CC BY
4
ТЕХНОЛОГИЯ
Математическое обоснование сокоотдачи сырья при СВЧ-обработке
Д. С. Джаруллаев, Г. М. Муртазалиев, З. Г. Муртазалиева
Дагестанский государственный университет (Махачкала)
Сверхвысокочастотный нагрев в настоящее время применяется во многих технологических процессах, в частности при переработке плодоовощного и другого сырья в соки, который позволяет избежать контакта обрабатываемого продукта с теплоносителем, значительно интенсифицирует процесс и повышает качество получаемого продукта.
При производстве соков из плодово-овощного сырья основные технологические процессы перед прессованием для увеличения выхода сока — это дробление, электроплазмолиз, использование ФП, нагревание, замораживание и др.
Содержание сока в плодах яблок и томатов составляет 80-90 % в зависимости от их вида и сорта. Сок в них находится в клеточных вакуолях, пространствах и довольно прочно удерживается в клетках, и, чтобы извлечь сок из плодов яблок и томатов, необходимо нарушить целостность ткани, разрушить клеточную систему, т.е. увеличить проницаемость клеток.
Традиционные способы и устройства предварительной обработки плодов перед прессованием, используемые для увеличения выхода сока из них, имеют существенные недостатки, при этом выход сока из яблок составляет 60-65 %, а из томатов — 75-80 %. В яблоках также происходит интенсивное окисление фенольных веществ, содержащихся в мезге, и разрушение витамина С в томатном соке под воздействием кислорода воздуха в присутствии окислительных ферментов, что приводит к ухудшению их качества.
Один из наиболее эффективных и рациональных путей увеличения сокоотда-чи из плодоовощного сырья — электротехнология, включающая использование ЭМП СВЧ.
На основе экспериментальных данных установлено, что обработка целых плодов яблок и томатов энергией ЭМП СВЧ частотой 2400±50 МГц в течение 2,0-3,5 и 2,5-4,5 мин позволяет повысить избыточное давление в порах, капиллярах и клетках за счет быстрого и равномерного нагрева. Градиенты влаги и температуры направлены из центра к поверхности, в результате чего про-
исходят увеличение клеток в объеме, растяжение, вызывающее микровзрывы и плазмолиз клеток по всему объему, повышает проницаемость клеток. Соответственно выход высококачественного сока при последующем прессовании целых яблок составляет 70-75 %, а томатов — 80-85%.
Для получения некоторых количественных оценок примем, что клетки яблок и томатов имеют форму, близкую к форме шара с диаметром d и полностью заполненную клеточным соком с растворенными веществами, объем которой до обработки находим по формуле
V = п—3 кл 6 '
(1)
При коэффициентах расширения влаги, находящейся в клетке, Р1 и материала оболочки — Р2 при обработке с помощью СВЧ-энергии в течение 2,0-3,5 мин объем влаги увеличится: а) в клетке
V, = V (1 + р.ДО;
1 кл 4 ^ 1 ' '
б) в оболочке
V, = V (1 + р,дО,
2 кл 4 ''
Дt = t - t ,
к н'
(2)
(3)
(4)
где ( и t — начальная и конечная тем-
к н
пературы.
Разность в изменении объемов после
обработки СВЧ-энергии составит: ду = у - у = укл(р2 - =
= ——(Р2 - РЖ - о. (5)
Как видно, объем клеток изменяется при разности коэффициентов расширения (Р2 - Р1) и при Р2 > Р1 возникает избыточное давление.
Так как в клетках яблок и томатов кроме влаги содержится до 20 % воздуха (газа), то необходимо учитывать и его расширение. Тогда объем жидкости и газа определяются по формулам:
ДУ = Vr [l + рг (T - 273)], (7)
где V , V , V — объемы жидкости,
ж' кл' г '
клетки и газа соответственно;Т — тем-
г
пература газа.
Для воздуха (газа) используются соотношения
Vp = RT;
r r r
ДV p=RДТ'
r r r
(8) (9)
Давление, возникающее при СВЧ-на-гревании, можно определить, считая, что V = const и ДV = V/V, а ДТ = Т/Т:
г г г' ' г г'
п Т V Рг = R -г • -г , Т V
(10)
где И — универсальная газовая постоянная.
Для шарообразной формы клетки минимальная толщина стенки h и максимальное внутреннее давление р связаны формулами:
pd
ЮГ ,
где р — внутреннее давление; d — диаметр клетки; [а] — предельно допустимое значение напряжения.
Внутреннее давление определяем из выражения
4h [о]
h ■■
(11)
Рв,
(12)
V =V - V (l + р,ДО;
ж кл г 4 ' 1 '
(6)
Из формулы видно, что максимальное внутреннее давление достигается при предельно допустимых значениях напряжения [а], и условием для разрушения клеток шарообразной формы будет
4h [о]
Р ^ Р -;—, (13)
' вн ' max d
где p — максимальное значение дав-
max
ления'
Условие (13) достигается при предварительной обработке СВЧ-энергией целых яблок в течение 2,0-3,0 мин и томатов — 2,5-4,5 мин. Все это в конечном итоге приводит при последующем прессовании к увеличению выхода качественного сока на 10 % по сравнению с традиционной технологией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рогов И. А., Некрутман С. В. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. — М.: Агропромиздат,1986.
2. Джаруллаев Д. С. и др. Способ обработки целых семечковых плодов. А.с. СССР. № 175230, Бюл.№ 29,1992.
3. Джаруллаев Д. С., Муртазалиева З. Г., Мурса-лова М. Г. Предварительная обработка целых томатов с целью увеличения выхода сока. Новый способ//Пиво и напитки.2007. № 1. С. 28. &
2•2008
34
