Обоснование применения электромагнитного поля при производстве подсолнечного масла

Использование электромагнитных полей в совершенствовании технологии производства подсолнечного масла является одним из перспективных направлений. В ряде работ [5,6,7,8,10] показана практическая возможность применения постоянных и переменных электромагнитных полей разной частоты и напряженности в технологии производства подсолнечного масла, однако отсутствует теоретическое обоснование. Так возможность электромагнитного влияния на воски авторы[8] связывают с наличием полярных молекул, характерных для органических систем [9]. Более того, если при температуре выше 40 ч 45єС восковые соединения находятся в масле в растворенном состоянии и полярность их выражена слабо, то в интервале температур от 40 ч 45єС до 15 ч 20єС воск находится в мезоморфном жидкокристаллическом состоянии[ 6, 8,10], что увеличивает его полярность и подверженность менять структуру под действием внешних факторов (температуры, давления, излучения, электрических и магнитных полей). Является ли это объяснение достаточным для понимания механизма взаимодействия внешнего электромагнитного поля с подсолнечным сырьем. Не исключая роли полярных групп эфирной цепи, в данной работе сделана попытка рассмотреть эту задачу более всесторонне по аналогии с влиянием электромагнитного поля на молекулу воды [1]. Основанием для этого является отличительная особенность поведения подсолнуха в период его цветения. Эта особенность заключается в том, что в период цветения подсолнуха его шляпка в течение дня меняет свое направление в соответствии с направлением перемещения Солнца по небосводу, т. е. проявляется «магнетизм» их притяжения. Для обоснования этого эффекта анализируется сущность излучаемых Солнцем фотонов, состав и структура расположения семян на шляпке подсолнуха. Известно, что частицы света от Солнца представляют собой поток фотонов узкого видимого нами диапазона частот (4ч8)· 1014 Гц, т. е. части общего потока фотонов — электромагнитных волн широкого диапазона частот, проявляющих и магнитные свойства [2,3]. Для обоснования магнитных свойств этого потока фотонов можно провести сравнение с магнитным полем, возникающим вокруг проводника с током. В последнем случае электрический ток представляет поток электронов, перемещающихся в проводнике. Фотоны, которые в статическом состоянии электронов вращаются вокруг них на близких к ним расстояниях [4], во время движения электронов в проводнике вращающиеся вокруг них фотоны выходят за пределы проводника и сопровождают свои электроны, тем самым создавая вокруг проводника магнитное поле. Таким образом, материальность магнитного поля вокруг проводника с током обусловлена вращающимися вокруг своих электронов за пределами проводника фотонами [4]. Но, чтобы магнитное поле фотонов проявляло свое силовое воздействие на шляпку подсолнуха, семена подсолнуха должны обладать достаточным собственным общим магнитным моментом. Есть ли для этого основания. Во-первых, все семена в подсолнухе расположены параллельно друг другу, и, если каждое из них обладает собственным элементарным магнитным моментом, то в целом шляпка подсолнуха, в которой параллельно расположены все их магнитные моменты, должна обладать достаточно высоким общим магнитным моментом. Какие же вещества в семени могут обладать магнитными свойствами? Установлено [13], что в семени подсолнуха макроэлементы углерод ©, водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg), железо (Fe) и сера (S) составляют до 98−99% их массы. В сухой растительной массе в среднем содержится (в %): углерода 45, кислорода 42, водорода 6,5, азота 1,5. На долю остальных элементов приходится около 3−4%. Основная масса золы масличных семян подсолнечника состоит из P2O5 (35,4−41,1)%, K2O (24,5−28,4)%, CaO (7,6 — 17,0)%, MgO (12,3 — 17,9)%, составляющие до 90% общего количества золы. Кроме того содержится Na2O (7,4%), Fe2O3 (1,6%), SO3 (2,3%) [13]. Биологическая роль макроэлементов заключается в том, что они образуют основную массу липидов, белков, углеводов и их производных. В настоящее время установлено, что кроме основных десяти элементов для развития растений требуются бор (B), медь (Cu), марганец (Mn), цинк (Zn), молибден (Mo), хлор (Cl), йод (J), мышьяк (As) и др. Содержание этих элементов измеряется тысячными и стотысячными долями процента от массы растений, поэтому их называют микроэлементами. Резкой грани между макрои микроэлементами по их роли в жизнедеятельности растительного организма провести нельзя, так как, например, макроэлементы Mg и Fe по своему действию на ферментативные процессы проявляют большое сходство с микроэлементами. Специфическая роль микроэлементов заключается в том, что они или входят в состав многих ферментов, или являются их активаторами. Важность микроэлементов в жизни растений определяется их влиянием на образование органических веществ. Так вещества, синтезируемые растением, содержат следующие микроэлементы, необходимые для синтеза: липидов (триацилглицеринов (B, C), фосфолипидов (Zn), каротинов (B, Mn), хлорофиллов (B, Mn, Cu, Mo), фитостеролов (Zn), ауксинов (Zn, B); азотсодержащих веществ (Cu, Mn, B); аминокислот (Mn, Mo); амидов (B); углеводов: (редуцирующих сахара (B), сахарозы (Zn), крахмала (B, Mn), пектина (B, Mo), витамина «С» (B, Mn, Zn, Cu)).

В наибольшем количестве, по сравнению с другими макроэлементами, в золе масличных семян содержится фосфор. Он входит как в липидные, так и в нелипидные фосфорсодержащие соединения. Второе место занимает калий, окислы которого вместе с P2O5 составляют до 70 — 75% общего количества золы. Остальные элементы содержатся в золе семян в меньшем количестве. Причем исключительно велика биохимическая роль соединений фосфора. Так фосфорсодержащие соединения — фосфолипиды — являются структурным элементом мембран клеточных органоидов, фосфорные эфиры принимают непосредственное участие в процессах обмена углеводов. Фосфор является обязательным компонентом ряда витаминов и ферментов. Наконец, с участием фосфора образуются высокоэнергетические фосфатные связи, при помощи которых осуществляется передача энергии в живых системах [13].

Железо по своим свойствам может быть вполне отнесено к элементам — биокатализаторам. Оно входит в состав ряда ферментов, необходимых для образования хлорофилла. Меняя свою валентность, железо участвует в окислительно — восстановительных процессах.

Для обоснования влияния внешнего магнитного поля на поведение шляпки подсолнуха прежде всего рассмотрим его взаимодействие с электронами атомов. В соответствии с классическим представлением о строении атомов [11], каждый электрон атома, равномерно вращающийся по орбите, обладает орбитальным механическим моментом количества движения, который численно равен р = m•?•r, (1).

где m — масса электрона,? — скорость движения электрона по орбите, а r — радиус орбиты электрона.

При отсутствии внешнего магнитного поля электрон в атоме движется по замкнутой орбите и его движение, как частицы, несущей элементарный электрический заряд (е=1,6•10−19 Кл), эквивалентно замкнутому контуру тока. Магнитный момент рm электрона, движущегося по орбите, называется его орбитальным магнитным моментом. Величина рm= J•S, (2).

где J — сила тока, создаваемая движущимся электроном, S — площадь орбиты электрона.

Вектор рm направлен в ту же сторону, что и магнитное поле в центре кругового тока. Если н — число оборотов электрона в секунду вокруг ядра, то J = е• н. Учитывая, что н =? /2р? r,.

рm = J•S = (е• ?• r) / 2 (3).

Направление вектора р противоположно вектору рm.

Отношение векторов рm /р = е /2m. Так как векторы рm и р направленыв противоположные стороны, то рm = - (е /2m)• р = g• р, (4).

здесь g = -(е /2m) — гиромагнитное отношение.

Кроме того, на основании выполненных Эйнштейном и А-де Гаазом экспериментов [11], установлено, что электрон, помимо орбитальных механического р и магнитного рm моментов, обладает ещё собственным механическим моментом количества движения рs, который был назван спином электрона, и соответствующим ему собственным магнитным моментом рms. Вначале представление о спине электрона связывали с его вращением вокруг собственной оси, но считается, что это упрощенное представление. Теперь принято считать, что электрону присущи некоторый собственный механический и магнитный моменты подобно тому, как ему присущи заряд и масса. Спин является неотъемлемым свойством электрона и проявляется в большинстве экспериментальных фактов. Абсолютная величина спина равна рs = h/4р, где h — постоянная Планка, а подсолнечный масло электромагнитный поле рms = -eh/(4р? m) (5).

и эта величина называется магнетоном Бора.

Когда магнитное поле отсутствует, на электрон действует электрическая сила Fe притяжения его ядром, играющая роль центростремительной силы. При помещении атома в магнитное поле с напряженностью Н движение электрона оказывается более сложным. Предположим, что магнитное поле однородно (Н = const) и электрон в атоме движется по круговой орбите, плоскость которой перпендикулярна к вектору напряженности внешнего магнитного поля. В магнитном поле на электрон, кроме силы Fe действует ещё сила Лоренца Fл, направленная в данном случае противоположно Fe. Поэтому центробежная сила числено равна разности (Fe — Fл). При наличие магнитного поля изменение силы, действующей на электрон, приводит к изменению угловой скорости вращения электрона по орбите, которое определяется выражением.

? — g•µо•Н, (6).

здесь µо — магнитная постоянная или магнитная проницаемость вакуума. Если орбита электрона расположена произвольным образом относительно вектора Н, так что орбитальный момент электрона рm составляет с направлением магнитного поля угол то влияние магнитного поля оказывается более сложным. В этом случае вся орбита электрона приходит в такое движение вокруг вектора напряженности поля Н, при котором вектор магнитного момента электрона рm (перпендикулярного к плоскости орбиты электрона), сохраняя неизменным угол своего наклона к полю, вращается вокруг направления Н с угловой скоростью.

L= ?

— g•µо•Н. Такое движение в механике называется прецессионным. Кроме того известно [11,12], что атомы разных химических элементов в зависимости от того, к какому классу магнетиков они относятся: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики, по разному взаимодействуют с внешним магнитным полем. Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов или молекул которых при отсутствии внешнего магнитного поля равны нулю, то-есть в атомах и молекулах диамагнитных веществ векторная сумма орбитальных магнитных моментов всех электронов равна нулю. В случае однородного диамагнетика, находящегося в однородном магнитном поле, наведенный орбитальный магнитный момент всех атомов одинаков и направлен в сторону, противоположную направлению вектора внешнего магнитного поля Н, то-есть происходит намагничивание вещества противоположно внешнему полю [11].

Если векторная сумма орбитальных магнитных моментов всех электронов атома (или молекулы) не равна нулю, то атом в целом обладает некоторым магнитным моментом. Такие атомы называются парамагнитными, а состоящие из них вещества — парамагнетиками. При внесении парамагнетика в однородное магнитное поле с напряженностью Н, каждый электрон атома участвует в двух движениях — орбитальном и прецессионном, то — есть все магнитные моменты электронов атома прецессируют вокруг вектора напряженности Н с одинаковой угловой скоростью.

L. Совокупное действие магнитных моментов всех атомов в единице объема вещества приводит к эффекту намагничивания, значительно превосходящем диамагнитный эффект. Поэтому в парамагнитном теле появляется собственное магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и внешнее магнитное поле, т. е. его орбитальный магнитный момент устанавливается вдоль линий напряженности внешнего поля [11].

Таким образом, в семенах подсолнуха содержатся: диамагнетики — C, H, N, P, S, B, Cu, Zn, J; парамагнетики — O, K, Ca, Mg, Mo, As и ферромагнетик — железо (Fe) [12]. Так как проявляется результирующая сила магнитного притяжения между шляпкой подсолнуха и магнитным потоком фотонов от Солнца, то в этом эффекте преобладает действие парамагнетиков K2O (24,5−28,4)%, CaO (7,6 — 17,0)%, MgO (12,3 — 17,9)%, намагничивающихся во внешнем магнитном поле в направлении поля, и растягивающее действие вдоль поля на P2O5(35,4−41,1)%, состоящий из парамагнетика кислорода и диамагнетика фосфора. Наличие проявляющегося эффекта взаимодействия магнитного момента всех семян подсолнуха с магнитным полем потока фотонов от Солнца свидетельствует о возможности совершенствования ряда технологических операций на разных этапах производства подсолнечного масла и сопутствующих веществ на основе применения электрических, магнитных или электромагнитных полей. При этом, в зависимости от решения конкретной задачи и превалирования в системе элементов диа-, параили ферромагнетиков должна совершенствоваться технология выполняемого процесса.

• 1. Александров Б. Л., Александров А. Б., Красавцев Б. Е., Симкин В. Б., Цатурян А. С. Экспериментальное и теоретическое обоснование воздействия электромагнитного поля на воду. Научные труды VI Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля в биологии медицине», Санкт-Петербург, 02−06.07.2012, с. 1. винтернете: www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p1-d.pdf/11стр.
• 2. Александров Б. Л. К вопросу излучения электромагнитных волн. Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета. Краснодар: КубГАУ, 2014.-№ 04(098), с.988−1008.
• 3. Александров Б. Л. Механизм формирования и распространения волн в электромагнитной среде. Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета. Краснодар: КубГАУ, 2014.-№ 06(100), с.919−936.
• 4. Александров Б. Л., Родченко М. Б., Александров А. Б. Роль фотонов в физических и химических явлениях. Краснодар, ГУП «Печатный двор Кубани». 2002, 542с.
• 5. Герасименко Е. О. Научно-практическое обоснование технологи и рафинации подсолнечных масел с применением химических и электрофизических методов: автореф. дис. На соискание ученой степени д-ра техн. Наук: с пец. 05.18.06 «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» / Е. О. Герасименко.-Краснодар, 2004.-28с.
• 6. Кравчук Н. С. Совершенствование технологии гидратации подсолнечных масел на основе изучения их электрофизических свойств.: автореф. дис. На соискание ученой степени кан-татехн. наук: спец.05.18.06 «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» / 14ISSN2220−4784. Вісник НТУ"ХПІ" .2014.№ 49(1091) Н. С. Кравчук. — Краснодар, 2002.-25с.
• 7. Красавцев Б. Е. Патент № 2 525 269 «Способ рафинации растительного масла (варианты) / Красавцев Б. Е., Цатурян А. С., Симкин В. Б., Александров Б. Л., Александрова Э. А. Заявка № 2 012 121 736/13 от 25.05.2012, дата публикации 27.11.2013.
• 8. Мартовщук Е. В. Извлечение восков в электрическом поле/ [Е.В. Мартовщук, Н. С. Арутюнян, В. М. Копейковский и др.]// Масложировая промышленность. 1980.-№ 6.-С.13−16.
• 9. Минкин В. И. Дипольные моменты в органической химии / Минкин В. И., Осипов О. А., Жданов Ю. А. — Л.:Химия, 1968.-248с.
• 10. Нетреба А. А. Использование электромагнитного поля в процессе вымораживания подсолнечного масла / А. А. Нетреба, Ф. Ф. Гладкий, Г. В. Садовничий, Т. Г. Шкаляр // 20144ISSN2220−4784. Вісник НТУ «ХПІ». -2014.-№ 49(1091)-С.1−14,Бюлл.№ 33.
• 11. Трофимова Т. И. Курс физики. Издание шестое, стереотипное. М. «Высшая школа», 2000, 542 с.
• 12. Физические величины. Справочник. Под редакцией И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991,1231с.
• 13. Щербаков В. Г. Биохимия и товароведение масличного сырья. Издание третье. М. «Пищевая промышленность», 1979 г, 335с.
• 14. Aleksandrov B.L., Aleksandrov A.B., Krasavcev B.E., Simkin V.B., Caturjan A.S. Jeksperimental’noe i teoreticheskoe obosnovanie vozdejstvija jelektromagnitnogo polja na vodu. Nauchnye trudy VI Mezhdunarodnogo kongressa «Slabye i sverhslabye polja v biologii i medicine», Sankt-Peterburg, 02−06.07.2012, s.1. v internete: www.biophys.ru/archive/congress 2012/proc-p1-d.pdf/ 11str.
• 15. Aleksandrov B.L. K voprosu izluchenija jelektromagnitnyh voln. Politematicheskij setevoj jelektronnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Krasnodar: KubGAU, 2014.-№ 04 (098), s.988−1008.
• 16. Aleksandrov B.L. Mehanizm formirovanija i rasprostranenija voln v jelektromagnitnoj srede. Politematicheskij setevoj jelektronnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. Krasnodar: KubGAU, 2014.-№ 06 (100), s.919−936.
• 17. Aleksandrov B.L., Rodchenko M.B., Aleksandrov A.B. Rol' fotonov v fizicheskih i himicheskih javlenijah. Krasnodar, GUP «Pechatnyj dvor Kubani». 2002, 542 s.
• 18. Gerasimenko E.O. Nauchno-prakticheskoe obosnovanie tehnologii rafinacii podsolnechnyh masel s primeneniem himicheskih i jelektrofizicheskih metodov: avtoref. dis. na soiskanie uchenoj stepeni d-ra tehn. nauk: spec. 05.18.06 «Tehnologija zhirov, jefirnyh masel i parfjumerno-kosmeticheskih produktov» / E.O. Gerasimenko. — Krasnodar, 2004. — 28 s.
• 19. Kravchuk N.S. Sovershenstvovanie tehnologii gidratacii podsolnechnyh masel na osnove izuchenija ih jelektrofizicheskih svojstv.: avtoref. dis. na soiskanie uchenoj stepeni kan-ta tehn. nauk: spec. 05.18.06 «Tehnologija zhirov, jefirnyh masel i parfjumerno-kosmeticheskih produktov» / 14 ISSN 2220−4784. Vіsnik NTU «HPІ». 2014. № 49 (1091) N.S. Kravchuk. — Krasnodar, 2002. — 25 s. 7. Krasavcev B.E. Patent № 2 525 269 «Sposob rafinacii rastitel’nogo masla (varianty)/ Krasavcev B.E., Caturjan A.S., Simkin V.B., Aleksandrov B.L., Aleksandrova Je.A.Zajavka № 2 012 121 736/13 ot 25.05.2012, data publikacii 27.11.2013.
• 20. Martovshhuk E. V. Izvlechenie voskov v jelektricheskom pole / [E.V. Martovshhuk, N. S. Arutjunjan, V.M. Kopejkovskij i dr.] // Maslozhirovaja promyshlennost'. 1980. — № 6. — S. 13 — 16.
• 21. Minkin V.I. Dipol’nye momenty v organicheskoj himii / Minkin V.I., Osipov O.A., Zhdanov Ju.A. — L.: Himija, 1968. — 248 s.
• 22. Netreba, A. A. Ispol’zovanie jelektromagnitnogo polja v processe vymorazhivanija podsolnechnogo masla/ A. A. Netreba, F. F. Gladkij, G. V. Sadovnichij, T. G. Shkaljar // 20 144 ISSN 2220−4784. Vіsnik NTU «HPІ». — 2014. — № 49(1091)-S.1−14,Bjull.№ 33.
• 23. Trofimova T.I. Kurs fiziki. Izdanie shestoe, stereotipnoe. M. «Vysshaja shkola», 2000, 542 s. 12. Fizicheskie velichiny. Spravochnik. Pod redakciej I.S. Grigor’eva, E.Z. Mejlihova. M.: Jenergoatomizdat, 1991,1231s. 13. Shherbakov V.G. Biohimija i tovarovedenie maslichnogo syr’ja. Izdanie tret’e. M. «Pishhevaja promyshlennost'», 1979 g, 335 s.