IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Электроплазмолиз относится к процессам электроконтактной обработки [1, 2, 3]. Элек­троплазмолиз предназначен для интенсификации прессового способа извлечения сока из растительного сырья. В последнее время сфера применения электроплазмолиза расширилась за счет его использования при обработке животных тканей и других объектов. Обширные исследования процесса стали возможны после того, как были сформулированы ос­новные положения плазмолитической теории в отношении сокоотдачи, суть кото­рых сводится к следующему [4, 5, 6]. Сокоотача 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. Содержание сока в плодах и овощах составляет 90 - 95%, однако при их перера­ботке в условиях производства - выход сока часто составляет лишь 50-60%.

Электроплазмолиз — обработка сырья электрическим током низкой и высокой частоты, в результате которой происходит плазмолиз протоплазмы. Сущность ме­тода заключается в разрушающем воздействии тока на белково-липидные мембра­ны растительных тканей с сохранением целостности клеточных оболочек. Элек­троплазмолиз дает наибольший эффект при получении препаратов из свежего сы­рья растительного и животного происхождения. При этом получаемые вытяжки обогащены действующими веществами и содержат лишь небольшое количество сопутствующих веществ.

Существует множество методов повреждения оболочек, приводящих к увеличе­нию выхода сока [7, 8]: механические, термические, ферментные, лучевые и др., однако электрический метод имеет ряд существенных преимуществ перед другими, в пер­вую очередь он отличается простотой аппаратурного оформления и минимальным временем обработки.

Электроплазмолиз не вызывает разрушения кле­точных стенок и поэтому исключает переход пектиновых веществ в сок, а также способствует разрыву плазменных оболочек на более крупные частицы, которые легко задерживаются клеточными стенками при извлечении сока, что положительно сказывается на выходе сока.

Эффективность электроплазмолиза зависит от ряда факторов:

1. градиента напряжения,

2. длительности обработки,

3. температуры,

4. электрофизических свойств сырья.

Конечный эффект электроплазмолиза не зависит от частоты электрического тоа. Выбор частоты предопределяется в основном электрохимическими сообра­жжениями [2].

Электропроводность растительной ткани при электроплазмолизе увеличивается, так как дискретность электрических свойств клетки в процессе ее разрушения сглаживается. Вследствие этого значения тока при электроплазмолизе должны быть экстремальными, при этом максимум тока соответствует полному разрушению про­топлазменных оболочек.

Это положение использовано в качестве метода 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 [5].

Результаты патентно-информационного поиска сведены в таблице 1.

Таблица 1 - Способы переработки растительного сырья

Предмет поиска	Страна	№ па­тента	Сущность изобретения
Способ получе­ния белка из зеле­ной массы расте­ний	Россия	2035174	Способ получения со­стоит в том, что планцету измельчают, в про­ цессе перемешивания пропитывают сжижен­ным газом при темпера­туре выше и давле­нии выше атмосферно­го, сбрасывают давле­ние до атмосферного, подвергают элсктроплазмолизу путем про­ пускания через сужаю­щийся зазор между пар­ными электродами, на которые накладывают противофазные ультра­звуковые колебания, направленные вдоль оси, проходящей от центров электродов инаиболее узкому зазору между ними, а затем от­деляют жидкую фазу от твердой и выделяют це­левой продукт из жид­кой фазы. Способ обес­печивает повышение выхода гамма- глобулина. .

Аппарат с неподвижными электродами изображен на рис. 1. К электродам подводится электрический ток напряжением 380/220 В. Свежее сырье поступает в зазор между вальцами из бункера, сок собирается в приемник. Выход сока увеличивается на 5- 15% по сравнению с использованием традиционных методов. Применение электроимпульсных разрядов позволяет ускорить экстрагирование из сырья с клеточной структурой. Для этого применяется импульсный электроплазмолизатор. Так, внутри экстрактора 1 с обрабатываемым сырьем помещают электроды 2, к ко­торым подают импульсный ток высокой или ультравысокой частоты. Под воздей­ствием электрического разряда в экстрагируемой смеси возникают волны, создаю­щие высокое импульсное давление. В результате происходит интенсивное переме­шивание обрабатываемой смеси, истончается или полностью исчезает диффузион­ный пограничный слой и увеличивается конвективная диффузия. Возникновение ударных волн способствует проникновению экстрагента внутрь клетки, что уско­ряет внутриклеточную диффузию. Из-за искрового разряда в жидкости образуются плазменные каверны, которые, расширяясь, достигают максимального объема и захлопываются. При этом за короткий промежуток времени в малом пространстве выделяется большое количество энергии и происходит микровзрыв, разрывающий клеточные структуры растительного материала. Извлечение ускоряется за счет вы­мывания биологически активных веществ из разрушенных клеток. Кроме того, об­разующиеся полости постоянно пульсируют, вызывая увеличение скорости движе­ния экстрагента около частиц сырья и увеличивая скорость экстрагирования за счет возрастания коэффициента конвективной диффузии.

В процессе импульсной обработки экстрагируемого материала с помощью высо­ковольтных разрядов электрическая энергия преобразуется в энергию колебатель­ного движения жидкости, что сокращает время экстрагирования и повышает выход биологически активных веществ, эффективность экстрагирования в единицу вре­мени и др. Часто в электроплазмолизаторе имеется подвижная крышка 3, которая, опускаясь, отжимает сырье. Время обработки сырья электрическим током состав­ляет доли секунды.

Рисунок 1 - Схема импульсного электроплазмолизатора

Эквивалентная электрическая схема клетки представлена на рис.2.

А)

Б)

Рисунок.2. Прохождение электрического тока в клетке (А) и эквивалентная электрическая схема клетки (Б):

- сопротивление и - емкость внеклеточной среды;

- сопротив­ление внутриклеточной среды; - емкость мембраны клетки.

Диэлектрические свойства биологических тканей в большой мере определяются свойствами клеток. Каждая клетка окружена мембраной, обладающей поверхност­ной емкостью в пределах 0,1-3 мкФ/ и поверхностным сопротивлением до 10000 Ом-. Межклеточная и внутриклеточная среда имеет сопротивление 100-300 Ом-см и диэлектрическую проницаемость около 80. На рис. 2 приведены схема прохождения электрического тока в клетке и эквивалентная электрическая схема клетки. При постоянном напряжении мембрана ведет себя как изолятор, и ток может протекать только во внеклеточной среде. Под действием постоянного на­пряжения может происходить и явление электрофореза — переноса электрически заряженных частиц (клеток, макромолекул).

Выводы

Производство соков имеет большое значение для населения и хозяйства нашей страны. Высокое содержание минеральных веществ и витаминов в овощных соках обусловливает их высокую пищевую ценность. Работа выполнена в соответствии основными положениями Энергетической стратегии России на период до 2020г. [10, 11], формирующими оптимальную в изменившихся условиях энергетическую политику, как органическую составляющую экономической политики страны в целом

На протяжении последних трех лет в России наблюдается спад производства соков фруктовых и овощных. Производство соков фруктовых и овощных в январе 2016 года уменьшилась на 2,3% к уровню января прошлого года и составило 163 416,7 тыс. усл. банк. Лидером производства соков фруктовых и овощных в (тыс. усл. банк) от общего произведенного объема за 2015 год стал Центральный федеральный округ с долей около 66,7%. В период 2012-2016 гг. средние цены производителей на соки фруктовые и овощные выросли на 37,1%, с 14 452,7 руб./тыс. усл. банк. до 19 810,4 руб./тыс. усл. банк. Наибольшее увеличение средних цен производителей произошло в 2015 году, тогда темп роста составил 29,0% . Средняя цена производителей на соки фруктовые и овощные в 2015 году выросла на 29,0% к уровню прошлого года и составила 19 810,4 руб./тыс. усл. банк. Средняя розничная цена на соки фруктово-ягодные в 2015 году выросла на 5,1% к уровню прошлого года и составила 62,6 руб./л.

Согласно закону об импортозамещении [12, 13] необходимо осуществить переход к специализации, основанной на создании качествен­ного нового потенциала страны, базирующего на производстве широкого круга отечественной продукции высоких стадий обработки в основных комплексах (машиностроитель­ном, агропромышленном и т.д.) в соответствии с изменениями рыночной коньюнктуры и маневренности собственными материальными и интеллектуальными ресурсами.

Представленные в работе данные свидетельствуют о целесообразности внедрения отечественных электроплазмолизаторов в аппаратурно-технологические системы производства сока на предприятиях АПК.

Список использованных источников

1. Беззубцева М.М., Волков B.C.,Фокин С.А. Электротехнологии. Практикум по электротехнологиям расчетам - СПб: СПбГАУ, 2010г.

2. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В., Обухов К.Н. Инновационные электротехнологии в АПК: учебное пособие, 2015. – СПб.: СПбГАУ. – 148 с.

3. Беззубцева М.М. Специальные виды электротехнологии. СПб: СПбГАУ, 2008г.

4. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. Энергоэффективные электротехнологии в агроинженерном сервисе и природопользовании - учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 260 с.

5. Беззубцева М.М., Ковалев М.Э. Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции - учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 242 с.

6. Беззубцева М.М., Волков В.С., Фокин С.А. Электротехнология. Практикум по электротехнологическим процессам, 2010. - СПб.: СПбГАУ. – 148 с.

7. Беззубцева М.М., Волков В.С. Практикум по технологическим расчетам процессов переработки сельскохозяйственного сырья, 2014. – СПб.: СПбГАУ. – 94 с.

8. Беззубцева М.М., Мазин Д.А., Тюпин С.В. Энергетика технологических процессов: лабораторный практикум, 2009. – СПб.: СПбГАУ. – 122 с.

9. Федеральный закон №261 (от 23.11.2009г.) "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации"

10. Технология энергосбережения: Учебник / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин. — 3-e изд., перераб. и доп. — М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 352 с.

11. Гельбрас В.М. Импортозамещение и экспортная ориентация экономики / В. М. Гельбрас -МЭ и МО. М.- 2013.- 198 с.

12. Федоляк Ф. С. Импортозамещающая стратегия структурных сдвигов в экономике России / Ф.С.Федоляк - НИЦ Инфра-М.-2014.-320 с.

13. Подробный сравнительный анализ российских и международных требований к изготовлению соков см.: Колеснов А. Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей // Стандарты и качество. 2009. № 3.

14. Правила устройства электроустановок - 7-е изд. - М.: НЦ ЭНАС, 2003г.

15. Скрипников Ю.Г. Технологии переработки плодов и ягод.-М.: Агропромиздат, 2012

16. Самсонова А.Н. Фруктовые и овощные соки. - М.: Агропромиздат, 2011г.

Код для цитирования: Скопировать