает некоторого предельного значения сmax. В процессе движения, перемещения, смешения, наоборот, происходит разрыхление материала. Насыпная плотность при этом уменьшается, приближаясь к предельному значению сmin.

Насыпную плотность определяли с помощью прибора, состоящего из стакана 1, в верхней части которого закреплена штырем 2 подвижная царга 3 (рисунок 2). Исследуемый материал загружают в прибор до верхнего уровня царги, после чего ее поворачивали в положение а, и материал, находящийся в ней, сбрасывали на поддон 4. Нижняя кромка царги выравнивает уровень сыпучего материала в стакане 1 [3].

Рис. 2. Прибор для определения насыпной плотности сыпучих материалов

Данные о насыпной плотности представлены в таблице 3.

Таблица 3. Насыпная плотность различных наноструктурированных зерновых культур и зернопродуктов

Из данных таблицы 3 видно, что насыпная плотность наноструктурированных зерновых культур, изменяется от вида зерна. Это связано со структурой зерна и процентом содержания его анатомических частей, что определяет характер массы частиц наноструктурированного материала.

Исследования показали значительное отличие физико-механических характеристик от зерна и зернопродуктов, получены традиционным путем, что объясняет характерную особенность наноразмерных частиц.

Литература

1. Башкирцев А. А. Способ сверхтонкого измельчения материалов в многофазной среде. Предпатент №18836. опубл 15. 10. 2007. Бюл № 10

Размещено на Allbest.ru