Курс лекций по дисциплине: «Теоретические основы технологии продовольственных продуктов» для специальности: «Технология продовольственных продуктов»
Обработка пищевых продуктов ультразвуком
жүктеу/скачать 1,08 Mb.
|
лекции теоретические основы пп
| 2. Обработка пищевых продуктов ультразвуком
Пищевые продукты являются неоднородными гетерогенными системами, поэтому воздействие на них ультра - звука будет чрезвычайно многообразным. Наиболее характерным следствием озвучивания дисперсных систем является изменение их структуры. В зависимости от свойств, состава системы и условий озвучивания может происходить либо пептизация компонентов для белоксодержащей системы, либо, наоборот, агрегирование и коагуляция. В большинстве случаев, однако, происходит пептизация, есть увеличение дисперсности гелей и золей. В ультразвуковом поле происходит значительное ускорение диффузионного обмена между гелями и клеточными структурами, с одной стороны, и окружающей жидкостью с другой. Благодаря этому УЗ может быть использован для ускорения переноса веществ из среды в гель (например, для ускорения посола мяса, рыбы) и из геля в окружающую среду (для ускорения экстракции жира). Диспергирующее действие УЗ делает возможным его использование для получения как лиофильных (например, белково-водных), так и лиофобных (например, жир—вода) устойчивых дисперсионных систем. Использование УЗ для ускорения переноса веществ из окружающей среды в материалы особенно заманчиво в тех случаях, когда переносимые вещества нерастворимы, поскольку УЗ способствует их тонкому диспергированию. Однако зачастую применение УЗ для подобных целей наталкивается на непреодолимые трудности, так как обработке подвергаются материалы с плохой звукопроницаемоемостью, такие, как, например, животные ткани. При озвучивании мяса в рассоле большая часть энергии УЗ преобразуется в тепловую в поверхностном слое мяса, температура которого повышается на 20°С и 6oлее. Таким образом, по существу, ускоряется лишь одна фаза диффузионного обмена — перенос соли из рассола во внешний слой, причем частично — за счет повышения температуры. Иначе обстоит дело с использованием УЗ для ycкорения экстракции из тонкоизмельченных материалов. В этом случае ускоряющее влияние УЗ распространяется практически на весь объем частиц материала, из которого производится экстракция. С помощью ультразвука удается получать эмульсии с размером частиц 1 мкм. Максимальная дисперсность системы получается при обработке ультразвуком в диапазоне частот 96—1600 кГц частиц, размеры которых не превышают 1 мкм. С увеличением исходного размера частиц оптимум частот ультразвука понижается. При воздействии ультразвука на гетерогенные системы протекают два противоположных процесса: диспергирование и коагуляция. Окончательный результат зависит как от параметров ультразвукового поля, так и от физико-химических характеристик обрабатываемого продукта. Характер эмульгирования зависит от температуры продукта. При гомогенизации молока на гидродинамическом вибраторе больше всего жировых шариков образовывалось при температуре обработки 55 – 70 0С. При этих температурах с увеличением давления обработки молока интенсивно повышается дисперсность жира, а при давлении 0,4—0,5 МПа, что соответствует частоте 1300 - 1500 Гц, около 80—88% жировых шариков имеют диаметр менее 2 мкм. При повышении температуры усиливается бактерицидное действие ультразвука на микрофлору молока. При добавлении в тесто жировых эмульсий, приготовленныx звуковым методом, значительно улучшается качество хлебобулочных изделий. Наилучшие результаты получают при размере жировых шариков, приближающихся к естественным эмульсиям. Для увеличения стойкости эмульсии в процессе обработки добавляют эмульгатор — фосфатидный концентрат. Эмульсия, приготовленная ультразвуковым методом с гидродинамическим излучателем (t = 5 мин, v = 300 кГц), имеет более чем на порядок большую устойчивость. Установлено положительное влияние ультразвука на вкусовые качества шоколада: он отличается нежностью, барханистостью и более тонким букетом. Под действием ультразвука вязкость шоколадной массы снижается на 7—10 %. Целесообразно использовать ультразвук для очистки. Хорошие результаты дает применение УЗ для очистки и обезжиривания металлических поверхностей сложной формы (частота УЗ от 20 до 500 кГц, интенсивность 3—6 Вт/см2), например, для очистки троллеев, а также для получения ароматических эмульсий из специй. Эффективность ультразвуковой очистки поверхностей зависит от целого ряда факторов. Основной причиной диспергирования пленок на поверхности твердых тел является кавитация, акустические течения, в ряде случаев знакопеременные напряжения на участке очистки, радиационное давление. Хорошие результаты дало использование ультразвука для мойки фруктов, отмывания частиц крахмала с картофеля перед обжаркой и другое. В качестве источников ультразвуковых колебаний используют аэродинамические, механические, гидродинамические, электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные и пьезоэлектрические излучатели. Выбор источника колебаний определяется мощностью, технологическими, конструктивными и другими показателями, желательной частотой процесса. Диапазоны частот различных преобразователей в порядке возрастания частот располагаются следующим образом: механические — электромагнитные и электродинамические — аэродинамические — гидродинамические — магнитострикционные — пьезоэлектрические. Наименьшую частоту дают механические преобразователи (от 10 -1 до 102Гц), наибольшую — пьезоэлектрические (более 106Гц). Для работы в газовых средах используют аэродинамические преобразователи. Принцип работы такого преобразователя следующий: сжатый воздух, поступающий через ниппель, попадает в сопло с резонатором, которое помещено в камеру вторичного резонатора, расположенного в центре экспоненциального рупора. В камере вторичного резонатора создаваемые системами соплорезонаторов звуковые волны поддерживаются и усиливаются. Усиленные ультразвуковые волны при помощи экспоненциального рупора направляются на объект обработки. Акустический к.п.д. такой сирены 50—60%. Такие же излучатели после некоторых изменений применяют для работы в жидкостях. Широко применяются простые по устройству механические генераторы. Принцип действия таких генераторов, называемых иногда политропами, основывается на разделении струи жидкости на ряд плоских струй, получающих дополнительное ускорение. В результате такого разложения основной струи возникают периодические импульсы давления. Рабочая часть аппарата представляет собой концентрически чередующиеся неподвижные статоры и подвижные роторы со щелями. Рассечение струи и ее ускорение приводит к образованию импульсов давления. Частота импульсов зависит от числа подвижных роторов и неподвижных статоров, количества щелей и числа оборотов. Практически политропы создают частоты порядка 100— 2000 кГц. Принцип работы магнитострикционных преобразователей основан на изменении линейного размера некоторых ферромагнитных металлов и сплавов под действием переменного магнитного поля. Эффект обработки состоит в том, что при последовательном сжатии и растяжении в этих материалах возникает переменное магнитное поле. Принцип действия гидродинамических преобраиователей заключается в том, что движущаяся под давлением струя жидкости, попадая на острый край необтекаемого препятствия, создает около него завихрения, следующие один за другим. При этом возникает чередование перепадов давления, имеющих характер звуковых волн. Для получения высоких частот и ультразвука максимальной интенсивности используют пьезоэлектрические преобразователи. Прямой пьезоэффект — это возникновение зарядов на гранях кристаллов некоторых веществ при их растяжении и сжатии. Обратным пьезоэффектом, то есть механическими колебаниями кристалла под действием переменного электрического поля, пользуются для получения ультразвуковых колебаний. жүктеу/скачать 1,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|