Знезараження води іонами срібла (частина 2)

Бактерицидні властивості препаратів срібла.

Срібло навіть у найменших концентраціях має властивість знищувати мікроорганізми. Нижня межа бактерицидної дії іонів срібла становить 2*10"11 моль/л. Ще в сиву давнину знали про ці властивості і з V сторіччя до нашої ери питну воду для тривалого користування зберігали у срібних посудинах. Так, в індійських релігійних книгах розповіталевого срібла або довготривалим перебуванням срібла у воді.дається про покращання якості питної води багаторазовим зануренням в неї розігрітого до значних температур ме

Про вплив іонного срібла на бактерії єдиної думки не існує. Відомо, що бактерії, протоплазма яких має негативний заряд, притягують до себе позитивно заряджені іони срібла. Від контакту з ними в результаті фізіологічної дії бактерії гинуть. Існує теорія про те, що дія іонів срібла базується на окисленні протоплазми клітин киснем, розчиненим у воді, при цьому сріблу відводиться роль каталізатора.

Є дані, які підтверджують, що іони срібла, сполучені нуклеїновою ядерною речовиною, утворюють нуклеїнати. Цим вони порушують життєдіяльність бактерій, а кисень лише гальмує ріст останніх. Температура води також має значний вплив на бактерицидну дію іонів, що свідчить про значну роль хімічних процесів у цих явищах.

Значним внеском у вирішення проблеми антимікробної дії срібла є роботи, що пояснюють олігодинамічну дію його виведенням з ладу ферментів, які вміщують групи. Нормальний обмін речовин у бакментних систем, зв'язаних між собою участю в одному з процесів обміну. Руйнація одного з ферментів призводить до припинення функцій всієї системи. Блокування активних груп ферментів викликає зміни їх функцій і в результаті порушення обміну речовин. Бактерії гинуть.терій здійснюється за допомогою різних ферментів і фер

Срібло не вбиває бактерій, що утворюють спори, але пророщення спор затримує. Є дані про те, що на кислотостійкі, туберкульозні бактерії, сапрофітні водні бактерії срібло не впливає. Дріжджі і дріжджоподібні гриби слабо пригнічуються сріблом. На плісеневі гриби срібло не впливає.

Підвищення температури значно підсилює бактерицидну дію срібла (рис. 5.13, а). Досліди, виконані на артезідовища на бактерицидний ефект срібла показано на рис. 5.13, б.анській воді, в яку була внесена культура бактерій колі, показали, що під час нагрівання від 0 до 10 °С бактерицидна дія срібла посилюється у 4 рази за 30-хвилинного контакту і в 200 - за 90-хвилинного. Різкий вплив зміни температури свідчить про значну роль хімічних процесів. Вплив рН сере

Методи знезараження води сріблом.

Першими спробами використати бактерицидну дію металів було занурення пластин срібла у воду. Дезінфекція води при цьому досягалась через 8-24 години. З метою збільшення площі контакту між твердою і рідинною фазами почали використовувати срібло, нанесене на великі поверхні, - кільця Ра-шига, вугільний порошок, річковий пісок, марлю, вату та інші інертні речовини. Збільшення поверхні прискорювало перехід металу в розчин. Недоліком цього методу є не тільки тривалість процесу, а й неможливість керувати ним, через те, що швидкість розчинення металу залежить від стану його поверхні, сольового складу, органічних домішок води тощо. Для одержання срібної води таким чином не вдається дозувати срібло і здійснювати контроль.

Іншим способом обробки води сріблом є дозування до неї готових срібних препаратів (розчин нітрату срібла, аміачний розчин срібла, таблетки олігодину тощо). Додавання аміаку підсилює бактерицидну дію хлориду срібла.

У разі додавання готових препаратів забезпечується дозування срібла, але самі речовини є нестійкими і розкладаються під час освітлення і зберігання, а відновлене срібло знижує бактерицидні властивості препаратів.

1

Найефективнішим методом приготування срібної води є електролітичний метод (збагачення води електролізом). Л.А. Кульський [6] пропонує такі умови: відстань між срібними пластинками 5-12 мм, щільність струму 0,15-50 мА/см2, напруга на електродах - 3-12 В. Крім того, потрібна періодична зміна полярності електродів (через кожні 5-10 хвилин). Показано, що вихід срібла по струму залежно від умов електролізу і сольового складу питної води змінювався у межах 50-95 % (відповідно до закону Фарадея, 1 Атод розчинює 4,025 г срібла).

Срібна вода, приготовлена електролітичним розчиненням металевого срібла, має високі бактерицидні якості і з успіхом може вживатися для знезараження, консервування питної води, продуктів харчування тощо.

За бактерицидною дією вона стоїть вище таких дезінфікувальних засобів, як хлор, карбонова кислота (фенол) тощо.

За ефективністю дії срібної води на бактерії останні розташовуються у такий ряд: бактерії колі < бактерії Флекснера (дизентерія) < бактерії Еберта (черевний тиф) < стрептококи < стафілококи. Отже, бактерії колі є найбільш стійкими до дії срібної води, тому дози срібла, що їх знешкоджують, є ефективнишими щодо інших бактерій з цього ряду.

ФІЗИЧНІ МЕТОДИ ОБРОБКИ

Фізичні методи обробки використовуються на багагання.тьох стадіях харчових виробництв. Це стосується етапів одержання сировини, її перетворення, одержання готової продукції і обробки з метою подовження термінів збері

Розрізняють обробку іонізуючим опроміненням, улькуумуванням тощо (табл. 6.1).сами, електричними полями, різкою зміною тиску, ватрафіолетовими променями, інфрачервоним опроміненням, ультразвуком, гідромеханічними імпуль

Обробка іонізуючим опроміненням

Цей вид обробки має виражену бактерицидну дію, що за відповідного дозування забезпечує повну стерилізацію за достатньо короткий час (десятки секунд). Практичне використання тут мають катодні, рентгенівські і радіоактивні гамма-промені.

Катодні промені - це потік швидких електронів. Вони мають відносно низьку проникну спроможність і в разі потреби обробити матеріал на порівняно невелику глибину використовують промені високих енергій, якщо їх дія може спричинити загрозу наведеної радіоактивдукції.ності і зробити продукт непридатним для вживання. Тому катодні промені обмежено придатні для використання з метою подовження термінів зберігання харчової про

Рентгенівські промені - короткохвильова електромагнівського пристрою.генівські промені (промені з найменш короткими хвилями), яка досягає близько 12 см за інтенсивності опромінення до 10 МеВ. Суттєвою незручністю є відносна складність рентгенітна радіація з безперервним спектром у діапазоні хвиль 0,2-20 А, яка у короткохвильовій частині межує з гамма-променями, а в довгохвильовій - з ультрафіолетовими. Найбільшу проникну спроможність мають «жорсткі» рент

Практичне використання мають гамма-промені, які є жорсткими і як наслідок мають значну проникну спрому велика кількість ізотопів, які мають різні спектри випромінювання.вання таким джерелом ускладнене, через те що в ньористовують радіоактивні ізотопи кобальту (кобальт-60), цезію (цезій-137) та інших елементів, а також відходи атомних реакторів. Але в останньому випадку користуможність (до 10 см). Як джерела гамма-променів вико

Характер дії іонізуючого опромінення на продукт залежить від енергії і дози опромінення (кількості опромінення, поглиненої речовиною). Для оцінки дози віднос- но опромінюваної речовини користуються одиницями, еквівалентними рентгену. Частіше дозу опромінення виражають у безвідносних одиницях - радах (1 рад дорівнює 100 ерг/г).

Невеликі енергії опромінення спричиняють утвоняє наведену радіоактивність.нення більш великими енергіями зачіпає ядро і спричивається відривання електронів і утворення іонів. Опромірення активних радикалів. За енергій до 10000 еВ відбу

Однакові дози опромінення можуть досягатись за більшої енергії опромінення і малого часу або за малої енергії і більшого часу опромінення. Але ефект дії не буде рівнозначним, оскільки характер змін речовини залежить від енергії опромінення.

Порівняно з іншими способами запобігання псуванню продукції іонізуюче опромінення має такі переваги:

  • незначні загальні хімічні зміни продукції;
  • невелике нагрівання продукції під час обробки (у межах кількох градусів);
  • обробку продукції за короткий час і можливість безперервної поточної обробки;

можливість використання різних видів герметичних упаковок.

Недоліками тут є виникнення таких хімічних рецію, загроза виникнення небажаних сполук, розвиток ферментативних процесів.акцій, які можуть погіршити смак, запах, консистен

Передбачити небажані зміни повною мірою поки що не вдається, тому широке впровадження іонізуючого опромінення на промисловому рівні затримується.

Дія на мікроорганізми

Інактивування мікроорганізмів у продуктах, які мають вологу, відбувається найчастіше за рахунок непрямої дії під впливом продуктів радіолізу води. Ступінь інактивації залежить здебільшого від дози опромінення, ніж від потужності. Логарифм числа уцілілих мікробів пропорційний дозі опромінення. Малі дози спричиняють обмежені зміни, зменшується інтенсивність дихання і поділу клітин. Великі дози спричиняють пошкодження і через деякий час загибель клітин.

Стійкість мікроорганізмів до опромінення залежить від тих самих біологічних особливостей, які визначають стійкість до нагрівання. Летальна доза для вегетативних форм бактерій не перевищує 0,5, для плісені - 1 млн. рад. Але і після дози опромінення 0,5 млн. рад іноді відбувається ріст коків. Спори у 4-5 разів стійкіші порівняно з вегетативними формами. Стійкість мікроорганізмів зменшується у присутності кисню і води і з пониженням рН. Температура у межах від -10 до -0,5 °С мало впливає на чутливість мікроорганізмів до опрони мають захисну дію. Деякі мікроорганізми за повторного опромінення дають більш стійке потомство.рація білків. Більш високі температури різко знижують стійкість мікроорганізмів до опромінення. Органічні речовимінення. За 0 °С вона збільшується приблизно вдвічі і мало змінюється аж до 50 °С, коли починається теплова денату

Помірні дози опромінення близько 0,5 млн. рад дають ефект, подібний до пастеризації. При цьому подовжений термін зберігання досягається переважно за рахунок зменшення швидкості розмноження вцілілих клітин і спор у продукті.

Дози стерилізування, що забезпечують зниження кількості мікроорганізмів до умовно заданої величини (технічна стерильність), перебувають у межах 1-2 млн. рад. Повне знепліднення потребує значно більших доз. Наприклад, для гарантії від розвитку у продукті ботулінусу доза опромінення повинна бути не меншою 4-5 млн. рад.

Іонізуюче опромінення стало придатним для знешкодження м'яса від гельмінтів. Доза 0,4-0,5 млн. рад знищує цистицерки (фінни), трихінели у свинині гинуть за більш низьких доз опромінення.

Дуже висока інтенсивність опромінення спричиняє суттєві зміни продукту (аж до виникнення наведеної раді-активності) і не повинна перевищувати межі, специфічної для того чи іншого продукту.

Дія опромінення на складові частини м'ясопродуктів

Розрізняють пряму і непряму дії опромінення щодо м'ясопродуктів. До першої належать хімічні зміни харчинених непрямою дією, становить близько 80 %.мінення, а до другої - зміни у результаті дії на них активних радикалів, утворених прямою дією на менш стійкі речовини. У харчових продуктах частка змін, спричових речовин або мікроорганізмів під дією енергії опро

Під час опромінення вологих продуктів переважає непряма дія, зумовлена виникненням активних частирактерною для сухих продуктів і жирів.нок у результаті змін (радіолізу) води. Пряма дія є ха

Під дією опромінення на воду утворюються іонізовані молекули і активні радикали:

 

Таким чином, у результаті радіолізу води з'являються вільні активні радикали H i OH які мають високу реакційну

здатність. Вони можуть реагувати один з одним, утворювати активні молекули або вступати у взаємодію з іншими складовими частками продукції і спричиняти небажані зміни. У присутності кисню можливе утворення активного гідро-перекисного радикала:

Останній легко вступає у взаємодію з іншими складовими частинами продукту.

Дуже чутливими до прямої дії опромінень є жири. Вільні радикали жирних кислот у присутності кисню утворюють перекиси цих кислот і можуть викликати ланцюгові реакції полімеризації і реакції на зразок аутоо-кислення. Характер та інтенсивність змін жирів значною мірою залежать від впливу присутніх у продукті інших рених продуктів окислення карбонильних сполук (альдегідів, кетонів). З'являються типові ознаки окисленого псування.човин, зокрема антиокисників. В опромінених топлених жирах посилюється утворення перекисних сполук і вторин

Інтенсивність цих змін залежить від дози опромінення. До 2,104 рад вони непомітні, а вже при 105 рад відзначається накопичення перекисних і карбонильних сполук. Після опромінення свинячого жиру дозою 106 рад відзначено зменшення кількості триєнових жирних кислот за одночасного збільшення дієнових. Опромінення у вакуумі або в інертному газі навіть за більших доз (1,2-Ю6 рад) супроводжується лише незначним збільшенням перекисного числа, але кількість карбоніальних сполук достатньо велика. Ознаки окисного псування інтенсивно розвиваються у процесі зберігання опромінених жирів. Накопичення перекисів у такому жирі робить його токсичним для мишей.

Зміни жирів упереджує руйнування у них природних антиокисників - каротину і токоферолу, що починається за менших доз опромінення.

У цілому характер та інтенсивність змін опромінених жирів залежить від присутності у них інших речовин. Антиокисники гальмують розвиток цих змін.

Білкові речовини значно стійкіші до прямої дії опромінювань. Непрямі зміни білків зв'язані з перегрупуванням частини ланок поліпептидних ланцюгів і зі структурними змінами, характерними для денатураційних явищ (зниження розчинності, агрегатування та ін.). З іншого боку, відбувається часткова деполімеризагатуванні білкових молекул у результаті утворення макрорадикалів. Віддалення рН від ізоелектричної точки збільшує вірогідність внутрішньомолекулярних змін білків. За дози 5 млн. рад знайдено пептиди, в яких є цистин, лізин, гліцин, аланін, глутамінова кислота.лежить від рН середовища. Поблизу ізоелектричної точки ефект опромінення майже повністю проявляється в агреція білкових частинок і нуклеопротеїдів. При цьому можливе утворення аномальних низькомолекулярних речовин з токсичними властивостями. Характер змін за

Опромінення середніми дозами (близько 10" рад) спричиняє перехід міоглобіну в оксиміоглобін і коричневий метміоглобін. Це супроводжується змінами кольору м'яса — воно сіріє, з'являються вишнево-червоні або коричневі кольори.

Вільні амінокислоти також змінюються. При цьому зачіпаються не тільки карбонильні і аміногрупи, а також ароматичні та імідазольні кільця амінокислот. Продуктами змін можуть бути кетокислоти та альдегіди з сильним запахом, а також аміак. Сіркоутворювальні амінокислоти окислюються іноді до утворення сірководню та інших сірчистих сполук.

Розміри хімічних змін зазначених речовин під час опромінення продуктів до 2 млн. рад не виходять за межі порядку кількох мікромолей на грам. Наслідком цих змін є зміни кольору, смаку і запаху, а іноді і консистенції. Ступінь змін залежить від дози опромінення.

Дуже чутливими до опромінення є деякі водорозчинні вітаміни. Легко змінюється аскорбінова кислота, вітамін Вг,, тіамін. За дози 1,2 млн. рад зникає близько 60 % тіаміну. Ніацин, рибофлавін і піридоксин більш стійкі. Вже за дози 1,8 млн. рад розпадається до 10 % рибофлавіну і 25 % піридоксину. Руйнування вітамінів знижує біологічну цінність м'ясопродуктів, крім того, у деяких з них (наприклад, у тіаміну) воно супроводжується утворенням речовин з неприємним запахом.

Стійкими до дії опромінення є ферменти. Помітні зміни ферментної активності є лише за дози близько 1 млн. рад. Але і за дози 2 млн. рад активність їх залишається великою.

Діяльність м'язових катепсинів у процесі зберігання опромінених м'ясопродуктів призводить до протеолітичного псування - з'являється специфічний запах і сторонній гіркий присмак, погіршується консистенція і зовнішній вигляд м'яса внаслідок випадіння кристалів утворюваного під час гідролізу білків тирозину, погано розчинного у воді.

Інтенсивність протеолітичного псування різко зростає з підвищенням температури зберігання.

Опромінення м'ясопродуктів та інших продуктів харчування

Зміни смаку і запаху м'ясопродуктів майже не відчуваються за дози близько 50 тис. рад, вони незначні за доз 50-100 тис. рад, помітні - за 500 тис. рад і яскрасок, шинки. Варені м'ясопродукти змінюються менше, ніж сирі. Пояснити це можна меншим вмістом вологи і частково втратою розчинності водорозчинних білків.ються менш інтенсивно під час опромінення м'яса птиці і свинини і більше під час опромінення баранини, сосиво виражені - за доз 1-2 млн. рад. Зміни кольору стають помітними за доз опромінення близько 1,8 млн рад, а консистенції - за доз понад 3 млн. рад. Смак і запах зміню

Поява стороннього запаху і присмаку пов'язується з накопиченням у продукції сполук сірки, карбонільних сполук. В опромінених м'ясопродуктах у період зберігання значно збільшується вміст сірководню і меркантанів, з'являються сульфіди, збільшується вміст аміаку, метиламіну, етиламіну. Накопичується дуже багато різних карбонільних сполук: альдегідів, кетонів, альдегідо- і кетокислот.

У солоних м'ясопродуктах опромінення навіть помірними дозами спричиняє відновлення нітратів, зниження кількості нітритів, частково розпадання нітрозопігментів, зміни кольору і запаху, збільшення числа вільних сульфгідрильних груп.

Перетравлення білків м'яса пепсином і панкреатидуктів.них кислот дещо зменшує біологічну цінність м'ясопроном навіть за порівняно великих доз опромінення (до 4,5 млн. рад) змінюється несуттєво. Але втрати вітамінів і зменшення кількості високонасичених (триєнових) жир

Суттєві зміни органолептичних показників м'ясопродуктів, спричинені опромінюванням, обмежують можливості їх промислового використання.

Опромінення дозами 0,5 млн. рад дає можливість подовжити термін зберігання м'ясопродуктів за температур, близьких до 0 °С, приблизно у 5 разів. При цьому продукти залишаються придатними до вживання, але якість їх у період зберігання все-таки погіршується. Можливість пастеризації іонізуючим опроміненням перевірена на добре упакованому м'ясному фарші, забитій птиці, напівфабрикатах, сосисках, ковбасах тощо.

Орієнтовні дози стерилізування, які забезпечують значно більший термін зберігання, становлять, млн. рад: для фаршу з яловичини - 1,3-1,8; фаршу зі свинини -1,0; шинки - 1,8.

У зв'язку з тим, що жири більш чутливі до дії іонізуючого опромінення і можуть утворювати токсичні продукти, м'ясо рекомендується звільнити від жирової частини.

Дози, достатні для стерилізації м'яса, недостатні для інактивації ферментів. У процесі зберігання у м'ясі зростає кількість вільних амінокислот і в тому числі по- гано розчинного тирозину. Тому за тривалого зберігання зростає загроза погіршення якості за рахунок автолітичних змін. Інтенсивність змін зростає з підвищенням температури.

Способи захисту стерилізованих продуктів від небаня, яке зменшує кількість води у продукті. Використовують блокування активних радикалів додаванням речовин-акцепторів активних радикалів. Але останнє забезпечує захист лише від дії вторинних процесів, оскільки гальмуються саме вони, викликані дією радикалів, а не дією самого опромінення.жаних наслідків ще вивчаються. У разі, якщо причиною поганих наслідків є кисень, стерилізацію бажано виконувати у вакуумі або в інертному газі. Вірогідність вторинних хімічних процесів за рахунок дії на продукт активних вільних радикалів може бути зменшена їх локалізацією, наприклад, заморожуванням. Деякий ефект дає попереднє бланшуван

Як речовини-акцептори активних радикалів виконими групами у молекулі (наприклад цистин), бутилок-сианізол, триполіфосфати, а також харчові продукти і суміші, у складі яких є такі акцептори: томат-пюре, коптильні речовини.ристовують аскорбінати, аналоги і аміди аскорбінової кислоти, нікотинову кислоту, сполуки з сульфгідриль

Проте питання про запобігання псуванню м'ясопродуктів від небажаних змін під час опромінення не можна вважати вирішеним.

Хоча численними роботами була встановлена пасте-ризувальна і стерилізувальна дія на продукти харчування, практичне застосування радіаційної обробки залишається обмеженим. Це зв'язано з тим, що, крім бактерицидного ефекту, мають місце зміни фізико-хімічних та органолептичних властивостей продуктів і ступінь небажаних змін залежить від дози опромінення [4]. Чутливим до радіаційної обробки є молоко, в якому навіть невелика доза у 80 Гр спричиняє зміни харчових і смакових властивос- тей, розпад цінних поживних речовин, вітамінних комплексів.

На базі досліджень радіаційної обробки пива з використанням джерела Со-60 [6] була встановлена можливість одержання біологічно стабілізованого пива, до того ж фізико-хімічні та органолептичні властивості напою суттєво погіршувались.

Відомі спроби опромінення фруктових соків, які не мали надійної перспективи. Обробка за умовами технології виконувалось в охолодженому стані, що обмежувало конвективний рух у середовищі і рухливість вільних радикалів. Це могло бути причиною зниження біологічного ефекту обробки, в якому саме вільні радикали відіграють важливу роль. Це свідчить про неперспективність практичного застосування радіаційної обробки для «холодної» пастеризації рідких харчових продуктів.

Обробка ультрафіолетовим опроміненням

Ультрафіолетові промені УФП - невидима частина світлових променів з довжиною хвилі 60-400 мкм. Особливічасно спричиняє часто небажану дію на продукти.сорбцією УФП нуклеїновими кислотами і нуклеопротеїда-ми, яка супроводжується розривом водневих зв'язків і денатураційними змінами цих речовин. Найефективнішу дію на мікроорганізми мають промені з довжиною хвилі 255-280 мкм. Коротші хвилі добре поглинаються повітрям і їх дія дає бажаний ефект лише на дуже невеликих відстанях. До того ж під дією цих променів утворюється у великих кількостях озон, який хоч і знешкоджує мікроби, але одностю УФП є їх здатність викликати в опромінюваному тілі хімічні зміни, тобто фотохімічний ефект, достатньо виражений за довжини хвилі менше 290 мкм. Виникнення фотохімічного ефекту у клітинах мікроорганізмів і вірусів за відповідних умов може супроводжуватись їх інактивацією і відмиранням. Відмирання зумовлене головним чином ад Для кожного виду мікроорганізмів найнебезпечнішою є певна довжина хвилі у зазначеному інтервалі (рис. 6.1). Різною також є і кількість променевої енергії, потрібної для знешкодження того чи іншого виду мікроорганізмів. Вразлинаково стійкі до дії УФП. 70-80 % клітин гинуть за мінімальної витрати променевої енергії, а для знешкодження решти 20-30 % потрібно у 3-4 рази більше.вість мікроорганізмів до дії УФП зменшується зі збільшенням розмірів клітин. Звідси стійкість плісені до дії УФП значно більша, ніж у бактерій. Але на різні плісені по-різному діє опромінення. Не всі клітини навіть однієї і тієї самої культури од

Ефект стерилізації опромінення залежить від мікро-біального забруднення повітря і стадії розвитку мікроорганізмів. За невеликих кількостей мікрофлора гине швидше і за менших витрат енергії. Бактерії, спори і плісені знешкоджуються легше на початкових стадіях розвитку.

Теоретично фотохімічний ефект опромінення УФП визначається кількістю енергії (тобто добутком інтенсивності опромінення і часу). Проте під час пригнічення або знешкодження мікроорганізмів цього не стається. Одна і та сама кількість енергії опромінення за високої інтенсивності і короткої експозиції дає значно менший летальний ефект, ніж за низької інтенсивності, але більшої експозиції. Якщо на бактерії або спори діяти УФП багатократно миттєво, то для їх знешкодження потрібно значно більше енергії, ніж під час безперервного опромінення тієї самої тривалості. Проте, якщо кожен проміжок часу обробки достатньо великий, різниця у витратах енергії стає невеликою. У зв'язку з тим, що хімічні зміни продукту під впливом УФП за частого опромінення менші, на практиці віддають перевагу саме такій обробці.

Під дією УФП відбувається не тільки денатурація білків, але і руйнуються дво- і тримірні структурні ребуханням. Тривале опромінення інактивує ферменти.ням його в'язкості, зменшенням електропровідності і намінення розчину желатину супроводжується зменшенчовинах знаходять вільні сульфогідрильні групи. Опронування амінокислотних радикалів у білках. Найменш стійкі цистін, триптофан, тирозін, пролін. Відбувається накопичення азоту і аміаку, в опромінених білкових ребоким, аж до розпаду поліпептидних ланцюжків і руйня руйнування білкових речовин може бути дуже глиглобіну, ліпопротеїдів, нуклеопротеїдів руйнуються. У присутності кисню УФП викликають перехід оксиміо-глобіну у метміоглобін. За достатньо довгого опроміненцюгів. Складні білкові молекули протеїдів •- міо- і гемошітки білкових частинок до окремих поліпептидних лан

Зазначені зміни відбуваються також і у харчових продуктах на глибині проникнення УФП до 0,1 мм. Особроткою хвилею озону, який енергійно окислює жир.скоренням окислювання жирів під дією кисню повітря, непрямий - в утворенні під дією УФП з достатньо колення. На зміни жирів УФП мають подвійний вплив -прямий і непрямий. Прямий вплив зумовлюється приливо сильно УФП діють на жири, стимулюючи їх окис

УФП використовують для стерилізації повітря, води, розсолу у тонкому шарі. В межах довжини хвиль 320-280 нм вони характеризуються здатністю перетворювати провітаміни Д на активно діючий вітамін Д . Це пояснюється певним сприйняттям нуклеїнових кислот, пуринових і пиримідинових основ та інших біологічних компонентів клітин, структура яких змінюється під впливом УФП.

На підприємствах Великобританії, Швеції і Німеччини ультрафіолетові промені використовуються для обробки молока з метою підвищення вмісту вітаміну Д3. Але розраховувати на пастеризацію молока таким чином важко, оскільки УФП задовільно проникають в оптично прозорі середовища. Проте комбінація УФ-обробки і традиційних методів пастеризації дає можливість вирішити проблему випуску молока, збагаченого вітаміном Д3.

УФ-обробка застосовується на практиці у Франції. Фірма «Актіні-Франц» випускає обладнання для УФ-пастеризації молочних продуктів (йогурт, вершки, сири), вина, фруктових соків, води, сиропів. Обробка продуктів проводиться у тонкому шарі в межах довжин хвиль 250-300 нм.

Досліджувався вплив УФП на мікрофлору вин [1]. З'ясувалось, що така обробка призводить до значних морфологічних змін молочно- і оцтовокислих бактерій, винних і диких дріжджів. За товщини оброблюваної рідини 2,5-5 мм і дози опромінення 40-90 Вт/м2 спостерігалась загибель усіх видів мікроорганізмів вина.

Під дією УФП мікроорганізми відмирають лише у поверхневому шарі продукту, глибина якого не перерівності добре захищають спори і клітини від дії УФП.рактер поверхні продукту. Шорсткість, найменші нестю УФП на режим опромінення суттєво впливає хавищує 0,1 мм. У зв'язку з обмеженою проникною здатні

На особливу увагу заслуговує знепліднення питної води під дією УФП. Позитивний ефект дає відносно короткочасна обробка всіх видів бактерій, у тому числі і спорових. Оскільки хімічні і фізичні властивості опроміненої води не змінюються, то вона є абсолютно нешкідливою. Знепліднювати за допомогою УФП найкраще очищену прозору воду. Колоїдні домішки і різні зависі розсіюють УФ-промені і заважають проникненню їх у глибину.

Як джерело УФП використовують спеціальні ртутні лампи, принцип дії яких полягає у тому, що пари ртуті під дією електричного струму випромінюють сліпуче зеленувате світло, збагачене на УФП. Скляні оболонки виготовляють кварцеві та увіолеві. Увіолеве скло має підвищену проникність в УФ-зоні спектра завдяки відсутності у ньому оксидів Ге203, У203 і сульфідів важких металів.

Електричний розряд у бактерицидній лампі виниго тиску.кає у парах ртуті за низького тиску. Для прискорення вмикання лампи до парів ртуті додається невелика кількість аргону. Використовують лампи двох типів: ртутно-кварцеві високого тиску і аргоно-ртутні низько

Ртутно-кварцеві лампи високого тиску (0,05-1,1 МПа) випромінюють у широкому діапазоні інфрачервоної, видимої і УФ-частин спектра. Це є серйозним недоліком, тому ККД їх не перевищує 5 %.

Аргоно-ртутні лампи низького тиску (0,4...0,5 кПа) випромінюють світло, значна частина якого має максимальну бактерицидну дію. Довжина хвилі у них 253,7 нм. Внаслідок цього ККД цих ламп становить 11 %.

Використовують два основних типи апаратів для обробки: з зануреними і незануреними джерелами УФ-опромінення. Перші мають більш високий коефіцієнт використання потужності, але конструктивно вони складніші.

На рис. 6.2 показано схему пристрою лоткового типу для знепліднення води з незануреними джерелами опромі- нення. Вода подається в апарат через дірчасту петужністю 15 Вт пропускна здатність пристрою станому 1000, і опроміненні її до одержання колі-індексу 1-2 в апараті з довжиною лотка 40 см і лампою поторі розташовується над поверхнею води. При колі-індексі вхідної води, рівнопа в алюмінієвому рефлеклив, а бактерицидна ламрата розташований переся по лотку. У кінці апарегородку і розподіляєть вить 1 м:!/г води.

Під час розрахунку установок лоткового типу коефіцієнт використання бактерицидної потужності джерел визначають за формулою

_formula_6.1

де а - центральний кут, утворений прямими, які з'єднують джерело випромінювання і точку дотикання відбивача з рівнем води; к - коефіцієнт відбивання, який залежить від матеріалу. Значення кв такі: алюміній з поверхнею необроб-леною - 0,4-0,6; з обробленою - 0,6-0,9; з покритою фарбою - 0,55-0,75; напилений на скло -0,75-0,85; оброблена некоро-дувальна сталь - 0,25-0,35; оброблена біла жерсть - 0,25-0,35.

Величину потрібного бактерицидного потоку Гб знайдемо за рівнянням [23]

_formula_6.2

де д - розрахункова пропускна здатність, м3/г; а -коефіцієнт поглинання променів водою, св/Г1 (для підземних вод, одержаних з глибоких горизонтів, а=0,1 см^1; для джерельної, ґрунтової підруслової та інфільтрованої води а=0,15 см"1; для обробленої води поверхневих джерел водозабезпечення ос=0,2-0,3 см"1); к - коефіцієнт опору оброблюваних бактерій, мк-см2/(Вт-с) (приймається рівним 2500); Р() - колі-індекс води до опромінення, особ/л; Р - колі-індекс води після опромінення, особ/л (приймається за ГОСТ 2874-82 не більше 3); г| - коефіцієнт використання бактерицидного потоку (приймається рівним 0,9); Г|0 -внутрішній коефіцієнт використання бактерицидного потоку (приймається рівним 0,9).

Висота шару оброблюваної рідини у см визначається за формулою

_formula_6.3

Потрібна кількість бактерицидних ламп

_formula_6.4

де Е" - розрахунковий бактерицидний потік однієї ламно до типу ламп (для ламп БУВ-30 - 2, для ПРК-7 - 35). Витрати електроенергії (Втт/мпи після 4500-5000 год роботи, Вт; приймається відповід:і) на знепліднення води

_formula_6.5

де N - потужність ламп (для ламп БУВ-30 - ЗО, для БУВ-60П - 60, для ПРК-7 - 1000 Вт). Кривизну відбивача знайдемо за рівняннями параболи

_formula_6.6

де 2 - подвоєна відстань від ламп до осі, см.

Під час проектування пристроїв струминного типу треба забезпечити потрібний бактерицидний ефект за час падіння струменів. Цей час і, с визначається за формулою

_formula_6.7

де п - висота падіння струменя, м; в ~ початкова швидкість падіння води, м/с; ^ - прискорення вільного падіння, 9,81 м/с .

Під час конструювання пристроїв п приймається більше 2 м за мінімальної швидкості витікання з підвідного лотка. Ширина установки визначається довжиною встановлюваних ламп.

6.3. Ультразвукова обробка

6.3.1. Загальні положення

Ультразвук УЗ здатний переносити значну кількість енергії: від кількох до десятків ватт на 1 см2 випромінювальної поверхні. Використання фокусувальних систем дає можливість зібрати у центральній частині фокальної УЗ-плями велику енергію порядку кількох кВт/см2.

Інтенсивність поширення УЗ у гомогенному серечається на руйнування середовища.редовища. Зі збільшенням частоти УЗ і зменшенням щільності інтенсивність поширення зменшується і збільшується поглинання енергії. При цьому частина енергії УЗ перетворюється у теплоту, частина витрадовищі залежить від довжини його хвилі і щільності се

У зв'язку з тим, що поглинання енергії УЗ обернено пропорційне щільності середовища, газоподібні і газонаси- чені середовища малопридатні для передачі УЗ. Добрими передавачами є рідини і метали. У деяких рідинах УЗ, крім значних змін тиску, спричиняють явища кавітації.

У гетерогенних системах УЗ, що передається суцільним середовищем, відбивається поверхнею поділу фаз, якщо переривчасте середовище (наприклад, дисперсні частинки) має більшу щільність, ніж звукопередавальне. Сила відбивання залежить від різниці звукових жорсткостей звукопровідного і відбивного середовищ (на поверхні поділу газ - щільне середовище УЗ відбивається майже повністю). Відбивання звуку гальмує його поширення. На межовій поверхні, що відбиває УЗ, виникає звуковий тиск. Звуковий тиск, що виникає на достатньо великій поверхні, спричиняє ефект перенесення частинок рідини.

Таким чином, за умови озвучення гетерогенних сисляді своєрідної луни.тем можна очікувати таких наслідків: деструкції компонентів систем через виникнення значних звукових тисків і кавітації, посилення дифузійного перенесення частинок (у тому числі і між окремими компонентами системи), збільшення інтенсивності перемішування, перетворення енергії УЗ у теплову, відбивання УЗ від більш щільних поверхонь у виг

За помірної інтенсивності і невеликої тривалості обробки можна спричинити коагуляцію тонких суспензій (наприклад таких, що утворюються під час вилучення гормонів із тваринних тканин). Обробка аерозолів супроводжується швидкою коагуляцією, що може бути використано для очищення газів від домішок.

За деяких умов під дією УЗ можливе виникнення вільних радикалів, здатних викликати хімічні впливи на компоненти середовища. У присутності кисню в обробрюються активні радикали на зразок Н0люваному водному середовищі внаслідок кавітації утво2, які окислюють бічні і кінцеві полярні групи білкових молекул. Озвучення у цих умовах деяких протеолітичних ферментів спричиняє втрату ними ферментативної активності. За частот УЗ, що не викликають кавітації, і за відсутності кисню втрат активності ферментами не було.

Дія УЗ на мікроорганізми залежить від умов озвученрюється.ня і властивостей середовища. За достатньої інтенсивності і високих частот УЗ у нев'язких середовищах бактерії спочатку змінюються (наприклад, патогенні втрачають вірулентність). У подальшому вони гинуть внаслідок руйнування під дією кавітації. У в'язких середовищах з високим звуковим опором цього не відбувається, оскільки більша частина енергії УЗ перетворюється у теплову. За низьких частот і невеликої інтенсивності УЗ та короткочасного озвучення розвиток мікрофлори приско

В ультразвуковому полі відбувається значне прискорення дифузійних процесів обміну між гелями і клітинними структурами, з одного боку, і рідиною - з другого. Завдяки цьому УЗ може використовуватись для прискорення перенесення речовини з середовища у гель (наприклад, для прискорення засолення) і з гелю у середовище (для прискорення екстракції).

Використання УЗ для прискорення перенесення речовини з середовища у матеріали особливо заманлиню.розчинні, оскільки УЗ сприяє їх тонкому диспергуванве у тому разі, якщо речовини, що переносяться, не

Проте використання УЗ з такою метою наштовхується на складності, оскільки обробляються матеріали з поганою звуковою проникністю, наприклад, тваринні тканини. Під час озвучування м'яса у розсолі більша частина енергії УЗ перетворюється у теплову у поверхневому шарі м'яса, температура якого підвищується на 90 °С і більше. Крім того, УЗ підвищує диструкцію поверхневого шару. Очевидно, що практичну значущість має прискорення дифузійного пере- несення лише у тому разі, якщо обробляються тонкошарові матеріали.

Інакше виглядає використання УЗ для прискорення екстракції з тонкодисперсних матеріалів. У цьому разі прискорювальний вплив УЗ поширюється практично на весь об'єм частинок матеріалу, з якого здійснюється ектури речовин, що вилучаються, у певних межах може мати позитивне значення для прискорення екстракції.стракція. Руйнівна дія УЗ, якщо вона не зачіпає струк

Під час короткочасної дії УЗ руйнування клітин і перехід їх вмісту у навколишнє середовище може відбуватись до того, як речовини (ферменти, гормони) можуть бути вилучені.

Єдиної теорії, що пояснювала б бактерицидну дію УЗ, до цього часу не створено. Проте існує точка зору, згідно з якою має місце механічне руйнування клітин у результаті УЗ-кавітації. Ці дані підтверджуються електронною мікроскопією. На знімках у озвучених бактерій можна чітко помітити зруйновані клітинні оболонки, чого не відбувається у бактерій, знищених нагріванням.

Існує думка про те, що бактерицидна дія ультразвуку зв'язана з виділенням розчиненого у клітинах газу, але існують твердження, за якими механізм дії на клітину зв'язаний з перебігом зовнішніх, а не внутрішніх процесів. Протиріччя думок дослідників можна пояснити використанням різних часток опромінення, інтенсивності УЗ і часу обробки.

З літературних даних відомо, що 80 % усіх руйнувань клітин механічні, а 20 % - електроакустичні. Акіяма досягав повного летального ефекту у дослідах з тифозними мікроорганізмами, які потрапили у поле дії УЗ, при цьому клітини були повністю подрібнені.

Ефективність бактерицидної дії ультразвукових коливань залежить від форми мікроорганізмів, міцності і хімічого складу клітинної стінки, віку культури. Зміною інтенсивності і тривалості озвучення можна впливати майже на всі види мікроорганізмів. У полі ультразвукових хвиль зазнають дезінтеграції грампозитивні, аеробні і анаеличкоподібні займають проміжне положення.робні бактерії, паличкоподібні, кокові та інші форми. Найбільш чутливими до дії УЗ є ниткоподібні форми мікроорганізмів, а найменш чутливі - кулеподібні. Па

Найбільш згубною є дія УЗ з довжиною хвилі, співроз-мірною з розмірами організмів. Досліди показали, що частоти 20, 26, ЗО кГц за бактерицидною дією рівнозначні і основна маса бактерій гине за 2-5 секунд.

Висота шару води під час озвучування (у певних межах) мало впливає на бактерицидний ефект, і просивність УЗ 2 Вт/смванням дослідних даних можна зробити висновок, що для одержання ефекту знепліднення води потрібна інтенло, до підвищення бактерицидного ефекту, 3 урахуорганізмів і значною мірою залежить від інтенсивності коливань. Збільшення активності приводить, як правирюється як на вегетативні, так і на спорові форми мікронаковий. Бактерицидний ефект залежить від закаламу-ченості (у межах до 50 мг/л) і забарвлення води, пошицент загибелі клітин для шару до 10 см практично од2 за частоти коливань 46000 Гц.

Ультразвук діє на бактерії значно інтенсивніше у рідинах з газом. З цієї точки зору доцільним є хлорування і озонування в ультразвуковому полі.

За допомогою УЗ можна одержувати стійкі емульсії, активізувати процеси окислення, викликати коагуляцію колоїдів і глибокі молекулярні зміни речонах з азотом і киснем.вин. Деякі дослідники пояснюють такі властивості УЗ не його безпосередньою дією, а вторинною дією пероксиду водню і оксидів азоту, які утворюються у водних розчи

Під час обробки суспензій УЗ процеси коагулювання і диспергування відбуваються одночасно. Перевага одного з процесів залежить від параметрів досліду. Багаточисельні дослідження підтверджують ефекліну, аскорбінової кислоти тощо. Швидкість окислення залежить від частоти ультразвуку. Максимальний ефект має місце за частот 150-200 кГц. Зі збільшенням часу озвучування (від 0,25 до 2 год) і потужності (4-7 Вт/смвих коливань спричиняє деструкцію молекул фенолу, бензолу, тіофосу, п-нітрофенолу, алкілтолуолсульфо-нату, поверхнево-активних речовин, амінокислот, анітивність використання ультразвуку для окислення органічних сполук. Встановлено, що дія ультразвуко2) кількість окислених речовин збільшується.

Ультразвук спричиняє деполімеризацію багатьох полімерів: полістиролу, агар-агару, гуміарабіку, желатанням молекулярної маси.целюлози. Ефект деполімеризації збільшується зі зростину, полівінілацетату, полі-акрилатів, білків, нітро

УЗ може використовуватися для дезодорації води. Інтенсивні плісеневі запахи, запахи, що продукуються актиноміцетами тощо, знешкоджуються у результаті обробки ультразвуком протягом 0,5-7 хвилин.

Отже, УЗ може використовуватись у технології очищення води, оскільки він інтенсифікує такі процеси, як осадження, коагуляція, фільтрування, адсорбція, окислення органічних речовин.

Є.С. Ляшенко і А.Е. Мелентьєв вивчали вплив УЗ-обробки дріжджів на процес зброджування темних сортів пива [7]. Одержані результати свідчать, що сприятливі умови для життєдіяльності пивних дріжджів спостерігаються за частоти 22 кГц, потужності 0,6 Вт/см2 та тривалості впливу 2-4 хв. Швидкість процесу зброджування зростала на 33-40 %, виділення діоксиду досягалось на 1-2 доби швидше, ніж у необробленому, а вміст спирту у зброджуваному суслі був на 4,1 % більший.

Наведемо деякі з розрахункових формул, що стосуються УЗ. Передача звуку - хвильовий процес, при цьому швидкість поширення коливань, м/с, залежить від частоти £, 1/с, і довжини хвилі X, м:

_formula_6.8

Крім того, швидкість певною мірою залежить також від хімічної будови речовини, прискорення частинок середовища та інших факторів:

_formula_6.9

де у=С}/с - відношення питомих теплоємностей; р - густина; р - тиск.

Для рідин швидкість звуку

_formula_6.10

де р - стискуваність за сталої температури.

У твердих матеріалах звук поширюється зі швидкістю

_formula_6.11

де Е - модуль Юнга.

Характер передавання енергії залежить від траєкрення поперечних хвиль менша за швидкість повздовжніх хвиль:но перпендикулярних напрямків руху середовища і хвилі утворюються поперечні, або 8-хвилі. Швидкість пошиних напрямку поширення хвилі, то це повздовжня, або Ь-хвиля. Такі хвилі характерні для рідин. У разі взаємторії руху елементів середовища, тобто від типу хвилі. Якщо елементи рухаються по траєкторіях, паралель

_formula_между 6.11 и 6.12

Ультразвукові хвилі поширюються тим прямолінійракції ультразвукових хвиль. Характер проходження УЗ-хвилі через межу поділу двох середовищ залежить від властивостей цих середовищ і від кута поширення хвилі до поверхні їх поділу.ристовують у дефектоскопії за рахунок фіксування дифніше, чим менша довжина хвилі. Цю особливість вико

Кількість енергії у відбитій хвилі залежить від влавого опору, тим більше енергії передається з одного середовища в інше. За нормального руху хвилі до межі поділу середовищ кількість енергії Е у відбитій хвилі без врахування втрат визначають за формулоювища. Останній є добутком швидкості звуку у даному середовищі с і густини г. Чим меншою є різниця хвильоначає характер відбивання, є хвильовий опір середостивостей середовища. Основною властивістю, яка виз

_formula_6.12

де Е0 - енергія вхідної хвилі.

Відношення Е до Е0 називають коефіцієнтом відбиття.

Під час проходження УЗ-хвилі через межу поділу двох середовищ під кутом 01 виникає заломлення хвиль і кут заломлення ©2 можна знайти із співвідношення

_formula_6.13

Межовий кут падіння знаходять з умови, що повне внутрішнє відбиття має місце, якщо

_formula_6.14

Для межі поділу рідина - тверде тіло кут падіння близько 15° є межовим, оскільки якщо кут падіння буде більшим ніж 15°, передавання енергії в інше середовище не відбудеться.

Поширення ультразвукових хвиль у середовищі супроводжується втратами на розсіювання [5], які зов-нішньо проявляються у підвищенні температури (табл. 6.2).

Таблиця 6.2

Поширення УЗ-хвиль не зв'язане з перенесенням речовин, тому загальна енергія хвилі визначається сумою потенціальної і кінетичної енергій:

_formula_6.15

де - кутова частота, 1/с; А - амплітуда коливань, м;

- амплітуда коливальної швидкості, м/с.

Важливою характеристикою УЗ-поля є інтенсивність (сила) звуку І, Вт/м2. Ця величина визначається кількістю енергії, яка переноситься хвилею за 1 с через площу 1 м2, перпендикулярну до напрямку руху хвилі.

Орієнтовно інтенсивність УЗ у рідині можна оцінювати з використанням емпіричної залежності

_formula_6.16

Для води ця формула має вигляд:

_formula_6.17

де ї - частота, МГц; II - високочастотні напруги, кВ.

Ультразвукові хвилі створюють у середовищі змінний звуковий тиск, який можна визначити з рівняння

Для розрахунків параметрів ультразвукового поля необхідними є дані, наведені у табл. 6.3.

Таблиця 6.3

6.3.2. Кавітаційні явища

За певних умов під час УЗ-опромінення виникає кавіповнених парою або газами, які є у рідині.проводжується утворенням найменших бульбашок, затація, тобто розрив суцільності рідини, який су

Зіхлопування кавітаційних бульбашок супровотудою тиску. Ці механічні зусилля є причиною руйнівної дії ультразвуку.джується виникненням ударних хвиль з великою амплі

Релей на основі ідеалізації картини розвитку кавітаційної бульбашки (рідина нестискувана, у ній відсутні гази, а в'язкістю можна знехтувати) показав, що максимальний тиск у рідині на відстані г = 1,587К від центру бульбашки становитиме

_formula_6.18

де К0, К - відповідно початковий і кінцевий радіуси газової бульбашки; рц - гідростатичний тиск у рідині.

За відношення амплітуда локального підніман-

ня тиску становитиме 45 107 Па.

Кавітаційні порожнини утворюються під час повної інтенсивності звуку. Так, мінімальна інтенсивність звуку, під час якої виникає кавітація у водопровідній воді, становить 0,16-2 Вт/см2 за частоти 15 Гц, що є кавітаційним порогом.

Великий вплив на виникнення і проходження кавіви виникнення кавітації погіршуються.тації має в'язкість рідини. Зі збільшенням в'язкості умо

Найбільш інтенсивно кавітація розвивається на межі поділу фаз з різними питомими акустичними опорами. Так, межа поділу між водою і повітрям внаслідок дуже великої різниці у хвильових опорах є практично нездоланною перешкодою для ультразвуку. До того ж хвилі відбиваються у протифазі, що спричиняє зусилля розтягування, які й викликають інтенсивну кавітацію.

Зі збільшенням температури рідини зменшується потрібний поріг звукового тиску, достатнього для виникнення кавітації. Але ця залежність не має лінійного характеру, що зв'язано зі зменшенням в'язкості.

Співвідношення в'язкості (х рідини і тиску рс має такий вигляд:

_formula_6.19

Міцність рідини на розрив залежить лише від гідростись до значення 0,00013 Па-с. Таким чином, амплітуда тиску р., за якої починається утворення кавітації, знижується під час зменшення в'язкості, оскількитатичного тиску р рідини, якщо в'язкість буде наближа

_formula_6.20

Тривалість зіхлопування бульбашки ї, с, визначають за рівнянням

_formula_6.21

де р _ густина рідини, г/см3.

На рис. 6.3 показано зміни розмірів бульбашки у воді зашується, а потім різко зіхло-пується.них сил вона плавно збільлежно від часу її існування. У початковий момент прикладе

Більшість кавітаційних порожнин зіхлопується протяразвукової хвилі, що дає можгом одного напівперіоду ультливість порівняно легко визначити час їх «життя». Встановлено, що у рідинах існустота коливань бульбашки повітря у воділиве значення мають резонансні коливання бульбашок, які відбуваються під час збігання частот ультразвукових хвиль і пульсацій бульбашки. Для атмосферного тиску власна чають кавітаційні бульбашки, які «живуть» сотні періодів. Особ

_formula_6.22

За допомогою розрахунків показано, що в умовах резонансу тиск може перевищувати гідростатичний у 150000 разів. Оскільки зіхлопування бульбашки відбупературу можна обчислити з умовитись різким підвищенням температури газової фази. Темна вважати адіабатичним, що повинно супроводжувавається у мінімальний час, процес стискання його мож

_formula_6.23

де К - максимальний радіус бульбашки; Кх - радіус бульбашки у даному ступені стискання; Т0 - температей газів.тура на початку стискання; Т - температура у даний момент стискання; у=с /с - відношення питомих теплоємнос

За певних умов локальна температура під час стискання бульбашки може досягати 2000 °К.

Згідно з теорією Френкеля, кавітаційна порожнина у момент свого утворення має сочевицеподібну форму, яка далі переходить у кулеподібну. За Френкелем, у поного поля, аналогічного полю конденсатора. При цьому напруженість полячатковий момент протилежні стінки порожнини мають різнойменні заряди, що спричиняє утворення електрич

4е і

_formula_6.24

де сі - відстань між розірваними шарами рідини, см; є -заряд одновалентного іона; N - кількість дисоційованих

259 молекул в одиниці об'єму; К - радіус кавітаційної порожнини.

Напруженість поля може досягати 100-600 В/см. Якщо врахувати, що відстань у цей момент між стінками порожіших причин хімічної дії ультразвуку.фіолетовій частині спектра. Останнє є однією з найважливтричний пробій, що спричинить випромі-нення в ультранини невелика і тиск пари малий, то може виникнути елек

Явище електричного пробою супроводжується світністю (люмінісценцією) рідини.

Обробка харчових продуктів змінним електричним струмом

Загальні положення

Різноманітність термічних процесів переробки сировини, більшість з яких у зв'язку з малою теплопровідщує санітарно-гігієнічні умови праці.тання цих методів різко прискорює виконання процесів, підвищує продуктивність праці, якість продукції, пократотному ВЧ і надвисокочастотному НВЧ полях. Викорисністю продукції надзвичайно тривала, спричиняє відомі складності. Значні перспективи відкриваються тут практичною можливістю інтенсифікації термічних процесів нагріванням електроконтактним методом ЕК, у високочас

Специфічною перевагою ЕК, ВЧ і НВЧ-методів перед іншими способами підведення тепла є можливість рівноміржати теплові режими обробки з наперед заданою температурною ванням форми робочого органу і типом хвилі можна одерного нагрівання продукту по всьому об'єму незалежно від коефіцієнта теплопровідності і товщини шару. Нагрівання в ідеальних умовах відбувається без температурного градієнта (сК/сІх=0), до того ж матеріал може поглинати значну енергію за дуже короткі проміжки часу. Крім того, варію нерівномірністю, що створює нові технологічні можливості. Тривалість такого нагрівання залежить тільки від підведеної потужності і не залежить від форми та об'єму виробу, який обробляється.

Відсутність контакту у разі ВЧ і НВЧ-нагрівання з теплоносіями дає змогу розробити прості нагрівальні пристрої. У процесі ЕК, ВЧ і НВЧ-нагрівання теплота утворюється безпосередньо у матеріалі, а зовнішні дедукції. У зв'язку з цим відбувається автоматичне вирівнювання вологи у матеріалі, а під час сушіння кількість вживаної енергії також автоматично зменшується з висушуванням продукту.но прискорює ці процеси. І, нарешті, у процесі НВЧ-обробки (2400 МГц) поглинання енергії матеріалом залежить від вологості, тобто більше нагріваються вологіші ділянки пробам дає збіг напрямків потоків тепла і вологи, що значталі залишаються охолодженими, що рівнозначно відсутності теплової інерції нагрівника. Використання цих методів під час сушіння на противагу звичайним спосо

Досі не існує достатніх доказів безпосереднього впливу НВЧ-поля на мікробну клітину. Проте дослідження за інтегральним ефектом дії НВЧ-поля на харчові об'єкти вказують, що можливою є пастеризація і стерилізація продукції у потоці. У деяких випадках бактерицидний ефект пояснюють безпосередньою взаємодією електромагнітного поля з життєво важливими елементами клітини. Результатом цього є загибель або пригнічення її життєдіяльності. Експериментальна доказовість цього факту ускладнена через складність відокремлення одночасної теплової дії електромагнітного поля, яке навіть за малих потужностей джерела може бути значним внаслідок локального виділення енергії, що є результатом дискретних властивостей самої клітини, її оболонки та зовнішнього середовища.

Саме ця позиція дає можливість більш реально підійти до пояснення бактерицидної дії НВЧ-нагрівання як теплового, хоча і як такого, що відрізняється від звичайного своїм локальним характером розподілення температур. Розглянемо явища, які відбуваються. Мікрочастинки, що утворюють речовину, мають електричні заряди, які за взаємодією з зовнішнім електричним полем поділяються на дві групи. Заряди першої групи легко переміщуються під дією зовнішнього поля, їх називають вільними. Переміщення зарядів другої групи обмежені і їх називають зв'язаними.

Заряди першої групи під дією зовнішнього електричного поля переміщуються з утворенням струму провідності. Водночас зв'язані заряди тільки зміщуються в окремих межах, що утворює струми зміщення.

Таким чином, під час дії ВЧ-поля на реальний матеріал, у ньому відбуваються складні процеси, зв'язані як із струмом провідності, так і з поляризацією речовини.

Дія високочастотного поля на продукт супроводжується виникненням полів температури, вологості, механічних деформацій, хімічних реакцій тощо. У свою чергу ці поля взаємодіють один з одним, внаслідок чого первинне електричне поле спотворюється.

Потужність розсіювання Р, кВт, у матеріалі, розмінямщеному у конденсаторі з ємністю С, визначають за рівнян

_formula_6.25

Цю формулу можна перетворити і одержати рівняння, що характеризує питому потужність

_formula_6.26

де Е - градієнт напруги, кВ/см; і - частота струму, Гц; є - діелектрична проникність матеріалу; - тангенс кута діелектричних втрат.

Добуток є на Ї§Ь називають фактором втрат:

_formula_6.27

Розглянемо детальніше таку величину, як tgB

За рахунок електричних втрат у діелектрику повний струм зміщенпруги на кут ф, а відносно вектора ємнісного струму Іщення І зсунутий щодо вектора надену напругу на кут ф'<'р/2 (рис. 6.4). Це означає, що вектор струму зміня у ланцюгу І випереджає приклас - на кут 5. Остеризує відставання поляризації від напруги поля:танній доповнює кут ф до тс/2 і харак

_formula_6.28

де є" - уявна складова діелектричних втрат; є' - дійсна діелектрична проникність.

Величина є' характеризує здатність речовини (матеріалу) накопичувати енергію, є" - ступінь розсіювання енергії у матеріалі. їх відношення і§8 визначає відношення енергії (потужності), витраченої на нагрівання матеріалу, і енергії (потужності), запасеної за період електромагнітних коливань, тобто є мірою втрат енергії у діелектрику.

За аналогією з термінологією електроізоляційної техніки добуток е" = е'ї§8 називають коефіцієнтом (фактором) діелектричних втрат.

Слід враховувати, що електрофізичні характеристики матеріалу залежать від частоти поля і. На рис. 6.5 показані криві, які характеризують зміни тангенса кута втрат залежно від частоти поля для деяких матеріалів.

Вологі матеріали є напівпровідниками, в яких, крім поляризації, відбувається переміщення вільних зарядів, тобто загальний струм у ланцюгу струм, зумовлений активною провідністю матеріалу. Кут загальних втрат 5 (рис. 6.6) більший за кут діелектричних втрат 8, а кут Загальна кількість тепла, що виділяється у вологому матеріалі, визначається сумою діелектричних втрат і втрат, спривідності.чинених струмом наскрізної про

У табл. 6.4 наведені електрофівих матеріалів і продуктів.зичні характеристики деяких харчо

З даних табл. 6.4 видно, що з підвищенням вологості матеріалів значення електрофізичних характеристик значно збільшуються, і навпаки. Тому у процесі сушіння настає момент, коли кількість тепла, що виділяється в об'ємі матеріалу, зменшується, знижуватись починає і температура.

 

2

6.4 Електрофізичні властивості матеріалів

Частота струму і відповідно довжина хвилі повинні вибиратися з умови забезпечення рівномірного нагріваншенням 1=(0,05-0,1) статнє нагрівання. Тому значення 1 і Я, зв'язують співвіднотеріалу 1 (довжина або ширина) у місцях пучності хвиль можливе перегрівання матеріалу, а у вузлах хвиль недожина хвилі А, співрозмірна з визначальним розміром маня матеріалу. Внаслідок появи стоячих хвиль, коли довX . Частота ВЧ-поля і загальний ККД установки взаємозв'язані. Зі зменшенням частоти ККД збільшується. З ряду НВЧ-генераторів (магнетрони, клістрони, НВЧ-тріоди тощо) найкращі перспективи має використання магнетронів. Вони мають високий ККД (до 60-80 %), порівняно низькі робочі напруги, невеликі розміри. За міжнародною угодою, для промислових, наукових і медичних цілей виділено такі частоти: 915, 2450, 5800, 22125 МГц. Частота 2450+50 МГц, за якої 1^=55-60 % (максимальний 70 %), забезпечує більш рівномірний розронів становлять 2,5-100 кВт. За частоти 915 МГц т)поділ енергії в системі нагрівання, а потужності магнетген досягає 80-86 %, потужність - 25-30 кВт і забезпечується проникнення енергії на більшу глибину. Глибина проникнення енергії визначається з урахутрик з втратами і затухає у напрямку поширення в результаті поглинання енергії, яке супроводжується виділенням тепла. Енергія, що досягає перерізу х, зменшується на величину ЛР.ванням того, що електромагнітна хвиля проникає у діелек

_formula_6.29

де а - стала затухання, яка визначається за формулою

_formula_6.30

де Х,0 - довжина хвилі у вакуумі.