Электроплазмолиз растительного сырья с применением биполярных импульсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электроплазмолиз растительного сырья с применением биполярных импульсов

Назиров Д.Н. Магистрант, Махмудов С.Б. Магистрант ФГБОУ ВО СПбГАУ

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.

Существуют разные способы повышения клеточной проницаемости сырья: тепловая обработка, обработка ферментными препаратами, измельчение, электроплазмолиз (ЭП). Электроплазмолиз отличается высокой скоростью обработки с малыми энергозатратами. Поэтому применение усовершенствованных методов ЭП может не только интенсифицировать технологический процесс, но и улучшить качество продукции.

Под действием электрического тока разрушаются плазматические оболочки клеток и повышается их проницаемость, что приводит к увеличению выхода сока. При этом отмечается снижение электросопротивления растительного сырья, которое может служить критерием оценки и управления процессом электроплазмолиза.

Анализируя состояние вопроса, следует отметить, что под воздействием электрического тока в растительной ткани происходят существенные морфологические и физиологические изменения, которые привлекали внимание исследователей различных стран [1].

Электрический ток производит передвижение ионов, причем их свободному переносу препятствуют полупроницаемые оболочки клеток. Вследствие этого у полупроницаемых мембран имеют место изменение концентрации ионов, неравномерное распределение последних, что и является причиной электрического раздражения, которое сопровождается увеличением их проницаемости. Проходя через растительную ткань, электрический ток вызывает увеличение ее проницаемости, и по достижении определенного предела раздражения в клетке могут произойти необратимые изменения, приводящие к отмиранию протоплазмы и, следовательно, к полной ее проницаемости [2].

Плазмолиз растительного сырья осуществляется на постоянном, переменном (промышленной частоты 50 Гц) и импульсных токах. Различают высокоградиентный (1800-2000 В/см) и низкоградиентный (10-130 В/см) электроплазмолиз. При импульсном ЭП через уплотненную растительную ткань пропускают короткие импульсы высокого напряжения и большой мощности. В результате осуществляется разрыв плазматических оболочек, ускоряется процесс обработки и повышается его эффективность [3].

В статье рассмотрен обработка растительного сырья линейными биполярными импульсами с крутым фронтом и пологим срезом в системе питания с заземленной нейтралью. Предполагается, что такая ЭП обработка позволит повысить напряжение на электродах до 380 В, ускорить процесс и снизить удельные энергозатраты [4].

В примере рассмотрена установка, схема которой и временная диаграмма импульсов представлены на рис. 1 и 2.

Рисунок 1 - Схема установки: 1-автоматический выключатель; 2 - счетчик электроэнергии; 3, 13 - амперметры; 4, 12, 14 - вольтметры; 5, 7, 9 - симисторы; 6, 8, 10 - фазные блоки управления; 11 - генератор импульсов; R1, R2 и R3 - нагрузочные сопротивления; 15 - осциллограф; 16 - магнитный пускатель; 17 - катушка магнитного пускателя; 18 - таймер; 19 - электрический секундомер; 20 - ячейка; 21 - электроды; 22 - мост переменного тока; 23 - пресс ручной; 24 - весы; 25 - термометр.

В электродную ячейку 20 загружается растительное сырье, и мостом 22 измеряется его сопротивление. Электроды 21 подключаются к клеммам Ан и Вн, и напряжение трехфазной сети питания с заземленной нейтралью Uс подается на вход симисторов. На электроды симисторов 5, 7, 9 от генератора импульсов 10 подается напряжение управляющих импульсов Uу, которые благодаря нагрузочным сопротивлениям R1, R2, R3 открываются; после симисторов напряжение поступает на вход магнитного пускателя 16. Время, необходимое для плазмолиза сырья, задается с помощью таймера 18. На электроды 21 ячейки 20 подаются обрабатывающие электрические импульсы Uф или Uл, и измеряются параметры плазмолиза растительного сырья. После плазмолиза электродная ячейка подключается к мосту переменного тока 22, и измеряется электрическое удельное сопротивление сырья.

Рисунок 2 - Временная диаграмма: Uc - напряжение питающей сети трехфазного тока с заземленной нейтралью; Uу - напряжение управляющих импульсов; Uф - напряжение фазных обрабатывающих импульсов; Uл - напряжение линейных обрабатывающих импульсов; tф - время фронта; tс - время среза

Электроплазмолиз сырья проводится следующим образом. Очередная навеска дробленого винограда загружается в электродную ячейку 20, и мостом 22 измеряется ее удельное электрическое сопротивление до и после обработки. Затем на электроды 21 от генератора 10 подаются электрические импульсы заданной напряженности электрического поля и энергии. После обработки сырье загружается в пресс, перемешивается и определяется количество сока-самотека. Далее при постепенно повышающемся через каждую минуту давлении (5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75 и 100 кг/смІ) определяется выход прессового сока. Анализы клеточного сока на содержание сахара и кислот проводится с помощью ареометра и методом прямого титрования. Критериями оценки эффективности электроплазмолиза растительного сырья служат его удельное электрическое сопротивление и выход сока.

В процессах, связанных с извлечением ценных компонентов из растительного сырья, важным является разрушение полупроницаемых мембран клеток ткани. От степени их разрушения зависят выход сока и энергетические затраты на его извлечение. При ЭП обеспечивается разрушение полупроницаемых мембран клеток ткани сырья. Рассмотренный пример процесса ЭП линейными биполярными импульсами с крутым фронтом и пологим срезом в системе питания с заземленной нейтралью является энергоэффективным.

растительный сырье электроплазмолиз импульс

Список использованных источников

1. Жилкин В.М., Грибков А.Н., Муромцев Ю.Л. Оценка результативности процесса подготовки растительных материалов к обезвоживанию. Вестник ТГТУ. 2009, 410-415.

2. Гулый И.С., Лебовка Н.И., Манк В.В., Купчик М.П., Бажал М.И., Матвиенко А.Б., Папченко А.Я. Научные и практические принципы электрической обработки пищевых продуктов и материалов. Киев: НУУПТ, 2009. 1-68 c.

3. Popova N., Botoєanu N., Papcenco A., Berzoi S., Ювrdea I., Ciobanu V. Proprietгюile optice a sucului de portocale primit din materia primг electroplasmolizatг. Materialele conferinюei naюionale de termotehnicг cu participare internaюionalг, ediюia a IX-a, Craiova, 27-30 mai 1999, p. 203-208.

4. Popova N., Papcenco A. The Effects of Electrical Pulses to the Structure of Cells Plant Materials. Abstracts 2nd International Conference on Nanotechnologies and Biomedical Engineering. Chiєinгu, Moldova, Chi?inгu, April, 18-20, 2013, 468-470.

Размещено на Allbest.ru