OBTAINING OF EXTRACTS FROM FROZEN FRUIT RAW MATERIALS IN THE VIBRATORY APPARATUS
Abstract and keywords
Abstract (English):
The results of the research on obtaining extracts from the frozen fruits of hawthorn and May rose in the appa-ratus with a vibrating plate are presented. The equations of multiple regression to calculate the content of solids, the process efficiency and specific energy consumption depending on amplitude, fluctuation frequency, diameter of open-ings in the plate and the period of achieving the equilibrium state by the system are obtained.

Keywords:
ibratory apparatus, efficiency and specific energy consumption of the process, content of solids.
Text
Publication text (PDF): Read Download

 

Введение

В настоящее время большую актуальность в про­изводстве пищевых добавок приобретает дикорас­тущее плодово-ягодное сырье. Объясняется это тем, что по пищевой ценности дикорастущие плоды и ягоды не уступают культурным, а по содержанию витаминов и органических кислот даже превосходят их. В то же время они представляют собой экологи­чески более благоприятные продукты питания и от­личаются неприхотливостью к почве и уходу, моро­зостойкостью, высокой урожайностью. Использова­ние местных дикорастущих растительных ресурсов способствует значительной экономии дорогостоя­щего сырья с аналогичными или близкими по значе­нию физико-химическими показателями, снижению расходов по доставке сырья к месту переработки, а также расширению ассортимента выпускаемой про­дукции [1].

Объемы переработки местного растительного сы­рья недостаточны с точки зрения использования су­ществующей сырьевой базы. Это в определенной степени связано с низкой эффективностью традиционных методов извлечения из сырья целевых компо­нентов и обеспечения их сохранности в процессе пе­реработки.

Одним из современных способов переработки плодово-ягодного сырья является экстрагирование водными и водно-спиртовыми растворителями с по­следующим концентрированием.

Способов проведения процесса экстрагирования большое множество, что обусловлено широким мно­гообразием сырья и его свойствами. Поэтому для выбора способа экстрагирования применительно к определенному сырью необходимо учитывать, из каких стадий состоит процесс, какие факторы оказы­вают влияние на ту или иную стадию процесса.

В наиболее общем виде процесс экстрагирования состоит из четырех стадий: 1) проникновение рас­творителя в поры частиц сырья; 2) растворение целевого компонента; 3) перенос массы растворимых ве­ществ диффузионным путем из внутренних областей частиц экстрагируемого материала в пограничный слой, прилегающий непосредственно к частице;         4) дуффузионно-конвективный перенос растворимых веществ через пограничный слой и распределение его по всей массе раствора [2, 3]. Две последние ста­дии являются основными стадиями, влияющими на скорость процесса.

Стадии экстрагирования различны по своей при­роде и имеют свои факторы, определяющие их ско­рость. К таким факторам относятся: степень измель­чения растительного сырья; полярность экстрагента; вязкость и поверхностное натяжение растворителя; температура процесса экстрагирования; соотноше­ние твердой и жидкой фаз; количество экстракций; физическое воздействие (низкочастотные механиче­ские колебания, ультразвук, перемешивание и др.); порозность; продолжительность экстрагирования. На процесс экстрагирования также оказывают влияние: размер молекул извлекаемых веществ; заряд колло­идных частиц протоплазмы клетки; наличие живой протоплазмы; наличие воздуха в сырье; удельная за­грузка экстрактора (загрузочная плотность); ско­рость подачи экстрагента и другие факторы [4].

Среди многочисленных способов интенсифика­ции процесса экстрагирования особое место зани­мает метод наложения на систему поля низкочастот­ных механических колебаний [5–7].

При создании высокоэффективных тепло- и мас­сообменных аппаратов часто используют принцип подведения энергии извне к взаимодействующим средам. Наложение низкочастотных колебаний на взаимодействующие фазы – это один из наиболее эффективных способов подведения дополнительной внешней энергии [5]. При этом создается активный гидродинамический режим, значительно сокраща­ется металло- и энергоемкость оборудования. При воздействии низкочастотных механических колеба­ний в процессе экстрагирования участвует практиче­ски вся поверхность экстрагируемого вещества, про­исходит интенсивное обновление межфазной по­верхности [7].

Аппараты, в которых используются низкочастот­ные колебания, характеризуются высокой эффектив­ностью массообмена при большой удельной произ­водительности. Это объясняется тем, что подводимая внешняя энергия может равномерно или по заранее заданному режиму распределяться по поперечному сечению и высоте аппарата и нужным образом вли­ять на поле скоростей взаимодействующих фаз. Та­ким образом, создаются предпосылки к оптималь­ному дроблению дисперсной фазы, к уменьшению ее полидисперсности, а также к выравниванию попе­речной неравномерности и уменьшению продоль­ного перемешивания. Однако влияние факторов, оп­ределяющих скорость процесса экстрагирования ме­тодом наложения низкочастотных механических ко­лебаний, на его интенсивность еще недостаточно изучено и требует дальнейшего исследования.

Для этой цели была изготовлена эксперименталь­ная установка, в основу конструкции которой поло­жен емкостный экстрактор с вибрационной тарелкой [6].

Основным элементом установки является экс­трактор периодического действия с вибрационной тарелкой (рис. 1).

Камера аппарата представляет собой цилиндри­ческую емкость 1, выполненную из нержавеющей стали с внутренним диаметром 0,139 м. В верхней части установки на раме жестко закреплена крышка экстрактора 5 с патрубком для отбора проб. В камере установлен с возможностью возвратно-поступатель­ного движения в вертикальной плоскости шток 4 с жестко закрепленной на нем горизонтальной перфо­рированной тарелкой 2, снабженной по периферии кольцом. Штоку сообщаются возвратно-поступа­тельные движения при помощи кривошипно-шатун­ного механизма 6 от электродвигателя переменного тока АИРМ71В6У3.

 

 

 

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – камера аппарата; 2 – тарелка перфорированная; 3 – домкрат; 4 – шток; 5 – крышка экстрактора; 6 – механизм криво­шипно-шатунный; 7 – электродвигатель

 

Тарелка 2 представляет собой перфорированный цилиндрическими отверстиями диск диаметром 0,135 м, выполненный из нержавеющей стали, тол­щиной 0,003 м. К нижней стороне диска коаксиально жестко прикреплено кольцо шириной 0,01 м. Плос­кость диска тарелки параллельна днищу аппарата. Камера экстрактора устанавливается и фиксируется в расточенном пазу крышки при помощи домкрата 3.

Для регулирования частоты колебаний тарелки и фиксирования значений мощности в установке пре­дусмотрен привод АСН 550-01.

В качестве способа экстрагирования выбран спо­соб, разработанный на кафедре «Машины и аппа­раты пищевых производств» Кемеровского техноло­гического института пищевой промышленности [8]. Особенность данного способа заключается в том, что экстрагированию в вибрационном экстракторе под­вергается замороженное плодово-ягодное сырье. В силу того что сбор плодов и ягод носит сезонный ха­рактер, важным этапом технологии является сохра­нение их для дальнейшей переработки. Наименее энергоемким способом хранения плодов и ягод является замораживание, причем с целью последующей интенсификации выделения сока предпочтительно медленное и неглубокое замораживание, сопровож­дающееся образованием крупных кристаллов льда, которые более эффективно разрушают стенки клеток, что в последующем повышает выход питатель­ных и ароматических веществ. Традиционный спо­соб получения соков и экстрактов из замороженного плодово-ягодного сырья включает следующие ста­дии: размораживание, измельчение, отделение сока или экстрагирование. В ряде случаев экстрагирова­ние твердой фазы после отжатия сока не производят. Однако такой способ отличается длительностью, на­личием нескольких стадий, для осуществления кото­рых требуется энергоемкое оборудование. При раз­мораживании, измельчении и прессовании имеют место потери сока. Предложенный способ экстраги­рования замороженного плодово-ягодного сырья в вибрационном экстракторе, по мнению авторов, по­зволяет сократить время, снизить энергозатраты, уменьшить число единиц оборудования и повысить качество получаемых продуктов.

Для экстрагирования использовали плоды боя­рышника кроваво-красного и калины обыкновенной урожая 2009 года, собранные в Рубцовском районе Алтайского края. Эти плодовые культуры известны своими полезными свойствами и богатым химиче­ским составом. Благодаря высокой концентрации биологически активных веществ плоды боярышника давно применяются в народной и научной медицине для профилактики и лечения заболеваний сердца и сосудов. Плоды калины обладают противовоспали­тельным действием, способствуют снижению кровя­ного давления, стимулируют работу сердца [9].

Экстрагирование проводили следующим образом. Замороженные при температуре –18 оС плоды поме­щали в рабочий объем экстрактора под вибрацион­ную тарелку. В качестве экстрагента использовалась вода температурой (20±2) оС. Во всех опытах объем обрабатываемой суспензии составлял 1,0 л. Тарелка приводилась в возвратно-поступательное движение в течение 40 мин. Через определенные промежутки времени (1…5 мин) из аппарата отбиралась проба экстракта. Отделение от проб твердой фазы прово­дилось фильтрацией через бумажный фильтр; коли­чество извлекаемых сухих веществ в образцах опре­делялось рефрактометром типа РЛ-2; отжатый на фильтре шрот взвешивали. Взвешивание плодов, экстрагента, шрота осуществлялось с помощью весов марки МW-120 с погрешностью измерения ±0,01 г.

На процесс экстрагирования, как отмечалось выше, оказывает влияние множество факторов, кото­рые в свою очередь зависят от конструктивных и эксплуатационных особенностей аппарата, а также от способа проведения процесса.

Принимая во внимание вышеизложенное, был вы­делен ряд факторов, которые как отдельно, так и в со­вместном взаимодействии оказывают основное влияние на процессы, протекающие в экстракторе. К таким факторам относятся: соотношение фаз (сы­рье/экстрагент) – j, кг/кг; амплитуда колебаний та­релки – А, м; частота колебаний тарелки – n, Гц; диа­метр отверстий в тарелке – d0, м; доля свободного се­чения тарелки – έ, %.

Целью работы является изучение закономерно­стей, описывающих процесс получения экстрактов.

 

Объекты и методы исследований

Соотношение фаз (сырье/экстрагент) определялось исходя из следующих условий. Увеличение доли твердой фазы ведет к повышению плотности суспензии; как следствие, ухудшаются условия для переноса водорастворимых веществ в экстрагент. Уменьшение доли твердой фазы приводит к разбав­лению экстракта, что нежелательно с точки зрения последующих процессов технологического цикла. Помимо этого, увеличение доли экстрагента ведет к ускорению размораживания сырья, а также к более тонкому его измельчению. Серия предварительных экспериментов показала, что экстрагирование необ­ходимо вести при следующих соотношениях фаз: для боярышника j = 1/2; 1/3 кг/кг; для калины j = 1/1; 1/1,5 и 1/2 кг/кг. В процессе проведения дальнейшей экспериментальной работы было выявлено, что наи­более оптимальными соотношениями фаз при экст­рагировании данных плодов являются: для боярыш­ника j = 1/2 кг/кг; для калины j = 1/1 кг/кг.

Амплитуда и частота колебаний тарелки являются факторами, определяющими интенсивность процесса экстрагирования [6]. Эти факторы оказывают влияние одновременно на ряд характеристик процесса: степень измельчения плодов, температура процесса и интен­сивность физического воздействия. При этом необхо­димо отметить, что увеличение значений данных па­раметров в целом ведет к интенсификации процесса. Однако увеличение данных параметров также ведет к негативным последствиям, а именно к излишнему из­мельчению сырья и, как следствие, затруднению по­следующей фильтрации, а также к увеличению энер­гетических затрат. При этом амплитуда и частота ко­лебаний тарелки явля­ются определяющими факто­рами для процесса из­мельчения и времени размора­живания ягод. Учитывая рекомендации [6], значения этих факторов прини­мались: А = 0,016; 0,018; 0,02 и 0,022 м; n для боя­рышника – (10,83±2,5) Гц; для калины – (8,33±2,5) Гц.

Изменение диаметра отверстий в тарелке влияет на интенсивность процесса экстрагирования и сте­пень измельчения сырья. Уменьшение размеров от­верстий приводит к увеличению скоростей истече­ния жидкости, что в свою очередь интенсифицирует процессы размораживания и дополнительного из­мельчения фрагментов, увеличивая тем самым по­верхность контакта фаз. Однако уменьшение диа­метра отверстий повышает вероятность их «засоре­ния» частицами плодов и их семенами, что приводит к снижению эффективности процесса в целом. При проведении экспериментов d0 принимался равным 0,0025; 0,003; 0,004 и 0,005 м при доле свободного сечения тарелки έ = 16,5 % [6].

Основными показателями интенсивности иссле-дуемого процесса являются время насыщения (достижения равновесия) экстрагента τр, величина достигаемой равновесной концентрации Ссв.р и мощ-ность, потребляемая за время экстрагирования N [7]. Важным ограничивающим параметром является количество неразрушенных ягод после наступления состояния равновесия в системе – m, % масс.

При проведении экспериментов максимальное значение концентрации сухих веществ в экстракте боярышника 5,6 % масс., в экстракте калины 6,0 % масс. Для выбора рациональных режимов процесса из результатов экспериментов были исключены режимы, при которых максимальное значение концентрации сухих веществ в экстракте составило для боярышника менее 4,6 % масс., для калины менее 5,0 % масс.

При экстрагировании боярышника на некоторых режимах остается до 63 % неразрушенных плодов, при экстрагировании калины – до 95 %. Режимы, при которых остается более 3 % неразрушенных плодов, были признаны нерациональными и исключены из результатов экспериментов.

 

Результаты и их обсуждение

Анализ результатов экспериментов позволил сделать вывод, что для определения наиболее эффективных режимов экстрагирования необходимо комплексно учитывать режимные и энергетические параметры процесса. Для решения данной задачи в качестве критериев оценки были приняты следующие параметры.

1. Равновесная концентрация сухих веществ Ссв.р, % масс.

2. Эффективность процесса экстрагирования Э, кг/(Дж·с), которую определяли следующим образом:

 

,                                       (1)

 

где П – производительность экстрактора, кг/с; Е – энергетические затраты, Дж.

 

                           (2)

 

где Мс – масса смеси плодов и экстрагента, кг; Мш – масса шрота после экстрагирования, кг; τр – время достижения состояния равновесия системы, с; Ссв.р – равновесная концентрация сухих водорастворимых веществ в экстракте, % масс.

,                                (3)

 

где  – среднее значение полезной мощности, потребляемой при экстрагировании, Вт.

 

,                                  (4)

 

где  – значение полезной мощности при i-м измерении, Вт; n – количество i-х измерений.

Полезная мощность – разность между общими энергозатратами и энергозатратами на холостой ход.

3. Удельные затраты на процесс экстрагирования Еуд, Дж/% масс., которые определяли как

 

                               (5)

 

В табл. 1 и 2 представлены результаты экспериментов и расчетов основных параметров процесса.

 

Таблица 1

 

Результаты экспериментов и расчета эффективности

и удельных энергозатрат процесса получения

экстракта боярышника

 

№ п/п

А×

×103, м

n, Гц

d0×

×103, м

Ссв.р, % масс.

Э∙109, кг/

(Дж·с)

Еуд,

Дж/%

масс.

1

20

13,33

4

5,6

1,44

5368

2

20

10,83

4

5,2

2,20

3782

3

20

13,33

3

5,0

1,11

7380

4

20

10,83

3

4,8

1,08

6450

5

20

13,33

5

4,6

0,84

7190

6

20

10,83

5

4,6

0,57

7148

7

20

13,33

2,5

4,6

0,85

8103

8

20

10,83

2,5

4,6

0,85

7207

9

22

13,33

4

5,6

2,26

4669

10

22

10,83

4

5,2

2,00

4336

11

22

13,33

3

5,0

1,05

8076

12

22

10,83

3

4,8

1,83

5344

13

22

13,33

5

4,6

2,51

4246

14

22

10,83

5

4,6

1,99

4187

15

22

13,33

2,5

4,8

0,91

8234

16

22

10,83

2,5

4,6

2,59

4510

17

18

13,33

4

5,2

1,09

5668

18

18

10,83

4

4,8

1,72

4013

19

18

13,33

3

4,6

1,30

6196

20

18

13,33

5

4,6

1,55

4904

21

18

13,33

2,5

4,6

0,87

7842

 

В ходе анализа экспериментальных данных наиболее рациональными позиционировались режимы, при которых показатель эффективности стремился к максимальным значениям.

Исходя из данных, представленных в табл. 1, можно сделать вывод, что рациональными режимами для экстрагирования плодов боярышника являются режимы № 16, 13, 9, расположенные по убыванию показателя эффективности процесса. Данные режимы проводились при амплитуде А = 0,022 м. Системы достигали равновесия на 7,5 мин. Влияние диаметра отверстий тарелок на эффективность процесса экстрагирования можно объяснить следующим образом. При d0 = 0,0025 м (режим № 16; n = 10,8 Гц, Э = 2,59·10–9 кг/(Дж·с)) в камере экстрактора создается интенсивная циркуляция жидкой фазы, что приводит к изменению гидродинамической обстановки, наблюдаемой с первых минут процесса. При частоте n = 13,3 Гц и аналогичных остальных параметрах процесса (режим № 15) за счет высоких энергозатрат значения показателя эффективности процесса значительно меньше (Э = 0,91·10–9 кг/(Дж·с)). Диаметры отверстий тарелок d0 = 0,004 м (режим № 9) и d0 = 0,005 м (режим № 13) соизмеримы с размерами плодов. При d0 = 0,005 м плоды более свободно проходят через отверстия в тарелке, чем при d0 = 0,004 м. В результате при режиме № 9 плоды интенсивнее разрушаются и концентрация сухих веществ на данном режиме достигает максимальных значений (Ссв.р = 5,6 % масс.).

При амплитудах А = 0,018 м и А = 0,020 м на всех режимах остается порядка 3 % неразрушенных плодов. За счет этого выход экстракта снижен и, как следствие, значение производительности получается меньше. Следовательно, показатель эффективности достигает меньших значений. Исключение представляет режим № 2, при котором значение показателя эффективности относительно высокое    (Э = 2,20·10–9 кг/(Дж·с)), что объясняется следующим: система достигает состояния равновесия рано          (на 7,5 мин), следовательно, значения энергозатрат минимальны по сравнению с другими режимами при амплитуде А = 0,02 м.

По результатам, представленным в табл. 2, можно сделать вывод, что оптимальными режимами для экстрагирования плодов калины являются режимы № 22, 24, 18, 7 и 17, расположенные по убыванию показателя эффективности процесса.

Максимальные значения показателя эффективнос-ти достигаются при амплитуде А = 0,018 м, n = 10,8 Гц, d0 = 0,004 м (режим № 22; Э = 3,93·10–9 кг/(Дж·с)) и       d0 = 0,005 м (режим № 24; Э = 3,67·10–9 кг/(Дж·с)).

Более низкие значения показателя эффективности при аналогичных режимах на амплитудах А = 0,02 м (режим № 1; Э = 0,82·10–9 кг/(Дж·с) и режим № 6;       Э = 0,68·10–9 кг/(Дж·с)) и А = 0,022 м (режим № 16;     Э = 1,71·10–9 кг/(Дж·с) и режим № 18; Э = 3,19·10–9 кг/(Дж·с)) соответственно объясняются большими энергозатратами. Однако режим № 18 (А = 0,022 м,    n = 10,8 Гц, d0 = 0,005 м) следует отнести к наиболее рациональным режимам наряду с режимом № 17       (А = 0,022 м, n = 8,3 Гц, d0 = 0,005 м), так как значения показателя эффективности на этих режимах составляют соответственно Э = 3,19·10–9 и                  Э = 2,49·10–9 кг/(Дж·с), что объясняется следующим: на этих режимах достаточно рано достигаются высокие значения концентрации сухих веществ:     Ссв.р = 6 % масс. на 5 мин и Ссв.р = 5,6 % масс. на       10 мин соответственно.

 

Таблица 2

 

Результаты экспериментов и расчета эффективности

 и удельных энергозатрат процесса

получения экстракта калины

 

№ п/п

А×

×103, м

n, Гц

d0×

×103, м

Ссв.р, % масс.

Э∙109, кг/

(Дж·с)

Еуд,

Дж/%

масс.

1

20

10,83

4

5,0

0,82

11837

2

20

8,33

4

5,0

1,44

6248

3

20

10,83

3

5,6

1,27

10621

4

20

8,33

3

5,6

1,01

9372

5

20

8,33

5

5,4

1,96

6802

6

20

10,83

5

5,6

0,68

14708

7

20

8,33

2,5

5,4

2,51

5433

8

20

10,83

2,5

5,8

0,44

17753

9

16

10,83

3

5,6

1,14

5128

10

16

10,83

5

5,6

2,25

4004

11

16

10,83

2,5

6,0

1,72

4371

12

16

8,33

2,5

5,8

0,63

9581

13

22

8,33

3

5,6

0,47

16574

14

22

10,83

3

5,6

0,58

17121

15

22

8,33

4

5,4

1,83

5154

16

22

10,83

4

5,4

1,71

7775

17

22

8,33

5

5,6

2,49

3874

18

22

10,83

5

6,0

3,19

6511

19

22

8,33

2,5

5,6

0,63

16101

20

22

10,83

2,5

6,0

0,39

19750

21

18

8,33

4

5,6

1,48

2706

22

18

10,83

4

5,4

3,93

3332

23

18

8,33

5

5,4

0,53

12888

24

18

10,83

5

5,4

3,67

3667

25

18

10,83

3

5,2

1,25

6237

26

18

10,83

2,5

5,6

1,66

3045

27

18

8,33

2,5

5,2

0,27

19188

 

При амплитуде А = 0,02 м наиболее эффективным является режим № 7 (n = 8,3 Гц, d0 = 0,0025 м,            Э = 2,51·10–9 кг/(Дж·с)). При диаметре отверстий тарелки d0 = 0,0025 м в обрабатываемом объеме происходит интенсивная циркуляция жидкой фазы, что приводит к изменению гидродинамической обстановки в рабочей камере экстрактора.

Невысокие значения эффективности при ампли-туде А = 0,016 м объясняются тем, что система достигает состояния равновесия сравнительно поздно (на 12,5…20 мин).

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

– при приготовлении экстракта из плодов боярышника факторы, влияющие на процесс, должны выбираться из следующих диапазонов: А Î [0,018; 0,022] м; п Î [10,83; 13,33] Гц; d0 Î [0,0025; 0,004] м и τр Î [450; 1200] с;

– при приготовлении экстракта из плодов калины – А Î [0,016; 0,022] м; п Î [8,33; 10,83] Гц; d0 Î [0,0025;0,005] м и τр Î [450; 1200] с.

После обработки экспериментальных данных на ЭВМ в среде статистического пакета STATISTICA-8,0 были получены уравнения регрессии, описывающие процесс получения экстрактов, которые имеют следующий вид.

Для экстракта из плодов боярышника в диапазонах Ссв.р Î [4,6; 5,6] % масс., Э Î [0,57×10–9; 2,59×10–9] кг/(Дж·с) и Еуд Î [3782; 8234] Дж/% масс.:

 

,

  R = 94 %;                                (6)

 

,  R = 90 %;                               (7)

 

,  R = 93 %.                               (8)

 

Диапазоны Ссв.р, Э и Еуд были определены экспериментально.

Для экстракта из плодов калины обыкновенной в диапазонах Ссв.р Î [5; 6] % масс., Э Î [0,27×10–9; 3,93×10–9] кг/(Дж·с) и Еуд Î [2706; 19750] Дж/% масс.:

 

,  R = 97,6 %;                               (9)

 

,  R = 94 %;                           (10)

 

,  R = 91 %.                          (11)

 

Анализируя данные уравнения, можно заметить следующее: при экстрагировании плодов боя-рышника увеличение в указанных пределах ампли-туды колебаний А ведет к увеличению выхода сухих растворимых веществ Ссв.р (уравнение (6)), что объясняется интенсификацией перемешивания фаз. По той же причине увеличение частоты колебаний п ведет к росту величины Ссв.р. Рост концентрации Ссв.р с увеличением диаметра отверстий d0 обусло-вливается структурой и размерами плодов боярышника, содержащих по 2–5 косточек. Размер косточки в несколько раз меньше размеров самого плода. Поэтому отверстия с меньшим диаметром могут частично перекрываться не разрушающимися при работе экстрактора косточками, в результате чего ухудшается гидродинамическая обстановка и снижается выход сухих растворимых веществ Ссв.р. Увеличение времени экстрагирования в указанных пределах ведет к росту величины Ссв.р за счет увеличения продолжительности контакта фаз.

Из уравнения (8) можно заметить, что увеличение А и п ведет к увеличению Еуд вследствие возрастания затрат мощности, потребляемой на перемещение рабочим органом. Увеличение τр также ведет к росту потребления энергии. В отличие от перечисленных факторов увеличение d0 ведет к снижению энергозатрат, так как уменьшается сопротивление перемещению тарелки со стороны среды.

Рост значений А и d0 ведет к росту показателя эффективности Э (уравнение (7)) за счет роста величины Ссв.р. Увеличение п и τр ведет к снижению Э благодаря увеличению удельных энергозатрат Еуд.

Плоды калины имеют морфологию, значительно отличающуюся от морфологии плодов боярышника. У них водянистая структура, одна крупная косточка, размеры которой сопоставимы с размерами самих плодов. Поэтому влияние факторов А, п, d0 и τр на процесс экстрагирования плодов калины во многом отличается от их влияния на процесс экстра-гирования плодов боярышника. Например, при увеличении амплитуды А в силу наличия в плодах калины большого количества пектина [10], который является природным клеящим веществом [11], происходит интенсивное захватывание системой плоды – экстрагент воздуха, смесь из жидкой превращается в пенообразную. В результате уменьшается поверхность контакта фаз, поэтому снижаются выход сухих растворимых веществ Ссв.р (уравнение (9)) и показатель эффективности про-цесса Э (уравнение (10)). Энергетические затраты Еуд (уравнение (11)) с увеличением А также снижаются, что объясняется уменьшением гидравлического сопротивления перемещению тарелки со стороны среды.

Увеличение диаметра отверстий d0 в тарелке также ведет к уменьшению величин Ссв.р (уравнение (9)), Э (уравнение (10)) и Еуд (уравнение (11)), это объясняется водянистой структурой плодов калины, имеющих довольно прочную оболочку. Такое строе-ние плодов обусловливает то, что отверстия с меньшими диаметрами обеспечивают разрушение большего количества плодов по сравнению с отверстиями большего диаметра, что ведет к умень-шению выхода сухих растворимых веществ Ссв.р и снижению эффективности процесса Э при увели-чении d0. Снижение энергозатрат Еуд при увеличении d0 обусловливается уменьшением сопротивления движению тарелки со стороны среды.

Влияние параметров п и τр на процесс экстраги-рования плодов калины такое же, как и при экстрагировании плодов боярышника.

При оценке комплекса факторов, влияющих на процесс экстрагирования, необходимо учитывать, что величины Ссв.р и Э должны стремиться к макси-мальным значениям, а Еуд – к минимуму. Полученные уравнения регрессии делают возмож-ным решение задачи оптимизации, которая фор-мулируется следующим образом: найти такие значения входных факторов, которые обеспечивают как можно больший показатель эффективности про-цесса при наиболее возможном выходе сухих веществ и наименьших удельных энергозатратах.

 

References

1. Sorokopud, A.F. Ob ispol'zovanii rastitel'nyh resursov dlya obogascheniya produktov pitaniya / A.F. Sorokopud, N.V. Dubinina. - M., 2008. - 10 s. - Dep. v CIiTEIagroprom 18.02.08, № 3 VS.

2. Aksel'rud, G.A. Ekstragirovanie (sistema tverdoe telo - zhidkost') / G.A. Aksel'rud, V.M. Lysyanskiy. - L.: Hi-miya, 1974. - 256 s.

3. Beloborodov, V.V. Problemy ekstragirovaniya v pischevoy promyshlennosti / V.V. Beloborodov // Izvestiya vuzov SSSR. Pischevaya tehnologiya. - 1986. - № 3. - S. 6-11.

4. Plotnikov, I.B. Sovershenstvovanie sposoba polucheniya ekstraktov iz zamorozhennogo yagodnogo syr'ya v apparate s vibracionnoy tarelkoy: dis. ... kand. tehn. nauk / Plotnikov Igor' Borisovich. - Kemerovo, 2011. - 150 s.

5. Gorodeckiy, I.Ya. Vibracionnye massoobmennye apparaty / I.Ya. Gorodeckiy, A.A. Vasin, V.M. Olevskiy, P.A. Lua¬panov. - M.: Himiya, 1980. - 192 s.

6. Ivanov, P.P. Razrabotka tehnologii i apparaturnogo oformleniya proizvodstva koncentrirovannyh plodovo-yagod-nyh ekstraktov dlya molochnoy promyshlennosti: dis. ... kand. tehn. nauk / Ivanov Pavel Petrovich. - Kemerovo, 2002. - 135 s.

7. Sorokopud, A.F. Intensifikaciya ekstragirovaniya plodovo-yagodnogo syr'ya s ispol'zovaniem nizkochastotnogo vib¬racionnogo vozdeystviya / A.F. Sorokopud, V.A. Pomozova, A.S. Mustafina // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya. - 2000. - № 5. - S. 24-27.

8. Pat. 2341979 Rossiyskaya Federaciya, MPK51 A23L 1/212. Sposob polucheniya ekstraktov / A.F. Sorokopud, M.V. Su¬menkov; zayavitel' i patentoobladatel' Kemerovskiy tehnologicheskiy institut pischevoy promyshlennosti. - № 2007116408/13; zayavl. 02.05.2007; opubl. 27.12.2008, Byul. № 36. - 4 s.

9. Sorokopud, A.F. Celesoobraznost' ispol'zovaniya plodov boyaryshnika krovavo-krasnogo i kaliny obyknovennoy dlya obogascheniya produktov pitaniya massovogo potrebleniya / A.F. Sorokopud, N.V. Dubinina. - M., 2008. - 9 s. - Dep. v CIiTEIagroprom 18.02.08, № 2 VS.

10. http://medicina.kharkov.ua/medicinal-plant/781-viburnum-opulus.html

11. http://www.calorizator.ru/product/raw/pectin


Login or Create
* Forgot password?