VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Введение

Электрическая энергия занимает ведущее место в промышленности и обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими видами энергии. Ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратит в любые другие формы: механическую, внутреннюю (нагревание тел), энергию света [8].

В современных условиях роста стоимости энергетических ресурсов особую актуальность приобретает оценка энергетической эффективности промышленных технологий агропромышленного комплекса и повышение эффективности использования энергии у потребителя.

Расход энергии у потребителя является универсальным показателем, определяющим, в конечном итоге, энергоэффективность всего производства. Энергетический анализ процессов - это механизм, способствующий становлению энергосберегающих технологий, стимулирующих более эффективное использование энергоресурсов.

Технологическую линию промышленных предприятий АПК целесообразно рассматривать как энергетическую линию, состоящую из отдельных элементов – электротехнологического оборудования [3].

В реферате проанализированы преимущества использования электротехнологического метода извлечения сока – электроплазмолиза в линии производства соков из овощей и фруктов на предприятиях АПК.

1. Характеристика электроплазмолиза

Электроплазмолиз относится к процессам электроконтактной обработки и предназначен для интенсификации прессового способа извлечения сока из рас­тительного сырья [4].

Сокоотдача 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 [4]. Обработка плодов, ягод (мезги) электрическим током, сопровождающаяся отслоением протопласта клеток и клеточных оболочек и увеличением выхода сока. При электроплазмолизе происходит частичное размягчение и распад клеток тканей кожицы. В результате увеличивается проницаемость клеточных оболочек, что облегчает диффузию их содержимого в окружающую жидкую среду [1].

Электроплазмолизатор – это аппарат, сконструированный для электрической обработки плодов и овощей. В электроплазмолизаторе количество поврежденных клеток увеличивается в 3—4 раза по сравнению с обычным дроблением [1,2].

2. Патентно-информационные исследования

2.1. Информационные ресурсы

Патентно-информационные исследования проведены с использованием следующих информационных ресурсов:

• Роспатент - Федеральный Институт Промышленной Собственности (www.fips.ru);

Поиск произведен в библиотеках: рефераты российских изобретений (РИ), рефераты российских полезных моделей (РПМ) Поисковый запрос: «электроплазмолиз»,

• Патенты России (Ru-patent.info)

Таблица 1 Выбранные объекты

	Класс	№ патента, полезной модели	Название	Формула изобретения
1	A23N1/02, A23L1/09	2218061	СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА	Способ переработки клубней топинамбура, предусматривающий подготовку клубней к переработке, их измельчение, разделение измельченной массы на сок и жом, кислотный гидролиз инулина в отделенном соке, очистку сока активированным углем, его осветление и концентрирование до получения сиропа, отличающийся тем, что разделение измельченной массы на сок и жомпроводят путем прессования, при этом перед прессованием измельченную массу подвергают электроплазмолизу в течение 3-5 с при силе тока 18-20 А и напряжении 210-230 В, кислотный гидролиз инулина ведут ортофосфорной кислотой в течение 60-90 мин при рН сока 1,5-3,5 и температуре 80-100С, активированный уголь вносят в количестве 1,5-3,0% от массы сухих веществ сока, осветление проводят в течение 20-40 мин известковым молочком, которое вносят в количестве, обеспечивающем концентрацию гидроксида кальция в осветляемом соке 5-10 г/л, после чего осветленный сок отделяют от образовавшегося в процессе осветления нерастворимого осадка фосфата кальция, концентрирование осуществляют при температуре не более 70С до получения сиропа, содержащего не менее 50% сухих веществ, при этом перед концентрированием сока проводят его сепарирование и/или центрифугирование.
2	A01G7/04	57552	УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МИНЕРАЛОВАТНЫХ СУБСТРАТОВ	Устройство для восстановления минераловатных субстратов, содержащее камеру предварительной промывки и установку для ультразвуковой очистки, отличающееся тем, что оно включает установку для электроплазмолиза растительных остатков, размещенную перед камерой предварительной промывки и содержащую приводной транспортер с размещенными над ним игольчатыми электродами, соединенными с источником напряжения.
3	A23N1/00, A23L2/04, A23L3/00	2164772	СПОСОБ ПОДГОТОВКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ К ИЗВЛЕЧЕНИЮ СОКА	Способ подготовки растительного сырья к извлечению сока, предусматривающий его измельчение и пропускание между парными электродами, отличающийся тем, что перед измельчением сырье обрабатывают эйкозапентаеновой кислотой в количестве 0,5 - 1 · 104 мг/т и выдерживают 3 - 8 ч.

Продолжение таблицы 1

4

A23N1/00, A23L2/04

2174363

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ К ИЗВЛЕЧЕНИЮ СОКА

Способ подготовки растительного сырья к извлечению сока, предусматривающий его измельчение и пропускание между парными электродами, отличающийся тем, что перед измельчением сырье обрабатывают веществом общей формулы R1-[NНn-R4-n], где R1 - кислотный остаток эйкозапентаеновой кислоты; n = 0 - 3; R - алкил; в количестве 0,5 - 1•104 мг/т и выдерживают 2 - 5 ч.

2.2. Аналитический обзор

В результате аналитического обзора установлено, что основными целями изобретений являются повышения производительности и улучшение качества продукции. Наиболее перспективным представляется «СПОСОБ ПОДГОТОВКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ К ИЗВЛЕЧЕНИЮ СОКА» (п.4 в табл.1). Техническим результатом изобретения является снижение вероятности микробиальной порчи сока. Этот результат достигается тем, что в способе подготовки растительного сырья к извлечению сока, предусматривающим его измельчение и пропускание между парными электродами, перед измельчением сырье обрабатывают веществом общей формулы R₁-[NHn-R_4-n], где R₁ - кислотный остаток эйкозапентаеновой кислоты; n = 0 - 3; R - алкил, в количестве 0,5-1•10⁴мг/т и выдерживают 2-5 ч. Это позволяет снизить вероятность микробиальной порчи сока. Например, свежесобранную сливу сорта Ренклод фиолетовый обрабатывают веществом (см. таблицу) при значениях n = 3, R - этил в количестве 0,5 мг/т и выдерживают в течение 2 ч. Затем обработанную таким образом сливу и сливу, не прошедшую обработку, измельчают и пропускают между парными электродами серийного электроплазмолизатора марки А9-КЭД, отжимают сок и консервируют его по стандартной технологии. Срок хранения в нерегулируемых условиях опытной и контрольной партий сока до появления признаков микробиальной порчи составил 7 и 6 месяцев соответственно [11].

3. Технологическая схема производства осветленных фруктовых соков

Для производства соков без мякоти используют комплексные линии оборудования, обеспечивающие необходимую подготовку сырья, извлечение и обработку сока.

Первой операцией является мойка, которую осуществляют в двух последовательно установленных моечных машинах. Мытые плоды инспектируют, удаляя пораженные вредителями и болезнями плоды. После мойки плоды измельчают на дисковых или терочных дробилках: семечковые (яблоки, айву, груши) на частицы размером - 2 - 6 мм, шиповник - 1 - 2 мм. Косточковые плоды и ягоды обрабатывают на вальцовых дробилках. Дробилки должны быть отрегулированы таким образом, чтобы не происходило раздавливания косточек. Содержание дробленых косточек в мезге - не более 15%, небольшое их количество улучшает вкус и запах сока. Сливы при дроблении должны только сплющиваться, не теряя своей целости. Зрелые малину, землянику и чернику можно не дробить.

Для некоторых плодов и ягод одного дробления недостаточно для получения сока. Чтобы облегчить выход сока, необходима их дополнительная обработка, которая включает нагревание или обработку электрическим током. Ферментные препараты не применяются. Обработанную мезгу подают на прессование, для чего применяют гидравлические пакетные прессы периодического действия или непрерывного - шнековые или ленточные. Шнековые прессы дают сок с высоким содержанием взвесей, поэтому их используют для отжатия сока из ограниченного ассортимента сырья - винограда, гранатов и некоторых других ягод и плодов. Ленточные прессы дают хороший результат при прессовании яблок.

При производстве яблочного осветленного сока осветляют процеженный сок. Когда готовят соки для детского питания, осветление можно проводить склеиванием с использованием 1% -ных растворов желатина или танина и желатина. Неосветленный сок для удаления части белковых веществ и других термолабильных коллоидов подвергают мгновенному подогреву до температуры коагуляции белков 85 - 90 °С, затем быстро охлаждают до 30 - 35 °С и сепарируют. Осветленный сок фильтруют и направляют на подогрев и фасование. Неосветленный сок нагревают после сепарирования. Наполненную тару укупоривают и направляют на стерилизацию (пастеризацию), которую проводят при 85, 90 или 100 °С в зависимости от кислотности сока и вместимости тары, продолжительность стерилизации - от 10 до 20 мин. В крупную тару вместимостью 2, 3 и 10 можно фасовать соки так называемым горячим розливом без последующей стерилизации. При горячем розливе сок нагревают до 95 - 97 °С с автоматической регулировкой температуры и сразу же разливают в подготовленные горячие банки, которые укупоривают прокипяченными крышками. Укупоренные банки на 20 мин укладывают на бок для стерилизации верхнего незаполненного пространства тары, после чего обдувают холодным воздухом для снижения вредного воздействия теплоты на качество сока.

Рис. 1 Технологическая схема производства осветленных фруктовых соков:

1 - контейнероопрокидыватель; 2, 3 - вентиляторные моечные машины; 4 - машина для удаления плодоножек; 5 - инспекционный конвейер; 6 - элеватор; 7 - дробилка; 8 - стекатель; 9 - дозатор; 10 - гидравлический пресс с насосом; 11 - сборник с фильтром; 12 - сборник-мерник; 13,20 - передвижной насос; 14 - кожухотрубный подогреватель; 15 - узел температурной выдержки; 16 - сборник-смеситель; 17,19 - сосуды; 18 - пастеризатор; 21, 23, 24 - винтовые насосы; 22 - фильтр-пресс.

Сырье из контейнеров выгружают в моечную машину. Мойка осуществляется в двух последовательно установленных вентиляторных моечных машинах. Если перерабатывается сырье с плодоножками, то оно проходит через машину для удаления плодоножек. Затем плоды инспектируют на конвейере и подают элеватором в дробилку. Сок, выделяющийся из плодов при дроблении, изолируется от мезги в стекателе и отводится в сборную емкость с фильтром. Частично обезвоженную мезгу через дозатор загружают в гидравлический пресс. Отжатый сок перекачивают насосом в сборную емкость с фильтром. Проходя в емкость через фильтр, сок освобождается от взвесей. Из емкости с фильтром сок перекачивают в сборники-мерники для смешивания сока с сахаром или другими соками при производстве купажированных соков. Полученную в соответствии с рецептурой смесь подогревают в кожухотрубном подогревателе, выдерживают при этой температуре необходимое время в выдерживателе, затем через промежуточный сборник подают на фильтрование в фильтр-пресс. Фильтрованный сок нагревают до температуры пастеризации и сразу фасуют в подготовленные бутылки [5]. Внедрение в данную технологическую схему электроплазмолизатора (пункт 4, табл.1) позволит улучшить качество продукции и увеличить сроки его хранения при одновременном повышении энергоэффективности производства. Работы в данном направлении представляются достаточно перспективными и актуальными.

4. Перспективные типы электроплазмолизаторов

Валковый электроплазмолизатор А9-КЭД. Валковый электроплазмолизатор А9-КЭД состоит из корпуса, приемного и разгрузочного бункеров, при­водного устройства и электродной камеры, содержа­щей два изолированных от корпуса валковых электро­да, соединенных с приводом. Электроды получают пи­тание от сети трехфазного переменного тока напряже­нием 380/220 В.

Зазор между электродами и частота их вращения регулируются в зависимости от перерабатываемого сырья. Электроплазмолизатор снабжен пластинчатыми скребками для очистки электродов и съемной ножевой приставкой для разрыхления комкующегося сырья.

Сырье загружается элеватором в загрузочный бун­кер и попадает на валки-электроды, которые враща­ются встречно. Проходя через зазор между валками, сырье подвергается действию электрического тока. После обработки мезгу насосом подают в пресс. Применение электроплазмолизатора позволило уве­личить выход сока из красной смородины с 55 до 71 % по отношению к сырью. Производительность электроплазмолизатора А9-КЭД по яблокам 7 т/ч, по ягодам 2—3 т/ч. Частота вращения электродов 18—35 мин-1, зазор между электродами изменяется от 2 до 20 мм.

Наиболее эффективна обработка сырья в том слу­чае, когда из мезги до электрообработки отбирается часть жидкой фазы на стекателе или центрифуге. Воз­можна также обработка выжимок после пресса для извлечения дополнительного количества сока [7].

Рис.2.1 Валковый электроплазмолизатор:

1 - бункер для сырья; 2 - подвижный венец; 3 - неподвижный венец (валок); 4 - приемная емкость [8]

Представляют интерес разработанные в Институте приклад­ной физики АН МССР установки «Плазмолиз 2М» и «Плазмо­лиз ЗМ» для импульсной электрической обработки растительного сырья, в том числе из трав для получения белковых концентра­тов. Установка состоит из унифицированного тиристорного блока питания и трубчатых электроплазмолизаторов цилиндрической (2М) и прямоугольной (ЗМ) формы. Установка «Плазмолиз 2М», монтируемая в трубопроводах, оснащена насо­сами, а «Плазмолиз ЗМ» устанавливается непосредственно на выходе дробилок. Установки полностью автоматизи­рованы (табл. 1) и позволяют увеличить дополнительно выход сока из 1 т сырья: винограда — 20 кг; яблок — 6 кг; томатов — 100 кг; ягод — 120 кг, свеклы столовой — 150 кг.

Знакопеременные импульсы вызывают трансляторные колеба­ния ионов, приводящие к разогреву вязкой мезоплазмы. За счет этого происходит коагуляция белка плазмолеммы и тонопласта с образованием белковых сгустков и межегустковых каналов, обеспечивающих удаление сока в процессе обработки. Благодаря такому избирательному нагреву общая температура мезги воз­растает не более чем на 3—5°С, что благоприятным образом сказывается на качестве готовой продукции.

Таблица 2 Сравнительные характеристики электроплазмализаторов

Показатель	Плазмолиз2М	Плазмолиз3М
Напряжение сети, В	380/220	380/220
Частота, Гц	50	50
Потребляемая мощность, Вт	40	17
Производительность, т/ч	30	12
Масса установки, кг	150	150

В результате было установлено, что лучшей средой для импульсного плазмолиза является собственный растительный сок. Диапазон параметров обработки следующий: плотность тока 0,01—0,5 А/см²; продолжительность обработки 0,05—10 с; со­отношение мезга — сок 0,1 (0,5—5); величина измельчения частиц 0,1 — 1 см; скорость перемещения сырья в зоне электрической обработки 0,1—3 м/с и температура 60°С [4].

Выход сока из столовой свеклы при импульсном плазмолизе с прессованием мезги при прочих равных условиях зависит от давления и степени измельчения. При более тонком измельчении выход сока с увеличением давления возрастает. Однако максимальный выход сока при обычном прессовании значительно меньше, чем при импульсном плазмолизе.

Аналогичная картина наблюдается при импульсном плазмолизе яблок. Так, из яблок при удельном давлении порядка Па и высокой степени измельчения выход сока составляет 67-68%. Совместное воздействие на мезгу того же порядка и электрических импульсов позволяет увеличить выход сока до 78% практически независимо от степени измельчения.

Окончательный выход сока не зависит от начала электрической обработки (остается одинаковым), однако, варь­ируя периодами обработки, можно менять скорость процесса на различных его этапах.

Характерным для электроимпульсного плазмолиза является то, что выход сока, а следовательно, и глубина самого процесса плазмолиза в значительно меньшей степени зависят от энергии импульса, чем от градиента напряжения. Здесь происходит прямое действие электрического тока вместе с силовым воздействием на структуру протоплазмы [4].

Выводы

Электроплазмолиз является энергоэффективным способом извлечения сока из плодов и овощей. Анализ литературы [1,…,12] показывает, что в результате повышения выхода сока из виноградного сырья на 8-10%, себестоимость 1т сока в среднем снижается на 3,8-4,0%. Окупаемость от внедрения электроплазмолизаторов в технологические линии переработки сырья не превышает 0,4года. Проведенные в работе патентно-информационные исследования показали, что использование процесса электроплазмолиза позволяет увеличить сроки хранения продукции путем снижения вероятности микробиальной порчи. Проведение исследовательских работ в данном направлении представляется достаточно перспективными и актуальными для предприятий АПК.

Литература

1. Кишковский 3. Н., Мержаниан А. А. Технология вина. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 504с.

[Электронный ресурс] / Режим доступа: www.eniw.ru

1. Флауменбаум Б.Л. - Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы –М.: Колос, 1993. – 320с.

2. Беззубцева М.М., Волков В.С., Пиркин А.Г.- Энергетика технологических процессов в АПК. – СПб: СПбГАУ, 2011. – 265с.

3. Беззубцева М.М. - Электротехнологии и электротехнологические установки. – СПБ: СПБГАУ, 2012.

4. Касьянов Г.И. Технология продуктов детского питания, 2003.- 224с.

5. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств, М., 1993.- 288с.

6. Технологическая линия [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://refoteka.ru

7. Изображение двухвалкового электроплазмолизатора [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://kurs.znate.ru

8. Описание электроплазмолизатора А9-КЭД [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.xdxx.ru

9. Производство, передача и использование электрической энергии [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://natalibrilenova.ru

10. Федеральный Институт Патентной Собственности [Электронный ресурс] / Режим доступа: fips.ru

11. Российские патенты [Электронный ресурс] / Режим доступа: ru-patent.info

Код для цитирования: Скопировать