Высокочастотный метод обработки пищевых продуктов может быть эффективным при проведении тепловых и массообменных процессов: нагрев, стерилизация, размораживание, сушка, сваривание полимеров и другое. Этот метод активно исследовался в 60-х годах, но затем интерес к нему заметно снизился, прежде всего в связи с отсутствием надежной техники.
Следует отметить, что одновременно со снижением интереса к использованию высокочастотной техники интенсивно разрабатывается СВЧ-техника. В последние годы интерес к СВЧ-технике вновь стал заметно увеличиваться.
Механизм действия токов высокой частоты (ТВЧ) принципиально такой же, как и СВЧ-энергии. ТВЧ характеризуются меньшей частотой тока (в промышленных устройствах — 1,3 и 41 МГц).
Электроконтактные методы обработки пищевых продуктов
Электроконтактные методы обработки, то есть методы, осуществляемые путем непосредственного контакта электрического тока с продуктом, применяются для нагрева, электроплазмолиза растительного сырья, электрофлорации, электростимуляции мясных туш с целью ускорения созревания мяса.
Методом электроконтактного нагрева удалось создать новый промежуточный процесс — электрокоагуляцию — кратковременный нагрев продукта, например, нагрев колбасного фарша в течение 15—16 с до температуры 50—70°С. Полученные изделия обладают упругой консистенцией и хорошо сохраняют форму при дальнейшей обработке.
Сущность электроконтактного нагрева состоит в том, то электрический ток, проходя через продукт, обладающий сопротивлением, нагревает его.
При выборе метода обработки заметной проблемой является выбор частоты тока. По техническим соображениям наиболее простым было бы использование переменного электрического тока промышленной частоты (50 Гц), но при том возможны проявления электролиза. Дело в том, что в первый полупериод колебаний тока в продукте происходят малозаметные изменения электролитического характера, которые не полностью рекомбинируют за второй полупериод, что приводит с течением времени к накапливанию продуктов электролиза.
Эти явления меньше проявляются при более высокой частоте переменного тока. Электрохимические исследования, проведенные на электролитах, показали, что приемлимой является частота 8—10 кГц.
Исследования зоны контакта продукт—электрод показывают, что электрохимические процессы в основном протекают в низкой фазе продукта и определяются содержащимися в нем растворимыми минеральными солями.
Для некоторых процессов без всяких опасений за электрохимические превращения можно использовать электроконтактный метод и на частоте 50 Гц. Например, при сушке табачных листьев процесс осуществляется в три фазы: разогрев продукта с незначительным удалением влаги, интенсивное испарение и фаза, характеризующаяся малыми значениями тока и небольшим испарением влаги. При поперечном прохождении тока в течение 5—6 мин можно удалить до 90% влаги.
Весьма эффективным является использование электроконтактного метода нагрева для размораживания пищевых продуктов, в первую очередь мясных и рыбных блоков.
Электростимуляция
Электростимуляция является разновидностью электроконтактного метода. Применение электроконтактного метода обработки для электростимуляции мясных туш с целью интенсификации процессов созревания мяса является примером эффективного использования теоретических положений в промышленной практике.
В основу процесса положено известное явление механического сокращения мышечных волокон под действием электрического тока.
Для проведения электростимуляции разработаны различные генераторы с регулированием частоты следования импульсов, а также формированием их формы, обеспечением полной электробезопасности процесса и другими.
Аппаратурно электростимуляция может быть включена в любой участок цехов убоя в виде дискретного устройства либо в качестве непрерывно действующего оборудования технологического процесса.
Хорошие результаты дают следующие параметры электростимулирования: напряжение тока 220 В, частота 50 Гц при импульсивной подаче 1:1 с продолжительностью импульса 0,5 с.
Электроплазмолиз
Электроплазмолиз является эффективной электроконтактной обработкой растительного сырья.
Основные положения плазмолитическбй теории указывают на следующие особенности сокоотдачи.
Сокоотдача растительного сырья зависит от первоначальной степени проницаемости протоплазменной оболочки и от особенности последней противостоять внешним воздействиям в процессе предварительной обработки и прессования.
Любые внешние воздействия, направленные на повреждение клеточных структур и увеличение их проницаемости, должны приводить в итоге к повышению сокоотдачи.
Электрический метод повреждения плиточных структур по сравнению с другими имеет ряд преимуществ.
Электроплазмолиз, в отличие от теплоплазмолиза, не вызывает разрушения клеточных стенок и поэтому исключает переход пектиновых веществ в сок, а также способствует разрыву плазменных оболочек на более крупные частицы, которые легко задерживаются клеточными стенками при извлечении сока, что положительно сказывается на выходе сока.
Эффективность электроплазмолиза зависит от ряда факторов: градиента напряжения, длительности обработки, температуры и электрофизических свойств сырья. Конечный эффект электроплазмолиза не зависит от частоты электрического тока, выбор которой определяется в основном электрохимическими соображениями.
При небольших градиентах напряжения (5—15 кВ/м) происходит электротермоплазмолиз: сравнительно быстро нагревается протоплазма клеток и незначительно увеличивается температура сока.
Электроплазмолиз оказывает специфическое влияние на диффузионные процессы: приведенный коэффициент диффузии сахара на электроплазмолизованной свекловичной ткани примерно в 2 раза выше, чем на термоплазмолизованной.
Если электроплазмолиз проводится при градиенте напряжения (40 кВ/м и ниже), то жизненные функции клетки могут быть нарушены не полностью и после снятия напряжения частично восстанавливаются. Однако для полного плазмолиза в этом случае достаточно незначительного механического воздействия. Такой плазмолиз получил название коацерватного.
При селективном электроплазмолизе, который имеет место при градиентах напряжения 170—200 кВ/м при экспозиции 0,001—0,002 с, температура всей массы продукта изменяется незначительно. Избирательность подогрева протоплазмы обусловлена тем, что плазменные оболочки являются основным сопротивлением ткани электрическому току.
При импульсном электроплазмолизе разрываются протоплазменные оболочки и происходит коагуляция протоплазмы в результате приложения импульсного поля высокой напряженности. Специфика импульсного воздействия сказывается на форме разрушения живой протоплазмы клеток. При таких воздействиях протоплазма полностью распадается, в то время как при воздействии переменного тока частотой 50 Гц она может сохранять свою целостность и после гибели.
Характерным для электроимпульсного плазмолиза является то, что выход сока, а следовательно, и глубина самого процесса плазмолиза в большей степени зависит от градиента напряжения и в значительно меньшей степени от энергии импульса. По-видимому, при этом происходит прямое действие электрического тока вместе с силовым воздействием на структуру протоплазмы.
Конструкции электроплазмолизаторов могут быть самыми разнообразными, предназначенными для различных видов сырья и универсальными. Известны типы электроплазмолизаторов: валковый, камерный одноярусный и многоярусный, транспортерный, шнековый, центробежный, линейный, импульсный.