Спосіб електрогідравлічної обробки харчових продуктів

1. Спосіб електрогідравлічної обробки харчових продуктів, що передбачає використання імпульсного електричного розряду, який відрізняється тим, що діяння не менше, ніж одним імпульсним електричним розрядом здійснюють на імерсійну рідину, а утворені пружні хвилі вводять в оброблювані продукти, при цьому напруга електричного розряду складає 1-35 кВ. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що діяння здійснюють при тривалості розряду 10-610-3 с. (19) (21) 97115449 (22) 12.11.1997 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Українець Анатолій Іванович, Олішевський Валентин Вікторович, Гулий Іван Степанович, Дашковський Юрій Олександрович, Асауленко Алла Олександрівна, Крапивницька Ірина Олексіївна, Яровий Володимир Леонідович, Горовенко Анатолій Петрович (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ 28938 можна розділити на три стадії: передпробійну, активну та пасивну. Передпробійна стадія починається з моменту подання напруги на електроди та завершується електричним пробоєм рідини і виникненням ниткоподібних утворень, що світяться - лідерів. Активна стадія характеризується розвитком одного з лідерів у плазмовий канал, який має високу провідність. В результаті швидкого (протягом одиниць чи десятків мікросекунд) виділення великої кількості енергії відбувається як нагрівання речовини у каналі до температур порядку 105 К, так і розширення каналу зі швидкістю від десятків до сотень метрів за секунду. Результатом такого розширення є виникнення та розповсюдження пружних хвиль високої інтенсивності. Активна стадія завершується з припиненням проходження струму та переходить у пасивну стадію. На пасивній стадії канал розряду переходить в паро-газову порожнину. Перед своїм зникненням порожнина здійснює декілька пульсацій, які слугують джерелом додаткових пружних хвиль. Фізичні процеси, що відбуваються під час електричного розряду у рідині, достатньо складні та різноманітні. Вивчення їх у теперішній час є далеким від завершення. Таким чином, електрогідравлічний ефект дозволяє отримати пружні хвилі великої інтенсивності та складної форми, використання енергії яких дозволяє досягати технологічних результатів, таких як збільшення швидкості фільтрації, швидкості екстракції, ефективності гідролізу, зниження загальної забрудненості мікроорганізмами. Експериментально встановлено, що при використанні імпульсного електричного розряду безпосередньо в оброблюваних харчових продуктах з причини виникнення плазмового каналу відбувалося руйнування білково-вітамінного та органолептичного комплексів цих продуктів, що у ряді випадків робило їх нездатними до вживання. Знешкодити ці негативні явища дозволило застосування ізольованої за допомогою перегородки від оброблюваних продуктів електророзрядної камери, що заповнювалась імерсійною рідиною. При цьому пружні хвилі в продукти вводять через перегородку, по можливості максимально узгодивши акустичні імпеданси (добуток густини на швидкість "звуку") імерсійної рідини, матеріалу перегородки та оброблюваного продукту з метою зменшення втрат пружної енергії на межах розділу середовищ з різними густиною та пружністю. Під дією "сильних" полів пружних хвиль відбувається порушення рівноваги колоїдного складу харчових продуктів, яке прискорює процес "старіння" колоїдних розчинів та їх коагуляцію з утворенням більших часток, які скоріше осаджуються та більш ефективно видаляються при фільтруванні. Крім того, поле пружних хвиль діє на мікроорганізми харчових продуктів, пригнічуючи життєдіяльність частини з них та зменшуючи здатність до самовідтворення у другої частини. Експериментально встановлено, що при використанні електрогідравлічної дії з напругою електричного розряду меншою 1 кВ суттєві для практики технологічні результати обробки харчових продуктів відсутні, а при напрузі розряду вище 50 кВ її подальше збільшення призводило до збільшення енергоємності процесу без суттєвого приросту технологічної ефективності, а також призводило до різкого подорожчання техніки генерування. Критерії вибору діапазону тривалостей розряду, в основному, обумовлені величинами електропровідності імерсійних рідин (вода різних ступенів дистиляції, гліцерин та т. п.) та величиною накопичуваної в розрядних контурах енергії. Експериментально встановлено, що при вказаних вище напругах електричного розряду діапазон тривалостей розряду знаходився в межах від 10-6 до 10-3 с. Встановлено, що застосування електрогідравлічної обробки харчових продуктів при вказаних режимах не змінювало органолептичних та хімічних властивостей оброблених продуктів. На фігурі зображено приклад пристрою для реалізації способу. Спосіб здійснюється таким чином. По технологічному трубопроводу оброблюваний харчовий продукт подають у зону дії на нього електрогідравлічної обробки, при входженні у яку переважною напругою електричного розряду є діапазон 1-35 кВ при тривалості розряду 10-6-10-3 с. Оброблений харчовий продукт потім виводять з пристрою та подають, як правило, на пристрої для виконання наступних технологічних операцій. Приклади здійснення способу У перших 5 прикладах як досліджуваний продукт використано пиво. При цьому електрогідравлічну обробку здійснюють одним імпульсом при використанні різних імерсійних рідин. Приклад. Після здійснення процесів бродіння та доброджування пиво по обвідному трубопроводу 2 (фігура) пропускають через зону дії на нього електрогідравлічної обробки. Електричний розряд створюють, подаючи імпульс напруги від джерела живлення 1 та створюючи різницю потенціалів між електродами 3 та 4. Створені електричним розрядом у імерсійній рідині пружні хвилі через перегородку 5 вводять у пиво. При входженні умовної одиниці об'єму пива у робочу зону виконують його електрогідравлічну обробку, після чого оброблене пиво спрямовують на операцію фільтрування. Зразки пива відбирали після їх обробки в електричному полі та проводили аналіз пива відразу після фільтрації та через 1, 2, 3, 4, 5 діб зберігання пива після фільтрації. Швидкість фільтрації визначали на лабораторному вакуум-фільтрі. Загальну забрудненість мікроорганізмами визначали висівом на сусло агар та візуальним підрахунком у чашках Петрі. Піностійкість визначали шляхом переливу пива з пляшки у мірний циліндр висотою 0,1 м та діаметром 0,075 м при 10-12°С. Межу осадження визначали за допомогою насиченого розчину сірчанокислого амонію. Кількісний та якісний склад білків пива визначали методом нативного електрофорезу. Результати аналізів довели, що швидкість фільтрації пива у порівнянні з прототипом збільшилась у 1,5-2 рази, загальна забрудненість мікроорганізмами знизилась на 1,5-2 порядки, суттєвих змін рН обробленого пива у процесі зберігання не спостерігали. При цьому кількісний та якісний склад білків обробленого пива лишався незмінним (див. таблицю). 2 28938 Аналіз таблиці показує, що найбільш ефективним режимом електрогідравлічної обробки пива є режим з напругою електричного розряду 12 кВ та тривалістю розряду 2×10-4 с. Така комбінація параметрів досягалася при використанні як імерсійної рідини води подвійної дистиляції. Розглянемо приклад з використанням як оброблюваного продукту неосвітленого яблучного соку. Було проведено серію експериментів, яка підтвердила ефективність використання запропонованого способу. Наприклад, при електрогідравлічній обробці неосвітленого яблучного соку при напрузі електричного розряду 28-30 кВ та тривалості розряду 4×10-5-5×10-5 швидкість фільтрації збільшилась в 1,5-1,7 рази, а загальна забрудненість мікроорганізмами знизилась на 2,2-2,5 порядки у порівнянні з контрольною пробою необробленого соку. Розглянемо приклад з використанням як оброблюваного продукту водної суміші бурякової стружки. Проводилась серія експериментів, що підтве рдила ефективність використання запропонованого способу при проведенні гідролізу пектину з бурякової стружки. Наприклад, електрогідравлічна обробка водної суміші бурякової стружки в присутності H2SО4 при напрузі електричного розряду 4850 кВ та тривалості розряду приблизно 10-6 с дозволила змінити рН рідини з 1,0 до 1,6, знизити витрати H2SO4 з 0,3% до 0,2% на одиницю вихідної сировини та зменшити тривалість процесу гідролізу з 1,5 години до 0,5 години. Також експериментально підтверджено ефективність використання запропонованого способу при проведенні екстракції цукру з бурякової стружки. Обробка водної суміші бурякової стружки одиничним імпульсом напругою 44-45 кВ та тривалістю приблизно 10-6 с дозволила виключити процес попереднього ошпарювання та збільшити вихід цукру у дифузійному апараті на 0,5% (при дигестії на вході у дифузійний апарат 15% вміст цукру у рідині після дифузії збільшився з 11% до 11,5%). Таблиця Тривалість зберігання, діб. 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 Прототип 3 5 Напруга розряду, кВ 0,5 0,5 0,5 1 1 1 5 5 5 25 25 25 27 27 27 Тривалість розряду, с Загальна забрудненість, клітин у 1 мл пива, х106 Час фільтрації, с рН Піностійкість, см 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 54 120 540 21 89 320 0,78 24 90 0,61 20 88 0,51 20 82 68 135 640 300 280 170 165 150 340 4,5 4,0 3,6 4,4 4,1 4,0 4,3 4,3 4,2 4,3 4,2 4,0 4,2 4,2 4,1 4,5 3,9 3,4 4,0 3,8 3,5 4,4 4,35 4,0 5,2 5,1 4,7 4,7 4,55 4,4 4,7 4,5 4,5 4,1 3,5 3,2 3 28938 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4