Абсолютті шама tg ортаны өткізгіштік тұрғыдан сипаттауға мүмкіндік береді. Егер tg  1- орта өткізгіш; егер tg = 1- орта жартылай өткізгіш; tg  1 – орта диэлектрлік болады

Абсолютті шама tg ортаны өткізгіштік тұрғыдан сипаттауға мүмкіндік береді. Егер tg  1- орта өткізгіш; егер tg = 1- орта жартылай өткізгіш; tg  1 – орта диэлектрлік болады.

Шамамен алғанда етті екі фазалы система ретінде қарастыруға болады. Бір фаза – клеткааралық зат – диэлектрлік қасиеті басым жартылай өткізгіш деп есептелінеді, әрі бұл фаза тірі организмде тұрақты, өлі де - өзгергіш. Екінші фаза – клетка ішіндегі зат, электролит, яғни өткізгіш деп есептеледі.

Малдың еті осындай құрылымда болғандықтан оның электрофизикалық қасиеттері күрделі. Әсіресе, төменгі жиілікте клеткалардың күрделі құрылымы ерекше білінеді. Электрофизикалық қасиеттер еттің құрылым-механикалық және биохимиялық өзгерістерін көрсетеді.

Аз мөлшерде, бірақ анық электрофизикалық қасиеттерде білінетін – еттің биохимиялық өзгерістері.

Сойылғанан кейін малдың етінде әртүрлі биохимиялық процестер өтеді, соның әсерінен клетканың қабықшаларының диэлектрлік қасиеттері бұзылады.

Клеткалық құрылымдардың электр өткізгіштігі ортаның жалпы өткізгіштігіне аз әсер етеді, яғни клетка арқылы аз ток өтеді.

Үлкен жиілік диапазонында электрофизикалық сипаттамаларды бір тәсілмен өлшеуге болмайды. Әр диапазон бөлігі үшін бірнеше тәсілдер бар.

Жеке электрөткізгіштігін ет өнімдерінде жалпы қабылданған көпірше тәсілімен анықтауға болады, бұл тәсілдің бірнеше өзгерген түрі бар. Методикалық қиыншылық туғызатын нәрсе - өлшейтін кюветаны жасау. Кювета әдетте шыныдан жасалып, платина электродтар дәнекерленеді. Белгілі температурада ұстау үшін кювета «су көйлегімен» жабдықталады, ол ультратермостатпен жалғасқан.

Жалпы электр кедергісін үш құраушыға бөледі: көлемдік – R_V, беттік - R_S, түйісулік - R_K. Соңғы шама электрлік түйісу тәсілдері үшін аса маңызды.

Т
әсілдің негізіне мынадай негізгі принцип алынған: үлгінің көлденең мөлшерінің К рет өзгеруі оның беттік кедергісінің К рет өзгеруіне, ал оның кесіндісінің К² рет өзгеруі – оның көлемдік және түйісу кедергілерінің К² рет өзгеруіне әкеп соғады. Үлгінің биіктігінің n рет өзгеруі оның көлемдік және түйісу кедергілерінің n рет өзгеруіне әкеп соғады, ал R_S тұрақты болып қалады Электромагниттік өлшеу приборы ретінде “көпірше” қолданылады:.

1-сурет

R – салыстыру иінінің кедергісі; R_X – анықталатын кедергі;

Диэлектрлік өтімділік пен жоғалу бұрышының тангенсін tg 50 кГц-50 МГц диапазонында резананс құбылысына негізделген куметр деген приборда өлшейді. Жұмысшы конденсатордың құрылысын зерттейтін материалдың қасиеттеріне сәйкес таңдап алады. Қамыр тектес, сұйық және төгілгіш (сыпучий) материалдардың қасиеттерін анықтауға арналған жұмыс консенсаторларының құрылыстары бар.

Үлгінің диэлектр өтімділігін анықтау:

;

мұндағы: С_үлгі, С_ауа – конденсаторды үлгімен және ауамен толтырғандағы оның сыйымдылығы.

Жеке электр өткізгіштігі температураға байланысты. Мысалы, 20-45 ⁰С-тағы (интервал) дереде бұл байланыс сызықтық болып табылады.
Лекция № 3

Тамақ өнімдерінің физикалық сипаттамалары.

1. 
   Тамақ өнімдерінің оптикалық қасиеттері. Тамақ өнімдерін оптикалық қасиеттеріне қарай бөлу. Заттардың оптикалық қасиеттерін өлшеу тәсілдері.
   
2. 
   Тамақ өнімдерінің акустикалық қасиеттері.
   
3. 
   Ультрадыбыс көздері. Кавитация құбылысы. Кавитация табалдырығы.
   

Оптикалық сипаттамалар интегралдық және спектрлік болады. Практикада интегралдық сипаттамаларды қолдану тиімді.

Ет және ет өнімдерінің оптикалық қасиеттері негізінен инфрақызыл спектрлер бөлігінде жылумен өңдеу үшін қажет. Инфрақызыл сәулелер спектрдің 0,76 дан 750 мкм бөлігін қамтиды. Оларды шартты түрде үш топқа бөледі: қысқа толқындар – 0,76-1,5 мкм; орта толқындар – 1,5-2,5 мкм; ұзын толқындар - 2,5-750 мкм. Жылу шығаруды қарастырғанда кез келген температурада түскен электромагнит энергиясын толқын ұзындығына-  байланыссыз түгелдей жұтатын абсалютті қара дене туралы ұғым маңызды.

Шынайы денелер әртүрлі жұту қасиеттеріне иә. Жалпы алғанда, уақыт бірлігінде денеге түсетін сәуле ағымы (дж/с), жартылай жұтылады Q_Ж, жартылай шағылысады Q_Ш және жартылай өткізіледі Q_Ө. Жалпы энергиялық баланс: Q = Q_Ж + Q_Ш + Q_Ө тең.

Егер теңдеудің әр мүшесін алғашқы сәуле ағымына бөлсек, бірқатар материалдың сипаттамаларын алуға болады:

- дененің жұту қабілеті;

- шағылысу қабілеті;

- өткізгіштік қасиеті немесе өтімділігі.

Бұдан ++ =1 (1) жұту, шағылысу және өту коэффициенттері.

Дененің қаралық коэффиценті дегеніміз оның интегралдық сәуле шығару қабілетінің Е (В/м²) абсолютті қара дененің жұту қабілетіне Е₀ қатынасы:

Сұр дене үшін қаралық дәрежесі оның жұту қабілетіне тең: =.

Мөлдір емес денелер үшін (1) теңдеу (=0) +=1 деп жазылады.

Дененің оптикалық қасиетін анықтаудың екі тәсілі бар: 1) спектрлік тәсіл – спектрометрлер мен спектрофотометрлер, 2) интегралдық тәсіл – радиометр, болометр.

Тамақ өнімдерінің оптикалық қасиеттерін көбінесе инфрақызыл сәулемен спектрометр және спектрофотометрлермен анықтайды.

Спектрометрлер ИҚ - спектрлерді бір сәулелік тәсілмен алу және тіркеу үшін, ал спектрофотометрлер жұтылу спектрлерін екісәулелік тәсілмен тіркеу үшін қолданылады. Өткізгіштік қасиеттерді анықтау үшін екі сәулелік спектрофотометрлерді қолданған тиімді. Өйткені, бір сәулелік тәсілдің кемшілктері бар: үлгі мен эталонның өткізу спектрлерін жеке жазу керек; қабылдау – түзеу тетігінің күшейту коэффициенті тұрақты болуы керек; прибордың көрсетуінің өзгерістерін тіркеу қажет.

Cпектрофотометрдің екі сәулелі әдіспен жұмыс істеуі нөлдік тәсілге негізделген. Сәуле көзінен шыққан радиация екі каналмен жіберіледі: біреуіне – зерттелетін үлгі, екіншісінде - фотометрлік сына немесе салыстыру үлгісі қойылады.

Өнімнің спектрлік шағылысу қабілетін анықтау оны эталонның шағылысу қабілетімен салыстыруға негізделген. ИҚ-сәуле үшін тамақ өнімдерінің интегралдық өткізгіштік қабілетін анықтаудың бірқатар тәсіілдері бар, олар сезгіштік элементтердің түріне қарай әртүрлі. Кез-келген ИҚ- приборының негізгі бөлігі - инфрақызыл сәуле қабылдағыш. ИҚ-сәуле қабылдағыштар мен өткізгіштер 3-топқа бөлінеді: жылулық, фотоэлектрлік және фотохимиялық, жылулық қабылдағыштарға – радиациялық термоэлементтер - РТЭ, болометрлер, фотоэлементтерге- фотоэлементтер, фотокедергілер, фотодиодтар жатады. Материалдардың өтімділігін өлшегенде интегралдық сәуле ағымын қабылдағыш ретінде радиометрлерді қолданған тиімді, өйткені, олар бір қалыпты сезгіштік қасиетке ие. Жылу сәулелерін қабылдағыш ретінде қолданылатын бірқатар приборлар бар. Соның бірі -болометр, оның жұмысы қара металл фольганың қызған кезде кедергісінің өзгеруіне негізделген.

Акустикалық тәсілдер бір-бірінен тербеліс туғызатын техникалық құралдармен айырықшаланады. Ал төменгі жиіліктегі техника қарапайым, бірақ оның мүмкіншілігі шектелген.

Ультрадыбыс көзі ретінде аэродинамикалық, механикалық, гидродинамикалық, электромагниттік, электродинамикалық және пьезоэлектрлік сәуле шығарғыштар қолданылады. Ультрадыбыс көзін таңдай алу – қуатқа, технологиялық, конструкторлық көрсеткіштерге және жиілікке байланысты. Пьезоэлектрлік көздерді қолдануда ең жоғарғы жиілікке (10⁶ Гц) жетуге болады.

Тамақ өнеркісібінде гидродинамикалық өзгерткіштер кең тараған. Олардың жұмысы – қысыммен қозғалған су ағыны кедергінің өткір шетіне тиіп, иірімнің пайда болуына негізделген. Бұл кезде қысымның түсіп, көтерілуі кезектесіп, дыбыс толқындары секілді қайталаналды.

Жоғарғы жиіліктегі ультрадыбыс алу үшін пьезоэлектрлік көздер пайдаланылады. Тура пьезоәсер – қысу және созу кезінде кристалдардың қырларында зарядтардың пайда болуы. Кері пьезоәсерімен, яғни айнымалы электр өрісінің көмегімен кристалдардың механикалық тербелістерін – ультрадыбыс толқындарын алуға болады. Табиғи және жасанды кристалдар: кварц, турмалин, сегнет тұзы т.б. пьезоэлектрлік әсерге ие.

Белгілі бір жағдайда ультрадыбыс өрісінде кавитация пайда болады, яғни сұйықтың тұтастығы бұзылады, бу мен газ толған ұсақ көпіршіктер пайда болады. Кавитациялық көпіршіктер жарылған кезде үлкен қысымдағы соғу толқындары пайда болады. Бұл механикалық әсерлер ультрадыбыстың бұзылу күшін құрайды. Кавитациялық көпіршіктер белгілі бір дыбыс қарқындығында (интенсивность) пайда болады, мысалы суда , болғанда пайда болады.

Кавитацияның пайда болуына сұйықтың тұтқырлығы үлкен әсер етеді. Тұтқырлық өскенде кавитацияның пайда болуы қиындайды. Кавитацияның пайда болуына және өтуіне пайда болу орталықтары, яғни бу мен газдың микрокөпіршіктері және біркелкі емес түйіршіктер қатты әсер етеді. Бұл орталықтар сұйықтың беріктігін азайтып, сұйықтың тұтастығының бұзылуына керек күшті азайтады. Сондықтан нағыз таза сұйықтарда да, әрі газсыздандырылса, кавитация пайда болмайды. Әртүрлі және акустикалық кедергілері бар орталардың шекарасында кавитация жылдам дамиды.

Сұйықтың температурасы өскенде кавитация пайда болуға жеткілікті дыбыс қысымының мөлшері азаяды. Бірақ бұл тәуелділік сызықтық емес, өйткені тұтқырлық азаяды. Тұтқырлық пен қысымның Р_с арасында мынадай байланыс бар: .

Көпіршіктердің пульсациясы мен ультрадыбыс толқындарының жиілігі дәл келгенде көпіршіктердің резонанстық тербелістері пайда болады.

Атмосфералық қысым үшін ауа көпіршіктерінің судағы тербелісінің жиілігі:

Кавитацияның пайда болуы және дамуы көпіршіктердегі электрлік процестермен бірге жүреді.

Я.И. Френкельдің теориясы бойынша, кавитация қуысы (жасымык) чечевица тәріздес формалы, ол ары қарай шарға ұқсайды. Басында қуыстың қарама-қарсы қабырғалары әртүрлі таңбалы зарядтарға ие, осыдан электр өрісі пайда болады, бұл өріс конденсатор өрісіне ұқсас.

Өрістің кернеуі: ;

Мұндағы: d – айырылған сұйық қабаттарының ара қашықтығы;

е - бір валентті токтың заряды;

N – диссоцацияланған молекулалар саны, көлем бірлігіндегі;

R – кавитация қуысының радиусы.

Лекция № 4

Тамақ өнімдерін электростатикалық өрісте өңдеу.

1. Газдардың иондалуы. Жалпы мәлімет.

2. Газдарды электрмен тазалау.

3. Электрмен бөлу (сепарация) және ыстау.

Өнеркәсіпте жоғарғы вольтты иондауды қолданатын процестер кең тараған: электрмен тазалау, электростатикалық эмальдау, электрмен ыстау, электрмен бөлу және т.б. Тәсілдің негізі мынада: иондалган газ электр өрісінде қозғала отырып, заттардың (шаң, бояу, түтін) ұсақ бөлшектеріне заряд береді, олар бір электродтан екіншіге тәртіптелген, бағытталған қозғалыс жасайды.

Газдарды иондау екі әдіспен жүзеге асырылады:

• 
  еріксіз иондалу, яғни екі электродтың арасындағы кеңістік сыртқы энергия көзінің әсеріне ұшырайды (рентген сәулелері, ультракүлгін сәуле, қысқа толқынды радиация т.б.). Сыртқы көзді тоқтатқанда, иондалу тоқтайды және пайда болған қарсы зарядты иондар бірігіп бейтарап молекулалар түзеді.
  
• 
  ерікті иондалу, тізбектегі кернеуді белгілі шамаға дейін көтергенде, зарядталған бөлшектер бейтарап молекулалармен соқтығысып, оларды иондайды. Бұл жағдайды, газда сыртқы күштің әсерінсіз өздік (ерікті) разряд пайда болады.
  

Тәж разряды аймағындағы иондар электр өрісінде кернеуге пропорционал жылдамдақпен қозғалады: .

Теріс және оң зарядты иондардың қозғалу жылдамдығы әртүрді. Иондардың қозғалғыштығы деп, олардың 1В/см кернеулік кезіндегі жылдамдығына тең шаманы айтады.

Иондалу кезінде екі қарама-қарсы процестер байқалады: бейтарап молекулалардың зарядты бөлшектерге (иондар) бөлінуі және иондардың бейтарап молекулаларға бірігуі. Молекулаларға бірігетін иондардың санына пропорционал болады:

мұндағы: -теріс (оң) иондар саны;

Біркелкі емес электр өрістерінде max кернеулік қисықтық радиусы кіші электродта пайда болады, әрі газ бұл жерде электрлік беріктігін жоғалтады да , тәж разряды пайда болады. Разрядқа тиіп жатқан аймақ – тәж деп, ал электрод-тәждік деп аталады. Төмен кернеулікте тәж разряды өте қысқа электронды - тасқынды импульстар түрінде кездеседі – 10^-11 с.

2
. Газдарды электрмен тазалау. Бұл үшін тәж разряды құбылысы пайдаланылады. Түтікше тәріздес электрофильтр (2-сурет)

корпустан (тұндырғыш электрод) (3) және ілулі тәждік электродтан (2) тұрады. Тәж электроды жүкшесі бар сым түрінде жасалған.

Пайда болған өріс тым біркелкі емес, сондықтан (2) электродта тәж разряды пайда болады. Шаңы бар газ аппараттың төменгі бөлігіне (4) шүмек арқылы беріледі. Тәж аймағына жеткенде шаңның аз бөлігі оған қонады, ал көп бөлігі теріс заряд алып, оң электродқа қарай қозғалады. Тұндырғыш(3) электродқа қонып, бөлшектер оған өз зарядын береді. Қабырғаға қонған шаң аппараттың төменгі бөлігінде жиналып, шығарылады, ал тазаланған газ (1) түтікше арқылы шығады. Түтік тәріздес электрофильтрлерді әдетте көп секциялы етіп жасайды.

Бұл процесс үшін шаңның электроөткізгіштігі өте маңызды, өйткені ол аз болса, тұндырғыш электродта (3) шаңның қалың қабаты жиналып қалады. Біріншіден, оны тазалау керек, екіншіден – ол кері әсер туғызуы мүмкін, яғни оң иондар пайда болып, олар бейтарап молекулаларға бірігеді, тазалау тоқтайды. Тазалау дәрежесі өте жоғары – 99 %, энергия шығыны 0,1-0,8 кВт/сағ 1000 м³ газға.

3. Электробөлу (сепарация) және ыстау. Ұсақталған, әртүрлі электрөткізгіштіктегі бөлшектерді электр тәсілдерімен бөлуге болады. Бұл үшін барабанды тәж – электростатикалық сепаратор қолданылады.

С
епаратор былай жұмыс істейді: қоспа бункерден (4) дөңгелек тұндырғыш

3 – сурет

электродқа (5) түседі, ол материалды тәж аймағына (2) электродқа кіргізеді.

Бұл жерде бөлшектер заряд алып, (5) электродқа жабысады. Біркелкі емес электрөткізгіштік әсерінен, бөлшектердің барабанға жабысу күші әртүрлі. Сондықтан бөлшектер одан әртүрлі уақытта бөлініп кетеді. Бөлгіштер (7) арқылы, бөлшекктер қабылдау бункерлеріне 8, 9, 10 түседі.

Электробөлуді ұн өңдеу, шекілдеуік, бидай, металл бөлшектерден тазалау т.б. процестерде қолдануға болады.

Әсіресе, электрлік сепараторлар төгілгіш тамақ өнімдерінен темір бөлшектерін табу үшін тиімді. Мысалы, ұсақталған желатиннен темір бөлшектерін табу үшін қолданылады. Бұл үшін барабанды тәж – электростатикалық сепаратор ПС-1 (30-40 кг/сағ) қолданылады. Тұндырғыш электродтың ұзындығы 150 мм; диаметрі 150 мм.

Тазалау дәрежесі – 99,8 %, процесс өте тиімді. ПӘК - 92-98 %, энергия шығыны 0,1 кВтсағ/т.

Электрмен ыстау дегеніміз - ыстау түтінінің құрамды бөліктерінің тамақ өнімдеріне қонуы, әрі бұл процесс ерікті иондалуға негізделген.

Түтіннің өнімнің бетіне қонып, оның ішіне өтуі өнімді қоңыр алтын түске бояп, арнаулы хош иіс және ыс дәмін береді, әрі бактериялық және тотықтырмайтын әсер көрсетеді. Түтіннің орташа тығыздығында электрлі ыстау процесі жылдам, 2-3 минутта өтеді. Бірақ бұл кезде кебу болмайды, сондықтан оны жылумен ыстау процесімен салыстыру қиындау. Бұл үшін инфрақызыл сәулені өнімді кептіруге қолданса, салыстырмалы нәтижелер алуға болады.

Э
лектрмен ыстаудың бірқатар жолдары бар. Ерікті иондануды тұрақтандыру үшін өте біркелкі емес электр өрісі, мысалы, сым темір мен жалпақ пластина арасындағы, қолданылады:

4-сурет

Б
асқа түрде: өнім жай электрод түрінде қолданылады, ал тәж электродтары өнімнің екі жағында орналасады:

5-сурет

Бұл жағдайда электр өрісінің біркелкі еместігі тұрақты емес, яғни кері тәж заряды пайда болады. Бұдан өнімнің бұрыштарында ыстаушы заттардың қарайған дақтары пайда болады.

Алдын-ала иондау процесі кең тараған. Иондау торынан өткен түтін ионданып, өнімге қонады. Бұл әдістің кемшілігі – торға жақын орналасқан өнімнің бөліктері көбірек ысталынады. Электрмен ыстау, әсіресе оның физика-химиялық мәні өте күрделі. Ол мына факторларға байланысты: кернеуге, электродтардың арақашықтығына, түтіннің қозғалу жылдамдығына, оның қоюлығына, құрамына т.б.

Электрмен ыстаудың физикалық негіздері мынада- ыстау түтінінің құрамды бөліктері электростатикалық қүштердің әсерімен өнімнің бетіне қонады да, диффузия заңы бойынша ішіне өтеді. Өнімнің бетіне қонған заттардың мөлшері электр өрісінің кернеуіне байланысты.

Өнімнің ең жақсы түсі 4 кВ/см кернеулікте алынатыны анықталды. Өнімнің ысталу дәрежесін анықтау үшін түтіннің оптикалық тығыздығы арқылы өрнектелген, фенолдардың мөлшері алынған. Кернеу неғұрлым көп болса, соғұрлым ыстау жылдам болады, ал электродтардың тиімді ара қашықтығы 70-85 мм. Түтіннің тығыздығын арттыру да көмектеседі, бірақ тізбекте ток өседі.

Түтіннің тығыздығы шартты көрсеткіш, өйткені жалпы қабылданған бірлік жоқ. Кейбір зерттеушілер түтіннің тығыздығын анықтау үшін, фотометрлік приборлар қолдануды ұсынды. Бірақ бұл әдістер кең тарамады. Бұл шаманы дұрыс түтіннің бөлшектерінің мөлшерімен көрсеткен дұрыс.

Электрмен ыстау кезінде радиусы 2,0-3,5 мкм, ал жай ыстау кезінде радиусы 0,75-2 мкм бөлшектердің саны көбейеді. Фенолдардың сапалық құрамының айырмашылығы жоқ.

Электрмен ыстау аппараты мынадай элементтерден тұрады: жоғары вольтты түзеткіш тетік, транспорт құралы бар ыстау камерасы, түтін шығарғыш. Бұдан басқа, түтіннің тығыздығын, температурасын және ылғалдылығын бақылайтын және реттейтін приборлар қолданылады. Кейде приборларды кептіру және ысыту тетіктерімен жабдықтайды.

Электрмен ыстау аппараттарының қауыпсіз жұмыс істеуі үшін, жиналатын статикалық зарядты әкетіп отыратын автоматты разрядник қолданады.

Транспорт құралына қарай электрмен ыстау аппараттарын шартты түрде – көлденең және тік деп екі топқа бөледі. Көлденең аппараттар жіңішке, бірақ ұзын болып келеді. Бұл аппараттарда түтінді қолдану тиімдірек, әрі көлденең аппаратта өнімнің кіру, шығу жерлерін бітеу оңай, мысалы, ауа шымылдығымен.

Германияда көлденең қондырғыны үздіксіз сосиска шығаратын өндірісте электр ыстау үшін қолданады. Ыстау - түтінді электростатикалық жолмен қондыру, шыжғыру - инфрақызыл сәуле арқылы іске асырылады.

Көлденең және тік аппаратардың біріктірілген түрі өте қолайлы. Бұл аппаратта үш тәуелсіз көлденең конвейерлер орнатылған. Өнім бірінші инфрақызыл сәуле шығарғыштары бар жылумен өңдеу камерасынан өтеді. Осылай өнім бір жағынан өңделеді. Содан кейін, арнаулы тетікпен өнім екінші конвейерге түсіп, өңделмеген жағына бұрылады. Соңында өнім үшінші траспортерге түсіп, онда суытылады.

Балықты электростатикалық жолмен ұнға аунату. Ұн балықтың бетіне электростатикалық өрістің күшімен қондырылса, жақсы жабысады, өнімнің сапасы жақсарып, ұнның шығыны азаяды. Ұнды шаңдату және камераға беру ауамен жүргізіледі. Ауа желдеткішпен полиэтилен ауа өткізгіштері арқылы электродтар мен транспортердің арасына беріледі. Балықты электр өрісінде ұнға аунату оның бетінде тығыз, жұқа және біркелкі ұн қабатын алуға мүмкіншілік береді. Электр энергиясының шығыны – 2кВт/сағ. Ұнның шығыны балықтың ылғалдылығына байланысты 30-50 %-ке азаяды. Қондырғының бетіне қонған ұнның мөлшері 0,2-0,5 %-тен аспайды.

Өрістің кернеуі 400-600 Вт/см-ге жетеді. Егер бұл қуыстың қабырғаларының ара қашықтығы аз, ал будың қысымы төмен екенін ескерсек, электрлік бұзу (пробой) пайда болады, яғни спектрдің ультракүлгін бөлігінде сәуле шығарылады. Бұл ультрадыбысты4 химиялық әсерінің негізгі себебінің бірі болып табылады. Электрлік бұзу (пробой) құбылысы сұйықтың сәуле шығаруымен (люминесценция) қабаттасады.

Лекция № 5

Тамақ өнімдерін өңдеудің импульстік тәсілдері.

1. Жалпы мәліметтер.

2. Импульс разрядының химиялық және биологиялық әсері.

3. Магниттік және электрлі импульстік аппараттар.

Электрофизикалық тәсілдер үшін тек мөлшерлі ғана емес, сапалы өзгерістер де тән. Импульстік энергия әкелу кезінде осындай өзгерістер болады. Өте аз уақыт арасында энергияны бөліп алу мүмкіндігі мүлде жаңа технологиялық процестер құруға жол ашады.

Импульстік энергиясының көзі ретінде әртүрлі системалар: механикалық, гидравликалық, электрлік - импульстік, магниттік - импульстік, оптикалық және т.б.

Электрлік импульстік және магниттік импульстік жүйелер үшін энергия көзі ретінде ток ипмульстерінің генераторы (ТИГ) қолданылады, айырмашылық тек электр энергиясын механикалық энергияға айналдырғышта.

Электр импульсын алу үшін импульстік генератордың мынадай бөлшектері қолданылады: жоғарғы вольтты трансформатор, түзеткіш конденсатор батареялары, разрядник коммутатор. Электроимпульстік тәсіл конденсатор разрядталған кезде сұйықтың электрлік импульстік тесілуіне негізделген. Энергия өте тез бөлінгендіктен ұшқын каналы жылдам ұлғаяды, ал су аз сығылатындықтан импульс разряды кезінде суда бір қатар әсерлер пайда болады: жоғары импульстік қысым, ондаған мың атм; газ көпіршігінің тербелісі, соғу толқындары; сұйықтың сызықтық қозғалысы, жылдамдығы жүздеген м/с жетеді; импульстік кавитация; полидисперсті ультрадыбыс шығару; разрядтық электромагнит өрісі, т.б.

Б
ір импульс разряды, кемінде, екі гидравликалық соққы береді: бірінші – куыс пайда болған сәтте, екінші – ол жарылғанда.

Қарапайым импульстік аппараттың құрылысы – қақпағы бар корпустан

6 - сурет

1 – корпус; 2 – электрод; 3 – мембрана.

және екі электродтан тұрады. Кейбір жағдайларда, технологиялық себептермен ұшқын аймағын бөліп қояды. Пластинкаларды, дұрысы, жеңіл әрі берік материалдардан, мысалы алюминий құймаларынан жасау керек.

Пластинкалардың формасы, беріктігі, олардың бекітілу түрі, энергия көзі мен ортаға байланысты орналасуы үлкен роль атқарады. Электрлік импульстің мембранды жүйелері үшін мембраналардың әртүрлі орналасу түрлері бар.

М
ембрана аппараттарында электр өткізгіш мембрананы импульстік

7 - сурет

1 – корпус; 2 – индуктор; 3 – мембрана.

магнит өрісінде қозғау арқылы импульс алуға болады.

Генератордан импульс индикаторға беріледі де, импульстік магнит өрісі пайда болады. Бөлгіш пленкамен шектелген катушкаға жақын, оған параллель тоқ өткізгіш материалдан істелінген мембрана орналасқан. Индуктордың импульстің магнит өрісі мембранада құйын тоқтар туғызады, олар негізгі өріске қарама-қарсы бағытталған, сондықтан мембрана мен индуктор бір-бірінен кері итеріледі. Индуктор қатты бекітілгендіктен мембрана ғана қозғалады, бұл сұйықта болғандықтан, үлкен амплитудалы жалпақ қысым импульстары пайда болады.

Бұл аппараттарда негізгі факторлардың бірі – импульстік кавитация, оның аймағының тереңдігі мына қатынастан анықталады:

;

мұндағы: Р_а – амплитудалық қысым;

Р₀ – ортаның алғашқы қысымы;

Р_Р – сұйықтың тұтастығы бұзылатын теріс қысым;

С – ортадағы дыбыс жылдамдығы;

Ө - қысымның түсу уақытының тұрақтысы.

Сұйықтың тұтастығын бұзбай ұстап тұратын шекті күштің шамасына байланысты, әртүрлі өнімдер үшін жұмыс камерасының қолайлы мөлшерін есептеуге болады, бұл кезде импульстық кавитация жеңіл пайда болады.

Өте жоғары жылдамдықта киноға түсіру арқалы жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, мембрана сұйықта қозғалғанда пайда болатын гидродинамикалық құбылыстар электрлік импульстік аппараттардың жұмыс камерасында өтетін құбылыстарға ұқсас.

2. Сұйық ортаға жоғары кернеудегі импульс разрядының және ультрадыбыстың әсері бірдей. Зерттеулердің көрсетуі бойынша, ультрадыбыс өрісі заттарға химиялық әсер көрсетеді.

Импульстік разрядтың әсерінен тотығу, және қалпына келу реакциялары жүреді. Тотықтыру әсері Н⁺ және ОН^- радикалдарының пайда болуына байланысты.

Импульс разрядының әсері әмбебап. Оның белоктық системаларға әсері әртүрлі.

Миозин белок фракциясының өзгеруін еркін SH-тобының мөлшерінен, АҮФ-лық активтіліктен, ерітіндінің лайлануы мен тұтқырлығынан білуге болады.

Белок ерітінділерінен екі тәсілмен өңдеген: 1) сұйықта импульс разрядымен және мембранды электрлік импульс аппаратында соғу толқындарымен. Импульстардың шығу энергиясы екі жағдайда да - 700-720 Дж. Бірінші жағдайда – разряд плазмасы мен белок ерітіндісі тура түйіседі, ал екіншіде – белок ерітіндісі энергия өзгерісі аймағынан металл мембранасымен бөлінген.

Электрлі импульстің мембранды аппаратта, яғни электр разряды бөлінген, белок ерітіндісінің импульс санына байланысты қасиеттерінің өзгерісі байқалмайды. 750 импульс мөлшерінде ерітіндінің АҮФ-ның активтілігі, тұтқырлығы және лайлануы байқалмайды.

Электр разряды белок ерітіндісімен түйіскенде басқаша болады. SH-тобының азаюымен қатар АҮФ-ның активтілігі азаяды. 100 импульстен көп әсер еткенде фермент қуатынан айырылады. 125 импульстен жоғары қарай ерітіндінің оптикалық тығыздығы артады. Жоғарыда айтылған өзгерістер белоктардағы денатурациялық өзгерістердің, яғни молекулалардың бірігуін дәлелдейді.

Сондықтан, тамақ өнімдерін өңдеу үшін электрлі импульстік және магнитті импульстік мембранды аппараттар қолайлы.

Импульс разрядтары микроорганизмдерді жоятын, яғни бактерицид әсеріне ие. Соғу толқындары мен импульсті кавитацияның микроорганизмдерге әсері клетка құрылымдарының өте жылдам бұзылуына әкеп соғады. Бактерицид әсері ортаның физика-химиялық қасиеттеріне байланысты, олар кейде қорғаныш ретінде көрінеді. Сүтті электрлі импульспен өңдегенде бактерицид әсері импульстің энергиясына байланысты.

Микрофлораның жалпы саны өңдеген соң 5-6 ретке дейін азаяды. Клеткалардың саны азайған сайын олардың жойылу мүмкіншілігі азаяды, сондықтан мұндай аппараттарда толық залалсыздандыруға жету қиын.

Электрлік импульстік мембранды аппаратта бактерицид әсері аздау. Бұл әсер микроорганизмдердің түріне де байланысты. Мысалы, Bac. Coli. Bac: prodigium-ға қарағанда әлсіз. Ішек таяқшасына да солай. Импульстердің әсері микробтардың алғашқы концентрациясына байланысты.

3. Импульстік қондырғыларды құрастыру мен жасау электр генераторларын әртүрлі элементтерден жинастыруға байланысты.

Энергия жинаушы ретінде, жиналған энергияны қысқа әрі үлкен қуатты импульстар түрінде бере алатын, электр конденсаторлары қолданылады. Көбінесе қатты диэлектрлік конденсаторлар, т.б. түрлері қолданылады. Импульстерді құрау үшін әртүрлі құрылымы бар разрядниктер қолданылады. Көп жағдайда олар екі металл шардан тұратын система түрінде болады, бір шар қозғалмалы – бұл разряд кернеуін реттеуге мүмкіншілік туғызады.

Электрлік импульстік аппараттарға бір қатар талаптар қойылады: олардың құрылысы берік, импульстің күшіне шыдамды болу керек; материал таза; жеңіл құрастырылып, бұзылатын, электрлік жағынан қауіпсіз; изоляция берік болу керек.

Электрлі импульстік аппараттардағы ең күрделі түйіндердің бірі – оң және теріс электродтар құрайтын система. Электродтардың формасы аппараттардың түріне, технологиялық қолданылуына, электродтардың электрлік сипаттамасына байланысты.

Аппараттар электродтардың жұмыс камерасында өзара орналасуына байланысты мынадай түрлерге бөлінеді:

1. қарама-қарсы қойылған – біреуінің осі екіншісінің жалғасы болып табылады;

2. параллельді;

3. коаксиалды – бір электрод екіншісінің ішіне орналасқан; 8-сурет

4
. секциялы – орталық электрод жеке пластинка – секцияларымен қоршалған.

Ең тиімді түрі – система-үшкір (+) және жазық (-) электродтар – бұл кезде энергия бөліну тұрақты түрде. Теріс электродтар түрінде жиі технологиялық аппараттардың әртүрлі бөлшектері – қақпақ, түбі, қабырғалары т.б. қолданылады.Электродтарды изоляциялау үшін вакуумдық резина, шыныпластик, полиэтилен немесе олардың қосындысы пайдаланылады. Импульсты және мембранды аппараттарда көп элементтер ортақ. Электрод системасы екі түрлі – электрод-электрод, электрод-корпус.

9 - сурет

Ү
здікті жұмыс істейтін электрлі импульс аппараты:

1 – электродтар; 2 - диэлектрлік қақпақ; 3 – корпус;

4 - шығаратын түтік; 5 - кіргізетін түтік

Мембранды аппараттарда, әдетте, электрод-электрод системаларын қолданады. Мембраналар әртүрлі формада және әртүрлі орналасады.

10 – сурет

1 – тұрық; 2 – электродтар; 3 – мембрана.

Екінші жағдайда, мембрана цилиндрлі қабықша түрінде істелген. Энергетикалық жағынан бұл тиімді, өйткені ұшқынның бүкіл энергиясы пайдаланылады, бірақ системаның қаттылығы аппараттың П.Ә.К. төмендетеді.

Бірінші аппараттың жетімсіздігі – мембрананың бетінде газ көпіршіктері жиналып, соғу толқындарының өтуіне кедергі келтіреді.

Электрлік импульс аппараттарында маңызды фактор - кавитация – ескерілуі керек. Соғу толқындары пайда болған кезде, кавитация әсері еркін бетте, яғни сұйық пен газдың бөліну шекарасында көп білінеді.

Мембрананың шеттері қатты бекітілгендіктен кавитацияға қатыспайды. Яғни мембрана қатайған сайын кавитация аймағының көлемі азаяды.

Магниттік импульстік аппараттар құрылым принципі жағынан электрлік импульс аппараттарына ұқсас. Бірақ аздап ерекшеліктері бар. Олар үш топқа бөлінеді: 1) сұйықта қысу күштерін туғызатын аппараттар; 2) сұйықта созу күштерін туғызатын аппараттар; 3) үзуге жұмыс істейтін аппараттар.

Электрлік импульс тәсілдерін қолдану технологиялық проблемаларды жаңаша шешуге, кейде мүлде жаңа процестер жасауға мүмкіндік береді.

Электрлік импульс разрядының бөлшектеу қасиетін тамақ өнімдерін гомогенизациялауға пайдалануға болады – маргарин, май, сүт өнеркәсібінде. Бөлшектеумен бірге электрлік импульстік разряд бактерицидтік әсер көрсетеді, яғни пастеризация немесе стерилизация жүреді.

Біраз уақыт бұрын сүйектен май алудың гидромеханикалық тәсілі қолданыла бастады. Ол май клеткаларының қабырғаларын импульспен бұзып, олардан май шығаруға негізделген. Гидравликалық импульстардың көзі ретінде айналып тұратын балғалар немесе ұрғыштар (билы) қолданылады. Май шығару қыздырусыз іске асырылады, сондықтан алынған майдың және сүйектегі коллагеннің сапасы жақсы. Зерттеулер көрсеткендей, майдың шығуы гидравликалық импульс пен пайда болған кавитацияның нәтижесі болып табылады. Майдың өте таза алынуына қарамастан (қалдығы-2 % ), сүйектің өте ұсақталып кетуі қиыншылық туғызады. 30 % -ке дейін жеткен ұсақ сүйекті желім және желатин өндіруге қолдану қиын.

Импульс разрядын май алуда қолдану сумен кетіп қалатын май мөлшерін, аса ұсатылып кететін сүйекті және электр энергиясы шығынын 1,5-2 есе азайтады. Сүйек пен судың ара қатынасы 1:2 ден 1:4-ке дейін болғанда аталған көрсеткіштерге қол жеткізеді.

Импульс разряды ІҚМ терісін тұздауды жылдамдатуда қолданылады. Генератордың көрсеткіштері: болғанда теріде тұздың жылдам жиналуы қамтамасыз етіледі.

Импульс тәсілі сұйықтарды қозғай (көтере) отырып, оларды залалсыздандыруға көмектеседі. Ағып шығатын өндіріс қалдық суларын импульс разрядымен тазалауға болады. Толық бактериялық тазалау үшін 1 м³ суға 0,1 кВт - сағат энергия жұмсалады. Тым кір су үшін ол 1 кВт – сағат дейін өседі. Толық тазалау үшін суға катализатор қосу керек.

№ 6 лекция

Тамақ өнімдерін өндірудің пульсациялық тәсілдері

1.Пульсаторлар және олардың құрылысы.

2.Тамақ өнімдерін өндірудің пульсациялық тәсілдерін қолдану.

Импульстік тәсілдерді қолданумен қатар, төменгі жиіліктегі тербелістер және болашағы зор пульсациялық техника да тамақ өнеркәсібінде жиі қолданылады.