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

тицами. Силу притяжения двух частиц шарообразной формы радиусом Гу и г2, колеблющихся в параллельных плоскостях, можно определить из уравнения Кенига

Используя это уравнение, Гидеман рассчитал время t, за ко­ торое две одинаковые частицы столкнутся:

где р — вязкость среды;

Г = Г у = г2.

Ряд исследований показывает, что на процесс коагуляции влияет звуковое давление на частицы. В поле стоячей волны на частицу действует сила, перемещающая ее по направлению к пучности волны. Максимальную силу в сфере, диаметр которой меньше, чем длина волны, определяют так

При очистке ультразвуком дыма концентрация частиц от­ личается от первоначального равномерного распределения, при­ чем максимум концентрации дыма наблюдается в пучности, а минимум — в узле волны (рис. 230, б). Из графика видно, что при Кх = 0 распределение дыма равномерное, при увеличении Кх концентрация дыма резко меняется. Таким образом происхо­ дит концентрация дисперсной фазы в пучностях волны. На мик­ рофотографиях дыма после облучения отчетливо видны агрегаты

•скоагулированных частиц дыма, которые можно разделить лю­ бым известным способом (например, в циклонах).

На рис. 231, а показана схема установки для разделения га­ зовых неоднородных систем. Запыленный газ через штуцер по­ падает в акустическое поле камеры, в верхней части которой помещен пневматический ультразвуковой генератор, питаемый

•сжатым воздухом через трубопровод. Скоагулированные части­ цы разделяются на циклоне, при этом очищенный газ отсасыва­

510

ется через трубу, а частицы собираются в коллекторе. В уста­ новке применяется ультразвуковая сирена, питаемая сжатым воз­ духом под избыточным давлением 5—7 Па, при расходе 5— 6 м3/мин. Такое устройство целесообразно использовать при размере частиц не более 10—15 мкм и концентрации их не менее70 г/м3. Очень важно, что акустическая очистка допускает использование высоких температур— до 800° С. Расход энергии

цер 2. С целью поддержания необходимой для процесса тем­ пературы в рубашку аппарата через штуцера 5 подается охла­ ждающая жидкость.

При таком способе образования аэрозолей средняя дисперсионность частиц 0,5 мкм, при этом решающее влияние оказыва­ ет частота ультразвука: чем выше частота колебаний, тем мень­ ше размер частиц аэрозоля.

Разработаны аппараты для разделения жидких неоднород­ ных систем с помощью ультразвуковой фильтрации. Один из та­ ких аппаратов изображен на рис. 232. В качестве фильтрующей перегородки в нем используется сетка с соответствующим коли­ чеством отверстий, укрепленная в эластичных резиновых плас­ тинах. Подвергаемая разделению суспензия из напорного бачка поступает через штуцер в нижнюю часть аппарата. Сетка меха­ нически с помощью стержня соединяется с магнитострикцион-

511

ным источником ультразвука. Под действием звуковых волн твердые частицы суспензии (d > 5 мкм) коагулируют и в виде осадка собираются в нижней части аппарата. Жидкая фаза (фильтрат) беспрепятственно проходит через отверстие сетки и вытекает из аппарата. Сопротивление фильтрации в течение про­

жно использовать для раз­ рушения пены.

На процесс разрушения пе­ ны влияют вязкость пленки,

В о зд ух

поверхностное натяжение, температура и размеры пузырьков. Разрушение пузырьков следует объяснить их колебаниями, а также вибрацией пленки под действием звукового поля, причем разрыв пузырьков происходит в фазе их растяжения.

На рис. 233, а показан ультразвуковой генератор для разру­ шения пены, работающей на сжатом воздухе, который, проходя через сопло, ударяется о стенки камеры, заставляя ее резониро­ вать. Направленный поток ультразвукового излучения создает­ ся с помощью параболического рефлектора.

512

Ультразвуковой генератор на аппарате устанавливают на расстоянии 15—25 мм от уровня жидкости (рис. 233, б). На не­ котором расстоянии имеется фотореле, которое при достижении ее уровня пеной, включает ультразвуковой пеногаситель, обеспе­ чивающий пеногашение на площади 0,1 м2. Расход воздуха 0,42 м3/мин, давление подаваемого воздуха до 9,8 • 105 Па. Час­ тота колебаний 12 кГц. При этих параметрах слой пены высо­ той 90 см гасится за 1,7 с.

ЭМУЛЬГИРОВАНИЕ И ДИСПЕРГИРОВАНИЕ

В пищевой технологии видное место занимают процессы эмульгирования (система жидкость — жидкость) и ди­ спергирования (система жидкость— твердое тело). Большинст­ во исследователей считает основным фактором диспергирующего действия ультразвука — кавитацию. Получение суспензий (система жидкость — твердое тело) требует больших затрат энер­ гии, чем для эмульгирования жидкостей. С помощью ультра­ звука удается получать эмульсии с размером частиц 1 мкм. Мак­

где С — концентрация эмульсин; х — продолжительность процесса;

а и р — опытные величины, зависящие от свойств вещества; п — величина, характеризующая вероятность протекания реакции.

Для двух частиц эмульсии при вероятности коагуляции, близкой к единице, процесс описывается как биомолекулярная

свободно циркулирует через охлаждающие змеевики и циркуля­ ционные окна. Под действием сфокусированного излучения жид­ кости эмульгируются.

Существуют универсальные аппараты, работающие как по замкнутому циклу, так и на проток. Примером такой установки является диспергатор типа УДК-1 (рис. 235).

Диспергируемая система в количествах, контролируемых счетчиком, подается по трубе в фильтр, где очищается от слу­ чайных примесей. Затем шестеренчатым насосом она передается в гидродинамический излучатель, где подвергается диспергиро­ ванию. В случае необходимости исходную смесь с помощью вен­ тиля можно подавать, минуя излучатель, непосредственно в бак. В этом случае система будет обрабатываться не только гидроди-

514

намическим излучателем, но и вмонтированным в днище магнитострикционным вибратором. Для более равномерного распре­ деления компонентов в баке установлены мешалки с приводом. Уровень жидкости в аппарате контролируется уровнемером. Ди­ спергирование происходит наиболее благоприятно при темпера­ туре 40—60° С. С этой целью в аппарате предусмотрена рубашка.

Характер эмульгирования зависит от температуры продукта. Так, при гомогенизации молока на гидродинамическом вибрато­ ре установлена зависимость процесса оттемпературы (табл. 127)

[2 ].

Т а б л и ц а 127

Количество жировых шариков менее 2 мкм (в %)

при давлении обработки. МПа

Темпера тура

Больше всего жировых шариков (менее 2 мкм) при темпера­ туре 55—70° С. При этих температурах с увеличением давления обработки молока интенсивно повышается дисперсность жира, и при давлении 0,4—0,5 МПа, что соответствует частоте 1300— 1500 Гц, около 80--88% жировых шариков имеют диаметр менее 2 мкм.

При повышении температуры усиливается бактерицидное действие ультразвука на микрофлору молока (табл. 128).

рис. 236. Как видно, максимум на кривых распределения сред­ них размеров частиц смещается влево относительно кривой, т. е. в результате обработки средний размер частиц уменьшается.

Качественные показатели продуктов, гомогенизированных на ультразвуковом вибраторе, хорошие.

516

Улучшение качества хлебобулочных изделий достигается вве­ дением в них жировых эмульсий, причем наилучшие результаты наблюдаются при размере жировых шариков, приближающихся к естественным эмульсиям [5]. Для увеличения стойкости жи­ ровой эмульсии к ней в процессе обработки добавляют эмульга­ тор — фосфатидный концентрат. Сравнительные данные по ус­ тойчивости жировой эмульсии, полученной тремя методами, при­ ведены в табл. 129.

Кроме того, эмульсия, полученная на установке ГУ-3, обла­ дала еще более высокой дисперсностью. Качество хлеба (пшенич­ ная мука I сорта, 5% сахара, 5% подсолнечного масла), изго­ товленного с использованием жировой эмульсии выше, чем конт­ рольного (табл. 130).

Т а б л и ц а 130

Жировые эмульсии, полученные на основе ультразвуковой обработки, можно с успехом использовать для смазки хлебных форм и листов при выпечке хлеба.

Для диспергирования животных жиров применяют аппарат (рис. 237), который состоит из резервуара с мешалкой, гидроди­ намического вибратора и насоса. Исходное сырье загружается

17—381 517

в резервуар и вначале грубо диспергируется с помощью мешал­ ки, а затем по трубопроводам 2 и 4 при помощи насоса прокачи­ вается через вибратор. При необходимости смесь можно пропус­ тить многократно [31 ].

Такую гидродинамическую установку можно использовать в линии производства колбасных изделий. Горячая вода с эмуль­

тель колеблется в радиаль­ ном направлении. Излучение кольцевого преобразователя на­ правляется внутрь, интенсивность его на внутренней поверх­ ности рабочей камеры составляет 9 Вт/см2, в центральной зоне преобразователя — 90—120 Вт/см2. Собственная частота колеба­ ний преобразователя 16,5 кГц.

Установлено положительное влияние ультразвука на вкусо­ вые качества шоколада: он отличается нежностью, бархати­ стостью и более тонким букетом. Под действием ультразвука вязкость шоколадной массы снизилась в среднем на 7—10% [80].

Эффективность ультразвуковой очистки поверхностей зави­ сит от целого ряда факторов. Основной причиной диспергирова­ ния пленок на поверхности твердых тел являются кавитация,

518

Рис. 238. Ультразвуковой аппарат про­ ходного типа:

Рис. 239. Влияние различных факторов на процесс ультразвуковой очистки.