Применение СВЧ-энергии для извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья на установках периодического действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Применение СВЧ-энергии для извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья на установках периодического действия

Копысова Т.С., Спиридонов А.Б.,

Анисимова К.В., Константинова У.И.,

Гадлгареева Р.Р.

Аннотация

технология оборудование экстрактивный питание

Одним из важных и актуальных направлений научных исследований в области создания функциональных продуктов питания является разработка технологий и оборудования для их производства.

Внедрение новых технологий в пищевой, перерабатывающей промышленности и области общественного питания позволит расширить ассортимент уже существующих продуктов питания и создать продукты нового поколения с необходимыми пищевыми характеристиками (специализированные продукты питания для различных масс населения).

При производстве пищевых продуктов широкое применение нашло СВЧ-излучение. В статье предложена технология извлечения экстрактивных веществ на установке периодического действия.

Ключевые слова: ЭКСТРАГИРОВАНИЕ, СВЧ-ЭНЕРГИЯ, ЭКСТРАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, СВЧ-НАГРЕВ, БАКТЕРИЦИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ

Основная часть

Анализ зарубежной и отечественной литературы показывает тот факт, что разработка технологий и оборудования для производства функциональных продуктов питания является важным и актуальным направлением научных исследований. В настоящее время данному вопросу уделяется недостаточное внимание, особенно разработке технологий и оборудования для производства специализированных продуктов питания [1].

Предложенная технология извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья с применением СВЧ-энергии наилучшим образом может решить ряд проблем в области производства функциональных продуктов питания [2].

Как следствие предложенной гипотезы о том, что под влиянием СВЧ-энергии происходит интенсификация процесса экстракции компонентов растительного сырья, при данной технологии пониженная температура экстракции позволяет сохранить ценные вещества сырья (витамины, ароматические и вкусовые вещества и т.д.) [3].

Доказано, что СВЧ-поле обладает бактерицидным и бактериостатическим действием в отношении микрофлоры [4]. В целом бактерицидный эффект при СВЧ-нагреве проявлялся значительно раньше, чем при тепловом нагреве. Бактерицидное действие является результатом селективного выделения энергии на множественных границах раздела бактериальной суспензии, имеющих более высокий коэффициент потерь, в результате чего происходит уничтожение бактериальной микрофлоры, присутствующей в продукте [5].

Для получения водного экстракта мяты возможно использовать метод заваривания и настаивания. Метод заваривания заключается в погружении сухой мяты в горячую воду. Горячая вода и ее пары попадают глубоко в поры мяты. За счет высокой кинетической энергии молекулы воды глубоко диффундируют во внутренние структуры листьев мяты, унося за собой экстрактивные вещества. Процесс является достаточно интенсивным, кроме того, его можно ускорить принудительной циркуляцией жидкости [6]. Помимо достоинств данного метода, можно отметить и существенные недостатки.

1. Высокая энергоемкость процесса, т.к. вода обладает значительной теплоемкостью.

2. Горячая вода вызывает разрушение многих микро- и макроэлементов, переход веществ в необратимые структуры (коагуляция белков).

3. Высокие требования к теплозащите оборудования.

Метод настаивания заключается в помещении сухой мяты в холодную воду (комнатной температуры). Далее процессы происходят методом, аналогичным методу заваривания, однако скорость диффузии и извлечения экстрактивных веществ в десятки раз ниже. Микро- и макроэлементы в ходе настаивания не разрушаются. Минус данного метода состоит в том, что продолжительность процесса может достигать от 1 до 3 недель. Кроме того, при данном методе велика вероятность обсеменения раствора микроорганизмами. В условиях массового производства продукции такая задержка недопустима [7].

Для получения водного экстракта мяты поставлена задача объединить достоинства вышеперечисленных методов и в максимальной степени избавиться от присущих им недостатков. То есть нужно интенсифицировать процесс настаивания. Одним из путей решения поставленной задачи является использование СВЧ-излучения [8]. В настоящее время СВЧ-энергия широко используется на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности в качестве источника тепла [9].

На рис. 1 представлена схема промышленной установки для получения водного экстракта мяты.

В корпус аппарата 1 заливается чистая вода. В сетчатые стаканы 2, изготовленные из пластика, засыпается сухая мята. Стаканы устанавливаются внутри корпуса аппарата в подстаканники, которые соединяются с приводом электродвигателя, тем самым выполняя роль мешалки. Малая скорость вращения стаканов обеспечивает ламинарный режим течения жидкости. Механизму перемешивания слоев жидкости способствуют сетчатая форма стаканов, стохастическая форма листьев мяты и размещение сырья в стакане. При включении питания стаканы вращаются внутри корпуса, проходя поочередно около волноводов СВЧ-энергии 4. Подача СВЧ-энергии происходит непрерывно.

Физическая сущность интенсификации процесса извлечения экстрактивных веществ заключается в следующем.

1. За счет подвода СВЧ-энергии к молекулам воды происходит колебательное движение дипольных молекул в СВЧ-поле; что способствует проникновению воды в поры листов мяты и диффузии экстрактивных веществ в раствор.

2. За счет колебательного движения молекул воды, как и в других несовершенных диэлектриках, выделяется тепловая энергия, то есть вода нагревается, что также увеличивает скорость извлечения экстрактивных веществ.

3. Вращательное движение стаканов с мятой внутри раствора приводит к увеличению диффузии экстрактивных веществ за счет конвективного массообмена [10].

а в

б

Рис. 1 Схема установки для получения водного экстракта мяты: а) главный вид в разрезе; б) вид сверху; в) расположение волноводов 1 - корпус; 2 - стаканы с сухой мятой; 3 - раствор; 4 - волновод СВЧ-энергии

При проведении данного процесса необходимо иметь в виду, что для сохранения полезных свойств экстрактивных веществ воду не рекомендуется нагревать выше 40°С. С этой целью следует ограничить мощность магнетрона, так как СВЧ-энергия вызывает нагрев объема воды в зоне нахождения стакана с мятой. Когда стакан выходит из зоны действия СВЧ-энергии, нагретая вода охлаждается за счет смешивания с холодным экстрагентом в аппарате. Такое размещение стаканов в установке позволит предотвратить перегрев раствора и сохранит полезные вещества в экстракте.

Список использованных источников

1. Купчик М.П., Лебовка Н.И., Бажал М.И. Перспективы применения электрических полей для обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002, № 8. С. 31-37.

2. Купчик М.П., Гулый И.С., Лебовка Н.И., Бажал М.И. Перспективы применения электрических полей для обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья*. Окончание // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002, № 8. С. 41-46.

3. Копысова Т.С. Разработка технологии СВЧ-экстрагирования компонентов растительного сырья: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург-Пушкин. 2013. 171 с.

4. Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Бецкий О.В., Гуляев Ю.В. Миллиметровые волны и фотосинтезирующие организмы. М.: Радиотехника. 2003. 175 с.

5. Егоров К.Е., Гнетов Б.В., Кокорев В.С., Носырева Л.А., Снитковская Т.Э., Кирсанов Ю.А., Соколовский Е.Б., Залесский В.Ф. // Пат. 2098134 Российская Федерация, МПК А61L2/12. Способ инактивации инфекционной активности возбудителей кишечных инфекций и вакцина для иммунизации животных / авторы, заявители и патентообладатели Егоров К.Е., Гнетов Б.В., Кокорев В.С., Носырева Л.А., Снитковская Т.Э., Кирсанов Ю.А., Соколовский Е.Б., Залесский В.Ф. № 95101395/13; заявл. 01.02.1995; опубл. 10.12.1997.

6. Иванов Е.В. Диффузионно-конвективное экстрагирование в аппаратах с интенсивным гидродинамическим режимом // Известия РГПУ им. Герцена. Серия: Естественные и точные науки. 2007, № 8 (38). С.72-89.

7. Василик Н.М., Лысянский В.М. Интенсификация процесса экстракции и совершенствование оборудования для получения настоев. М.: ЦНИИТЭИпищпром. 1982, вып. 8. 20 с.

8. Диденко А.Н. СВЧ-энергетика: Теория и практика. М.: Наука. 2003. 446 с.

9. Иванов Е.В. Энергетический подход к описанию кинетики экстрагирования // Журн. прикл. химии. 2006, т. 79, № 7. С. 1132-1136.

10. Кузнецов Д.Б. Физико-химические механизмы воздействия крайне-высокочастотного излучения на микроорганизмы // Современные проблемы науки и образования. 2013, № 1. Режим доступа: http://www.science-education.ru/107-8226.

Размещено на Allbest.ru