Использование переменного тока в производстве консервов

 

 

Теперь при помощи равенств (80) и (81) можно найти соотношения, связывающие амплитуды и начальные  фазы колебаний напряжения и тока.

В схеме на рисунке 5 проводник  сопротивлением R, конденсатор C и катушка индуктивности L соединены последовательно. Поэтому комплексное сопротивление этой цепи равно .

Модуль этого комплексного числа будет .

Пусть ЭДС генератора, подключенного  к этой цепи зависит от времени  как , тогда согласно формуле (80), амплитуда силы тока будет

.

Нетрудно убедиться в  том, что эта формула совпадает  с формулой (46) с тем только отличием, что частота колебаний ЭДС  здесь обозначена как .

 

1.5 Мощность переменного тока.

Мгновенное значение мощности переменного тока равно произведению мгновенных значений напряжения и силы тока:

P(t)=U(t)I(t),

где , . Раскрыв , получим

.

Практический интерес  представляет не мгновенное значение мощности, а ее среднее значение за период колебания. Учитывая, что , , получим

  (82)

Из векторной диаграммы (рис. 10) следует, что . Поэтому

 

Такую же мощность развивает  постоянный ток . Величины , называются соответственно действующими (или эффективными) значениями тока и напряжения. Все амперметры и вольтметры градуируются по действующим значениям тока и напряжения.

Учитывая действующие  значения тока и напряжения, выражение  средней мощности можно записать в виде

, (83)

где множитель  называется коэффициентом мощности.

Формула (83) показывает, что  мощность, выделяемая в цепи переменного  тока, в общем случае зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними. Если в цепи реактивное сопротивление отсутствует, то и . Если цепь содержит только реактивное сопротивление (R=0), то и средняя мощность равна нулю, какими бы большими не были ток и напряжение. Если имеет значения, существенно меньшие единицы, то для передачи заданной мощности при данном напряжении генератора нужно увеличивать силу тока I, что приведет либо к выделению джоулевой теплоты, либо потребует увеличения сечения проводов, что повышает стоимость линии электропередачи. Поэтому на практике всегдя стремятся увеличить , наименьшее допустимое значение которого для промышленных установок составляет примерно 0,85.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Трансформация переменного тока.

Огромным достоинством переменного  тока как формы энергии является возможность преобразовывать величину его напряжения с помощью трансформаторов. Передача электроэнергии по проводам происходит с тем меньшими потерями, чем выше напряжение, поэтому большие  мощности обычно передаются по высоковольтным линиям. Работа трансформатора также  сопровождается потерями некоторой  части преобразуемой энергии, в  результате чего отдаваемая мощность всегда меньше подводимой, а сам  трансформатор при работе нагревается  тем больше, чем больше разность. Отношение выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного  действия трансформатора (к. п. д.), причем эта величина составляет обычно не менее чем 95-97%. Мощные силовые трансформаторы могут иметь к. п. д. более 99%. Основными  частями трансформатора являются замкнутый  сердечник, набираемый обычно из пластинок  трансформаторного железа, и две  или несколько обмоток, располагаемых  на сердечнике таким образом, чтобы  магнитный поток в нем был  общим для всех обмоток.

Трансформаторы нельзя делать с сердечниками из сплошного железа, потому что рабочий магнитный  поток будет индуктировать в  железе мощные блуждающие токи так  называемые „токи Фуко", которые  вызовут большие потери энергии  и за их счет создадут быстрый перегрев сердечника. Поэтому трансформаторные сердечники делают слоеными, состоящими из тонких, изолированных друг от друга  лаком или папиросной бумагой  полос или фигурных пластинок, собираемых в пакеты нужной толщины. Одна из обмоток  называется первичной и к ней  подключают трансформируемое напряжение. Преобразованные напряжения снимают  со вторичных обмоток.

Расчет трансформаторов  ведут всегда с учетом не только напряжения, но и требуемой мощности. Для мощностей до 500-1000 Вт расчет ведется следующим образом. Сначала определяют площадь поперечного сечения железного сердечника в зависимости от нужной мощности. Далее определяют характерную для каждого трансформатора величину - число витков на 1 в подводимого или снимаемого напряжения, пользуясь соотношением. Если применяется специальное лучшее трансформаторное железо, то в правой части равенства берут число 45, а когда для изготовления сердечника трансформатора используется, например, кровельное железо, надо брать число 80. При железе неизвестного качества лучше взять число 60. В заключение, исходя из мощностей и напряжений, определяют токи в обмотках и соответствующие им минимальные сечения проводов. Токи в первичной и вторичной обмотках простейшего трансформатора с двумя обмотками обратно пропорциональны напряжениям, что и берут за основу такого расчета. Отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II. Технологические основы использования переменного тока в консервировании.

Область применения переменного тока в производстве консервов очень велика. Она включает в себя такую неотъемлемую часть процесса как стерелизация. Стерилизовать можно, выдерживая продукт в поле переменного тока. Содержащиеся в продукте электрически заряженные частицы при облучении под действием электрической энергии переходят в колебательное движение. В результате внутреннего трения этих частиц в вязкой среде продукта электрическая энергия переходит в тепловую и вызывает гибель микроорганизмов.

Также в процессе консервирования  используется оборудование, а имеено конвееры, автоклавы, машины для разделывания, фелетирования рыбы, машины для тепловой обработки продуктов и многое другое. Все это основывается на использовании переменного тока.

В данной курсовой работе я  рассматриваю применение переменного  тока на немаловажном процессе консервирования  – процессе сокоотдачи плодов и  ягод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Плодовые и ягодные соки.

В зависимости от состава  соки разделяют на натуральные, состоящие  из жидкой фазы плодов и ягод, и соки с теми или иными добавками: сахара, органических кислот, красящих, ароматических  и консервирующих веществ. Натуральные  соки могут быть из одного вида плодов или их смеси (купажированные).

К сокам с добавками  относятся прежде всего соки с  сахаром. Сахар добавляют в виде сахара-песка или сиропа с целью  улучшить вкусовые свойства соков, что  особенно необходимо для соков из высококислых плодов и ягод. Для  соков из малокислых плодов и ягод в некоторых случаях можно  добавлять органические кислоты, что  практикуется в производстве соков  с мякотью. В том случае, когда к сокам прибавляют аскорбиновую кислоту как антиокислитель или для витаминизации продукта, сок остается в группе натуральных. К сокам с добавками относят также соки, консервированные химическими консервантами (сорбиновая кислота, сернистый ангидрид, дегидроацетоновая кислота и т.п.).

В зависимости от содержания мякоти различают соки осветленные, неосветленные и с мякотью. Осветленные  соки благодаря применению специальных  способов освобождены от взвешенных частиц мякоти и большей части  коллоидных веществ, по внешнему виду прозрачные и более стойки в хранении, чем другие виды соков.

Неосветленные соки содержат все коллоидные вещества и некоторую  часть тонкодисперсных частичек мякоти, по внешнему виду мутные, при  хранении в них выпадает осадок, ухудшающий внешний вид и товарные качества сока. Однако вкус и аромат неосветленных соков более полный, чем осветленных соков.

Соки с мякотью содержат все коллоидные вещества и тонкоизмельченную  мякоть плодов и ягод, по составу  близки к исходному сырью и  поэтому их часто называют жидкими  плодами. Соки с мякотью выпускают натуральными и с сахором. Последние получили название нектаров.

По способу консервирования  различают соки, обработанные теплом (пастеризованные, консервированные горячим  розливом, асептическим способом), охлаждением  или замораживанием, химическими  консервантами. Пастеризованные соки получают путем розлива в тару, герметичной укупорки и нагревания по установленному режиму при температурах ниже 100^оС (пастеризация) или при 100 ^оС и выше (стерилизация). Консервирование горячим розливом осуществляется путем нагрева сока в потоке до 95...98 ^оС, розлива при этой температуре в горячую, подготовленную тару с немедленной укупоркой и последующей выдержкой в течение нескольких минут в горячем виде, затем охлаждением на воздухе или искусственным путем.

Асептическое консервирование  включает кратковременный нагрев сока при температуре 115...125 ^оС, быстрое охлаждение до 35...40 ^оС и розлив охлажденного сока в стерильных условиях в стерильную тару. Охлажение до 0...минус 2 ^оС применяют при хранении соков-полуфабрикатов в крупных резервуарах в атмосфере диоксида углерода. Замораживание при температуре не выше минус 18 ^оС осуществляют преимущественно для сохранности концентрированных соков с целью избежать их потемнения и других нежелательных изменений при хранении.

Пищевая и биологическая  ценность соков обусловлена содержанием  в них белков, углеводов, органических кислот, полифенольных соединений, витаминов, минеральных и других веществ. Белковые вещества представлены прежде всего аминокислотами в небольших  количествах. но в широком ассортименте. Аминокислоты обеспечивают сокам полноту  вкуса. Углеводы содержатся в соках  в виде моно- и дисахаров и некоторых полисахаридов – пектина, крахмала, декстринов. Из моносахаридов преобладают глюкоза и фруктоза, которые легко усваиваются организмом.

 

2.2 Физиологические особенности плодов и сокоотдача растительного сырья после механических воздействий.

Сок в плодах находится  в клеточных вакуолях, протоплазме  и отчасти в межклеточных пространствах и прочно удерживается живой тканью. Содержание сока в плодах и ягодах составляет 80...90% их массы, но отжать удается значительно меньше. В соответствии с биомембранной теорией сокоотдачи, предложенной Б. Л. Флауменбаумом, для максимального извлечения сока необходимо повредить цитоплазменные оболочки. Для некоторых плодов для этого достаточно механического измельчения, для других требуется применение дополнительных методов воздействия – обработка ферментами, электрическим током, нагревание, замораживание и т.п., что объясняется особенностями их строения и физиологическими свойствами клеточной ткани.

Способность плодовой ткани  к сокоотдаче зависит от устойчивости цитоплазменных мембран к механическим воздействиям и их вязкости и эластичности. Важное значение также имеют цитолого-анатомическая  структура клеточной ткани и  содержание пектиновых веществ в  плодах.

При малой вязкости и эластичности цитоплазменных мембран. что характерно для яблок, винограда, вишни, достаточно механического измельчения для  выделения сока. Для плодов, цитоплазменные мембраны которых эластичны и  имеют высокую вязкость,- сливы, абрикосы, черная смородина и др. – одно механическое воздействие неэффективно.

Для экспериментальной проверки биофизической трактовки вопросов сокоотдачи Б. Л. Флауменбаумом был разработан ряд экспрессных методов определения степени повреждения живой ткани и повышения клеточной проницаемости под влиянием различных экстремальных воздействий: электрометрический и осциллографический методы определения клеточной (ионной) проницаемости, диффузионный метод определения клеточной проницаемости для неэлектролитов, ацидометрическое определение степени повреждения растительной ткани.

Исследование показало, что  по величине показателя клеточной (ионной) проницаемости К_п все плоды и ягоды можно разделить на 3 группы:

1. с низким К_п (900-1500): яблоки, груши, черника, кизил, черная черешня;
2. со средним К_п (1800-3500): персики, сливы, абрикосы, виноград, белая черешня, морковь;
3. с высоким К_п (5000-13000): вишня, крыжовник, черная смородина, томаты.

Установлена прямая корреляция этого фактора с показателем клеточной проницаемости для неэлектролитов d₃₀ (степенью равновесия диффузии), который, в соответствии с упомянутой классификацией, колеблется в пределах 240-800: I группа – 240-300; II группа – 350-500; III группа – 600-800).

Выяснилось, что, независимо от характера сокоотдачи, все плоды  и ягоды после механического  измельчения нуждаются также  и в специальной предварительной  обработке до прессования, направленной на дополнительное повреждение клеток и на максимальное повышение клеточной  проницаемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Электроплазмолиз – как новый физический метод повышения сокоотдачи.

Биофизическая трактовка  вопросов сокоотдачи дала возможность  предложить новый метод обработки  плодов и ягод перед перссованием – электроплазмолиз. Это контактная обработка электрическим током  низкой частоты напряжением 220 в. Электроплазмолиз является одним из наиболее эффективных  и перспективных методов повреждения  протоплазменных оболочек клеток и  увеличения скорости их прессования.

Обнаружено, что в результате электрической обработки резко  увеличиваются показатели клеточной  проинцаемости для ионов К_п и для неэлектролитов d₃₀. Из рисунков 11 и 12 видно, что интенсивность диффузионных процессов возрастает в 2-2,5 раза, а выход сока при прессовании увеличивается на 10-15%.

При пропускании через  растительную ткань электрического тока сила его, в связи с разрушением  диэлектрических белково-липоидных  мембран, постепенно возрастает и, при  полном разрушении протоплазменных  оболочек, достигает максимального  значения. Поэтому по изменению силы проходящего через клетку тока можно  судить о биофизическом эффекте  процесса электроплазмолиза. Поскольку  электроплазмолиз является быстропротекающим  процессом, длящимся всего десятые-сотые  доли секунды, постольку наиболее удобным  методом тзмерения параметров оказалось  осциллографирование. Был исследован процесс электроплазмолиза большого ассортимента растительного сырья (яблок, винограда, вишен, черешен, слив, клубники, клюквы, черной смородины, моркови, тыквы, апельсинов, лимонов) под воздействием разных родов и параметров электрического тока: переменного с частотой 50 и 450 Гц, постоянного, выпрямленного.