Обеспечение длительного хранения сырья сахарной продукции с использованием электрофизической установки

По анализу показателей производства сахарной свеклы в Казахстане и, в особенности на Юго-востоке Казахстана, проблемы болезни и борьбы с болезнетворными микроорганизмами при длительном хранении сахарной свеклы, обеспечения количественно-качественной сохранности столь нужной продукции, влияющие на безопасность страны, считаются актуальными, требующими глубокого исследования для решения научнопрактических задач по длительной технологии хранения сахарной свеклы в условиях сахаропроизводящих районов Казахстана [1-2].

Одним из основных социально-необходимых продуктов ежедневного спроса является сахар. В настоящее время 95% сахара в Казахстане вырабатывается из импортного сахара-сырца и только 5% из отечественного сырья – сахарной свеклы. Высокая импортная зависимость Казахстана по сахару значительно снижает экономическую безопасность страны по продовольственным продуктам [3-4].

Правильная организация хранения сахарной свеклы позволяет длительное время сохранить качество продукции и свести к минимуму потери ее массы. Трудности связаны с большим содержанием в них воды в свободном состоянии. При хранении в условиях повышенной температуры это вызывает интенсивное дыхание клеток и тканей, активизирует процессы созревания и старения, усиливает испарение и развитие фитопатогенной микрофлоры, что ведет к значительным потерям массы и качества продукции. Поэтому при хранении стремятся создать условия, замедляющие процессы жизнедеятельности хранимой продукции и микроорганизмов [5-6].

Корнеплоды сахарной свеклы как объекты хранения схожи с клубнями картофеля, столовой и кормовой свеклой и др. Им свойственны такие физиологические процессы, как дыхание, прорастание и возрастные изменения тканей, В процессе этого обмена веществ происходят и химические изменения. Так, в результате дыхания часть сахарозы разлагается до воды и углекислого газа. Некоторая ее часть превращается в инвертный сахар, образуя смесь глюкозы и фруктозы, увеличивается содержание трисахаридов (раффинозы и кестозы), растворимых пектиновых веществ. В период хранения корнеплодов уменьшается содержание белкового азота, и он переходит в растворимые формы, приводящие к потерям сахара в производстве за счет увеличения выхода патоки (мелассы). Такой азот (т.е. его соединения) получил название «вредного».

В период хранения корнеплодов накапливаются органические кислоты, и снижается рН свекловичного сока. Особенно это проявляется при увядании корней и их порче под действием микроорганизмов. Отмечены изменения и в минеральных веществах: среди них растет содержание растворимой золы [7-8].

В настоящее время большое внимание уделяется производству экологически чистым продуктам питания. Техническое оснащение и процессы производственных технологических линий, методы и препараты по воздействию на продукты пищевых производств являются несовершенными. Техника и аппараты, технологические линии, а также их процессы физически и морально устарели, имеют низкие технико-экономические и экологические показатели.

Совершенствование техники и технологии достигается посредством аппаратов по оптимальным физико-химическим процессам технологических линий, обеспечивающих надлежащие условия, необходимые режимы при обработке продукции биологического происхождения, к тому же они должны иметь экономическую, экологическую и социальнообщественную целесообразность. Важной и актуальной задачей в обработке продукции биологического происхождения является создание новых компонентов не только окислительных, но и активизирующих окислительно - восстановительные процессы, в то же время, стимулирующих биологические среды, способствующих повышению качества обрабатываемого продукта с сокращением производственных потерь и передачей по наследству приобретённых положительных качеств.

В связи с этим необходимы прогрессивные технологические линии по их выполнению, обеспечению оптимальных условий обработки продукции биологического происхождения.

Решением этих проблем по длительному хранению сахарной свеклы являются процессы и аппараты, технологические линии, а также соответствующая нанотехнология с применением озона и атомарных (положетельных) ионов, применяемых на основе разнополярности электрического тока ионоозонной смеси и обрабатываемого продукта [9-10].

Объекты и методы исследования

Синтез ионоозонной смеси (озона, положительных и отрицательных ионов кислорода воздуха) производится генераторами озона и генератором ионов кислорода воздуха в соответствии с необходимой концентрацией и количества ионоозонной смеси, подключённым к положительному или отрицательному полюсу электрической полярности ионоозонаторной технологической линии.

Технологический процесс по экспериментальной и исследовательской обработке сахарной свеклы закладывается в рабочую зону ёмкости, герметично закрывается и через патрубок нагнетается ионоозонная смесь (озон + положительные ионы кислорода воздуха в пределах допустимой концентрации). Патрубок по вводу ионоозонной смеси имеет обратный клапан, который предназначен для того, чтобы ионоозонная смесь не выходила обратно после прекращения ее нагнетания. При создании определённого из- быточного давления в рабочей зоне ёмкости открывается клапан выхода отработанной ионоозонной смеси. После выхода отработанной ионоозонной смеси остаточный озон и остаточные положительные ионы нейтрализуются приспособлением по температурной нейтрализации озона и положительных ионов кислорода воздуха:

• -    для повышения биологической ценности, повышения товарного вида сахарной свеклы, а также уничтожения вредителей запасов сахарной свеклы ионоозонная обработка в гуртах производится соответствующим приспособлением, состоящим из полиэтиленовых труб разных диаметров с отверстиями, уложенными под гуртом сахарной свеклы. Гурты укрываются полиэтиленовой плёнкой и ионоозонаторной установкой ионоозонная смесь в пределах допустимой концентрации через полиэтиленовые трубы нагнетается в полость гуртов сахарной свеклы;

• -    при обработке сахарной свеклы на складах в больших размерах строится двойное дно, верхний пол выполнен с отверстиями, и в подполье нагнетается ионоозонная смесь соответствующей концентрации и в необходимом количестве. Подобные склады должны быть герметично закрыты.

• -    при обработке сахарной свеклы на складах в больших размерах также можно использовать автоматические механизированные вагончики, которые имеют патрубки для подпитки ионоозонной смесью и автоматически двигаются от механизированной загрузки до потребной разгрузки. При этом сахарная свекла постоянно находится в заданных режимах электрозаряженных частиц озона и ионов кислорода воздуха.

Предлагается озонаторная установка, синтезирующая озон без вредных примесей оксидов азота и углерода. Озонаторная установка состоит из источника электрического тока соответствующей мощности, генератора озона, ёмкости по озонированию сахарной свеклы, а также нейтрализатора остаточного озона.

Методика создания конструкции комбинированного генератора атомарных ионов, синтеза озона и азота для длительного хранения сахарной свеклы производится в соответствии с совмещённой комбинированной электрической схемой ионоозонаторной установки.

Ионаторные установки мировых производств при стремлении большого ионообразо-вания и производительности прибегают к превышению напряжения тока, при которых вырабатываются:

• а)    высокочастотное электромагнитное или постоянное пульсирующее поле с длинной волны, оказывающей вредное действие на организм людей, животных, а также других биологических веществ;

• б)    радиоактивные излучения, альфа-, бета-, и особенно гамма-лучи, хотя бы даже в самых небольших количествах;

• в)    эманации радия - радона, превышающего по содержанию его обычную концентрацию;

• г)    ультрафиолетовое излучение, атомарный озон и азотистые соединения, сопутствующие прохождению ультрафиолетового света через воздух;

• д)    металлическая пыль любой дисперсности (термоионизаторы) или частицы углерода (плазменный ионизатор);

• е)    частицы воды, пара или влажности, лежащие вне зоны физиологического комфорта (40 - 60 % относительной влажности);

• ж)    температура окружающего воздуха большая, чем температура зона гигиенического комфорта.

А при напряжении электрического тока в 50 и выше киловольт образуются рентгеновские лучи, которые при попадании в лёгкие человека или в продукцию АПК приводят к плачевным факторам. Экспериментами определили оптимальный диапазон напряжения электрического тока генератора ионов, который является до 24 кВ.

Озонаторные установки мировых производств, в основном, синтезируют озоновоздушную смесь из окружающего воздуха, в котором синтезируется озон (3-5% от 20% кислорода воздуха), азот и углерод и др. составляющие воздуха, которые составляют до 80%, они тоже синтезируются. А синтезируемые оксиды азота и углерода, а также оксиды других составляющих являются вредными газами для всего живого. В добавок к этому при синтезе озона между электродами возникает плазма, при котором происходит горение металла и появляются продукты его горения.

Вредные примеси и продукты горения металла ионаторных и озонаторных установок экологически не совместимы и опасны для всего живого, поэтому соответствующие озонаторные и ионаторные установки к применению не подлежат.

Результаты и их обсуждения

Создание экспериментального образца электрофизической установки, синтезирующей электрозаряженные частицы – озон, атомарные или молекулярные ионы кислорода, а также их смеси без всевозможных кумулятивных вредных примесей, которые вредны для всего живого и сопутствуют в подобных озонаторных и ионаторных установок мировых производителей.

Ионоозонаторная установка (рис. 1) необходима для пищевой и перерабатывающей промышленности, микробиологической промышленности, АПК, ЖКХ, здравоохранения, медицины, фармации, экологии окружающей среды, экологии человека, а также в других направлениях народного и производственного хозяйствования, так как электрозаряженные частицы синтезируются без кумулятивных вредных веществ.

Рисунок 1 – Ионоозонаторная установка

Панель управления процессами ионо-озонатора 1 состоит из:

• -    панели управления процессами сжатия воздуха (включатель-предохранитель 2, вольтметр 3, латр не показан);

• -    панели управления синтезом ионизатора (включатель-предохранитель 4, вольтметр 5, латр не показан);

• -    панели управления синтезом озона (включатель-предохранитель 8, вольтметр 9, латр не показан);

• -    патрубка извлечения озона, атомарных или молекулярных ионов кислорода 10;

• -    водяной рубашки охлаждения генераторов озона 11;

• -    генераторов озона 12;

• -    вентилятора 13;

• -    трансформатора 14;

• -    патрубка 15 для залива воды в рубашку охлаждения генераторов озона 12;

• -    патрубка 16 для отбора воды из рубашки охлаждения генераторов озона 12;

• -    воздухопровода 17 с краником вентилятора 13.

Основным узлом, т.е. сердцем ионоозонаторной установки является блок генераторов ионоозонной смеси, это генераторы озона и генератор ионов положительной или отрицательной полярности, которые выполняются в зависимости от количества, качества и окислительной способности обрабатываемого продукта. Поэтому, в создании ионоозонированной установки необходимо предусмотреть - какая концентрация, какое количество озона и ионов необходимо для успешной обработки продукции. Очень важно определить технологический процесс обработки продукции, знать структуру, влажность, окислительную способность, температуру и (очень важно) экспозицию обработки по времени продукции. Также для обработки той или иной продукции необходимо управление этими процессами, в связи с этим необходимо предусмотреть панель управления, регулировку концентрации озона, его количества, какое количество ионов положительной или отрицательной полярности электрического тока, и с какой скоростью подаются электрозаряжен-ные частицы. Для этого необходим вентилятор, а при обработке продукции под избыточным давлением компрессор соответствующей мощности.

Нами было исследовано влияние озонной обработки на длительное хранение сырья сахарной продукции с использованием электрофизической установки. Результаты исследования показаны в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты планирования экспериментов сахарной свеклы Коксуского сахарного завода второй степени зараженности

№ о п ы т а	Планирование				Показатели
	х 0	х 1 – кон озон а г/м3	х 2 -вре мя обр-ки озон а (мин )	х 3 – Изб ыт/е давл ени е атм	В cd Ң m	o' m В m Q О и	5 & в о о о ц о S ы	в о m о к	В 5	В о и	в Он S К	-S	и	В в о <	о ^ S	о s’
1	+	8	20	5	76,49	23,51	2,3	5,95	7,00	2,52	598,5	0,0648	0,0033	0,0081	18	10
2	+	4	20	5	76,53	23,47	11,3	9,17	7,17	2,2	520,2	0,0459	0,0027	0,0084	37	15
3	+	8	10	5	80,82	19,18	6,3	8,98	8,2	0,85	587,1	0,0623	0,0042	0,0710	45	24
4	+	4	10	5	74,74	25,26	9,8	8,96	8,0	5,15	523,6	0,0598	0,0041	0,0120	48	28
5	+	8	20	3	75,67	24,30	2,5	6,20	7,05	2,46	598,0	0,0646	0,0031	0,0088	20	13
6	+	4	20	3	75,6	24,3	11,8	9,67	7,77	1,74	514,2	0,0456	0,0025	0,0090	16	18
7	+	8	10	3	79,9	19,96	6,6	9,36	8,7	5,07	586,0	0,0620	0,0040	0,0079	50	30
8	+	4	10	3	73,92	26,05	10,1	9,25	8,06	5,03	522,0	0,0595	0,0039	0,0190	62	34

Из данных таблицы 1 видно, что в опытных образцах №1 и №5 кислотность снижается до 2,3 и 2,5 град соответственно, также содержание афлотоксина, плесени и дрожжей значительно снижается. В опытных образцах №4 содержание сахара увеличивается до 5,15%, №7 до 5,07% и №8 до 5,03%, но при этом увеличивается количество афлотоксина, плесени и дрожжей, что приводит к быстрой порче сахарной свеклы второй степени зараженности Коксуского сахарного завода.

Заключение

Результаты исследования показали, что при обработке озоном с концентрацией 8 г/м3 в течение 20 минут и избыточном давлении 3 или 5 атm снижаются кислотность, содержание афлотоксина, плесени и дрожжей и соответственно увеличивается срок хранения сырья сахарной продукции. Это доказывает, что экспериментальный образец электрофизической установки - ионоозонатор воздействует с молекулярными и атомарными ионами на биологические объекты и восстанавливает больные клетки, повышает биологическую ценность сахарной свеклы.