Одна из основных задач продовольственного обеспечения страны - снижение потерь пищевого сырья. В области переработки пищевого сырья таятся неиспользованные возможности, которые могли бы служить дополнительными резервами получения продовольствия. Эти резервы связаны с устранением или уменьшением таких негативных явлений, возникающих при переработке, как потеря массы, сравнительно низкий выход готовой продукции, снижение ее биологической ценности и др. Однако реализовать эти возможности на основе традиционных методов обработки чрезвычайно трудно, так как эти методы в своем развитии приблизились к естественному пределу совершенства.
Среди важнейших тенденций дальнейшего прогресса современной холодильной техники заметная роль принадлежит уменьшению энергозатрат при получении искусственного холода и снижению потерь при его потреблении. Можно считать, что традиционные направления решения данной проблемы к настоящему времени практически исчерпаны.
Для холодильной техники и технологии характерно сравнительно медленное протекание процессов тепло- и массообмена как в аппаратах холодильных машин, так и при консервировании холодом пищевых продуктов. Основные направления решения этой проблемы - разработка методов и средств, интенсифицирующих тепло- и массообменные процессы как на стадии производства искусственного холода, так и на стадии его потребления; при этом методы и средства не должны оказывать негативного влияния на качество холодильного консервирования пищевых продуктов.
Согласно прогнозам Международного института холода в обозримом будущем крупнотоннажное холодильное консервирование скоропортящихся продуктов не имеет альтернативы. Вместе с тем современное производство искусственного холода - это один из основных потребителей высокопотенциальиой энергии, на выработку которой расходуются невоспроизводимые виды природного топлива (газ, нефть и уголь). Так, в частности, энергозатраты на производство 1 кг мяса и его холодильное хранение составляют свыше 21 кВт·ч [1].
В связи с этим особую актуальность приобретает разработка систем охлаждения с интенсифицированным теплообменом, где энергозатраты на производство холода значительно меньше. Так, с понижением температуры кипения хладагента в камерном оборудовании на 1 К из-за интенсивного преобразования на поверхности теплообмена холодопроизводительность компрессора уменьшается приблизительно на 4% при работе его в условиях, близких к стандартному режиму; примерно на столько же увеличивается удельный расход электроэнергии [2].
Технические характеристики и режимы работы холодильных машин (ХМ) во многом определяются эффективностью теплообмена в конденсаторах. В частности, с уменьшением перепада температур в конденсаторах на 3...4 К энергозатраты уменьшаются на 10... 15% [3].
Один из наиболее эффективных и возможных выходов из сложившегося положения - применение электротехнологии.
Электротехнология, как показала практика, по сравнению с существующими технологиями имеет ряд преимуществ: электрическое поле воздействует непосредственно на сырье биологического происхождения и среду без промежуточной трансформации энергии, что позволяет проводить тонкое регулирование процессов; упрощается автоматизация в связи с безынерционностью управления потоком заряженных частиц; сокращается потребление энергии; интенсифицируются тепло- и массообмен в аппаратах и технологических процессах. Возможности электротехнологии используются еще крайне недостаточно, однако эти возможности в последнее время все более осознаются специалистами различных отраслей производства, что приводит к расширению области ее применения в промышленности. Универсальность данной технологии состоит в том, что в природе нет таких сред и веществ, которые бы не подвергались под действием электрического поля зарядке и не являлись бы носителями зарядов, т. е. не поддавались бы силовому воздействию поля.
Силовое воздействие поля на частицы может быть использовано в различных процессах, например при отделении кедровых орехов от мелких примесей или пара хладагента от масляных включений в маслоотделителях холодильных установок. Интерес к использованию электротехнологии особенно возрос в последнее время в связи с наступлением в ряде стран энергетического кризиса и повышением требований к охране окружающей среды. Работа аппаратов, процессы переработки и обработки сырья биологического происхождения с использованием сильных электрических полей осуществляются сухим способом (без расхода воды), не связаны с необходимостью, дорогостоящей очистки сточных вод и экологически чисты.
Реальность развития этого направления подкрепляется тенденцией изменения структуры энергетического баланса. Со временем большее предпочтение будет отдаваться именно электрической энергии. В этом случае электротехнология, видимо, способна вывести многие традиционные процессы из эволюционного тупика.
Использование энергетических полей в условиях промышленного производства - сложная научно-техническая задача, требующая решения ряда вопросов, в частности таких, как:
выявление областей производства, где экономически эффективно применять электрофизические методы с учетом рационального сочетания их с традиционными технологическими;
исследование комплекса свойств продукта: электрофизических, структурно-механических, теплофизических и других и установление их взаимосвязей;
исследование процессов тепло- и массообмена в условиях использования новых концентрированных источников энергии;
разработка теоретических основ расчета и конструирования аппаратов для холодильной обработки пищевых продуктов в энергетических полях;
комплексная оценка качества изделий.
В основу классификации электрофизических методов обработки пищевых продуктов положен принцип непрерывности спектра электромагнитных волн [4]. При этом уравнение Планка устанавливает взаимосвязь длины волны излучения и энергии кванта.
Как отмечалось ранее, в основе действия одного из электрофизических методов лежит электротехнология, использующая действие сильных электрических полей. Получение сильных электрических полей достигается с помощью простых конструкторских решений, что раскрывает широкие возможности для их применения не только в экспериментальных работах, но и при внедрении на предприятиях агропромышленного комплекса.
Одним из способов интенсификации тепломассообмена при холодильной обработке (охлаждение, замораживание, размораживание, атмосферная и сублимационная сушка) является использование электроконвективного воздушного потока.
В промышленности начинают находить применение морозильные аппараты, использующие сильные электрические поля для интенсификации процессов холодильной обработки пищевых продуктов. Становится возможным использовать электротехнологию и при хранении мороженых продуктов.
Одним из направлений электротехнологии является электронно-ионная обработка (ЭИО). Электроантисептирование пищевых продуктов, один из видов ЭИО, позволяет сохранять их качество при холодильной обработке и хранении. Первые исследования по уничтожению бактерий постоянным электрическим током были осуществлены еще в 1887 г. Кохом и Мендельсоном.
Один из видов ЭИО - озонирование, впервые примененное в 1909 г. для обработки воздуха боенского холодильника в г. Кельне в целях увеличения стойкости мяса при хранении. С 1975 г. на предприятиях Росмясомолторга начали применять озонирование при хранении продуктов, а также при обработке холодильных камер и тары. В США более 80% складов для хранения яиц оборудованы озонаторными установками.
Применение электростимуляций позволяет сохранить качество охлажденного мяса, ускорить процессы его созревания, улучшить консистенцию мяса, замедлить гидролитические и окислительные процессы в жировой ткани при замораживании туш в парном состоянии, а также снизить потери массы при размораживании.
Использование микроволнового (сверхвысокочастотного, или, как его обычно называют, СВЧ) нагрева позволяет значительно интенсифицировать технологические процессы пищевых производств, связанные с нагревом продукции, например такие, как размораживание и сублимация, а также разработать новые, в частности комбинируя СВЧ-нагрев с традиционными способами электроподвода. При СВЧ-нагреве сохраняется качество продукции, а также улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.
Перспективно применение электротехнологии в основных и вспомогательных аппаратах холодильных установок (конденсаторы воздушного охлаждения, маслоотделители и др.), что позволяет повысить эффективность их работы.
Образование инея на поверхности теплообмена камерного оборудования существенно влияет на условия его работы: снижается интенсивность теплообмена вследствие появления дополнительного термического сопротивления и ухудшаются аэродинамические характеристики аппаратов. Использование электроконвективных явлений в работе камерного оборудования позволяет интенсифицировать теплообмен и увеличить продолжительность работы камерного оборудования без оттаивания.
К одному из видов электротехнологии относится также криоразделение диспергированного сырья в электрическом поле. Впервые в пищевой промышленности разделение в электрическом поле нашло применение в промышленном масштабе в конце XIX века при очистке зерна от мякины и прочих примесей. В дальнейшем в отечественной и зарубежной практике не прекращались работы по использованию разделения различных видов диспергированного сырья в электрическом поле. Новым этапом в развитии данного вида технологии явилось создание компактных и надежных источников высоковольтного питания.
Классификация основных направлений
использования электротехнологии в холодильной промышленности
В последнее время внимание специалистов привлекло криоразделение сырья биологического происхождения в электрическом поле, что позволило расширить возможности применения новых электрофизических методов для сокращения потерь сырья и сохранения качества пищевых продуктов.
В качестве источников высокого напряжения, применяемых в аппаратах (электросепараторы, маслоотделители, теплообменные аппараты и т. д.), находит широкое применение электрооборудование, используемое в ряде областей техники. Работа такого оборудования характеризуется высокой надежностью. К преимуществам его относится также компактность. На схеме (см. выше) представлены перспективные направления использования электротехнологии в холодильной отрасли.
Заметим, что область применения электротехнологии быстро расширяется и приведенные направления служат лишь примером широких возможностей использования электрофизических методов [5].
Список использованной литературы:
1. Бражников А.М. Теория термической обработки мясопродуктов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 271 с.
2. Холодильные установки /Чумак И.Г., Чепуренко В.П., Ларьяновский С.Ю. и др./Под. ред. И.Г. Чумака. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1991. - 495 с.
3. Гопин С.Р. Шавра В.М. Воздушные конденсаторы малых холодильных машин. - М.: Агропромиздат, 1981. - 151 с.
4. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов - М.: Агропромиздат, 1988. - 272 с.
5. Бабакин Б.С. Электротехнология в холодильной промышленности - М.: Агропромиздат, 1990. - 208 с.
