Теоретические основы физических процессов при обработке пищевых продуктов инфракрасным излучением

При этом, из них гарантированно удаляются пектин и другие компоненты, выпадающие в осадок при длительном хранении напитков.

Предварительно очищенные на микрофильтрационных мембранах настои и морсы надежно концентрируются на обратноосмотических или нанофильтрационных мембранах в 10…20 раз по объему до концентрации СВ порядка 25%, после чего могут транспортироваться на значительные расстояния и длительно храниться вне холодильников.

Создаваемая на основе оптимального сочетания ультразвуковых и мембранных процессов комбинированная технология может быть принята за основу линии на специализированных крупнотоннажных производствах глубокосконцентрированных экстрактов, морсов и соков для производства напитков и других пищевых продуктов, в том числе лечебно-профилактических.

Сегодня ультразвук применяется в огромном количестве отраслей. Среди них: медицина, геология, сталелитейная промышленность, военная промышленность и т. д. Чрезвычайно интенсивно ультразвук применяется в геологии, существует специальная наука — геофизика. С помощью ультразвука геофизики находят залежи ценных ископаемых и определяют глубину их местонахождения. В металолитейной отрасли ультразвук применяется для диагностики состояния кристаллической решетки металла. При «прослушивании» труб, балок у качественных изделий получается определенный сигнал, если же у изделия что-то отличается от нормы (плотность, дефект конструкции), сигнал будет другим, что и укажет инженеру на брак.

В современной медицине также используется ультразвук. Например, одна из самых распространенных процедур с его использованием — УЗИ, где ультразвук используется для диагностики состояния внутренних органов. Также применяется ультрозвуковая физиотерапия, позволяющая ускорить регенерацию шрамов, тканей, сращивания костей; ультразвуковая кардиограмма, ультразвуковой остеосинтез.

Окруженная вражескими суднами подводная лодка имеет только один безопасный способ связаться с базой — передать сигнал в водной среде. Для этого используется особенный условный ультразвуковой сигнал определенной частоты — перехватить такое послание практически невозможно, т.к. для этого необходимо знать его частоту, точное время передачи и «маршрут». Однако отправка сигнала с лодки также является сложнейшей процедурой — необходимо учитывать все глубины, температуру воды и т. д. База, получая сигнал, и, зная время его прохождения, может высчитать расстояния до лодки, в результате — ее местонахождение. Также в подводном флоте используют специальные короткие ультразвуковые импульсы, посылаемые гидролокаторо прямо с подводной лодки; импульс отражается от предметов — скал, других судов, и с его помощью рассчитывают направление и расстояние до препятствия (прием, позаимствованный у ночных хищников — летучих мышей).

Поскольку звук большой частоты имеет ограниченную площадь воздействия (чем больше частота, тем меньше площадь) и наоборот, то ультразвуковым лучом большой мощности можно нарушить работу даже искусственного спутника. Луч «забьет» все радиоэлектронные приборы, что будет чревато опасными последствиями. Ходят слухи, что подобное уже происходило при запуске американского «Аполлона». Но пожалуй, это единственное оружие, «пуля» в котором — инфразвук.

4.1 Инфразвук аналитической химии пищевых продуктов

Показана возможность использования сонолюминесценции в качестве источника аналитического сигнала и предложен метод анализа — сонолюминесцентная спектрофотомерия. Обнаружен эффект повышения интенсивности сонолюминесценции и чувствительности определения элементов (в 5−10 раз) при использовании одновременного действия инфразвука (ИЗ) высокой и низкой частот по сравнению с использованием только ИЗ низких частот. Предложен механизм процесса. Изучены спектры сонолюминесценции 16 элементов.

Впервые установлена корреляция между величинами потока сонолюминесценции и поглощенной акустической энергии в рассолах и растворах поваренной соли. Предложен новый метод определения поглощенной акустической энергии.

Разработаны и внедрены методики определения токсичных элементов в различных видах пищевой продукции с использованием ультразвука. Предложен новый подход к использованию ультразвука в интенсификации аналитического процесса при анализе пищевых продуктов: совместное действие ИЗ высокой и низкой частот — 1) для разрушения органических примесей в водах, рассолах и растворах поваренной соли; 2) для интенсификации стадии кислотной минерализации молокопродуктов, мясопродуктов, соков и вин, хлебопродуктов, зерна, кофе и чая; 3) для повышения величины аналитического сигнала в сонолюминсцентной спектрофотомерии.

Разработаны и внедрены экспрессные и надежные методики определения 16 элементов методом сонолюминесцентной спектрофотомерии.

Впервые проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований механизма воздействия ИЗ на рассолы и растворы поваренной соли. На основании результатов расчетов химико-акустических выходов пероксида водорода, полученного при воздействии ИЗ на растворы хлорида натрия и поваренной соли, доказан факт участия пероксида водорода в процессах деструкции органических соединений растворов поваренной соли и рассолов, установлена корреляция между содержанием фульвокислот и их соединений и накоплением пероксида водорода, образующегося при воздействии ИЗ. Факт участия пероксида водорода в деструкции органических соединений рассолов и растворов поваренной соли, а также образования радикалов Н, ОН и НО2 подтвержден также и анализом спектров сонолюминесценции.

4.2 Использование инфразвука в растительном масле В технологии переработки растительных масел большое значение имеет удаление из них фосфорсодержащих веществ после гидратации. Классический способ фильтрования предусматривает разделение гидратированного масла, состоящего из масла и взвешенных частиц-хлопьев, а сам процесс осуществляется за счет разности давления перегородок. Таким образом, для задержания небольших количеств частиц, масло необходимо пропускать через фильтрующую перегородку. Задержка частиц приводит к возрастанию сопротивления фильтровальной перегородки (фильтрование с закупориванием пор) или к повышению сопротивления, увеличивающегося в слое осадки (фильтрование с образованием осадка). Вследствие этого, появляется необходимость очистки фильтровальной перегородки, что технически осуществить сложно.

Применение новых физических методов обработки пищевых продуктов (ультразвука, электрического поля коронного разряда, электромагнитного поля сверхвысокой частоты и др.) позволяет улучшить качество продукта, значительно увеличить производительность установки.

Проведены исследования по электрофильтрованию подсолнечного масла от фосфорсодержащих веществ на электрофильтрах. При наложении электрического поля (ЭП) на дисперсные системы, происходило в межэлектродном пространстве (МЭП) агрегирование частиц дисперсной фазы и их организация в своеобразные, ориентированные вдоль силовых линий полям, структуры. Такие явления наблюдаются как в тонкодисперсных системах, /так и в системах грубодисперсных — эмульсиях. После электрофильтрации достигли более глубокое выведение фосфорсодержащих веществ до 0,12%. При этом все же производительность установки оставалась низкой вследствие того, что поры фильтра забивались очищаемыми примесями (воски, фосфатиды).

Для устранения вышеуказанного недостатка и более полного извлечения фосфорсодержащих веществ из подсолнечного масла, была собрана экспериментальная установка по специальной технологии гидратации, т.к. остаточное содержание фосфорсодержащих веществ в значительной мере зависит от интенсивности смешивания гидратирующего агента (воды) с маслом. При этом непрерывное дозирование и смешивание гидратирующего агента с маслом производили с помощью смесителя — турбулизатора — электродиспергатора.

Диспергирование воды в масле осуществлялось в резко неоднородном ЭП — «острие против двух плоскостей» (см. рис.

1).

Высокопотенциальным электродом («острие») служила игла шприца, через которую подавалась вода. Низкопотенциальными электродами («плоскости») являлись пластинки из нержавеющей стали, расположенные друг к другу под углом. Межэлектродное расстояние — 10 мм. В МЭП электросепаратора размещались нити из гидрофильного материала рядами.

Подсолнечное масло гидратировалось двумя процентами воды при температуре 55 °C, выдерживалась в эксикаторе 30 мин. После этого, масло поступало при температуре 33 °C по патрубку и заполняло все МЭП сепаратора. К электроду подавалось высокое напряжение промышленной частоты 50 Гц, при этом напряженность составляла 0,67 кВ/см. Далее в электрическом поле вдоль силовых линий начинают выстраиваться проводящие цепочки из капель воды вместе с фосфорсодержащими веществами, стремящимися занять наименьшее расстояние между электродами. Вследствие расположения рядов нитей под углом к поверхностям электродов, проводящие цепочки пересекают гидрофильные нити и фосфатидные комплексы с водой стекают по ним вниз.

Исследования показывают, что при количестве рядов нитей равном пяти, остаточное содержание фосфатидов составляет 0,028%, а при 12 — 0,0281%. Из чего следует, что увеличение рядов выше 5 не приводит к более глубокому выведению фосфатидов из-за того, что в масле остаются так называемые негидратируемые фосфатиды. Расположение нитей в МЭП под углом к поверхностям электродам позволяет значительно снизить остаточное содержание фосфоросодержащих веществ в масле после электросепарации. При угле 25° и производительности 2 т/сутки, оно составляло 0,02%. Однако, с увеличением производительности установки повышается остаточное содержание фосфатидов вследствие того, что капли воды с фосфатидами не успевают оседать на нитях и осаждаться в зону отстоя. В начальный период создания электрического поля, токи увеличиваются, далее после упорядочения структур и выпадения их в зону отстоя, токи уменьшаются и стабилизируются. Увеличение тока со временем объясняется тем, что находящиеся в МЭП капли воды с фосфатидами выстраиваются вдоль силовых линий ЭП и создают структуру с фосфорсодержащими комплексами, замыкающие электроды. Число таких структур со временем увеличивается, пока все капли в МЭП не окажутся в упорядоченном состоянии в виде структур — цепочек. Некоторые цепочки, в которых преобладают капли воды, соприкасаясь с гидрофильными вертикальными нитями, будут стекать также вниз в зону отстоя. Электропроводящие цепочки в таких ситуациях не успевают замыкать электроды, из-за чего токи будут небольшими, что предотвращает возникновению электроконвекции. Вследствие этого сепарация фосфорсодержащих веществ в растительных маслах будет проходить устойчиво, что важно для отводящего патрубка легкой фазы.

Рис. 1 Смеситель — турбулизатор

1,5 — входной и выходной патрубки; 2 — высокопотенциальный электрод;

3 — корпус; 4 — низкопотенциальные электроды

5 Санитарно — эпидемиологические требования к пищевым продуктам

1. Пищевые продукты должны удовлетворять физиологическим потребностям человека и не должны оказывать на него вредное воздействие.

2. Пищевые продукты, пищевые добавки, продовольственное сырье, а также контактирующие с ними материалы и изделия в процессе их производства, хранения, транспортировки и реализации населению должны соответствовать санитарным правилам.

3. При производстве пищевых продуктов могут быть использованы контактирующие с ними материалы и изделия, пищевые добавки, разрешенные в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

4. Производство, применение (использование) и реализация населению новых видов (впервые разрабатываемых и внедряемых в производство) пищевых продуктов, пищевых добавок, продовольственного сырья, а также контактирующих с ними материалов и изделий, внедрение новых технологических процессов их производства и технологического оборудования допускаются при наличии санитарно — эпидемиологических заключений о соответствии их санитарным правилам.

5. Граждане, индивидуальные предприниматели и юридические лица, осуществляющие производство, закупку, хранение, транспортировку, реализацию пищевых продуктов, пищевых добавок, продовольственного сырья, а также контактирующих с ними материалов и изделий, должны выполнять санитарные правила и проводить мероприятия по обеспечению их качества.

6. Не соответствующие санитарным правилам и представляющие опасность для человека пищевые продукты, пищевые добавки, продовольственное сырье, а также контактирующие с ними материалы и изделия немедленно снимаются с производства или реализации.

Снятые с производства или реализации пищевые продукты, пищевые добавки, продовольственное сырье, а также контактирующие с ними материалы и изделия должны быть использованы их владельцами в целях, исключающих причинение вреда человеку, или уничтожены.

Заключение

Сейчас учеными ведется разработка так называемого «инфразвукового ружья». Низкочастотные звуковые волны здесь планируется использовать в качестве «генератора паники». В этом случае инфразвук намного удобнее высокочастотных волн, так как он сам по себе представляет угрозу для здоровья человека. Частоты нашей нервной системы и сердца лежат в диапазоне инфразвука — 6 Гц. Эмулирование этих частот приводит к плохому самочувствию, беспричинному страху, панике, сумасшествию, и, наконец, смерти.

Что же мешает создать подобный аппарат? В 1970 этим занимался француз Гавро, и причины того, что «инфразвуковое» ружье еще не получило широкого применения, таковы: очень большие размеры, малая дальность, и… опасность для оператора. Зато преимущества также велики: управляя мощностью волны, можно будет избирательно оглушать или убивать, не подвергаясь опасности, ведь таким аппаратом можно управлять дистанционно, из изолированного от звуковых волн помещения. Так что вскоре, вполне возможно, толпа разбушевавшихся демонстрантов получит не струю ледяной воды, а порцию низкочастотного звука.

Список используемой литературы

Алфарец Л. Современное состояние физики элементарных частиц. — УФН, 1989.

Вихман Э. Квантовая физика. М.: Наука., 1998.

Голямина. И. П. Инфразвук. — М.: Советская энциклопедия, 1979.

Кошкин Н.И., Васильчикова Е. Н. Элементарная физика. М.: Высшая школа, 2003.

Маршак Р. Ядерные силы. 1998 вып.

6.

Северденко В.П., В. В. Клубович. Применение ультразвука в промышленности. — Минск Наука и техника, 1967.

Смородинский Я. А. Законы и пародоксы элементарных частиц. — М.: Знания, 2001.

Ферми Э. Элементарные частицы. — М.: ИЛ, 1979.

Хорбенко. И.Г. В мире неслышимых звуков. — М.: Машиностроение, 1971.

Хофитадтер Р. Атомные ядра, 1962, вып.

1.

Алфарец Л. Современное состояние физики элементарных частиц. — УФН,

Алфарец Л. Современное состояние физики элементарных частиц. — УФН,

Голямина. И. П. Инфразвук. — М.: Советская энциклопедия, 1979

Голямина. И. П. Инфразвук. — М.: Советская энциклопедия, 1979