автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.13, диссертация на тему:ТЕРМООБРАБОТКА БЕЛКОВОГО ТЕКСТУРАТА ИЗ ПРОДУКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

ттстврстбо висеть и сршего сптшлшо овраэmata к»CP

московский ордт трудового красного шшеж • шшошчвсаия ивошп шарвой щчжшшюсш

В» правах руклаж« ^ л j л ал <wj*6<te¿ro полмоввнжя

a-uu-i > ^д ооопяп

КОРОЇНОВ Bífirrop Ктзьшгч

Ш 664.3V641.6 .002.ЫО.43.3)

ffiFMOOiPABOlXà ШК0В0Г0 ТИСТУРЛИ КЗ ПРОДУКТОВ РАСШПїШЮГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ в эднпкштшшш

^ появ сашшсских частот

г^Ч Соешадыгость 05Д8;К - Прошсон ж аппараты

^^ шцешх ароиаведств

Автореферат

двссерсащш яа со*скание учешЛ

кандидата твхшгискжх Наук

Йосква - 1935

Работа выполнена во Всесоюзном Научно-Исследовательской я Экспврю»вн*»хьыо-«о11сгрухторском И« с г* туте продовольственного мажвосгроеккя /ВНИЭКИврадиаи/ я Ыосковском оріена Мінового Красного ЕЬаненж технологическом институте шмево! аромьвыев-■оотя /ЖШй/.

Научені ружоэоджтель - доктор техшпескжх наук,

профессор Остапеиков ¿,11. . ОфгашАши ошзоненты - доктор театагчесх&х науи,

профессор Деончвж В,И.

кандидат техютеских наук, доцент

Большаков С Д. Ведущей предприятие! ВНИМШ

Запета оостсится на заседании сде-

цщалвэвровьлвого совета К,053,51.07 Московского ордена Трудового Краевого ЗЬаиеня технологического института пищевой прошлыек-востк по адресу; г. Иосх»а, Волоколамское шоссе, д.

С диссертацией мошо ознако миться в библиотеке института. Автореферат разослан £ І9Є5 г.

Ученый секретарь Спецваляв»ровашіого Совета к&нддцаг техютесюсс «аух»

доцент И Л. Савана

ШДЛЯ ХДРХ'ГШТОША РАБОТЫ .. В диссертации предложен и реализован процесс термообработки . белкового текстурата из продуктов растительного происхождения в электромагнитном поле сверхвысоких частот, решены вопросы конструирования соответствующего оборудования, приводятся результаты его экспериментальной проверки. ДхтуадЕнрсть Проблемы

Выполнение решения майского Пленума ЦК КПСС по реализации Продовольственной программы СССР требует изыскания новых технологических процессов для шцевой прошллеиности, сйеспечивагкцих ■ резкое повышение эффективности применяемого оборудования, более полного использования сырьевюс ресурсов. Одной из реяапцих эа- -дач, на выполнение которой направлена Продовольственная программа СССР, является' повышение производства продуктов питания, в том числе расширение выпуска пищевых продуктов,. обогащендах белками, витаминами и другими полезными компонентам». Эффективность решения этой социально-экономической я политической проблемы в Сольпей степени определяется воэиокносты) широкого применения достижений современной науки я техники* Необходимый темп расширения объема производства.продуктов питания мсхет быть дости» „ут за счет о;?« временного использования ках традиционных, так и качественно новых методов производства.

Особое значение приобретает разработка технология получения новых видов пищевых продуктов высокой биологической цен-, кости с белковыми добавками растительного и животного происхождения. : ,

Суть новой технологии заключается в получении новых форм пищевых продуктов в виде "разбавителей* я "аналогов", кмиткрув-прх элементы структуры натуральных продуктов, путем образования

РГАУ-МСХА "

имени К.А. Тимирязева ЦНЬ яменн Н И. Железное» Фонд научный литературы

' № .Нус?Г I

К8 Лужков, нляриивр рас тигельного проасшадеюн^опрвделенннх йехко_д структур, Введение в состав мясных продуктов кшгае-кояцевтратов белковых "раабавягелаИ" выдвигает проблему сохра* ведая качасгва готового продукта. Ее решение связано как с разработкой метода получения белковых текстуратов, обдадшздкх комплексом необходима* функциональных свойств, так и с разработкой методов расчета а проектирована» ояещавьного оборудование, поввошдавего повысить вффекгкввооть их получения.

В восхотев вреыд шшви та перспективных ивтодов получения текстуратов является иетод необратимого нраоконцевтрированвя белковых систем дл» гзаморгшшаяиа-оттакюня я?, основании* на способности белков, выделенных яз продуктов животного и растительного происхоадешш, денатурировать пра медленной эаиорахл-вашш их вадных двсаеренй. Последующая фгасавдя полученной структура производится о помощью нагрева» Оцвшю» црнианв&шв до сих пор тршсошотш» метсдн »адова еаморокенного продукта обладаю? суиэсгвенншд нвдостатиаш.Свда следуетотпестш большие потери белка Сдо 50%) вследствие длительного л неравномерного нагрева» бактериальную обсемененвоеть получаемого продукта а вязнув про-нэвсшятвльяость процесса«

Поышение эффекта ваости данного технологического процесса удалось добатюя путей применена« влектроиагшгтних оодеВ сверхвысоких частот (ЗЩ СВЧ) •

В с вяза с еттш наунша исследования, связанные с разработкой способа процесса термообработка белкового текстурата в ЯШ СВЧ ж проектированием соответствующего СВЧ-оборудоьания, лозваш>-Чего звачктедъно повысить й44ектнвяостъ данного катода получения белковых тввстуратов, квлттся актуаяьшлш. Цель и задача исследований

Цмы> данной диссертационное работы является исследование

я разработка процесса нагрева белкового текстура га на продуктов растительного проясхоюэкяя в иектрояагвятяом воле сверхвысоких частот, а также создание «втодов проектирования соогветствую-оего СВЧ-ойорудоьавия дшс ведения данного вродэсса.

В соответствие о указанной цель» йыля поставлены я ресхгась одеоувде юдш*.

- «сследовшше »яектрофиэнчееких тароктерястжк (Э5Х) соевого Оелхового текстура та (СЕТ) в эавкашосга от температуры на частотах 9X5 МГц я 2375 КГц;

- ■«следование тепло^яэяч в ских харалтвристн* (Т31) СЕТ в заемом«оста от температуры;

- теоретические расчета к экспериментальное определение температурных сфо^ашей образцов СЕТ при нагреве в <ОД СВЧ}

- разработка вксоериментальной установки для осуществления протеса термообработка СЕТ с понокьв СШ-внергопсдвода 1

- определение оптажалькгя режаюв терюооработкя СБТ в СЫН СВЧ с еюиэцьп метода матеиатпеишго шшшровання «кспердоеят»;

- экспериментальная оценка вф$ектввностн разработанной ашш-ратуры я шиучевнах технологических режимов »рюобработет,

Наэткад в^зва

Впервые применен СБЧ-энертотадвод дял термообработка СБТ с озлыэ получатся продукта с четко сфэриарованноа структурой ирг , мияямальнах потерях белка. Разработанный способ получения белков« техстуратэв иа продуктов растительного щюясховдекяя с 1 ксоольвоваккем ЗИП СЗЯ ващищев авторски свидетельством.

Разработана методика намеренна адактрофяанческях херах* тервспк СБТ, предстаалдацего собой схожнув гетерогеннут систему, в аавясямосга от температур« путем измерения оимлмо твердя я хклхоВ фаз мсяиЗиторовагашм методом короткого яшшшвхя а волноводе я методой варианта толщины диэлектрика с пссимдувски

расчетом ЭМ, всходя из теории смесей.

Построена математическая модель взаимодействия ШП СВЧ о рабочей средой тява гетерогенного волокнистого текстурата с учетом теио&роводноспг иссладуеиоА среды, освсвштая на треборанкн оптииивадаа процесса тосиавляя онертии ЭШ1 СВЧ а рабочем объеме.

Разработана методика проектирования СБЧ-конвеЙерноі уста* воввз для тердообработаи беяковід тексттратов и произведен расчет ев основных узлов: рабочей СВЧ-камеры, согласующего устройств^! еащЕіянх ПЯЮЗОВ»

Нсвязна предложенных устройств защищена четырьмя авторски-ыл свддетежъстваш! яа вэобретенае.

Кйій?ИЕа-дсшд9Швй

Теоретические нсследоваггая процесса термообработка СЕГ в ЕШ СВЧ выполнены ва основе теория теагопроводаоста а электро-дтаамдм о использованием методов срвкдедвой я вычислительной иатеиатшш» Пря проведення вкспарементальша «Сйледоьанай опре-, деляги: эледтрорвяческяе характеристики СБТ модифицированным методом короткого аамыханпя в волноводе а методе*! вариация толщина дзвлгятрияа на вадяоводноЛ в коаксиальной измерительных лани-вц теалофизнческне характеристики - фондовый иетодом; потери белка - по -їоуря; бактериальную обсеменеиность - по общепринятой методике; температуру - гроиелысоаалевшя термоаяраьга.

При спредедекші оішшшшшх режимов термообработки ксполь-вовадась ваморсоенвые образцы ваша дяскерскв соевого белка, расположенные в диалектрических контейнерах, которые помещались а рабочую веет «ссоеримбвтахьноВ конвейерной СВЧ-устаяовки. Образца подвергалась термообработке согласно предварительно разработанной матркш експершента, позволяющей после расчетов ио-лута*ь матеиатетаское описание процесса и его оптимальные режаиУ, Отшш качестм. полученного продукте, проводилась кутем из-

ивреняя потерь белка, структура-визуально.

Результаты вксперихвнтов обрабатывалась по математжко-статистаческо»іу иетсду иадманьших кванротов на ЗВИ BC-I022.

Вшод авпрокиагарующх выражений для электрофизически r теаяоЗааичестах характерисипс СБТ осущеотвлйэтся так*э на 3LI ГО-І022.

■ ^Практическая сетость

Преддожеанкй в padoTe способ полутеяяя белкового тексттреста кэ продуктов раотя тельного происхождения о ясаользовашты СВЧ-иагрева позволяет значительно снизить потери (Заскока м-шести (до7>) я обеспечить возможность тзгздвкя арсдуата о висотами функциональными свойствами» fea^a^iff я вкеяперти

На базе оолучешшх в днссертащшной работе результатов разравотаяа к внедрена в Производственном объедилвтга 2КШЮСС! на Иосковском 'ааводе шсдеьмх концентратов * 3 эхсаериментадь-; ноя конвейерная СЩ-установка ирсаэшядтеяьнооты> 10 хг/чао (по готовому продукту), В 1985 г, согласно теїапгаесжому плану ВЩЭКИародиащ приступал к изготовление ОПЫТНО-ПрОИШИКНОГО o<J-> разца СВЧ-вгрегата дяя термообработки СБТ проавведятельностьв 175 кг/час. Охвдаемый екоиокичеокий 8$ф&кт от внедрения данного агрегата составят 94»4 tuc»pytJ» в годі Атюбащя Работы

Осаовкые результаты работы дожжены ва: постоянно действующем семинаре "Теорія в практика пряме-* нения адектроЗнэнческнх методов в шпдавшс отраслях цромышгев-ноотиі г.Москва, ИШШ, 27 апреля 1973 г.; Тї>етьей ваучн »-технической конферс.шни по применение СБЧ-эаергетиот для ясследо* вагедьскшс нелай я интеЕсифвкащв технологических профосов, г.Саратов, 30 октября I960 г«} Первой Всесоюзной яаучно-теЗЕН-

ческа! конференции па р&зрайоткл процессов получения комбгкиро-т^^лг цясодродухтов, г .Москва, 25 ноября I3S2 г.; Бсесоюааои соведана» во фюичесхо! поста струитерированных швдввщс пеанов, г. Зшашк Э1 хая 1983 г. '

Ре вульгаты работы отражена в II пуЗдикацаях* ' Ордгитиьиоьть результатов дассартагаккгаого всоледошнжя подтверждала пяты? авторскими стлетйдьстьачя, "" ¿

Стстстя» и обми ввДотн •

Двйсертещгоивйв работа состоит ка введения, схЗзора литера-турн. вкопвримевтальвой чаотн, шведов, перечня вевользованаов литература отечественных я заруйежяхх авторов (134 ссылки) в . вдятавшш, Uarepsax наложен па 282 страяидах, аз которых Ш страниц основного текста,; содержит 16 тайекц, 30 рисунков к в щвхщеяхв»

содихшв рдшш

Во шидешм обосновывается актуальность теш, форыуларув'эся цель исследование а характерна ух>тея направленна вс&иед&в&ввЯ.

Щ gspppft rjajy jpfofgprpffa^ приведен авадиэ основных методов получения бастоиа гекогуратов, кратко рассмотрены их оо-еавшм достоинства я недостатки. Доказало, что вшмшяшее ьро-ин, *ах »сама перепелтхвнна, оценивается метод тхяучопия белковых текстуратсв seotJpanonai кряокоырятрнрованна« бедкошх с*стен pstawroorrj прсисиядеквл хая метод ^ванэрахиввквв-огтан-вання2. Оодяо* ордеваншв градодгаввка мтаде нагрева привода» к бохшш потерям Овдка, поэтому выбор в($вктишого способа тбрюобрвйода имеет большое аяачеяие. '

На освов* cyajeomyussji методов рааморахндоихя г^тг""" про» дужтов показам преимущества СВЧ термообработки, поввашадаД . лостягяуть высокого качества. обрабаткваежа: продуктов при сиюа-

- 7 -

яян ихнепрожзведктелышх потер». f .

Приводятся авагаз раэнатяя совреневито состоаялХВЧ-твЕ-* вики в СОТ1 а за рубахом, показаны преимущества СВЧ-устровств конвейерного moa кал устройствами аеркодшесяого действия.

Подчеркнуто, что дляосущеетвлвняя процесса термообработки замсрохеншос вшива дисперсий белка о падью получения белковых текотуратов требуется создание оригинального СВЧ-уотроаства,. уяовлетвордадаго следуифги основным спеивфпескя требованием:

- обесаечекгао высокой кошзрнтрадак енерга: ЭДН СВТ в об-ье-ие СБЧ-рабочей камери для получения необходимого высокого тейпе нагрева;

- оптимального согласования СВЧ-генервтора с СВЧ-рабочей камерой, необходимость которого обусловлена наличием в продассе термообработка обрабатываемого продукта фазового перехода лед--пздкость;

. — обеспечению аадежаоВ защиты обс^хнваьщего тшрсопаяа от влектромапштного СШ-излучения введу спетфгаш прмешяиоги технологического вротсса. J

Лака сравнительная опенка источникам пищевого белка jacta-теяьяого происхождения, показано, что белок соевых бобов по своей пицевоа ценности кдаига^тся на одно ва первых мест в ряду заменителей нпоа я белковых ингредиентов при производства мясопродуктов и онщэюшентратоя, .

Во рторрЖ ргаве диссертации оаисапы исследования влектро-фізнческях я тешгофяапческях характеристик СЕТ, Равработка рея-дагшшс моделей, отражжщгх взайюдеаетвие СВЧ-яэдучекжя о обрат бативаемым продукте«'И квдяюдахся научной основой процесса его parpeва в ЭМИ С?Л, швор частоти электровагиитяих колебания требуют предварительного изучения дйшшх характеристик.

В отечественной я зарубежной литер«туре отсутствуют данные

- в -

об ЭФХ к таХ СБТ ж мх аадасамоота о« температуры на рааяыг чао-тот ах, что л определив веойходвмовть про веде коя ооогветстеу»-цвх исодедаганнв*

Анализ сущеотвушах методов я змореная ЭФК в учетом оообея-воотві сщешх орех показал,' что для их исследования пряыенаш, % основної,методе* основанные на использования волнокщкых я

V * .- - , ' ' '

еоаасжааьных кшервтельша лянжа. Поскольку СБГ представляет собой ДЕУХХОМПОН0птнус гетерогеннуп систему о хаотическим расположением компонентов, соетоядей из сухого белка и жидкой фазы* «о измерятьв целом ЭФХ такого продукта не представлялось воз-1Кжеш> Поэтому измерение ЭФ1 каждого на компонентов провадили раздельно о пооледухшш со лученаем оуимярянх характера сток рао-четшм путем, В процессе хооледовашіа ОФІ жждкоВ фазы определяли методом ттут"» толянны дяэлектрмва, а ЭФХ сухого белка -' - моюфияфоэанаш методе« короткого эашгаашя ь волноводе. Словчат*львы! реочет давша харвхтеїжотяв проводная по формуле* В.И.Оцеаеткого для двухжоыпонентнов омега о вржйлизжтельво равноудалена»* яшпелшмя;

■ ■■ ¿-Щ*

V ^ && '

где . ^ ' ^'^^- ооответоттенто, длелектрячесвая цровжцае-. иоотъ миючеша я матрицы, .■<? > У - жовцеитрагиявключенла ь системе.

' Ооотьетотвенпо, по подобное фо^муяе определяются значения

• «Г* • • ■ • . ' V

Прежде« еннмА модфимроваивнв меток короткого замиканая В каноюдедля хсследованая Э1Х оухого белка заключается б пред-

верительном камеренин изменения ведячжны коеффацнента стоячей воїни оо напряжению (КСТв) в зависимости от толвдны слоя жссле— дуемого продукта о последующим установлением необходимой толхщан обрааю я оаредоленк* ориентировочного шюшя диэлектрической проницаемости продукта. Приближенное определение величины да электрической проницаемости исключает необходимость проведения в Даль-неОаем повто]ЕиЕ измерений на образ дах других тслщнш Для определения ЭФХ СБТ в зависимо©«* от температуры на разрешенных Для промышленного орнмененхя частотах 915 и 2375 МГЦ были разработаны соотве гсгвуицпе ексдерямеатадьнне установки о вршпкпи В0ЛН0В0ДН0& я коаксиальной измерительных линий.

Исследования, проведенные на данных установках,созволаля определить значения <о ш <£>" СБТ в широком диапазоне температур <253*353 К),

Данные зависимости представлены на рис.І н 2, Проведенные исследования показали, что в температурном яя-терваже 268*273 К происходит резкое возрастание ашпеняА <$' в , что объясняется изменением агрегатного состояния воды в продукте,

В области положительных температур величина СБТ монотонно снижается. Можно оредиодожить, что ато явленно связано о тем, что повышение температури действует на про ос со дхпольной поляризации двояко: в результате ослаблення межмолекулярных я внутроюяекулярвых связей ориентация дя полей ускоряв тся, а благодаря усиленно кх теплового движения замедляется, тая яак сальное тепловое хаотическое движение мевает упорядочении расположения полярных частиц в электрическом поле. Аналзз завасзлостей

<£' в области геяшератур 293*333 К позволяет сделать вывод о том, что значения СБТ возрастают в результате коагулядионво-денатурацдошых процессов, происходящих в белке, которые приводят

60

[ - ■VI

4(1 " \ 2375 МГц *]

г< е 30

20

1 10

у-.

253 263 273 283 293 ЭЭЗ 313 023 333 343 353 363 т.к Рис.1. Зависимость диэлектрической проницаемости <£' СБТ от температуры.

30 „ ' »

25 ч , 915 МГц

20^

15 2ЭГ75 НТц^

10 **

] Й -

V-

253 263 273 283 293 303 313 323 333 Рис.2. Зависимость коэффициента диэлектрических потерь <5" СБТ от температура.

- H ~

к росту удедьноа ароводиоотя. При дальнейшем повипеяик темвв-раттры проісходвт окончание прошсса двкагураии* 4еяха л еиетв-ижя мояотояко снижается. ' . \

Окиралсь на измеренные вначепая ж , duxs расо» \ таны эавхсмюстн тангенса угладаадектргмсіаіио»!»» глтСі^а проккквовеияя к паэффндонта еатутаяия СВТ->вя«рге* в СБТ в дна-». вазоне темпореттр 253*053 К. Аналяэаруя даннш» вавяамости, мо*-яо сделать следутеие вывеет. ГлуОана цроншотоввнжя ШО СВЧ » СБТ еждьно зависит or температуры его нагрева. С увеличением ««а«-» ретуры татрева текстурата глубина проижкяовекия падает, в ховф-Зшщевт аатухешв растег« Причем значення втих параметров ваш-сят от применяемой частота СВЧ-ямученяя, Т.е»ва частоте 915 1£й* глуОака проншиюоетая СВД-вввргин в СБТ Оолъав, «ем еа часто« 2375 КГц при сшшвеошх аначеняяг температур образца*

Паяучвшшй экспериментальный матеріал целесообразно пред» ставит» в вдав шпврвчесяях форму*, которое в даяьлейюммогут Ou» вевольеованы дм расчет овтяыавдкх режяиов TejwoodpedotiŒ СБТ в ЗИП СЕЯ» Поэтому методе»« математического хнгерооыров&няя были получены аваянткчэскяе вираженая MX СБТ в диапазоне температур 253*353 е в шде уравнений регрессм о мнтшагаго остатот-вой жнсверсией. Результаты прадедеяц в тайгацв Растем проводились на ЭШ EC-I0a2 v ,.

Уравнения регрессия о шввиаиво остаточної днеперагеі дія SBBgcBMOctelt: é' CET ot температура оря частотах. 915 МГц и 2D7S КГц

. Тайип» I.

<£' ' 253*273 2375 " <£'• 57,7-15,71+1,69^ -

О/ЗТв^+О.ООІЗ?4

- ІЗ -

Прадояхешю radjr.I

Параметр (Диаиавоа

(температур.

! Частота,! I ЫГЯ Л

Уравнения регрессия

I

& '■ 373*353.

■ - ® •

6' 1 253*273

<§' .273*353

■<£'■' , 253*373

<< оС

273*053'

ê* 253*373 6* 273*363

253*274 273*353 253*274 274*353

2375 ^.о-одогг^о.ооїмт3--О.ООООІвІ3

эк <&' нзі,з-іб ,от+1 .îiî^-o.oaxeA

+0.X3ST4

915 ê' «60 ,tW3, 052ST-0.ОСИМбї2 2375 «'«8,^,32^,261^,0^

0.00022T4 2375 «8, 14*0,224î*0,002612-

0,0000471® 915 é'^8,4-5,6ST+0,694r-Q, 03571^

0,000694т4 »

SIS <£*-J8,&fÛ,26IT+0l00IÛT3-0,000042т3

2375 oC -23,4 exp (0^10Э)Т 2373 =24,3tI,23T-0,0085632% ' 9X5 =18,6+1,87Î+0,Ê05932

915 << «гі^^т-о.оозєт2

Экспериментальные ксамдоввшв ®X CET a диапазоне температур 233*353 К бшm проведена во вдовим методой, ©саованнои ва «с» сголеовают тепложвергоонных свойств термопары.

*

Данные исследований проведены варнс.З, Анализ приведенных aasacatocreg показал, что коэф|шшент теплопроводности Д в »аачителыюй степеня гавнсжт от структури продукта. Белки сравни-'. мльно легко ивмевяот структуру своих макромолекул щш воздействия равлпши фиежческм {акторов. При нагревание растворов белков

Fnc..l. Зависимость тепло>іаическкх характеристик СБТ от температури.

происходит же частная идя подвал денатурация, в свяви о чем изменяется первоначальная структура белковых макромолекул. Поэтому, вследствие денатурацян белка зависимость имеет соответ-

ствующий акотремуи, Вд^^гша аспектом на лгмененле Ж£ СБТ о температурой надеется перераспределение в век газовых включений^ Подоб-шш образен можно тегае объяснить появление экстремума в зависимости . а монотонный рос* коаВивдента температуропроводности а , повидкмому, связал С некоторым отставанием изменения с СЕТ по сравнению о изменением А СБТ от температура.

Аналитические вырехешш ИХ СБТ в зависимости от температуры приведены в таблице 2.

Уравнения регрессия с минимально остаточной Дисперсией для вависимостей А, , & СЕТ от температур«

Габлит 2

Параметр т^шртЦ Уравнения регрессии

А а cS> 283*353 X =0,286+0,0I49M.00I612 283*353 Q =0,133+0,000095Т £В3*353 CtP «=2247,59+104,581-1,812

Такт! обрааом, so второй главе диссертации отражены результаты комплексна! исследований необходоыих Э5Х и ТЬХ СБТ, позволявших в дальнейшей провести расчет температурных профилей в исследуемом продукте в выбрать оптимальный рекам ого телеобработки в эмп свч.

В третье^ Г^аве диссертации разработана методика расчета температурных профилей ори термообработке СБТ в ЗЩ СВЧ, Для составления обоснованного алгоритма расчета температурных профилей быгз изучены особенности нагрева дпэлектрдков в СБТ-поде я

проанализированы физические механизмы данного процесса применительно к лицевым продуктам* в ток числе и к СБТ,

Решение данной задачи позволяет выбрать параметры СВЧ-ге-нератора для проектируемой установки, а также прогнозировать равномерность к тема нагрева. Определение температурных профилей в продуктах, ИХ и 3SX которых являются функцией температуры, представляет собой исключительно сложную задачу, не имеющей аналитического решения, особенно для сред, в которых возможен непрерывный фазовые переход, как, например, С1ГГ, Развивающиеся в настоящее время численные методы решения многомерных задач математической фяэяка позволяет прогнозировать о достаточной точностью распределение температурных профилей по толщине продукта, нагреваемого в ЗВД СВ7. Постановка задачи осуществлялась следующем образом.

Для случая нормального падения алектромапштной волны на ГполубйСкокечнув^ среду определенной толаданы распределение те»-" ператур в ней можно рассчитать по методу конечных разностей, согласно которому образец делится на тонкие слои. Используя уравнение Фурье для неустановдшегося теплового потока, рассчитывается температура в различных слоях для малых последо вательных интервалов времени, 5атем, исходя из уравнения затухания ЗЩ СВЧ в среде с потердаа, для каждого интервала определяется поглощенная мовцость в отдельных слоях* значение которой вводится в уравнение те плопроводво сти:

tfif'Art+Q ы

где Т*Т(Х,Т) - температура в точке,

ф*ф{Я,Т) - плотность тепловых источников, т.е.

колятество тецла,выделяющегося в едс-ницу времени.

-16 -

Кроме того, известно начальное распределение теклера туры в продукте, температурный режим на его границах. Известны ЭМС к Т5Х СБ! в зависимости от температура, а тагаге заданы параметри источника СВЧ-9нерпю

Следует отметить, что уравнение 2 нелинейное, так как иощ-вость объемных источников является нелинейной функцией температуры.

Исходя из принятой физической мадеяп, была численно решена одномерная нелинейная задача нестационарного тешгопереноса при термообработке СЕТ в СВЧ для одинакового уровня СШ-моп*-востя » 2,5 кВт и частотах излучения 2375 МГп, и 915 Игц. На ряс.4 приведены температурные профилз, полученные расчетным и вксиерякентадышы путем.

При анализе температурных проблей, подученных расчетным путем било доказано, что СЯЧ-гевератор с частотой излучения 915 КГЦ позволяет получить более равномерную картину прогрева образца во сравнению е СВЧ-генератором, работающим на частоте излучение 2375 МГц, sa счет бодьаеЯ глубины проникновения СВЧ-оиергиа в образец. Ках видно из рис.4 профили, построенные экспериментально несколько отличаются от расчетных. Данное расхождение возможно из-за допущения в расчетах отсутствия теплообмена между поверхностью образца и окружающей средой. При повышения температуры образщ имеет место перенос тепла с поверхности, который увеличивается по мере роста градяевта температур. Тем не менее* численное решение данной задача в достаточное степени точно отражает реально протекавшие тепловые процессы нагрева СЕТ в ЭМИ СВ5 и, несмотря на принятые некоторые допущеная, показало xopottyv сходажють полученных теоретически я експериментальних данных.

Таким образом, теоретические п экспериментальные нееяедова»

СБТ в ЭИП СВЧ на частотах 2375 МГц к 915 ЦГц при мощности С8Ч генератора - 2,5 кВт, ~

иия температурит профилей ops нагреве CET а ЭМП СВЧ позволило установить связь мехду неравномерностью нагрева продукта к его геоивтряческям размерами, что является необходимым пра инженерно! нетодигл расчета и проектировании СВД-устроДотв различного вагпачепяя» в том числе к для получения белкових тскстуратов. k В че^вертуц глава дассертводп рассматриваются вопроси разработки ж конструирования експе риЫепталыюЗ СЩ-устаношсн дм термообработки СЕТ. ПркеедешшЛ анализ суцествукигнх CBl-устрой— ств показал, что для получения СЕТ методом ^эамораташанял-оттав- ' ванняЗ наиболее верспектзшямма яшюттся СШ~устройства конвейерного тваа» оозвошмдо повысить надежность работы СВЧ-гекера,-тора еа счет оатиюльного режима его работы, пошспть теишю-вконоюческяе показатели процесса но сравнена» с установками периодхческого действия, обеспечить автотгнэапдс процесса тепловой обработке. Таким образом, прекыувества СВЧ-устаковок конвейерного типа определил* выбор конструкция экспериментального СВЧ-устройсгва для термообработки СБТ, Далее произведен анализ и расчет основных меменгов »дсцерименташгой СВЧ-коньеВерноЙ установки: рабочей СВЧ-камерм, согласувщего устройства к аоиятках птозов.

Наиболее ответственна* элементом СВЧ-устро йства яйлгсется СВЧ-рабочая камера, которая должна обеспечивать необходимую ровно-ме^ость я тема нагрева, оптимальное согласование имаедщеов генератора к нагрузка, а также необходимую злектрогериетхчность»

Ероваденвий анализ конструкций СВЧ-рабочах камер показал, что наиболее радаопальной адемрсяияампеской системой, обеспечивавшей високкй к равномерный темп нагрева, является разработанная в диосертаци ксжбжиашя пкрвмкцаяьного кхя сектор*адъного рупорного перехода о волноводным излучателем, наполненным в виде дополнительного отрезка прямоугольного волновода, вставленного в горловгоу рупора со скосом по его ирекой стенке на угол 16-18°

относительно плоскости движения конвейера в иаяравлеюга его пе-реиещеная. Введу того, что злектрофиэические свойства продукта изменяются в процессе. термообработки і диаграмма на ираме нноста излучателя должна быть неравномерной, т.е. в сторону входа продукта должна направляться Ъсйовиад часть излученной СШ-анергии; а в сторону выхода доля излученной' СВЧ-эдаргии ^Должна бить меньше. Цравдоженная кон струквдя авдщеаваяг авторский • свидетельством, способствует обеспечении высокого'неравномерного'темна нагрева СЕТ, удушению согласованйя СВЧ-^гаяератора' снаГруЗКОЙ'Н^ПОВЫ-ШенНЮ вф^ОТяаяОСМ-ІвЛі»-ЙЄеІ'ї'СЯСТЄМИ.^ій'-?'<-,!,-іЛ i'.-^N -.iii^ ;=>.-■..

Не менее важной задачей^'решаемой "прн1 проектировании ехспе^ ' риментальной СВЧ-конвейерной;установка1является задача согласования нагруженной СВЧ-каыера с ■ СЩ-генератором^ поскольку- степень согласования сильно влияет на КПД генератора и его долго ьеч—< > "*: ность. Разработка необходимого-согласующего-устройстві*дяй данной установки осложняется теи,; что ЗІЇ н'1вХ'СБТ 'силі,нб-взмен»-^ ются в процессе нагрева^особенноСв области фазовогсИперехода : лад-жидкость, что ведет к значительном^ изменении коеффнцнента' отражения электроматоятной~волвы''о* обрабатвваемого продук1а- а; следовательно, к изменешпгісоаффщненті стоячей'волны по"напря-: жени» (КСТа). ■ >:C-7.CV v).' ,..

В данной работе были ороводенн лсодедоваяия о щльсгсоада-' -ния согласующего устройства' в вяде; трансфораатора*'полиых'сопро-' тивлений, в котором в качестве согласующих влементов исаользо-*: вались сферические ферромагнитные неоднородности, помещенные"' -' в волвоводном тракте между рабочей СВЧ-каыерой'и гСВЧ-генёрато-; , ром, перемещаемые в двух плоскостях'¿ 'помодью постоянных^Ыагни-тов, находящихся на внешней'стороне 'волновода"

Проведенные исследования ноказали'; что коэффициент отражения в большой степеня зависит от диаметра сфер. Так» например.

коэффициент отражения электромагнитной волны от одной сферы выражается следуїщчм соотношением;

ігі-^Шг**«^ в)

где <х — диаметр сферической неоднородности, Лю ~ фазовая постоянная

d*ba " соответственно размера дшрскгЛ и узкой стенки волновода*

Следует ответить, что оптимальны! диаметр сфер выбирается із соображений допустимой пробивной электрической прочности волио-вадного тракта. Использование в данном случае двух сферических неоднородн остей позволило добиться оптимального согласования в широком диапазоне температур обрабатываемого продукта и изменяющихся ира о том его ЭФХ и ЗИС.

В результате проведенных исследований на экспериментальной установке путем подбора местоположения сферических неоднородности было получено оптимальное согласование генератора с рабочей СВЧ-камерой при КСТи = 1,17-1,4 для СБТ на разных стадиях его Tti»40обработки, т.е. эамороиегаше водные дисперсии соевого белка» »■aim* нагретый белковый текстурат, сухой соевый белок.

Следует отметить, что предложенное согласующее устройство, защищенное авторских свидетельством, обеспечивает надежную защиту- СВЧ-генеретора от отраженных волн, просто в изготовлении и позволяет осуществить автоматическое согласование по уровню КСТи.

Одной из дд"1гг задач, "воэникаизкх при проектирования различных СВТ-устройств для термообработки дааевдх продуктов, в то» числе я СБТ, является проектирование спеииадьвшс устройств (пиго-эов), срсотазначенных для зацзт персонала от воздействия электро-

магнитного излучения. Разработанная методика проектирования ana устройств к выбор ах ояг/иадькмк конструктивных саранетров основан на известных формулах электродинамики, В результате бит получены соотношения для расчета шлшовых устройотв при заданшх доцуотго^х уровнях электромагнитного излучения СВЧ вне установки. На их основе разработана комбинированная система заяатпых шя>-зовых устройств к экспериментальной СВЧ-конвеСерной установке для термообработки С£Т, состоящая иэ отрезков прямоугольных волво- -водов, вапсишешых обрабатываемой продуктом к защитных веянных секцсЯ. Разработанная система защитных алеэов позволила исключить облучение обслуххвавдего персонала ШП СЮ вша санитарки* норм.

Таким образам, в четвертой главе диссертации,на основанім теоретического анализа и проведенных експериментальних iccxeKtmasxt» разработана методика проектирования СВЧ-уставовки каквейе£вег0 типа, предназначенная для Термообработки еаморокешшх водных дио-переяй соевого белка в «роком диапазоне температур» *

Бзок-схема экспериментальной конвейерной СВЧ-установкя для 'термообработки СБТ представлена на рио,5, ав таблиц 3 приведены ее осаовяве технические характеристики.

Технические харахтерастики експериментальної конвейерной СМ-уотановкн дм термообработки СЕТ:

Таблкда 3

JIM І Технические I Численные аначения

cu І характеристики. І*

1. Про иававдтельноегь, кг/чао

не менее 10 (по готовому продукту)

2. Излучаемая СВЧ-мощность.кВт 0*2,5

3. Мощность, потребляема« от

сети, кВт, не белее 7

4. Рабочая частота, МГц 2375*50

1-СЗЧ-генвратср

2-регумруе*мЛ ослабитель

3-рефлектометр

4-волновод с неоднородной»« '

5-ргбсчзл камера

6-водяяи эа^ткал секция

7-а«шштор

8-прсдукт ,

9-тракспсртер П~труба

вода.

Водяная ззг^ткал секцял •

12-61шо

13~ршоярозр«нм трубка 14-радиспоглоща1я?{й м&тернал

I в

Рис. 5 . Блок-схема экспериментальной ксазейернсй установки для термообработки СБТ а ЭШ СВЧ.

Продолжение табл.З

** ая | Технические характеристика | Числеянш аеаченяя

б» ЮМ магнетрона! % 70

Электропитание сети, в 830/220 + 10*

7. Скорость транспортера, к/мва

б. Охлаждение водяное, проточное. Расход води', л/ют .

В пятой глаже приведена методика проведения исследоваяк* на ексоеридентальнов к£*тевераов СВЧ -установке. обоснование целесообразности іфииенения ЗШ СВЇ дія Т££мообреботон СЕТ, цесл адова-вне режимов обработка текстурагоэ а отработка оптимальных режимов*

Особенность» кагрева продуктов в ШЯ СЕЧ явяявтся способность СВЧ-знерпш осуществлять объемный нагрев и сократить про- о дояжительвость теплового процесса. Создание локальных высотах термодинамических поте тралов за счет дяосялахош ввергай Э6И СВЧ во агахаых продуктах способно воэдевсгвовать на структуру веоеств. Исходя из этого, сочла целесообразным применить СВЧ-ввергоподвод яра термообработке замороженных ваша дисперсий глобулжновоА фракции ооевого белка с целью получения четко сфэр«иро ванной структуры продукта прм ыянйыадыщг потерях бедка,

£ио исследованы режимы обработки СЕТ в ЭЩ СВЧ в аавдса-мостн от продолзитальностн обработки ила конечной температуры нагрев, велачшн кзлучаечоЭ СВЧ-коідаостя в количества еагрукат ечото продукта в рабочу»яа»еру. В качестве кратерия опенки исгюльаовался показатель — потерн белка, т.е. бе лоз, не воиедпш* в структуру, получаемую при термообработка. Эксперименты по го» следованию влияния вродолхитед&носгн обработки к мощности ЗШ СВЧ

аа изменение ^состояния структур» кряоконпе ктрированинх белковых систем показали, что крявне шевт екстремальний характер (рио.5).

Авадаэ проведенных исследований показал» что с увеличением иодаост* ЗИП СВЧ вреия обработка уменьшается, причем уровня минимальных потерь дал полученных зависимостей практически одни 'а те «е.

Елидаие массы обрабатываемого продукта на теоловой процесс показало, что характер кривых аналогичен зависимости показателя потерь СБТ от продолжительности воздействия и «одаоста СВЧ-яалучеяяя.

33,0

12,0

^21.0 J 10,0

I «Л

I 0,0

7,0

ЭО ' 40 50 60 70 80 90 100 Продолжительность,с.

Рис.6, Зависимость потерь белка от продолжительности воздействия ЭНП СВЧ на СЕТ Яри разных уровнях мощности СВЧ-нзлучения.

- 25 -

Оптимизацию процесса термообработка СБТ в ШЦ СВЧ проводил-» « использованием математических методов планирования мгсаерямеита. В качестве варьируемых факторов процесса 6u«s выбраны: мощность излучения СЭТ-энергял, сродолгатадьяость обработки, масса образна. В качеств критерии оптимязацяи был выбран показатель потери белковых веществ»

Функциональная зависимость между основними ректорами процесса и критерием оптимизация в данном случае характеризуется еле-дуюпдем полиномом:

$*&<>+€,у,* ХіХЗ * вуХзХ) * i4)

Дія вещего случая после проведення статистического регрес-; сиокного анализа уравнение имеет вид:

У/, ' З-ИЧ? <9Х>* QJVXj - 0,70Х Xt (б)

Анализ втого уравнения позволят определить оитгыалыте па-раыетры ведения процесса термообработки: модаость иалучевкя СВЧ*> ввертя — 2,4*2,3 кВт.вродоюттйлъаость обработка - 70*-75 с., масса образца - 0,200*0,250 кг.

Производственная проверка полученных расчетным путем опти^ махьпых режимов, произведенная на СВЧ-коявейеркой установка на Московском заводе пищевых концентратов * 3 ПО "КОДООС*, подтвердила правильность кх выбора: получаемый белок обкапай четко зафиксированной структурой ж высокими функциональными свойствами.

ОСНОВНЫЕ ВШШ

1. Разработан способ термообработки соеюго белкового тек-стурата (С£Т) о всоользованием СВЧ~еаергоподэсда, возводящий значительно снизить потери белковых ведает» (до 7ft я получить продукт с высокими функциональными свойствами.

2. Предлокена л реализована методика измерения електроф«-

э«чески іарахтерастак CET, предстааляощего собой сло&ну» гетеро-гвннув сястену, s зависимоета от геттера тура, Опредвлеон апаче-нхя даэлектраческзи ларактернстюі ( <5' я &J ) СБТ в рабочем діапазон» температур на частотах 91S МГц и 2375 МГц.

3, Изучена теплофиэячес кие характеристика СБТ в широко» діапазоне температур,

4, Проязведево решение одвоивраой нелинейной яестагао-варвого темовереноса вря термообработке СБТ в влектромагштюм оме СВЧ дія двух частот каяучеижя; 915 ИГц. к 2375 КГц ори ота» ковом уровне СМ-мощяосгв (2,5 кВт). Построены температурные сро-{ахк, позвалясдае прогнозировать равномерность к тема иагрева оОраядав СЕТ » ЭМЦ CBS.

5. Методом математического гиаянроваяня вксаеренеата проведена овтюазаодя процесса термообработки образно» СБТ в Зіій СВЧ

в определена оаттшальнне значения варьируемых факторов: продоям-тельвость обработки 70+75 е., масса образна 0,20*0,22 кг, мощность СВЧ-гевератора 2,4-2,5 кВт,

6. Разработана СВЧ-рабочая камера, вааолнекиая а виде комбв-вапик пирамидального рупорного перехода с ьолиоводвны излучателем, ■медом скос по пшроков стенке на угод 15-18° относительно плоско стя ковваїера.

Латая конструкция позволяет создать высокоюшцеятрнрован-нув адектродинажгческуп систему, ойеспетаващую высокий к равно-мервыЗ теми нагрева прж термообработке СБТ в ЭШ СВЧ;

Разработана комбшгнровашая система защитах шшзов, состоящая я« отрезков прямоугольвоіч) волновода в защитных водяшк секті, осЗеспечхвающая снижение уровней жзлученжя СВЧ-екерпш в ок-pjxaщьъ пространство до санитарных норы.

Разработано согласующее СВЧ-устройство, вредстааяяощее собой трансформатор паяных сопротивлений, шполнекный в виде отрезка

прямоугольного волновода с переыевмЕедш»«г«.я внутр* него феррс>-ыагнитнымч сферами.

Данное устройство позволит осуществить оатодолькое согласование СВЧ-гекератора с СВЧ-рабочей камерой в процессе термообработки СКТ в широком диалаэоие температур (253*353 К) при налитая фазового перехода лел-*ядкость.

7. Сароектяровша я создала экспериментальная СШ-коивеВерная установка для термообработки СБТ, состоящая на СВЧ-рабочей камеры, согласующего устройства, защитных влюзов,* транспортера с регулируемым приводом в пульта управления.

Вибранії основные параметри СЩ СВЧ: частота н тип рабочей вант» Экспериментальная проверка нагрева образцов СБТ в ШП СШ на разработанной установке всдтвервдла правильность выбора оптимальних режимов продасса.,

. Созданная СВЧ-конвеЛерпая установка производительностью 10 кг/час по ротовому.працукту смонтирована и находится в Онегина-тадхя на Московском завода шпаевых концентратов * З ДО ^КОЛОССІ»

8; Ожидаемый экономический*еффеж» от внедрения опытпо-про-мышлешюго образна СВЧ-аірегата для термообработки СНГ производительностью 175 кг/час по готовому продукту составит 94,4 тыс. руб. в год.

Основные полокенля диссертации опубликованы в следуюотх работах

1, В,К.Короткое, В.Л.Кботигов, Д.П.Морозова, Ц.И.Еезлгкова'» Исследование СВЧ-защитных устройств, її>узш ШИЗЮІпродаавг.-М., 1978, К 51,*с,47-51»

2. Ь.Л.Копылов, В.К.Короткое,В Д,Костигов, М.М.Безлюдова,

Л.П^ороэова, В.И.Круглов. Согласование рабочей камери СВЧ-уста-

• * <

повкл для нагрева пи«евых вродунтово яоточнинои СВЧ-колебаяяй.-Трзжи ЕШЭКИпролмаш. -И., 1979, » 54, е.42-44<.

3. Коротко» BJC., Остапенков AJd», Коетков В.С», Водява А.И. Исследование длэдектряче стах свойств структурированного белка*-ТріЯН ШИЭКИврсдкаи—В., IS6I, Л 57, С.87-93,

Коротков в.к,, Остапенков а.м,, Посиков B.C. Об одной Kuca&ntamn метода короткого замжаапя для измерения диэлектрз-■q«склі свойств cuujHttx и вяэклх сред. - Труды ШШИароднаш.-М»', I9SI, JS 57, 0.II&J2I.

5. Короткое В.К., Вани» A.C., Абиева А. 11. Исследование температурных зависимостей теяло^иэачеышх характеристик белкового текстурата нз сод. - Труда ІШЖЇдродаац.- У,, 1033, А 5Э, C.7I-7G.

6. Короткое В.К., Безлциова U.U., Кошиов JJ.A. а др. Сверхвысоко частотное устройство для тепловой обработки шшвих яро- ,, дустов, A.C. 634496,

7. Нороптов В.К., Толстогузов В.Б., Рогов H.A. н др. Способ получения тнвевах продуктов, ииитаруицдх изделия лэ натурального икса волокнлсто-осрясtoä структури. A.C. X 924933 Илд служебного пользования).

б* Еоротков Д.К., (¿аышаш В.Е., Коси-юв O.A. и др..Сверх-высокочастотное устройство для тенловод обработки пищевых продуктов, A.C. К І02І332 (Дія служебного пользования) .

Зі Коротков В.К., Бэзлодлва Ы.Ы., Кощш>в.Ю*А» Устройство для ОД? обработки цицевых продуктов* A.C.JS 1044260,

ЮДоротков В.К,', Беэлхдова И.М., ШворобеЙ D.I. я др. Устройство дм СВ обработка пищевых продуктов. A.C..« 1104694..

I Ванволер U.A., Воинов Н.К., Копылов Ю.А,, Короткое В.К,, •Іасов Г.В. и др. СВЧ-агретат для разнораживания « нагрева; Решение ШИИГОЭ о вшхаче а.с. по заявке X 5787556/06 от 26,02;В5, (Для служебного пользования).

Ротяпринт В?romirrpf r.v'.nn Заказ "'+-7ЛСП itip9.it 100 экз.