ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ
Грамотно преподнести себя через рекламу - тоже искусство!
ЛУЧШАЯ СТАТЬЯ ВЫПУСКА 5!
С.Б. Бабакин, И.Н. Матвеев (МГУПБ)
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРИБОЗАРЯДКИ ПРИ ОЧИСТКЕ ЛУКОВЫХ ОВОЩЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ КРИОЭЛЕКТРОСЕПАРАЦИИ
Среди различных специй и приправ, используемых в пищевой промышленности, особое место занимают такие овощные культуры, как чеснок и лук. Чеснок имеет ценные потребительские свойства: ароматические, вкусовые, антисептические и лечебные. Специфический вкус и аромат чеснока обусловлен содержанием в нем эфирных масел. Интенсивность аромата и острота вкуса зависят от сорта, возраста растения и условий его выращивания. Лук, так же как и чеснок, благодаря наличию углеводов, витаминов, эфирных масел и ароматических веществ широко применяют в питании и медицине.
Перед применением на предприятиях пищевой промышленности луковые овощи предварительно обрабатывают-отделяют имеющую высокую пищевую ценность мякоть от шелухи. Процесс отделения шелухи характеризуется низкой эффективностью. Кроме того, луковые овощи сложно хранить перед их реализацией и использованием непосредственно на предприятии, Во время предварительной обработки требуется соблюдать температурно-влажностные режимы, само проведение этой обработки связано с необходимостью применения специального оборудования. От эффективности очистки луковых культур в значительной степени зависит качество выпускаемой продукции, в том числе ее вкус и аромат.
Для решения этих проблем в МГУПБ на кафедре холодильной техники разработан способ предварительной обработки луковых овощей, в котором в качестве метода отделения мякоти от шелухи предложена криоэлектросепарация.
Авторы [1] исследовали три способа замораживания чеснока: быстрое (орошение жидким азотом); со средней скоростью (во флюидизационном скороморозильном аппарате); медленное (в плиточном морозильном аппарате). Во всех случаях чеснок замораживали до
-27...-30 °С, после чего измельчали. В результате исследований установили, что качество чеснока, замороженного флюидизацией в скороморозильном аппарате в потоке воздуха температурой -30...-40 °С, имеющего скорость 3…3,5 м/с, и орошением жидким азотом практически одинаково. Исходя из соображений экономического характера, авторами [1] рекомендован способ замораживания свежего чеснока в скороморозильном флюидизационном аппарате.
Вне зависимости от способа замораживания потери от усушки не превышали 0,2 %. Потери эфирных масел и содержание витамина С для разных способов замораживания приведены в табл. 1.
Таблица 1
Чеснок украинский белый
Замораживание
Содержание:
эфирных масел, мг% аланина
витамина С, мг%
влаги, %
Свежий замороженный
-
75,32
8,55
58,30
Быстрое (орошение жидким азотом)
71,45
7,45
58,00
Со средней скоростью (в скороморозильном
флюдизационном аппарате)
74,53
7,34
58,00
Медленное (в плиточном морозильном
аппарате)
68,20
7,04
58,00
Способ криоэлектросепарации, разработанный в МГУПБ на кафедре холодильной техники, позволяет эффективно проводить очистку луковых культур,
получая большой выход готового продукта.
С целью подготовки луковых овощей к криоэлектросепарации в МГУПБ исследовали трибоэлектризацию. При проведении серии экспериментов в
МГУПБ частицы шелухи и мякоти после замораживания дробили и классифицировали на фракции размером (мм):
лук - 1...2; 2...3; 3...5; чеснок - 1...2; 2...3; 3...5; 5...7. Эксперименты проводили в широком диапазоне температур
(от -10 до -190 °С). Как видно из рис.1, при температуре -15...-35 °С трибозаряд шелухи чеснока для частиц различного размера значительно
превышал трибозаряд мякоти. Причем трибозаряд шелухи при увеличении удельной поверхности частиц (уменьшении крупности) заметно возрастает.
То же справедливо и для трибозаряда мякоти. Трибозаряды, приобретаемые частицами шелухи крупностью 1...7 мм, составили (2,1...0,28)·10-7 Кл/кг,
а частицами мякоти той же крупности (0,35... 0,02)·10-7 Кл/кг.
Для лука зависимость трибозаряда мякоти и шелухи от диаметра выглядит аналогично. Как видно из рис. 1б, графики изменения трибозарядов для шелухи и мякоти имеют одинаковый характер, минимальный заряд шелухи и мякоти для частиц размером 5 мм составляет соответственно 0,7·10-7 и 0,17·10-7 Кл/кг.
Рис.1. Зависимость удельного трибозаряда мякоти и шелухи от крупности измельчения при t=-15...-35 °С: а - чеснока; б - лука
С возрастанием удельной поверхности частиц, так же как и в случае чеснока, заряд значительно увеличивался. Превышение трибозаряда для частиц размером 1 мм над трибозарядом частиц размером 5 мм для мякоти составило 20,6 раза, а для шелухи - 7,14 раза.
Характер изменения трибозаряда q в зависимости от условного размера частица/описывается полиномным уравнением второй степени:
q=Ad2 + Bd + C,
где А, В, С- коэффициенты.
Результаты расчета приведены в табл. 2, где R2 - достоверность аппроксимации.
Таблица 2
Луковые овощи
А
В
С
R2
Чеснок: мякоть
Чеснок: шелуха
0,0154
-0,1702
0,4791
0,9453
0,0244
-0,5035
2,5786
0,9901
Лук: мякоть
Лук: шелуха
0,2329
-2,2351
5,534
0,996
0,2571
-2,6829
7,6
0,9785
Эксперименты, проводимые в МГУПБ, позволили выявить зависимость изменения трибозаряда, приобретаемого шелухой и мякотью лука и чеснока, в зависимости от температуры. Исследования в широкой области криогенных температур показали следующие результаты.
Для мякоти чеснока была получена зависимость заряда от температуры (рис.2). Для всех фракций заряд мякоти чеснока в интервале температур -15...-40 °С очень мал и не превышает 0,26·10-7 Кл/кг (рис.2а). Например, трибозаряд частиц мякоти чеснока размером 2...3 мм превышает в среднем трибозаряды частиц размером 3...5 и 5...7 мм не более чем в 1,08 и 2 раза.
Рис.2. Зависимость удельного трибозаряда от температуры частиц лука: а - мякоти; б - шелухи
Значительное увеличение трибозаряда для фракции мякоти чеснока начинается в интервале -50...-80 °С. Когда температура становится ниже -150 °С, трибозаряд, приобретаемый частицами размером 2...3 мм, значительно увеличивается. Наивысший трибозаряд во всем интервале температур наблюдается. у частиц размером 1...2 мм.
Так же как и для мякоти, для шелухи чеснока (рис.2б) с понижением температуры приобретаемый частицами трибозаряд возрастает. При этом, чем меньше размер частиц, тем больший трибозаряд они имеют. Так, при -15...-35 °С частицы размером 1...2 мм имеют трибозаряд 2,1·10-7 Кл/кг, что превышает трибозаряды частиц размером 5...7; 3...5 и 2...3 мм соответственно в 7,5; 2,8 и 1,75 раза. При температуре ниже -150 °С разница между трибозарядами частиц размером 3...5 и 5...7 мм, а также 2...3 и 1...2 мм меньше; в первом случае отношение трибозарядов составляет 1,135, а во втором - 1,01 раза.
Для различных фракций мякоти лука (рис.3а) с понижением температуры от -10 до -190 °С характерно возрастание трибозаряда. При этом, чем ниже температура, тем выше трибозаряд. При одинаковой температуре трибозаряд наибольший для частиц с большей удельной поверхностью (1...2 мм) и наименьший для частиц с меньшей удельной поверхностью (3...5 мм). С понижением температуры разница между трибозарядами частиц различных размеров уменьшается. Так, если при -15...-35 °С трибозаряд частиц размером 1...2 мм выше трибозаряда частиц размером 3...7 мм в 12 раз, то при температуре ниже -150 °С трибозаряд частиц размером 1...2 мм больше только в 2,1 раза. Отношение трибозарядов частиц размером 2...3 и 1...2 мм при температуре -15...-35 °С составило 4,7, а при температуре ниже -150 °С только 1,75. Значительное увеличение трибозаряда в случае, если температура становится ниже -150 °С, характерно для всех трех фракций.
Рис.3. Зависимость удельного трибозаряда от температуры частиц лука: а - мякоти; б - шелухи
Характер изменения заряда шелухи лука (рис.3б) почти такой же, как и для мякоти, с тем отличием, что заряд шелухи значительно выше. Если для частиц мякоти размером 1...2 мм при температуре -15...-35 °С заряд составляет 2,1 10-7 Кл/кг, то для шелухи заряд при той же температуре будет 3,710-7 Кл/кг. Максимальным (10-10-7 Кл/кг) был трибозаряд при температуре ниже -150 °С для частиц размером 1...2 мм. Так же как и для мякоти, различие трибозарядов частиц размером 3...5 и 2...3 мм при температуре ниже -180 °С было незначительным (1,17 раза). Как видно из рис.3, значительное увеличение трибозаряда при низких температурах характерно для мякоти и шелухи.
Характер изменения трибозаряда q в зависимости от температуры t описывается полиномом второй степени:
q =At2 + Bt + С,
где A, В, С - коэффициенты.
Результаты расчета приведены в табл. 3 и 4, где R2 -достоверность аппроксимации.
Таблица 3
Размер частиц, мм
Коэффициент
Температура,
°С
-10...-70
-70...-90
-90...-190
Мякоть чеснока
1..2
А
0,0023
-0,0021
0,00006
В
0,1848
-0,4342
-0,0094
С
3,02
-18,2
2,7
2...3
А
0,00008
0,0087
0,0002
В
0,0037
12,053
0,0317
С
0,08
41,28
4,5
3...5
А
0,00005
0,0051
0,0002
В
0,003
0,7137
0,0276
С
0,078
24,446
2,92
5...7
А
0,00001
0,0007
0,0001
В
0,0005
0,0929
0,0218
С
0,26
3,194
1,088
Мякоть лука
1...2
А
-0,0009
0,0004
0,0004
В
-0,1077
0,0369
0,0987
С
1,1171
4,2714
10,425
2...3
А
-0,0008
0,0004
0,0003
В
-0,0909
0,0396
0,0831
С
-0,0314
2,8143
8,25
3...5
А
0,00006
-0,0001
0,0625
В
-0,0083
-0,0292
0,0625
С
0,0817
-0,3743
4,95
Примечание: Для мякоти чеснока и
лука достоверность аппроксимации R2=0,99
Таблица
4
Коэффициент
Размер частиц, мм
1...2
2...3
3...5
5...7
Шелуха чеснока
А
0.0001
0.0002
0.0001
0.0001
В
-0.0107
0.0011
0.0028
0.0114
С
1.8293
1.21
0.8141
0.5025
R2
0.9979
0.974
0.9464
0.9578
Шелуха лука
А
0.0003
-0.0001
0.00008
В
0.0154
-0.0485
-0.0096
С
4.4827
1.6323
0.6004
R2
0.8358
0.952
0.9543
Определяющим условием в разделении заряженных частиц в электростатическом поле сепаратора является различие между трибозарядами двух компонентов. При этом трибозаряд мякоти должен быть минимальным, а шелухи - максимальным.
Соотношение трибозарядов шелухи и мякоти чеснока максимально в интервале температур -15...-40 °С и составляет для частиц размером 5...7; 3...5; 2...3 и 1 ...2 мм соответственно 14; 20,27; 30 и 8,1. С понижением температуры отношение трибозарядов шелухи и мякоти начинает уменьшаться и при температуре ниже -70 °С составляет 10,63; 15,87; 10,625 и 7,72 для тех же частиц. Для лука соотношение трибозарядов шелухи и мякоти было также максимальным в интервале температур -15...-40 °С и составило 4,12; 2 и 1,76 для частиц размером соответственно 3...5, 2...3 и 1...2 мм. Однако при снижении температуры отношение трибозарядов частиц шелухи и мякоти размером 3...5, 2...3 и 1...2 мм уменьшалось и при температуре ниже -100 °С составило 1,78; 1,4 и 1,38.
На основании того, что трибозаряды шелухи и мякоти как чеснока, так и лука сильно различаются, можно сделать вывод о возможности и обоснованности применения способа криоэлектросепарации для очистки луковых овощей.
Соотношения трибозарядов шелухи и мякоти позволяют выбрать оптимальную температуру для криоэлектросепарации чеснока и лука. Главное условие выбора температуры - минимум заряда мякоти при максимально возможном трибозаряде шелухи. Решающим фактором выбора температуры является также возможность ее достижения в реальных промышленных условиях.
Оптимальную температуру для чеснока можно выбрать в интервале -20...-40 °С, где трибозаряд мякоти минимальный, а шелухи - максимальный. Трибозаряд шелухи чеснока для частиц размером от 1 до 7 мм при -15...-35 °С (см. рис.1а) составляет (0,28... 1,2)·10-7 Кл/кг, в то время как трибозаряд частиц мякоти чеснока такой же крупности составляет (0,2... 0,29)·10-7 Кл/кг.
Тот же интервал температур можно принять для лука. Трибозаряд шелухи лука при -15…-35 °С (см.рис. 1б) для частиц размером 3...7 мм будет составлять (0,7...0,37)·10-7 Кл/кг, а мякоти (0,17.. .2,1 )·10-7 Кл/кг. При температурах -20...-40 °С также характерно самое большое различие в трибозарядах, приобретаемых шелухой и мякотью лука.
На основании предложенного способа [1] луковые овощи сортируют для удаления дефектных луковиц с признаками гниения, отделяют стержни с корневой системой, луковицы моют в проточной воде, подсушивают, а затем замораживают в потоке охлажденного до -25...-40 °С ионизированного воздуха. Замороженные луковицы измельчают в молотковой дробилке, мелкодисперсную двухфазную смесь шелуха - мякоть подвергают трибоэлектризации и помещают в электрическое поле переменной напряженности, где частицы, перемещаясь в электростатическом поле, под действием силы тяжести и сил электростатического поля отклоняются и направляются в различные ячейки сепаратора. Готовый продукт упаковывают в герметично закрывающиеся мешки из полиэтиленовой целлофановой пленки, после чего продукт помещают на хранение в холодильную камеру.
Предлагаемый способ [1,2] переработки луковых овощей позволяет перерабатывать луковицы любых размеров и форм, т.е. увеличить выход готовой продукции, повысить степень очистки чеснока от покровных листьев, интенсифицировать процесс замораживания.
Список литературы:
1. А.с. 1533632
2. А.с. 15336631
Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также, заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.
Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва). Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.
Головной сайт:
Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
