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

предельном случае, когда /С2 = 0 (свободная граница), ударная волна отражается, как волна разрежения.

Н. А. Рой и Д. П. Фролов [66], исследуя электроакустиче­ ский к.п.д. импульсного разряда, предложили определять об­ щую энергию симметричного импульса как сумму пяти зон:

Н. А. Роем и Д. П. Фроловым, составил 30—32%. Эти данные следует считать предельными, так как в последующих работах получены несколько меньшие результаты.

Преобразование электрической энергии, запасенной в кон­ денсаторе, в кинетическую энергию жидкости во многом зави­ сит от величины искрового промежутка I в жидкости [81. По-ви­ димому, для каждого конкретного случая существуют оптималь­

мостей [51], представленных в табл. 133.

На базе обработки критериальных зависимостей получен ряд

предлагается ряд формул [57]:

540

541

радиус канала в конце первого полупериода гк (см)

разряда высокого напряжения и ультразвука имеется много общего. Исследования многих авторов [75, 95, 96, 97] показали, что ультразвуковое поле способно оказать химическое воздей­ ствие на вещество. Проведенные работы подтвердили возмож­ ность осуществления как окислительных, так и восстановитель­ ных реакций под действием импульсного разряда. Особенно важным для импульсной техники является то, что химическое действие ультразвука зависит лишь от интенсивности и практи­ чески не зависит от частоты.

Многочисленными экспериментами установлено, что причи­ ной окисляющего действия ультразвука является образование радикалов Н и ОН [97].

На характер протекания химических процессов решающее влияние оказывает состав газов, присутствующих в данной среде. Так восстанов­ ление J2 хорошо происходит в среде, насыщенной водородом и не наблю­ дается в среде благородных газов [98]. При фотодиссоциации J2 распада­ ется на атомарный J и радикал

Jo “j- ll't —>■J -f- J * .

Энергия кванта в этом случае

Ь = D + £ ,

где D — энергия диссоциации;

Е — энергия возбуждения радикала.

Предельная энергия кванта, вызывающего эту реакцию равна 8,45 эВ [52]. При обработке воды в кавитационных полостях возможно образо­ вание атомарного водорода, которое может проходить двумя путями [108]: путем непосредственной диссоциации молекулы водорода в кави­ тационной полости

Н2 -► Н + Н,

а также путем реакции Н2 с радикалом гидроксила

Н20 = Н' + ОН* ;

Н2 + ОН' ->■ Н20 + Н' .

Естественно, что при этом одна молекула воды может восстановить два атома йода.

542

Для образования перекиси водорода необходимо присутствие в воде кислорода. В противном случае ионизированные частицы воды рекомби­ нируют.

В результате реакции [108]

здесь возможно ускорение процесса в результате контакта жидкости с плазмой разряда, а, кроме того, ультрафиолетового излучения искры. Установлено [38], что при энергии кванта ультрафиолетового излучения ■6,66 эВ в смеси азота и кислорода образуются окислы азота.

Несмотря на целый ряд довольно близких аналогий между ультра­ звуком и импульсным разрядом, действие последнего более универсально.

Представляет интерес воздействие импульсных нагрузок на белковые ■системы [76].

Миозин является важным белком мышечной ткани как по биологи­ ческим особенностям, так и по содержанию его в ткани (до 40%).

Оценка изменений состояния белков миозиновой фракции возможна путем определения содержания свободных SH-групп, АТФ-азной актив­ ности, мутности, вязкости.

Растворы белка обрабатывали двумя методами: импульсным разря­ дом непосредственно в жидкости и ударными волнами, возникающими в мембранном электроимпульсном аппарате. Исходная энергия импуль­ са в обоих случаях 700—720 Дж. В первом случае между плазмой раз­ ряда и продуктом осуществляется прямой контакт, во втором — белковый раствор отделен от зоны преобразования энергии металлической мем­ браной.

В электроимпульсном мембранном аппарате, т. е. с изолированным электрическим разрядом, отчетливых изменений свойств белкового раст­ вора в зависимости от количества импульсов не наблюдается. В пределах 750 импульсов также не изменялось АТФ-азной активность, вязкость и мутность растворов.

При непосредственном контакте электрического разряда с раствором -белка наблюдается иная картина. В этом случае уменьшение содержания

•свободных сульфгидрильных групп фиксируется уже при 5 импульсах, а при 1000 импульсах — свободных сульфгидрильных групп нет. Наряду

•с уменьшением содержания сульфгидрильных групп обнаружено пони­ жение АТФ-азной активности: при воздействии 100 импульсов и свыше фермент инактивируется. Начиная со 125 импульсов оптическая плот­ ность раствора увеличивается. Указанные выше изменения, свидетель­ ствуют о денатурационных изменениях белков, сопровождающихся агре­ гированием молекул.

Сопоставление полученных данных позволяет считать, что наблюдае­

Таким образом, для обработки лабильных пищевых продуктов тех­ нологичными являются электроимпульсные и магнитноимпульсные мем­ бранные аппараты.

Широкий спектр действующих факторов, возникающих при импульс­ ном разряде, обладает бактерицидными действиями на микроорганизмы.

543

Действие на микроорганизмы ударных волн и импульсной кавита­ ции приводит к чрезвычайно быстрому разрыву клеточных структур. Установлено, что в безкавитационном режиме, при устранении УФ-излу- чения искры бактерицидное действие практически отсутствует, что ана­ логично действию ультразвука достаточной интенсивности [68, 100].

Бактерицидное действие зависит также от физико-химических свойств среды, которая при определенных условиях оказывает защитное дейст­

эффект наблюдается при достижении (1,0-=-1,2)103 импульсов, а затем кривые выравниваются и асимптотически приближаются к оси времени. С учетом существования «теневых» в акустическом отношении зон ввели перемешивание, которое усилило общий бактерицидный эффект. Общее количество микрофлоры за период обработки уменьшилось на 5—6 по­ рядков. Достижение полной стерильности в аппаратах такого типа за­ труднительно, так как в этом случае справедлив закон:

544

эффект в электроимпульсном мембранном аппарате выражен слабее (кри­ вая 6). Бактерицидное действие в известной мере зависит от вида микро­ организмов. Так, Вас. coli commune оказались менее устойчивыми, чем Вас. prodigiosium. Кроме того, установлено, что из оставшихся микро­ организмов вырастали колонии Вас. prodigiosium, не типичные для дан­ ного вида микроорганизмов, а при микроскопии этих колоний обнаруже­ но изменение морфологии микробных клеток (утолщение, раздутые клетки).

Аналогично действие единичного импульсного разряда энергией (0,6-+0,8)103 Дж на кишечную палочку [27]. Причем аналитическая за­ висимость гибели микрофлоры при данном энергетическом режиме

Из табл. 134 следует, что между исходной концентрацией и эффек­ тивным числом импульсов существует логарифмическая зависимость.

545

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА

Конструирование и изготовление импульсных устано­ вок неизбежно связано с комплектацией электрических генераторов из раз­ личных элементов. В табл. 135 приводится возможный перечень оборудо­ вания, которое можно использовать при комплектации генератора[53].

В генераторах импульсов напряжений (ГИН) можно путем парал­ лельной зарядки накопителей и переключением их в последовательную цепь при разряде увеличить напряжение пропорционально числу ступе­ ней генератора [13, 14, 17, 73]. Таким путем удается достигать больших напряжений при сравнительно небольшом токе.

Генератор импульсов тока с активным сопротивлением в цепи заряда ((генератор RC) можно рассчитать по следующей схеме.

546

Блок питания. Мощность блока питания Р (Вт) ориентировочноможно определить как

сиц

где Ui— номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В. Относительное значение тока заряда i' определяют по графику

' = /М

'эф,

547

где Ui— напряжение питания трансформатора, В. Тогда потребляемая мощность

2% % p costp

где Т|тр— к. и. д. трансформатора.

Конденсаторная батарея. Величина энергии, запасаемая в накопите­ ле, зависит от технологической направленности процесса и аппаратурного его оформления. Накопителем энергии служат электрические конденса­ торы, способные отдавать накопленную энергию в виде коротких (10-4— 10~° с) импульсов большой мощности. Большинство используемых конденсаторов с твердым диэлектриком, однако не исключено использо­ вание и других типов [64]. Недостатком конденсаторов с одним высоко­ вольтным выводом является необходимость размещения их на диэлектри­ ческой подставке при последовательном включении. Также необходимо учитывать и их довольно большую собственную индуктивность [73]. ■Соединять конденсаторы следует специальной бифилярной ошиновкой [59, 64], которая снижает паразитную индуктивность.

Расчет и подбор конденсаторов для генератора производится на ос­ нове работы, совершенной искровым разрядом. Энергию, запасаемую в конденсаторе, можно приравнять произведенной работе с учетом к.п.д.

в зависимости от назначения имеют различные конструкции [82]. В боль­ шинстве случаев они представляют систему из двух металлических ша­ ров, из которых один подвижен, что позволяет регулировать разрядное напряжение.

ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЕ АППАРАТЫ

К электроимпульсным аппаратам можно предъ­ явить ряд общих требований: конструкция аппарата должна обес­ печивать высокую прочность, противостоящую импульсным на­ грузкам (это в равной мере относится и к мембране для мембран-

548

ных аппаратов); материал аппарата должен быть химически инертен; с учетом санитарных требований конструкция аппарата должна обеспечивать возможность быстрой и полной его раз­ борки; конструкция высоковольтного ввода должна обеспечи­ вать высокую электробезопасность; система крепления электро­ дов должна обеспечивать возможность быстрого и фиксирован­ ного варьирования расстояния между ними (предпочтительной является система крепления, при которой основная часть удар­

0

г

Рис. 254. Схемы расположения электродов:

в — п р о т и в о п о с т а в л е н н ы е ; б — п а р а л л е л ь н ы е ; в — к о а к с и а л ь н ы е ; г — с ек ц и о н н ы е .

ных нагрузок воспринимается металлическим стержнем элект­ рода); площадь контакта открытой поверхности электрода с жид­ костью должна быть минимальной; изоляция электрода должна быть электрически и механически прочной; система транспорти­ ровки продукта должна быть электрически безопасной; систе­ ма подвески и амортизации должна обеспечивать' гашение вибраций в минимальное время; системы приборов контроля должны обладать достаточной вибростойкостью и быть надежно электрически экранированы.

Проведенный перечень естественно не исчерпывает возмож­ ные дополнительные требования, возникающие в процессе ис­ следования и разработки электроимпульсной аппаратуры.

Одним из наиболее сложных узлов в электроимпульсной ап­ паратуре является система, образуемая положительным и отри­ цательным электродами. Конструкция электродов является опре­ деляющей для характера развития искрового канала и с этой точки зрения она — важнейшая для всего технологического ап-

549