Биофизическая трактовка вопросов сокоотдачи дала возможность Б. Л. Флауменбауму предложить в 1949 г. новый метод обработки плодов и ягод перед прессованием — электроплазмолиз (контактная обработка электрическим током низкой частоты, напряжением 220 В), являющийся одним из наиболее эффективных методов повреждения цитоплазменных оболочек клеток и увеличения сокоотдачи при прессовании.
Обнаружено, что в результате электрической обработки резко увеличиваются показатели клеточной проницаемости Кп и d30, в 2—2,5 раза возрастает интенсивность диффузионных процессов, на 10—15% увеличивается выход сока при прессовании.
Кинетика диффузии (а) и выхода сока (в) после электрообработки растительного сырья в течение 2 с: 1 — контроль; 2 — 75 В; 3 — 125 В; 4 — 200 В
При пропускании электрического тока через растительную ткань сила его в связи с разрушением диэлектрических белково-липоидных мембран постоянно возрастает и при полном разрушении цитоплазменных 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, наиболее удобным методом измерения параметров обработки является осциллографирование.
Типичная осциллограмма процесса электроплазмолиза яблок при напряжении 220 В и толщине образца 4,5 мм показана на рисунке. Процесс электроплазмолиза зарегистрирован здесь в виде синусоидной кривой с нарастающей амплитудой, достигающей максимального значения. По количеству витков, отсчитанных от начала включения до момента достижения максимальной амплитуды, можно рассчитать время электроплазмолиза (разделив количество витков на 50, поскольку в данном случае обработка производилась переменным током частотой 50 Гц) — 0,5 с.
Эффект электрической обработки в значительной мере зависит от градиента потенциала (Gr, В/см), т. е. от приложенного напряжения и расстояния между электродами. Важным параметром процесса электроплазмолиза является также время обработки τ (в с), которое в большинстве случаев находится в обратной квадратичной зависимости от градиента потенциала: τ = Кэ/Gr2, где Кэ — постоянная, характеризующая токоустойчивость данного вида сырья, В2∙с/см2.
Как показала М. Ю. Казанджий, разные плоды и ягоды неодинаково реагируют на пропускание электрического тока. Наибольшей токоустойчивостью обладают яблоки, далее следуют сливы, вишни, некоторые сорта винограда (Лидия). Как правило, ягоды значительно менее токоустойчивы, чем плоды. Таким образом, токоустойчивость является важнейшим биофизическим показателем, характеризующим вид растительного сырья, сорт и физиологическое состояние плода. Этот показатель колеблется в пределах (1,5÷17)∙104 В2∙с/см2, причем, например, для яблок, подвергнутых до электроплазмолиза измельчению на быстроходной ножевой дробилке, Кэ в 3 раза меньше, чем для плодов, разрезанных на ломтики ножом.
Токоустойчивость растительной ткани можно также характеризовать экспоненциальной кривой зависимости между градиентом потенциала и временем электроплазмолиза, которая в полулогарифмической анаморфозе выпрямляется точно так же, как и при обработке данных о влиянии термического фактора на летальное время. В аналитическом выражении
lg(τд:τэ) = (Grэ – Grд):G, где G = const — градиент напряжения за один логарифмический цикл; Grэ и Grд — соответственно эталонный и данный градиент напряжения; константа G составляет для яблок 650 В/см; обозначения τд и τэ.
Идентичность аналитических выражений является еще одним доказательством общности закономерностей отмирания плодовых и микробных клеток под влиянием различных по природе экстремальных воздействий. Исследования, приведенные М. Ю. Казанджий с помощью переменного тока промышленной частоты, показали, что наилучшие результаты достигаются при градиенте потенциала 1000—1100 В/см. Для получения таких параметров достаточно приложить к электродам напряжение от сети переменного тока 220 В. При этом необходимое время обработки можно свести к сотым долям секунды. При повышении градиента до 1500 В/см (напряжение 300 В) электроплазмолиз можно осуществить практически мгновенно— за тысячные доли секунды.
Сконструированный для электрической обработки плодов и ягод аппарат — электроплазмолизатор представляет собой горизонтальные вращающиеся навстречу друг другу цилиндрические валки — электроды, смонтированные на металлической станине, снабженные защитным кожухом — бункером и приводимые в движение от электродвигателя. Включение электроплазмолизатора в цепь переменного тока напряжением 220 В показано на рисунке.
Схема включения электроплазмолизатора в цепь переменного тока напряжением 220 В: 1 — однополюсный рубильник: 2— предохранитель на 50 A; 3 — амперметр на 50— 75 А; 4 — вольтметр на 250 В; 5 — контрольная лампа на 220 В: 6 — блокировочный контакт: 7 — текстолитовая втулка; 8 — коллекторное кольцо: 9 — щеткодержатель; 10 — соковая металлическая поверхность вальцов; 11 — заземленная станина
Электроплазмолизатор позволяет увеличить выход сока (из яблок — до 80—81,5%, из винограда — до 82,5—82,7, из моркови — до 70, из абрикосов — до 71, из слив — до 67%), а кроме того, облегчить последующее прессование, так как подавляющая масса сока извлекается из сырья путем самопроизвольного его вытекания при загрузке пресса и во время первого отжима.
Разработкой новых схем электрической обработки и новых конструкций электроплазмолизаторов занимается Институт прикладной физики АН МССР (Б. Р. Лазаренко, Ю. А. Щеглов, Э. В. Решетько, А. Я. Панченко, С. П. Фурсов и др.). В этом институте были разработаны электроплазмолизаторы камерные, транспортерные, шнековые, барабанные, проточные и др. Особенно эффективным для такого сырья, как виноград, является проточный аппарат, представляющий собой диэлектрическую трубу с встроенными в нее кольцевыми электродами. Дробленые ягоды с помощью мезгового насоса подаются в межэлектродное пространство и подвергаются в потоке электроплазмолизу: низкоградиентному — от сети однофазного или трехфазного переменного тока частотой 50 Гц или высокоградиентному — от источника электрических импульсов высокого напряжения. К достоинству этой конструкции относятся отсутствие движущихся частей, электробезопасность при эксплуатации. Электроплазмолизатор особенно удобен для обработки жидкой мезги, которую можно прокачивать через трубчатый корпус с помощью насоса.
В заключение следует сказать, что биофизическая трактовка проблемы сокоотдачи находится в соответствии с данными экспериментальных исследований, практикой работы предприятий и дает правильную ориентировку для организации технологического процесса в направлении повышения выходов готовой продукции и создания малоотходной технологии плодовых соков.
Источник: Б.Л. Флауменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. Основы консервирования пищевых продуктов. Агропромиздат. Москва. 1986