Инновационные технологии криосепарации и криосублимации

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются существующие уровни криообработки продукции агропроизводства, влияние криоконсервирования и других факторов на кристаллообразование в сельскохозяйственном сырье и продуктах. Рассматриваются физико-химические процессы, лежащие в основе криобработки.

ABSTRACT

In the article are presented label of the criotechnological treatment agriculture raw materials and end-products. As well as influence of the law temperature and other factors in food products.

Ключевые слова: сырьё и продукция агропроизводства, низкая температура, криообработка, кристаллообразование.

Keywords: raw materials, end-products, agrifoods, law temperature, criotreatment, cristal production.

Введение

Сравнительно новым подходом является пневмо-инертно-газовый метод сепарации, основанный на дифференциации дезинтегрированного сырья по массе с помощью сепарирующего агента. Данный метод вполне удовлетворяет требования соблюдения отрицательной температуры по всему циклу технологического процесса. Помимо этого, данный метод основан на отсутствии контакта обрабатываемого материала с кислородом воздуха. Целью данной статьи является сравнительное рассмотрение различных вариантов криогенной обработки растительных материалов .

Результаты и их обсуждение

1. Пневмо – воздушное разделение криоизмельченного сырья рассматривает различия в скоростях витания частиц сырья, наблюдаемых при движении в потоке газовой среды. Здесь наиболее важной физико-химической характеристикой сырья выступает плотность его компонентов.

Сепарация порошка на легкую и тяжелую фракцию в потоке инертного газа, направлявшегося с определенной скоростью, является начальной стадией технологии по обработке порошка из смешанных по размеру фракций. Метод основан на различиях компонентов (по массе) аэродинамическим характеристикам, т.е. критическая скорость частиц смеси -такую скорость газового потока, при которой компоненты смеси переходят во взвешенное состояние, т.е.витают в объеме камеры. Тогда, когда скорость газа превышает скорость витания частиц, они выносятся за пределы камеры, а при невысокой скорости газа частицы оседают вниз. Значение скорости витания значительно отличается у большинства компонентов смеси, потому что они имеют различную плотность и парусность. Из смеси криопорошка отвеиванием легко выделяют компоненты, имеющие малую скорость витания. При этом в рабочем канале устанавливают скорость воздушного потока, близкую к скорости витания рассматриваемой смеси. Различия в скоростях служат основой для разделения частиц, и чем больше эти различия, тем лучше разделяется смесь.

2. Криоэлектросепарация или электрофильтрование – метод основанный на различии электромагнитных свойств частиц сыпучей среды. Дисперсионную среду сперва ионизируют в электрическом поле высокого напряжения, а затем подбирают условия для сорбции ионов частицами дисперсной фазы. Заряженные при этом частицы двигаются в электрическом поле к противоположно запряженному электроду и здесь они разряжаются и оседают по действием сил тяжести. Криосепарация смеси в электрическом поле приводит к появлению у диспергированных частиц электрических зарядов и созданию упорядоченного влияния на них  электрических и механических сил.

Отметим, что ситовое фракционирование и фрикционное разделение удобно применять для оперативного разделения криоизмельченого сырья по степени дисперсности.

3. Фрикционое разделение основано на различие и компонентов по величине трения частиц о поверхности. По разности в коэффициенте трения отделяют примеси и мелкие частицы. Криопорошки из крупных плодов растительных организмов по размерам отличаются от частиц из мелкоплодных растений по фрикционным свойствам, т.е. различаются по углам трения. Такие частицы отделяют на фрикционных сепараторах. Угол наклона сепаратора подбирают так, чтобы он превосходил угол трения крупных частиц и был меньше угла трения мелких частиц. Тогда мелкие частицы увлекаются погоком вверх, а крупные скатываются вниз.

4. Просеивание – ситовое фракционирование. Этот метод имеет свои разновидности: определение дисперсности сухим просеиванием, мокрым просеиванием, методом определения гранулометрического состава. Рассевы состоят из набора ситовых рам, соверщающих круговое поступательное движение в горизонтальной плоскости. Просеивание может проводиться на механических ситах – встряхивателях, на электтромеханических или механических выбраторах.

Максимальная эффективность процесса криоразделения зависит от однородности измельченных частиц. Для проведения технологического процесса криобработки следует соблюдать условия, при которых частицы не должны расщепляться и агрегировать, т.е. они должны сохранять диспересность и сыпучесть токоизмельченных частиц пищевого сырья.

Криосепарация, в основном, применяется к мясным и рыбным продуктам. Процессы криообработки плодов и овощей еще не до конца изучены. Например, термолабильные овощи и фрукты не являлись предметом криотехнологии, а именно криоконсервирования и криосепарации. Следует отметить важность измельчения растительного сырья и продукта до и после замораживания. Допустим, что предварительно нарезанный растительный продукт дает возможность проведения криоконсервирования сжиженными газами. При этом криосепарацией с криоизмельчением можно добиться получения продукта высокого качества для  использования в различных отраслях пищевой промышленности.

Таким образом, процессы криоизмельчения и криоразделения являются энергетически выгодными и экологически безопасными. Имея в виду, что криоразделенный высушенный продукт (замороженный порошок) способен обогатить ценными БАВ и долго храниться, стоит запниматься процессами криообработки как альтернативой другим технологиям.

Криосублимация

В основе ряда технологических процессов пищевой и других отраслей промышленности лежат фазовые переходы – сублимация и десублимация. Криосублимация, возгонка, представляет собой переход вещества из твердого состояния (охлажденная) в газообразную, без перехода в жидкую. Сублимация как одна из разновидностей парообразоания, может произойти во всем диапазоне температур и давлений, при которых возможны твердая и газообразные фазы. В ходе сублимации давление паров вблизи твердой поверхности всегда ниже равновесного. Иначе имеет место обратный процесс – конденсация вещества, десублимация. При динамическом равновесии давление паров и температура твердого вещества находятся между собой в одинаковом состоянии, которое определяется диаграммой состояния, из которой можно определить параметры возможных процессы сублимации и десублимации.

Процесс сублимации сделает возможным порциальное давление в сублимационной камере, должно быть ниже давления паров воды над продуктам, которое должно быть ниже давления тройной точки воды. Сублимацию можно проводить при атмосферном давлении (сухой холодный воздух), так и при пониженном давлении - вакуумная сублимационная сушка. Теплота сублимации равна сумме теплот плавления и испарения. Термодинамические закономерности сублимации и испарения из жидкой фазы одинакова.

Имея в виду, что сушке подвергаются материалы, различающие по своим физико-химическим свойствам и строению, единую оценку влияния процессов внутреннего тепло-массо обмена дать очень сложно. Созданные к настоящему времени методы интенсивного энергоподвода (ЭМПНГ) указывают на то, что их использование для сушкиматериалов не оказывает заметного влияния на интенсифацию процесса. Облучение ЭМПНГ периодическое сырья и продуктов в достаточной степени сокращает время сушки термолабильных продуктов в вакууме, при котором энергозатраты снижаются в 1,5-2,0 раза.

Немаловажное значение для интенсификации процесса сублимационной сушки имеют условия внешнего тепло-массо переноса, а также взаимосвязь температуры и давления. Таким образом, технология криосублимации имеет свои особенности, которые следует учесть в современной технологии.

Криоконцентрация.

Криоконцентрированием является процесс разделения пищевых жидкостей, обеспечивающих почтиполное сохранение качества сырья и продуктов, т.к. обезвоживание происходит почти избирательно, а (используемая) темпеература для обработки очень низка, при этом биохимические и химические реакции вообще не протекают. Криоконцентрирование принадлежит к высокоэффективным способам концентрирования термолабильных растворов в пищевой, фармацевтической и микробиологических промышленностей.

Технология криоконцентрирования состоит из повышения концентрации растворов, суспензий и эмульсий путем обработки низкими температурам. Таким образом сгущают плодовые, ягодные и фруктовые соки, растворы кофе, чая, молоко и др. При этой технологии сохраняются естественные свойства сырья и продуктов, содержащие ценные ароматические вещества.

Криоконцентрация имеет ряд примуществ по сравнению с другими методами кеонцентрирования пищевого сырья и продуктов, содержащих жидкости с АВ или ароматические вещества, а именно выпаривание, барамембранные технологии, сводятся к следующему:

1. Низкие температуры процесса, что является очень важным при сепарации термолабильных жидких продуктов, а продолжительность обработки небольшая.

2. Возможность сепарации суспензий и растворов, содержащих близкокипящие компоненты и осажденные молекулы (белки).

3. Возможность концентрирования суспензий и растворов, склонных к пенообразованию (пиво, чай).

Недостатком данного метода т.е. криоконцентрации является потеря растворимых веществ с кристалликами льда, которые удаляются из концентрата, а также высокая стоимость процесса при его сочетании с процессом вакуум-сублимационной сушки концентрата.

Криоконцентрирование квлючает 2 стадии. В 1-й, часть воды при низкой температуре переходит в лед, образуя смесь концентрата со льдом. Во 2-й стадии концентрированный раствор и лед разделяются центрифугированием. Усовершенствование технологии криоконцентрирования продуктов агропроизводства является важнейшей задачей качественного производства пищевых продуктов, например, эффективным способом сгущения жидких пищевых продуктов является криоконцентрация с применением натруальных хладоагентов. Способы концентрирования вымораживанием следующие: а) естественное; б) искусственное; в) контактное; г) вакуумное; д) кристаллогидратный.

Заключение

Самым перспективным и современным является способ контактного вымораживания, и одной из его прогрессивных форм является криоконцентрирование гранулированной двуокисью углерода.

Таким образом, криоконсервирование, криоизмельчение, криосепарация, криосублимация и криоконцентрация являются направлениями низкотемпературной обработки, и задачей специалиста является провести мониторинг за всеми технико-технологическими инновациями.

Список литературы:

1. Касьянов Г.И., Сязин И.Е., Кочерга А.В. Инновационные технологии криогенной обработки сельскохозяйственного сырья – Краснодар: Экоинвест, 2013.
2. Ломачинский В.В., Касьянов Г.И. Технология получения и применения плодоовощных криапоромков. – Краснодар: Экоинвест, 2009.
3. Сязин, И.К., Касьянов Г.И. Техника и технология приообработки пищевого сырья. Часть I. – Краснодар: Экоинвест, 2011.
4. Мухамадиев Б.Т., Рузиева К.Э. Инновационные технологии криоизмельчения и криосепарации  // UNIVERSUM: Химия и биология. – 2020. - №3(69). – С.42-44.
5. Мухамадиев Б.Т.“Использование криопорошков, обогащенных СО₂ экстрактами в производстве пищевых продуктов ”, 2020.