К вопросу внедрения электроплазмолизатора в аппаратурно-технологические системы производства сока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу внедрения электроплазмолизатора в аппаратурно-технологические системы производства сока

Волков А.И. Бакалавр ФГБОУ ВО СПбГАУ

Электроплазмолиз относится к процессам электроконтактной обработки [1, 2, 3]. Электроплазмолиз предназначен для интенсификации прессового способа извлечения сока из растительного сырья. В последнее время сфера применения электроплазмолиза расширилась за счет его использования при обработке животных тканей и других объектов. Обширные исследования процесса стали возможны после того, как были сформулированы основные положения плазмолитической теории в отношении сокоотдачи, суть которых сводится к следующему [4, 5, 6]. Сокоотача растительного сырья зависит от первоначальной степени проницаемости протоплазменной оболочки и от способности последней противостоять внешним воздействиям в процессе предварительной обработки и прессования. Поэтому любые внешние воздействия, направленные на повреждение клеточных структур и увеличение их проницаемости, должны приводить в итоге к повышению сокоотдачи. Содержание сока в плодах и овощах составляет 90 - 95%, однако при их переработке в условиях производства - выход сока часто составляет лишь 50-60%.

Электроплазмолиз -- обработка сырья электрическим током низкой и высокой частоты, в результате которой происходит плазмолиз протоплазмы. Сущность метода заключается в разрушающем воздействии тока на белково-липидные мембраны растительных тканей с сохранением целостности клеточных оболочек. Электроплазмолиз дает наибольший эффект при получении препаратов из свежего сырья растительного и животного происхождения. При этом получаемые вытяжки обогащены действующими веществами и содержат лишь небольшое количество сопутствующих веществ.

Существует множество методов повреждения оболочек, приводящих к увеличению выхода сока [7, 8]: механические, термические, ферментные, лучевые и др., однако электрический метод имеет ряд существенных преимуществ перед другими, в первую очередь он отличается простотой аппаратурного оформления и минимальным временем обработки.

Электроплазмолиз не вызывает разрушения клеточных стенок и поэтому исключает переход пектиновых веществ в сок, а также способствует разрыву плазменных оболочек на более крупные частицы, которые легко задерживаются клеточными стенками при извлечении сока, что положительно сказывается на выходе сока.

Эффективность электроплазмолиза зависит от ряда факторов:

1. градиента напряжения,

2. длительности обработки,

3. температуры,

4. электрофизических свойств сырья.

Конечный эффект электроплазмолиза не зависит от частоты электрического тока. Выбор частоты предопределяется в основном электрохимическими соображениями [2].

Электропроводность растительной ткани при электроплазмолизе увеличивается, так как дискретность электрических свойств клетки в процессе ее разрушения сглаживается. Вследствие этого значения тока при электроплазмолизе должны быть экстремальными, при этом максимум тока соответствует полному разрушению протоплазменных оболочек.

Это положение использовано в качестве метода исследования процесса электроплазмолиза различных видов сырья путем осциллографирования. Анализ осциллограмм дает возможность определить время, которое проходит от начала пропускания тока до достижения им максимальной величины [5].

Результаты патентно-информационного поиска сведены в таблице 1.

Таблица 1 - Способы переработки растительного сырья

Аппарат с неподвижными электродами изображен на рис. 1. К электродам подводится электрический ток напряжением 380/220 В. Свежее сырье поступает в зазор между вальцами из бункера, сок собирается в приемник. Выход сока увеличивается на 5-15% по сравнению с использованием традиционных методов. Применение электроимпульсных разрядов позволяет ускорить экстрагирование из сырья с клеточной структурой. Для этого применяется импульсный электроплазмолизатор. Так, внутри экстрактора 1 с обрабатываемым сырьем помещают электроды 2, к которым подают импульсный ток высокой или ультравысокой частоты.

Рисунок 1 - Схема импульсного электроплазмолизатора

Под воздействием электрического разряда в экстрагируемой смеси возникают волны, создающие высокое импульсное давление. В результате происходит интенсивное перемешивание обрабатываемой смеси, истончается или полностью исчезает диффузионный пограничный слой и увеличивается конвективная диффузия. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстрагента внутрь клетки, что ускоряет внутриклеточную диффузию. Из-за искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, которые, расширяясь, достигают максимального объема и захлопываются. При этом за короткий промежуток времени в малом пространстве выделяется большое количество энергии и происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры растительного материала.

Извлечение ускоряется за счет вымывания биологически активных веществ из разрушенных клеток. Кроме того, образующиеся полости постоянно пульсируют, вызывая увеличение скорости движения экстрагента около частиц сырья и увеличивая скорость экстрагирования за счет возрастания коэффициента конвективной диффузии.

В процессе импульсной обработки экстрагируемого материала с помощью высоковольтных разрядов электрическая энергия преобразуется в энергию колебательного движения жидкости, что сокращает время экстрагирования и повышает выход биологически активных веществ, эффективность экстрагирования в единицу времени и др. Часто в электроплазмолизаторе имеется подвижная крышка 3, которая, опускаясь, отжимает сырье. Время обработки сырья электрическим током составляет доли секунды.

Эквивалентная электрическая схема клетки представлена на рис.2.

Диэлектрические свойства биологических тканей в большой мере определяются свойствами клеток. Каждая клетка окружена мембраной, обладающей поверхностной емкостью в пределах 0,1-3 мкФ/см и поверхностным сопротивлением до 10000 Ом-см. Межклеточная и внутриклеточная среда имеет сопротивление 100-300 Ом-см и диэлектрическую проницаемость около 80. На рис. 2 приведены схема прохождения электрического тока в клетке и эквивалентная электрическая схема клетки. При постоянном напряжении мембрана ведет себя как изолятор, и ток может протекать только во внеклеточной среде. Под действием постоянного напряжения может происходить и явление электрофореза -- переноса электрически заряженных частиц (клеток, макромолекул).

А) Б)

Рис. 2. Прохождение электрического тока в клетке (А) и эквивалентная электрическая схема клетки (Б): ср - сопротивление и С_ср - емкость внеклеточной среды; Rвн - сопротивление внутриклеточной среды; С_м - емкость мембраны клетки.

Производство соков имеет большое значение для населения и хозяйства нашей страны. Высокое содержание минеральных веществ и витаминов в овощных соках обусловливает их высокую пищевую ценность. Работа выполнена в соответствии основными положениями Энергетической стратегии России на период до 2020г. [10, 11], формирующими оптимальную в изменившихся условиях энергетическую политику, как органическую составляющую экономической политики страны в целом

На протяжении последних трех лет в России наблюдается спад производства соков фруктовых и овощных. Производство соков фруктовых и овощных в январе 2016 года уменьшилась на 2,3% к уровню января прошлого года и составило 163 416,7 тыс. усл. банк. Лидером производства соков фруктовых и овощных в (тыс. усл. банк) от общего произведенного объема за 2015 год стал Центральный федеральный округ с долей около 66,7%. В период 2012-2016 гг. средние цены производителей на соки фруктовые и овощные выросли на 37,1%, с 14 452,7 руб./тыс. усл. банк. до 19 810,4 руб./тыс. усл. банк. Наибольшее увеличение средних цен производителей произошло в 2015 году, тогда темп роста составил 29,0% . Средняя цена производителей на соки фруктовые и овощные в 2015 году выросла на 29,0% к уровню прошлого года и составила 19 810,4 руб./тыс. усл. банк. Средняя розничная цена на соки фруктово-ягодные в 2015 году выросла на 5,1% к уровню прошлого года и составила 62,6 руб./л.

Согласно закону об импортозамещении [12, 13] необходимо осуществить переход к специализации, основанной на создании качественного нового потенциала страны, базирующего на производстве широкого круга отечественной продукции высоких стадий обработки в основных комплексах (машиностроительном, агропромышленном и т.д.) в соответствии с изменениями рыночной коньюнктуры и маневренности собственными материальными и интеллектуальными ресурсами.

Представленные в работе данные свидетельствуют о целесообразности внедрения отечественных электроплазмолизаторов в аппаратурно-технологические системы производства сока на предприятиях АПК.

растительный ток электроплазмолизатор клетка

Список использованных источников

1. Беззубцева М.М., Волков B.C.,Фокин С.А. Электротехнологии. Практикум по электротехнологиям расчетам - СПб: СПбГАУ, 2010г.

2. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Инновационные электротехнологии в АПК: учебное пособие, 2015. - СПб.: СПбГАУ. - 148 с.

3. Беззубцева М.М. Специальные виды электротехнологии. СПб: СПбГАУ, 2008г.

4. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. Энергоэффективные электротехнологии в агроинженерном сервисе и природопользовании - учебное пособие , 2012. - СПб.: СПбГАУ. - 260 с.

5. Беззубцева М.М., Ковалев М.Э. Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции - учебное пособие , 2012. - СПб.: СПбГАУ. - 242 с.

6. Беззубцева М.М., Волков В.С., Фокин С.А. Электротехнология. Практикум по электротехнологическим процессам, 2010. - СПб.: СПбГАУ. - 148 с.

7. Беззубцева М.М., Волков В.С. Практикум по технологическим расчетам процессов переработки сельскохозяйственного сырья, 2014. - СПб.: СПбГАУ. - 94 с.

8. Беззубцева М.М., Мазин Д.А., Тюпин С.В. Энергетика технологических процессов: лабораторный практикум, 2009. - СПб.: СПбГАУ. - 122 с.

9. Федеральный закон №261 (от 23.11.2009г.) "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации"

10. Технология энергосбережения: Учебник / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. -- 3-e изд., перераб. и доп. -- М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2013. -- 352 с.

11. Гельбрас В.М. Импортозамещение и экспортная ориентация экономики / В. М. Гельбрас -МЭ и МО. М.- 2013.- 198 с.

12. Федоляк Ф.С. Импортозамещающая стратегия структурных сдвигов в экономике России / Ф.С. Федоляк - НИЦ Инфра-М.-2014.-320 с.

13. Подробный сравнительный анализ российских и международных требований к изготовлению соков см.: Колеснов А. Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей // Стандарты и качество. 2009. № 3.

14. Правила устройства электроустановок - 7-е изд. - М.: НЦ ЭНАС, 2003г.

15. Скрипников Ю.Г. Технологии переработки плодов и ягод.-М.: Агропромиздат, 2012

16. Самсонова А.Н. Фруктовые и овощные соки. - М.: Агропромиздат, 2011г.

Размещено на Allbest.ru