IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

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/см²) определяется выход прессового сока. Анализы клеточного сока на содержание сахара и кислот проводится с помощью ареометра и методом прямого титрования. Критериями оценки эффективности электро- плазмолиза 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.

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., Botoşanu N., Papcenco A., Berzoi S., Ţârdea I., Ciobanu V. Proprietăţile optice a sucului de portocale primit din materia primă electroplasmolizată. Materialele conferinţei naţionale de termotehnică cu participare internaţională, ediţia 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. Chişinău, Moldova, Chișinău, April, 18–20, 2013, 468–470.

Код для цитирования: Скопировать