книги из ГПНТБ / Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов

обычным способом показана на рис. 153. Сравнительные физико­ химические показатели продукции приведены в табл. 94.

Т а б л и ц а 94

, Результаты микробиологических анализов указывают на то, что в опытных образцах остаточной микрофлоры в 2 раза мень­

360

наиболее подвержены инактивации [70]. Исследованиями установлено, что водорастворимые витамины в чистом виде в течение времени, сопоставимом с периодом электроконтактной обработки, инактивируются не более чем на 20—25% [100].

Так, количество витамина С уменьшилось в 2 раза лишь пос­ ле обработки в течение 3 мин (рис. 154). Аналогично электричес­ кий ток влияет на растворы рибофлавина и тиамина. Не следует, однако, забывать, что физическое действие переменного электри­ ческого тока на витамины в продукте будет менее значительным, так как будут проявляться защитные свойства белка.

В целом качество готовой продукции, полученной электроконтактным методом, отвечает современным требованиям.

** *

Электроконтактный нагрев — перспективный . метод терми­ ческой обработки продуктов. Проведенные исследовательские работы и некоторый зарубежный опыт эксплуатации подобных устройств подтверждают возможность организации поточно­ механизированных линий, сокращения времени обработки, умень­ шения производственных затрат и площадей, снижения себе­ стоимости готовой продукции при хорошем ее качестве.

В то же время для широкого внедрения этого метода необхо­ димы дальнейшие научно-исследовательские и опытно-конструк­ торские работы в области совершенствования как электрических; так и механических узлов поточных линий электроконтактной термообработки мясопродуктов.

ЭЛЕКТРОПЛАЗМОЛИЗ

Сущность процесса

К процессам электроконтактной обработки пи­ щевых продуктов можно отнести электроплазмолиз, который предназначен для интенсификации прессового способа извлече­ ния сока из растительного сырья. К настоящему времени1изу­ чению этого процесса и его модификациям посвящено значи­ тельное количество работ. Такие обширные исследования стали возможны после того, как были сформулированы основные по­ ложения плазмолитической теории сокоотдачи, суть которых сводится к следующему: сокоотдача растительного сырья за­ висит от первоначальной степени проницаемости протоплазмен­ ной оболочки и от способности последней противостоять внеш­ ним воздействиям в процессе предварительной обработки И прессования. Поэтому любые внешние воздействия, направлец-

361

ные на повреждение протоплазмы и увеличение ее проницаемо­ сти, должны приводить, в конечном итоге, к повышению сокоотдачи.

Содержание сока в плодах и овощах достигает 90—95%, однако при их переработке в условиях производства выход сока -часто составляет лишь 50—60%.

Существует множество методов повреждения оболочек, при­ водящих, к увеличению выхода сока: механические, термические, ферментные, лучевые и др., однако электрический имеет ряд су­ щественных преимуществ перед другими и в первую очередь он отличается простотой аппаратурного оформления и минимальным временем обработки [6, 17, 25, 62, 130].

Установлено, что при предварительной обработке раститель­ ного сырья переменным током промышленной частоты напря­ жением 220 В происходит практически мгновенная гибель про­ топлазмы, при этом клеточная проницаемость увеличивается и сокоотделение при последующем прессовании возрастает [129].

Электроплазмолиз в отличие от термоплазмолиза не вызы­ вает разрушения клеточных стенок и поэтому исключает пере­ ход пектиновых веществ в сок, а также способствует разрыву пла­ зменных оболочек на более крупные частицы, которые легко за­ держиваются клеточными стенками при извлечении сока, что также положительно сказывается на выходе сока [33].

Эффективность электроплазмолиза зависит от ряда факторов: градиента напряжения, длительности обработки, температуры и электрофизических свойств сырья. Следует отметить, что конеч­ ный эффект электроплазмолиза не зависит от частоты электри­ ческого тока [141]. Выбор частоты предопределяется в основном электролитическими соображениями, в то же время этим момен­ том исследователи явно пренебрегают.

Электропроводность растительной ткани при электроплазмо­ лизе увеличивается, так как дискретность электрических свойств клетки по мере ее разрушения сглаживается. Вследствие этого значения тока при электроплазмолизе должны быть экстремаль­ ными; при этом максимум тока соответствует полному разруше­ нию протоплазменных оболочек. Это положение использовано, как метод 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. Это важнейший показатель процесса электроплазмолиза, ко­ торый необходим при конструировании и расчете электроплазмолизаторов.

Ниже приводятся экспериментальные данные [129] по иссле­ дованию процесса электроплазмолиза яблок, винограда и вишни

(табл. 95).

362

Очевидно, что с увеличением градиента напряжения длитель­ ность процесса уменьшается, причем зависимость носит обратноквадратичный характер. Из табл. 95 заметна значительная раз­ ница токоустойчивости различных плодов и ягод, которая так­ же наблюдается в пределах одного вида. Так, токоустойчивость винограда сорта Лидия выше токоустойчивости винограда других сортов.

Приблизительно такие же результаты получаются при иссле­ довании электроплазмолиза плодов и ягод, производимого с по­ мощью других видов электрического тока. Заметной разницы между действием переменного тока низкой или повышенной час­ тоты, постоянного или выпрямленного не обнаружено.

Для качественного электроплазмолиза Б. Л. Флауменбаум рекомендует градиент напряжения -Е порядка 2000 В/см, в то же время получение таких значений Е путем уменьшения расстоя­ ния между электродами технически нецелесообразно, а дальней­ шее увеличение напряжения приводит к местным пробоям — искрению. Между градиентом напряжения Е и необходимым

363

временем электроплазмолиза в большинстве случаев прослежи­ вается обратноквадратичная зависимость [129]:

Постоянная К достаточно полно характеризует токоустойчивость плодов и ягод. Так, максимальной токоустойчивостью обладают плоды; при одинаковом градиенте напряжения (1500 В/см) яблоки более чем в 7 раз токоустойчивее клубники. Предварительная механическая обработка плодов приводит к уменьшению «токоустойчивости».

При небольших градиентах напряжения (50—150 В/см) про­ исходит электротермоплазмолиз [141]: сравнительно быстро на­ гревается протоплазма клеток, а температура сока увеличивает­ ся незначительно. Качественные характеристики готового про­ дукта (например, яблочного сока), полученные этим способом, приведены в табл. 97.

364

Следует подчеркнуть специфичность влияния электроплазмо­ лиза на проведение диффузионных процессов. Установлено, что приведенный коэффициент диффузии сахара на электроплазмолизованной свекловичной ткани равен 5,0 • 10“4 см2/мин, в то время как из термоплазмолизованной только 3,6 • 10-4 см2/мин. Коэффициент диффузии калиевых и натриевых солей из электроплазмолизованной свеклы при 20° С составляет соответственно 3,41-10"4 и 2,94-10"4 см2/мин. Коэффициенты диффузии этих солей из термоплазмолизованной свеклы при тех же условиях соответственно равны 5,51-10"4 и 4,12-10"4 см2/мин. Таким образом, проницаемость электроплазмолизованной свекловичной ткани выше для сахара и ниже для калиевых и натриевых солей, чем проницаемость термоплазмолизованной стружки [47]. Не­ малое значение здесь имеет то обстоятельство, что модуль упру­ гости электроплазмолизованной ткани выше, чем термоплазмо­ лизованной. Так, для свекловичной ткани модуль упругости в первом случае в 3—5 раз больше.

Жизненные функции клетки могут быть нарушены не пол­ ностью и частично восстанавливаются, если электроплазмолиз проводится при невысоком градиенте напряжения (400 В/см и ниже). Однако для полного плазмолиза в этом случае доста­ точно незначительного механического воздействия. Такой элек­ троплазмолиз получил название коацервативного [76]. Сущест­ вует селективный электроплазмолиз, который наблюдается при градиентах напряжения 1700—2000 В/см при экспозиции 0,001—0,002 с. Избирательность прогрева протоплазмы здесь

365

нений при воздействии электрических импульсов — ценное свой­ ство такого вида обработки сырья, так как при прессовании мез­ ги важное значение для дренажа сока имеют прочностные ха­ рактеристики ее частиц.

Как показали исследования, выход сока из столовой свеклы при импульсном плазмолизе с прессованием мезги, при прочих

0J5 0,20 0,25 0,30 i

а

Рис. 156. Показатели процесса импульсного электроплаз­ молиза:

а — з а в и с и м о с т ь в ы х о д о в с о к а и з с то л о в о й св е к л ы о т степ ен и и з м е л ь ч е н и я и о б р а б о т к и м е зг и э л ек тр и ч е с к и м и и м п у л ь с а м и п ри

б —в л и я н и е в р е м е н и н а ч а л а э л е к т р о о б р а б о т к и н а в ы х о д с о к а —

с у м м а р н о й э н е р ги и п р о п у щ ен н ы х ч ер ез м е зг у и м п у л ь со в ( £ = = 3 к В /см , 1/d [ =0,166, 1 = 3 0 м и н , (= 1 0 м и н );

равных условиях, зависит от степени ее измельчения i и вели­ чины удельного давления (рис. 156, а). Автором при определе­ нии степени измельчения растительной ткани использован по­ казатель эффективного диаметра частиц

. _____1_

di

367

Из графика (рис. 156, а) видно, что при более тонком измель­ чении выход сока с увеличением давления возрастает. Однако максимальный выход сока при обычном прессовании зна­ чительно меньше, чем в случае импульсного плазмолиза.

Аналогичная картина наблюдается при импульсном плазмо­ лизе яблок. Так, из яблок при удельном давлении порядка 10-105Па и высокой степени измельчения выход сока составляет 67—68%. Совместное воздействие на мезгу давления того же порядка и электрических импульсов позволяет получать прак­ тически независимо от степени измельчения выход сока до 78%.

Процесс прессования растительной ткани на гидравлических прессах достаточно длителен, поэтому интересно выяснить, в какой промежуток времени необходимо вести импульсный пла­ змолиз. На рис. 156, б приведены графики, показывающие влия­ ние времени начала обработки электрическими импульсами на выход сока. Окончательный выход сока не зависит от начала электрической обработки (остается одинаковым), однако, варьи­ руя периодами обработки (/х, /2, ts), можно менять скорость про­ цесса на различных его этапах.

Характерным для электроимпульсного плазмолиза является тот факт, что выход сока, а следовательно и глубина самого процесса плазмолиза, в значительно меньшей степени зависит от энергии импульса (рис. 156, в), чем от градиента напряжения (рис. 156, г), По-видимому, здесь имеет место прямое действие электрического тока вместе с силовой деформацией на структуру протоплазмы.

Качественные показатели сока, полученного с помощью элек­ троимпульсного плазмолиза, характеризуются данными табл. 98.

Эффективность использования электроплазмолиза достаточно высока. Так, экономический расчет показывает, что только в ре­ зультате повышения выхода сока из виноградного сырья на 8—

Т а б л и ц а 98

368

10% себестоимость 1 т сока в среднем снижается на 3,8—4,0%,. а срок окупаемости электроплазмолизатора составляет для за­ водов средней мощности 0,4 года [58].

Аппаратурное оформление процесса электро­ плазмолиза

Конструкции электроплазмолизаторов разнооб­ разны, с одной стороны, это вызвано тем, что они предназначены для различных видов сырья, а с другой — это является следст­ вием технического поиска наиболее универсальных аппаратур­ ных форм (рис. 157).

Самая простая конструкция ■— это валковый электроплазмолизатор (рис. 157, а). Основными рабочими органами аппарата являются два металлических рифленых вальца, вращающихся навстречу один другому в электрически изолированных под­ шипниках. К валкам подводится электрический ток промыш­ ленной частоты. Попадая между валками, сырье сжимается и од­ новременно подвергается электрической обработке.

Следующие конструкции можно отнести к аппаратам камер­ ного типа (рис. 157, б, в). Они могут быть одно- и многоярус­ ные. За основу конструкции принята камера прямоугольного типа с сетчатым дном — электродом. Вторым электродом явля­ ется верхняя подвижная крышка, позволяющая изменять давле­ ние на прессуемую массу.

Аппараты транспортерного типа (рис. 157, г) представляют со­ бой сочетание двух бесконечных транспортерных лент, сближаю­ щихся в зоне обработки. На транспортерной ленте располагают­ ся емкости, заполняемые исходным сырьем, в которые в зоне обработки синхронно входят электроды со второй транспортерной ленты. Известны конструкции транспортерного типа с двумя металлическими лентами — электродами.

В аппаратах шнекового типа (рис. 157, д) шнек и внешний перфорированный корпус составляют электродную систему.

Принципиально новую конструкцию представляет собой электроплазмолизатор для семечковых плодов центробежного типа (рис. 157, е). Сырье под действием центробежной силы по­ падает на вращающийся барабан, составленный из ножей тре­ угольной формы. Расстояние между острыми кромками ножей 5 мм. Кроме того, внутри ротора расположены три свободно вра­ щающихся ролика диаметром 70 мм. Расстояние между боковой поверхностью ролика и острой кромкой ножей 2—3 мм. Бара­ бан является одним из электродов, ролики — другим. Попадая между роликами и ножевой стенкой, сырье измельчается и од­ новременно подвергается электрической обработке.

369