CC BY
55
УДК 621.372.82
НАДВИСОКОЧАСТОТНИЙ ПАСТЕРИЗАТОР Р1ДКИХ ПРОДУКТ1В.
Б1дар Педрам
Запропоновано конструкцт та розглянуто режими роботи пристрою пастериза-ци р1дини. Встановлеш необх1дн1 концентраци енерги в зон1 взаемодп р1дини з елект-ромагнтним полем.
Незважаючи на визначеш причини, через як НВЧ пастеризащя не на-була широкого застосування, защкавлешсть в розвитку даного напрямку не зникае. Пояснюеться це можливютю створити в НВЧ пристроях енерге-тичний режим, який неможливий в традицшних теплових пастеризаторах -висока концентращя енергii в малих об'емах i короткий час дii на об'ект. Крiм того, вплив НВЧ енерги на мжрооргашзми мае специфiку, яка поля-гае в розiгрiваннi мжрооргашзму з середини i одночаснiй силовш дii на клiтиннi мембрани i на весь органiзм, що призводить до його швидкого руйнування. Чим вища концентрацiя енергii, тим швидше руйнуються i гинуть мжрооргашзми. Нижня межа щiльностi енергii в активнш зонi, при якiй згаданий процес реашзуеться, становить 680...700 Вт/см3. При розро-бцi НВЧ пастеризаторiв необхiдно враховувати, що щшьшсть енергii в ак-тивнiй зош пристрою мае бути не менше зазначено!' i, що забезпечити таку щшьшсть необхщно джерелами НВЧ енерги, потужшсть яких не переви-щуе 2000 Вт, бо саме таю джерела (магнетрони) випускаються серiйно. Необхщно також врахувати, що магнетрони досить чутливi до коефiцiента стоячо!' хвилi (КСХ), i при КСХ > 1,2 енергiя, що генеруеться магнетроном, може суттево зменшуватися.
Процес пастеризащ'1 в теплових i НВЧ пастеризаторах
В молощ, що надходить безпосередньо з ферм, в бшьшост випадюв, налiчуеться бiля 500 000 бактерш в 1 мл. Традицiйною тепловою пастери-зацiею (в трубчатих, пластинчатих пастеризаторах) знищуеться до 90% бактерш. Залишаеться в молоцi приблизно 50 000 бактерш в 1 мл. Для висо-кояюсного молока, особливо того, що призначено для дитячого харчуван-ня, залишкова кшьюсть мiкроорганiзмiв не повинна перевищувати 100200 в 1мл. Швидк1сть на^вання рiдини, в згаданих вище пастеризаторах, не перевищуе 1-40 С в секунду. Щоб знищити бiльше 90% бактерш при та-кiй швидкост нагрiвання, необхiдна тривала, дек1лька хвилин, витримка при температурi рiдини близько 1000 С (зазвичай 94-960 С). Такий режим негативно впливае на споживчi характеристики продукту, так як при цьому руйнуеться бшьша частина важливих бюлопчно активних ферментiв, збь льшуються розмiри жирових шарик1в, тощо. В активнiй зонi НВЧ пастеризатора, завдяки високiй концентрацii енерги (800-1000 Вт/см3) електрома-гштного поля, темп нагрiвання становить 200-4000 С в секунду i бшьше,
74 В^ник Нацюнального техтчногоутеерситету Украгни "КП1"
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудуеання.-2008.-№37
Рис. 1.
достатнш час витримки становить 0,05-0,08 секунди, при цьому середня температура рщини не перевишуе 650 С. Як згадувалося рашше, цей режим забезпечуе 99,9% знищення бактерш [ шшоУ мжрофлори, залишаючи не-ушкодженими важлив^ компоненти продукту.
Вариант пристрою, що дослщжуеться наведено на рис. 1. Основою НВЧ частини пристрою е вщр^зок прямокутного хвилеводу 2 з розм^рами поперечного перетину 90х45, закороченого з обох сторш. На кшцях хвилеводу розташоваш два магнетрони 1 та 5 потужшстю 2000 Вт НВЧ енерпУ кожен 1 узгоджеш з ним шляхом шдбору положения стшки, що утворюе коротке замикання. Для тдвищення щшьност! енергй вщповщно, напруженост! електричного поля в активнш зон! викорис-тано металеву вставку 3 та ме-талеву пластинку 6, що иере-творюють прямокутний хвиле-вод на два П-иод1бш хвилево-ди. В зош роз-
ташування радюпрозорих трубок 4, по яких рухаеться дина, що пастеризуеться, концентрация енерпУ тдвишуеться в декшька раз в залежное^ вщ розм!р!в с та / металевоУ вставки. Кшщ металевоУ вставки мають в перехщнш частини клиновидну або стутнчату форму. Довжина переходу вибираеться так, щоб в межах ± 2% вщ середньоУ частоти КСХ вставки не перевищувало 1,1. Радюпрозор^ трубки 4 розташоваш тд кутом а до подовжньоУ ос^ хвилеводу на вщсташ А /4 одна вщ одно! (А -довжина хвил^ в хвилеводу). Кут а =аг^ (й/Ь) \ розраховуеться з умови минимального значення КСХ. При малих внутршшх диаметрах трубок В £ 1 см, Ь» А в /4; тод^
а =агс^2(с+Ь)/ А .
Таким чином, якщо вщстань м^ж металевою вставкою \ широкою стенкою хвилеводу, що визначаеться як (Ь-с)/2, дор^внюе 1см \ внутршнш диаметр радю прозорих кварцових трубок не больше 1см, а /=(3...4)см, то при потужност магнетрона 2 кВ, концентрация енерпУ в зон першоУ трубки до-сягае 1000 Вт/см3, тобто умови, необхщш для ефективноУ пастеризащУ бу-дуть виконуватися, якщо система трубок з родиною узгоджена так, що КСХ не перевищуе 1,2. Магнетрони, що випускаються для промислового вико-ристання, мають розб^жност генерованого сигналу по частота в межах 50МГц (± 1%), то НВЧ пристрш мае бути узгоджений в дещо ширшш сму-з^ ± 50МГц, або ± 2%.
Характеристики пристрою
Характеристики КСХ, як функщУ частоти в д^апазош частот вщ 2350 до
Вкник Нащонального техмчного утеерситету Укршни "КП1" 75 Сер^я - Радиотехника. Радюапаратобудуеання.-2008.№37
2550 МГц i в залежност вщ кшькосп радiо прозорих трубок з рщиною приведенi на рис.2. Крива 1 вщповщае ^creMi з двох трубок, крива 2 знята при наявност 4 трубок i крива 3 вiдноcитьcя до системи, в якш застосова-но 6 трубок. В останньому випадку КСХ в дiапазонi 2400 - 2500 МГц не перевишуе 1,2. При застосуванш двох, включених зус^чно, магнeтронiв, нeобхiдно запобiгти взаемному впливу i максимально використати !х НВЧ енергш, що пiдвишить надiйнicть роботи i коeфiцiент корисно!' дii при строю. Для цього необхщно, щоб електромагштна хвиля, яка рухаеться в одному напрямку, повшстю поглиналася. Очевидно, що поглинання елект-ромагнiтноi енергп залежить вiд кiлькоcтi трубок i характеризуеться кое-фiцiентом пeрeдачi.
Залежшсть коeфiцiента пeрeдачi вiд частоти i кiлькоcтi трубок в при-стро!' наведена на рис. 3. Як i на рис. 2 крива 1 вщповщае двом трубкам, крива 2 - чотирьом i крива 3 -шести. Очевидно, що при на-явност в пристро!' бiльшe шести трубок електромагштна хвиля практично повшстю поглина-еться рщиною. Якщо з'еднати вш трубки поcлiдовно, то рщи-на, що пастеризуеться (стериль зуеться), при наявност шести трубок в пристро!, 12 раз проходить зону високо!' концeнтрацii поля, що гарантуе високу стутнь знезара-ження рщини. Швидк1сть проходження рiдини через активну зону розра-ховуеться так, щоб загальний час дii НВЧ енерги не переви-щував 0,1- 0,15 секунди.
1. Для ефективно!' пастери-зацii рiдини, нeобхiдно ство-рити в активнш зонi пастеризатора щшьшсть eнeргii, що перевищуе 680-700 Вт/см3.
2. При НВЧ потужност магнетрошв 2000 Вт, наведе-них в тeкcтi розмiрах хвилеводу, мeталeвоi вставки i радю прозорих трубок, та при вщповщному узгоджeннi ефективний режим пастеризаци за-безпечуеться
3. Для досягнення необхщного значення КСХ i eфeктивноi розв'язки магнeтронiв в робочiй cмузi частот, кшьюсть радiопрозорих трубок повинна бути не менше шести.
Лггература
1. Остапенко А.М., Абу-Тавахин Методика расчёта режимов сверхвисокочастотной
пастеризации плодово-ягодных соков и винодельческой продукции.// Виноград и вино России. № 1, 1995.
2. Панасенок В.Н. Применение микроволнового нагрева для инактивации микроор-
76 BicnuK Нацюнального техтчногоутеерситету Украгни "КП1"
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2008.-№37
1,8. 1 N | I t /
1,6- 2 Мч /
X и и 1.4- ! \ 3/\ : \ J
1.2 1,0 У \ i \ I ^¿¿/jf
i !
0 2350 2400 2450 2500 2550 2600 Г(МГц)
Г(МГц)
2350 2400 2450 2500 2550 2600
Рис. 3
ганизмов. VI Всесоюзная научно-техническая конференция "Электрические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья". М.: 1989.
3. Патень Украши №25505, Н05Вб/64,//Мшрохвильовий пристрш знезараження води, рщкого мулу, пастеризацп молока та шших рщких речовин. Бюл. № 12, 2007.
Ключов1 слова: пастеризащя, СВЧ пристро! для пастеризацп
Бидар Педрам Сверхвысокочастотный пастеризатор жидких продуктов Предложена конструкция и рассмотрена работа устройства пастеризации жидкостей. Установлены необходимые концентрации энергии в зоне взаимодействия жидкости с электромагнитным полем Bidar Pedram Microwave pasteurization of the liquid foods Constriction devices for pasteurization of the liquid foods are proposed. Concentration energy that is necessary in region interaction of liquid with electromagnetic field are determined.
BicnuK Нацюнального техтчногоутеерситету Украгни "КП1" 77
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудуеання.-2008.-№37
