Andrzej Wesołowski, Arkadiusz Ratajski Uniwersytet Warmisko-Mazurski w Olsztynie Wpływ obróbki termicznej na prdko propagacji fali ultradwikowej w farszu misnym Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki wstpnych pomiarów prdkoci propagacji fali ultradwikowej w farszu misnym poddanym obróbce cieplnej. Pomiarów prdkoci rozchodzenia si fali dokonywano za pomoc 50 khz głowic ultradwikowych współpracujcych z komputerem PC wyposaonym w kart defektoskopu ultradwikowego UMT-12. Słowa kluczowe: ultradwiki, prdko propagacji fali, farsz misny, obróbka cieplna Wprowadzenie Przedstawione badania s kontynuacj eksperymentów przeprowadzonych przez autorów na bulwach ziemniaków (Ratajski, Wesołowski 2004). Autorzy potraktowali niniejsze badania jako badania wstpne. W zwizku z tym w publikacji przedstawiono wyniki bada bez szczegółowej ich analizy. Ze wzgldu na fakt i miso i jego przetwory s cennym i powszechnie stosowanym artykułem spoywczym optymalizacja sposobów jego obróbki staje si coraz waniejszym zagadnieniem tak naukowym jak i utylitarnym. W badaniach ultradwikowych wykorzystuje si drgania mechaniczne o wysokich czstotliwociach. Ogólnie przyjmuje si, e fala ultradwikowa to fala o czstotliwoci 16 khz do 100 GHz (Koton 1986).W badaniach ultradwikowych stosuje si czstotliwoci z zakresu 20 khz 100 MHz (Lewiska-Romicka 2001). Zalet metod ultradwikowych jest fakt, i s to metody nieniszczce, nieinwazyjne oraz niezwykle szybkie. Ma to zasadnicze znaczenie tak ze wzgldu na zachowanie wysokiej jakoci wyrobów misnych jak i ze wzgldu na aspekt ekonomiczny. Powysze zalety tego typu metod skłoniły autorów do podjcia próby zastosowania ultradwików do identyfikacji metody obróbki termicznej misa mielonego Cel bada Celem przeprowadzonych bada było stwierdzenie czy metoda obróbki termicznej farszu misnego wpływa na prdko propagacji fali ultradwikowej co pozwoliłoby na jej identyfikacj. Metodyka bada Pomiary ultradwikowe przeprowadzono na specjalnie przygotowanym stanowisku badawczym wyposaonym w specjalistyczne oprogramowanie (Ratajski, Wesołowski 2004). Układ pomiarowy składał si dwóch głowic ultradwikowych emitujcych podłune fale akustyczne o czstotliwoci 50 khz. Pomiary wykonywano metod przejcia. Jako parametr charakteryzujcy 373
własnoci akustyczne badanego materiału przyjto prdko propagacji fali ultradwikowej. Prdko t wyznaczono z zalenoci (1) z dokładnoci ± 1,7 m/s (Ratajski, Wesołowski 2004) V = s t 10 3 [ m/ s] gdzie: V prdko propagacji fali ultradwikowej w badanym materiale, [m/s], s wysoko próbki, [mm], t czas przejcia fali ultradwikowej przez badan próbk, [µs]. (1) Do bada uyto ogólnie dostpne w handlu detalicznym wołowo-wieprzowe miso mielone w stanie zamroonym. Próbki uyte do bada miały kształt owalny i mas około 50 g. Po rozmroeniu w warunkach pokojowych poddano je obróbce termicznej picioma metodami: gotowanie, gotowanie w podwyszonym cinieniu (szybkowar), ogrzewanie w suszarce konwekcyjnej SUP 3, ogrzewanie gorcym powietrzem z wymuszonym przepływem (kombiwar), smaenie w płytkim oleju. Badania przeprowadzono wykorzystujc po 3 próbki dla kadego rodzaju obróbki. Obróbk dwóch próbek (próba A) przerywano po osigniciu przez nie w centralnym punkcie temperatury ok. 70 C (rys. 1), a ich wyniki uredniono. Rys. 1. Pomiar temperatury wewntrz próbki Fig. 1. Temperature measurement inside the specimen Przerwanie procesu w tym samym stanie termicznym materiału pozwoliło na wyeliminowanie wpływu temperatury na jego własnoci akustyczne. Pomiarów temperatury dokonywano przy uyciu przenonego miernika temperatury EMT 302 (www.czaki.pl) kadorazowo przerywajc proces. Odczyty nastpowały z czstotliwoci zalen od metody obróbki od 2 min dla gotowania do 5 min dla ogrzewania w suszarce. Obróbk pozostałych próbek (próba B) kontynuowano do momentu, gdy ocena organoleptyczna wskazywała na jej gotowo do spoycia. 374
Wyniki bada i ich analiza Przykładowy sygnał przejcia fali ultradwikowej przez badany farsz misny pokazano na rys 2. Jest to przebieg otrzymany dla obróbki termicznej przeprowadzonej w kombiwarze. Charakterystycznym jest fakt, i dla wszystkich pomiarów odbierano silne zakłócenia w postaci szumów. Szczególnie widoczne s one w pierwszych 20 s sygnału. Na podstawie przeprowadzonych prób oraz konsultacji z producentem urzdzenia stwierdzono, e jest to spowodowane konstrukcj karty. Standardowo jest ona wykorzystywana do pomiarów metali. Konsekwencj tego s przesłuchy spowodowane zbyt długim wygaszaniem sygnału nadawczego. Efektem tego jest rejestracja jego szcztkowej wartoci w momencie, gdy karta przestawia si ju w tryb odbioru, a sygnał nadawczy jeszcze nie wygasł. Zjawisko to w znacznym stopniu utrudnia okrelenie pocztku impulsu wskazujcego dno materiału (Deputat 1979) szczególnie, gdy próbki maj niewielkie wymiary. Zastosowanie metody zero-crossing pozwoliło na odczyt z zadowalajc powtarzalnoci. 40 30 20 amplituda [V] 10 0-10 -20-30 -40 0 20 40 60 80 100 120 czas [µs] Rys. 2. Przykładowy sygnał przejcia fali ultradwikowej przez materiał Fig.2. Sample signal of passing the ultrasonic wave through the material Wyniki pomiarów prdkoci propagacji fali ultradwikowej w farszu misnym zamieszczono w tabeli 1, a ich graficzn prezentacj na rys. 3. Biorc pod uwag wszystkie załoone metody obróbki termicznej rednia prdko propagacji fali ultradwikowej wynosiła 1307m/s ± 2%. Upowania to do stwierdzenia, e prdko propagacji fali ultradwikowej w przypadku przerwania obróbki w temperaturze 70 C nie zmienia si. 375
Prdko [m/s] 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 próba B próba A 500 Rozmroone Kombiwar Ogrzewanie Gotowane Szybkowar Smaenie Rodzaj obróbki Rys. 3. Prdkoci propagacji fali w zalenoci od obróbki Rys. 3. Prdkoci propagacji fali w zalenoci od obróbki Fig.3. Propagation velocity of the wave depending on the treatment Sytuacja zmieniła si, gdy obróbk kontynuowano (próbka B). Prdko propagacji w wikszoci przypadków zmieniała si. Wyjtek stanowi obróbka poprzez gotowanie. W tej sytuacji, przy zaledwie 2% zmianie prdkoci fali przyjto, e zmiana ta jest pomijalnie mała. Tabela 1. Wartoci prdkoci propagacji fali w zalenoci od obróbki Table 1. Values of the wave velocity propagation depending on the treatment Rodzaj obróbki Próba A Próba B [m/s] [m/s] Rozmroone 1364 1317 Kombiwar 1279 1431 Ogrzewanie 1341 1151 Gotowane 1211 1244 Szybkowar 1408 751 Smaenie 1298 687 Obróbka poprzez ogrzewanie ciepłym powietrzem i w kombiwarze spowodowała zmian prdkoci rozchodzenia si fali w stosunku do próby A odpowiednio o 14% i 12%. Przy czym w przypadku ogrzewania prdko ta wzrosła, a w przypadku kombiwaru zmalała. Znaczne zmiany zaobserwowano po obróbce poprzez smaenie i w szybkowarze. Prdko w obu przypadkach wzrosła o 47%. 376
Podsumowanie Wybrane metody obróbki termicznej farszu misnego przerwane w temperaturze 70 C nie wpływaj na prdko propagacji fali ultradwikowej, co nie pozwala na ich identyfikacj w sposób niezaleny od temperatury. Róne prdkoci propagacji fali pomidzy próbkami A i B wynikaj prawdopodobnie z rónych temperatur osiganych przez materiał w kocowej fazie obróbki. Bibliografia Deputat J. 1979. Badania ultradwikowe. Instytut Metalurgii elaza im. S. Staszica. Gliwice Koton J. 1986. Ultradwiki. Instytut Wydawniczy Zwizków Zawodowych Lewiska-Romicka A. 2001. Badania nieniszczce. Podstawy defektoskopii. WNT Ratajski A., Wesołowski A. 2004. Wpływ obróbki termicznej ziemniaków na prdko propagacji fal ultradwikowych Influence of the thermal treatment on the propagation velocity of ultrasonic waves in meat stuffing Summary The paper presents results of the initial measurements of the propagation velocity of ultrasonic waves in meat stuffing subjected to heat treatment. Measurements of the wave propagation velocity were taken using 50-Hz ultrasonic heads connected to a PC equipped with an UMT-12 reflectoscope card. Keywords: ultrasound, velocity of wave propagation, meat stuffing, heat treatment 377