электрофизическим методам обработки пищевых продуктов относят обработку переменным электрическим током, в электростатическом поле, электроконтактную, высокочастотную, сверхвысокочастотную, инфракрасным излучением. Применяют и комбинированные методы, то есть обрабатывают продукт последовательно или одновременно двумя электрофизическими методами, например, обработка мяса сверхчастотным методом на первых стадиях и инфракрасным излучением на завершающей стадии жаренья или одновременный нагрев путем конвекции горячего воздуха и инфракрасным излучением.
Электрофизические методы обработки широко применяются в самых различных отраслях промышленности, так как сравнительно с традиционными имеют неоспоримые преимущества, как и недостатки. К наиболее важным преимуществам относятся высокая скорость процесса и компактность промышленных устройств, к недостаткам — относительная сложность и высокая стоимость промышленных устройств (но не всегда).
При использовании этих методов для обработки пищевых продуктов возникают серьезные трудности, обусловленные гетерогенностью состава продуктов и различной лабильностью отдельных составных частей. Например, в разных частях объема мясных продуктов даже на расстоянии нескольких миллиметров соотношение белок : жир : вода может различаться в несколько раз; два клубня сахарной свеклы, взятые с одного участка, могут различаться по массе и содержанию сахара в 2 раза и более и так далее. Если при традиционных методах обработки статистическое усреднение продукта почти всегда позволяет вести процесс в оптимальном режиме, то, как будет показано позднее, электрофизические методы обработки воздействуют неодинаково на части продукта, различающиеся по объему. Поэтому если путем измельчения и механического перемешивания нельзя достичь однородности продукта, то использование электрофизического метода для обработки пищевых продуктов может быть весьма проблематичным.
Электрофизические методы обработки пищевых продуктов основаны на использовании электромагнитной энергии излучения.
При значительной энергии квантов излучения они не только возбуждают внешние электроны, но могут даже выбивать их из электронной оболочки с ионизацией молекул. Полагают, что способностью выбивать электроны обладают УФ-лучи, а рентгеновские и гамма-лучи могут выбивать еще более сильно связанные электроны. Возникающие при этом пробелы заполняются электронами наружных уровней и, в конечном счете, возникают ионы.
Кроме положительных ионов, в результате присоединенных электронов к атомам и молекулам возникают также отрицательные ионы. Во время этой ионизации возникают радикалы, которые хотя и являются электрически нейтральными, но имеют сильно насыщенный характер. В обводненных пищевых продуктах прежде всего образуются восстановленные [Н+] и окисленные [ОН"] радикалы. Вследствие своей реакционности они могут вступать в различные реакции.
Следовательно, связь между атомами и молекулами могут разорвать только такие кванты энергии, которые выше энергии связи. Величина энергии квантов различного излучения равна:
УФ-излучение (X= 1,4 • 10 нм)х90 еу; Видимый свет (А, = 3,6 • 102 нм)хЗ,4 еу; ИК-излучение (к = 7,8 • 102 нм)х1,6 еу; Высокочастотная энергия (А, = 3,4 • 105 нм)х0,004 еу.
В табл. 2.1 приведены виды энергии различных связей.
Из приведенных данных видно, что энергии ИК-излу-чения достаточно для разрыва водородных мостиков и, возможно, некоторых главных валентностей. Водородные мостики имеют в структуре макромолекулы, например, белка, и поэтому можно было бы предположить атермическое
Таблица 2.1
|
Вид связи |
Соединяемые частицы |
Энергия связи, еу |
|
Ионизация |
Ион — электрон, например, Н2 — электрон (Н2—>Н2+ ) |
4—20 15.8 |
|
Главная валентность гомеополярная |
Атом-атом, например, С-С С-Н О-Н |
0,4—4,7 2,5 3,7 4,7 |
|
1 водородные мостики |
Х...Н...Х(Х=0;Ы, Р), например, О.. .Н.. .0 (у 1-ЬО) О...Н..л\[(убелка) |
0,1—0,4 0,19 0,1 (в водных растворах) |
влияние. Однако, учитывая, что составные вещества имеют гомеополярные связи (например, С—С; С—Н; О—Н), энергии которых существенно выше, чем приведенная в таблице энергия связи ИК-излучения (1,6 еу), следует ожидать только незначительный "атермический эффект".
Видимый свет может уже разрывать некоторые главные валентности, а УФ-излучение — все. Энергии квантов УФ-излучения достаточно для отделения наружных электронов и вместе с этим для ионизации молекул или атомов.
Таким образом, обработка ИК-излучением схематично сводится к следующему. Источник или генератор ИК-излучения нагревается от обычных источников (например, электрической энергией для светлых излучателей и тэнов, энергией сгорания газа для газовых беспламенных горелок и так далее). В результате нагрева в источнике излучения повышается общая кинетическая энергия молекул, происходит более частое их соударение, часть электронов попадает на возбужденную орбиту, при их возвращении на основную орбиту генератор вырабатывает энергию в виде электромагнитного излучения.
Генерируемое электромагнитное излучение направленным потоком облучает обрабатываемый продукт.
При столкновении квантов излучения с электронами в молекуле продукта они передают всю свою энергию электронам, которые вследствие этого переходят в возбужденное состояние и затем примерно через 10~8 с возвращаются на основную орбиту, теряя при этом избыток энергии в виде тепла, в результате чего происходит нагревание продукта. Энергия излучения зависит от температуры излучателя, с увеличением которой резко возрастает. Для реальных тел взаимное излучение и поглощение зависит также
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
