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

парата в целом. Конструктивные формы электродов, с учетом электрических характеристик, предопределяются геометрией и технологической направленностью аппарата. В зависимости от взаиморасположения электродов в рабочей камере (рис. 254) их можно разделить на следующие виды: противопоставленные, т. е. ось одного является продолжением оси другого электрода; параллельные; коаксиальные, т. е. один электрод расположен внутри второго концентрического электрода; секционные, т. е. центральный электрод окружен отдельными пластинами-секция-

Рис. 255. Схемы электроимпульсных аппаратов:

а — п е р и о д и ч е с к о г о д е й с т в и я ; б— п о л у н е п р е р ы в н о г о д е й с т в и я : в — с т е р м о с т а т и р о в а * н а е м п р о ц е с с а ; г —с п о л ы м и э л е к т р о д а м и ; д —с м е х а н и ч е с к о й в ы г р у з к о й о с а д к а ; 1— э л е к т р о д ы ; 2 — д и э л е к т р и ч е с к а я к р ы ш к а ; 3— к о р п у с ; 4— т р у б о п р о в о д д л я в ы в о ­

д а р а б о ч е й ж и д к о с т и ; 5 — т р у б о п р о в о д д л я в в о д а р а б о ч е й ж и д к о с т и ; б— п р и е м н и к ; 7— за г р у з о ч н ы й б у н к е р ; S — к о н т р о л ь н а я р е ш е т к а ; 9— ш н е к ; 10— р у б а ш к а .

ми. Эту схему можно рассматривать, как частный случай преды­ дущего электрода, хотя она и имеет самостоятельное значе­ ние.

Наиболее предпочтительной является система электродов острие (+) — плоскость (—), при этом выделение энергии про­ исходит наиболее стабильно. Отрицательный электрод, как пра­ вило, заземлен. В качестве отрицательного электрода часто ис­ пользуют различные детали технологического аппарата — крыш­ ки, дно, стенки и т. д.

Наиболее быстрому разрушению подвергается изоляция электрода, непосредственно примыкающая к оголенной поверх­ ности токоведущего стержня, поэтому именно этот участок дол­ жен обладать максимальным сопротивлением к нагрузкам. В ка­ честве изоляции электродов используют вакуумную резину, стеклопластик, полиэтилен и в ряде электродов используются различные комбинации этих материалов.

Так как в импульсных и мембранных аппаратах много общих элементов, целесообразно рассмотреть их совместно. Электроимпульсный аппарат периодического действия (рис. 255, а) наибо­ лее прост. Близкий ему по конструкции аппарат, приведенный

550

на рис. 255, в, с полым электродом, что позволяет вводить обра­ батываемую среду непосредственно в зону разряда, кроме того, рубашка обеспечивает термостатирование процесса. Конструк­ ция аппарата, снабженного двумя полыми электродами, также обеспечивает подачу обрабатываемой среды в зону разряда (рис. 255, г). Аппараты, приведенные на рис. 255, б, д, предназ­ начены в основном для обработки систем твердое тело — жид­ кость и оборудованы системой транспортировки продукта. В пер­ вом случае перемещение продукта гравитационное: продукт пос­ ле прохождения контрольной решетки попадает в приемный

Рис. 256. Схемы мембранных аппаратов:

а — г о р и з о н т а л ь н о г о т и п а ; б— к о а к с и а л ь н о г о т и п а ; а — д в у х к а м е р н ы е ; I — ко р п у с ; 2 — э л е к т р о д ы ; 3— м е м б р а н а .

бункер, откуда периодически удаляется. Во втором случае из­ мельченный продукт из бункера удаляется шнековым транспор­ тером.

Электродная система в аппаратах двух типов: электрод — электрод, электрод — корпус аппарата.

В мембранных аппаратах (рис. 256) используют, как прави­ ло, электродную систему типа электрод— электрод. Мембрана может быть в различных положениях и формы. Так, горизон­ тальная мембрана в j, аппарате, приведенном на рис. 256, я, — плоская и прямоугольная, а на рис. 256, б — она представляет собой цилиндрическую оболочку. Последний случай энергетиче­ ски более приемлем, так как используется практически вся энергия искры, однако жесткость этой системы снижает к.п.д. аппарата. Недостаток первого аппарата — возможность осажде­ ния на поверхности мембраны, обращенной к электродам, пу­

Мембрану, закрепленную по периметру цилиндрического кор­ пуса, можно расположить вертикально (рис. 256, б). Количество рабочих камер может быть от одной до четырех. Преимущество этого аппарата заключается в возможности использования ос­ новной искровой камеры для комбинации ее с рабочими камера­ ми различного назначения.

551

В конструкции электроимпульсного аппарата должен учи­ тываться важный фактор — кавитация. В случае ударных волн эффект кавитации наиболее интенсивно развивается у свободной поверхности, т. е. у границы раздела жидкость — газ, волно­ вые сопротивления, которые сильно отличны одно от другого. В аппарате, приведенном на рис. 256, в, отражение происходит на границе раздела, закрытой второй мембраной, отделяющей обрабатываемую среду от воздуха. Однако для возникновения кавитации необходимо, чтобы толщина мембраны и характер ее закрепления были такими, чтобы время выравнивания давления

[42]

было больше времени появления кавитации

=л(т=т) ■ ,v- 76)

где 0 — постоянная времени ударной волны.

Следует учитывать, что за счет жесткости заделки краев мембраны, периферия ее практически не будет участвовать в формировании кавитации. Таким образом, с увеличением жест­ кости мембраны, объем зоны кавитации будет уменьшаться.

Магнитноимпульсные аппараты по принципам построения аналогичны электроимпульсным. Однако они имеют и некоторые специфические особенности. Аппараты этого типа (рис. 257) мож-

Рис. 257. Схемы магннтноимпульсных аппаратов:

а — д л я с о з д а н и я в ж и д к о с т я х с ж и м а ю щ и х у си л и й ; б — д л я с о з д а н и я в ж и д к о с т я х р а с т я г и в а ю щ и х у с и л и й ;

в — р а б о т а ю щ и й н а р а з р ы в ж и д к о с т и ; / — к о р п у с ; 2 — м е м б р а н а ; 3 — и н д у к т о р ; 4—о т р а ж а ю щ а я к р ы ш к а ; 5 — т о н к а я к р ы ш ­

к а ; 6 — м е т а л л и ч е с к и й д и с к ; 7 — ш т а н г а ; 8— п о р ш е н ь .

552

но условно разделить на три группы: аппараты для создания

вжидкой среде сжимаемых усилий, аппараты для создания в жидкости растягивающих усилий и аппараты, работающие на разрыв жидкости.

Ваппаратах первой группы необходимо предусмотреть мас­ сивную отражающую стенку, при этом отражение происходит

вфазе с основной волной, что суммарно вызывает сжатие жид­ кости. Аппараты второй группы наоборот, конструируют так,

чтобы жидкость напротив индуктора, либо не соприкасалась со стенками и имела свободную поверхность, либо верхнюю крышку выполняют в виде тонкой мембраны. В этом случае отражение происходит в противофазе, что обуславливает воз­ никновение растягивающих усилий. В цилиндрическом корпусе аппаратов третьей группы устанавливают поршень, связанный штангой с металлическим диском. При подаче электрического импульса на индуктор между ним и диском возникает взаимодей­ ствие, приводящее к выталкиванию последнего, а следователь­ но, и движение поршня вверх, что приводит к разрыву жид­ кости.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРО- И МАГНИТНО­ ИМПУЛЬСНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Практическое использование электроимпульсных методов позволяет по новому решить ряд технологических вопросов, а в некоторых случаях создать совершенно новые процессы, осуществление которых невозможно другими метода­ ми. Так, Л. А. Юткиным, а также рядом других исследователей были получены авторские свидетельства на целый ряд процес­ сов: дробление горных пород, обогащение полезных ископае­ мых, очистку металлов от окалины, бурение скважин, получе­ ние дисперсий, осуществление ряда процессов химической и пи­ щевой технологии [9, 15, 32, 81, 93, 102].

В зависимости от исходной энергии разряда в первом прибли­ жении [53] можно электроимпульсные методы разделить на сле­ дующие группы (табл. 136).

Для пищевой промышленности, с ее чрезвычайно большим разнообразием процессов, импульсный разряд является весьма перспективным в силу своей универсальности и разносторонно­ сти действия.

Диспергирующее действие электроимпульсного разряда мож­ но использовать в целях гомогенизации пищевых продуктов, которая широко используется в маргариновой, масло:жировой, молочной и других отраслях промышленности. Характерным

19—381 553

для данного вида обработки является тот факт, что возможно одновременное течение двух противоположных процессов — го­ могенизации и коалесценции. Причем окончательный результат предопределяется как конструктивными факторами, так и фи­ зико-химической подготовкой продукта.

Так, при обработке молока [78, 79, 86] установлено, что процесс гомогенизации превалирует при температурах выше плавления жира, а при низких — наблюдается сбивание молоч­ ного жира.

Импульсный разряд одновременно с механическим дисперги­ рованием оказывает и сильное бактерицидное действие, которое приводит к пастеризации продукта, а в некоторых случаях и к стерилизации [86].

В Проектно-конструкторском бюро электрогидравлики (г. Николаев) проведены исследования по изготовлению белко­ во-витаминных паст из растительного сырья с помощью импульс­ ного разряда. Результат работы положительный. Аналогичные работы проведены в Англии, где из масличных семян получен белковый концентрат, содержащий 96% белка. Концентрат из люцерны содержит около 70% белка. Физико-химические иссле­ дования показали высокие питательные качества этого продукта.

Интересна попытка использования импульсного разряда для ускорения кристаллизации сахара из раствора. Получен­ ные кинетические характеристики весьма убедительны [22]. Ди­ спергирование центров кристаллизации, достигаемое после по­ дачи 10—15 импульсов, приводит к появлению большего числа кристаллов и ускорению всего процесса.

Интенсификации ряда процессов ликеро-водочного производ­ ства можно достигнуть, используя электроимпульсную мембран­ ную аппаратуру [33]. При интенсификации приготовления мор­ сов с использованием в качестве растворителя воды или водно­ спиртовой жидкости крепостью 50% установлено, что наиболее

554

приемлемым для системы водно-спиртовой растворитель — пло­ дово-ягодное сырье, с целью более быстрого достижения фазово­ го равновесия, явился аппарат с мембраной толщиной 0,5— 1 мм. Установлено также увеличение содержания экстрактивных веществ в морсах на 40% за 24 мин. обработки по сравнению

сморсами, полученными обычными способами за то же время.

Врезультате электроимпульсной обработки ликеров с целью ускорения созревания все обработанные ликеры неизменно по­

лучали лучшую балльную оценку при дегустации по сравнению с необработанными. Особенно отмечали улучшение вкусовых свойств. В обработанных ликерах по сравнению с контролем не чувствуется «резкости» спирта, хотя содержание спирта в обоих случаях одно и то же (табл. 137).

Т а б л и ц а 137

При исследовании возможности улучшения свойств водок

в которую был добавлен активированный уголь в количестве 16 г на 1 дал и обработанная в течение 11 мин. с частотой 150 им­ пульсов в минуту.

Обработка виноградной мезги электроимпульсным способом приводит к увеличению выхода сока. Опытно-промышленная электроимпульсная установка непрерывного действия была включена в технологическую линию Одесского консервного за­ вода им. В. И. Ленина [56]. Полученный сок обрабатывали строго по существующей технологической инструкции. Биохи­ мический анализ показал, что сок из обработанной мезги содер­ жит больше железа, чем контрольный. Повышены также плот­ ность, вязкость и цветность отцентрифугованного сока

(табл. 138).

19* 555

Установлено, что электроимпульсная обработка непрерыв­ ным методом способствует снижению общей обсемененности мез­ ги от 2 до 9 раз.

Как показали наблюдения за процессом хранения обеих пар­ тий сока, никаких отклонений в процессе осветления не наблю­ далось. Количество винного камня и минеральных веществ в опытном и контрольном соке находилось на одном уровне. Ис­ пытание опытно-промышленной электрогидравлической установ­ ки по обработке виноградной мезги подтвердило возможность увеличения выхода сока в среднем на 7,7%, сока-самотека на 9,8% при производительности установки 3,7 т винограда в час.

Представляет интерес воздействие импульсного разряда на

параметров на содержание сухих веществ в соке-экстракте, при­ чем прослеживается прямая зависимость: с увеличением энер­ гии импульса количество сухих веществ в растворе увеличива­ ется (рис. 258, а). Очевидно, что основная масса сухих веществ экстрагируется в пределах 100 импульсов. В дальнейшем ход кривой практически неизменен. Кроме того, установлено, что основная масса клеток повреждается при достижении 20 импуль­ сов [103]. Это обстоятельство подтверждается также тем, что

556

Такие же исследования проведены на люцерне при получе­ нии из нее растительного белково-витаминного концентрата [26]. Технологическая линия для производства данного концентрата приведена на рис. 260. Особый интерес представляет четырех-

Рис. 260. Схема линии для производства растительного белково-витамин­ ного концентрата из люцерны с использованием электрических импульсов:

1 —бунт люцерны; 2 — измельчитель грубых кормов; 3 —транспортер; 4 — шнековый пресс ПНД-5; 5 —смеситель; 6 —насос; 7 — электрогндравлнческнй узел; 8 —внбро- дуговое сито; 9 —шнековый пресс; 10 —транспортер; И —бункер; 12 —сборник соков;

позволяет увеличить длительность импульсной обработки про­ дукта при работе в непрерывном режиме. Энергетический режим

солютно сухих исходных веществ. Химический состав продук­ тов приведен в табл. 1 3 9 .

Т а б л и ц а 139

Состав, % к сухому веществу

Продукт

558

Данные табл. 139 свидетельствуют о высоких кормовых ка­ чествах продукта.

Максимальное извлечение сахара из исходного сырья явля­ ется важнейшей задачей сахарной промышленности. По суще­ ствующей в настоящее время технологической схеме извлекает­ ся всего 80—82 % от исходного содержания сахара в сырье. При этом 70% всех потерь приходится на мелассу (кормовую патоку), являющуюся в данном случае отходом производства.

Рис. 261. Ступенчатый электроимпульспый аппарат:

/— сферический корпус; 2 — электрод; 3 — шина.

Внастоящее время используются четыре метода извлечения сахара из мелассы. Все они основаны на осаждении сахара из растворов мелассы с образованием сахаратов, из которых за­ тем выделяют сахар. С учетом экономических и технологических факторов следует признать, что наибольшее распространение получил метод известковой сепарации, который является мак­ симально эффективным. Однако серьезный его недостаток — на­ личие «сухого» помола извести.

Преимуществом электроимпульсного метода перед механиче­ ским является использование качественно новой стороны пре­ образования электрической энергии в механическую работу, ко­

торая позволяет избавиться в рабочем органе технологического аппарата от движущихся частей, при «мокром» помоле извести.

Электроимпульсная обработка паточного раствора с известью должна проводиться с учетом специфики развития разряда, ко­ торая является следствием изменения электропроводности си­ стемы в процессе ее обработки.

559