1631124715-0a3bd39a6c28aa899fa452e670e4dc1f (Производство продуктов питания и воды и методы их отчистки), страница 2

- использование неразрешенных красителей, консервантов, антиокислителей или их применение в повышенных дозах.

- применение новых нетрадиционных технологий производства продуктов питания или отдельных пищевых веществ, в том числе полученных путем химического и микробиологического синтеза.

- загрязнение сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства пестицидами, используемыми для борьбы с вредителями растений.

- нарушение гигиенических правил использования удобрений (в растениеводстве), оросительных вод, твердых и жидких отходов промышленности и животноводства, коммунальных и других сточных вод, осадков очистных сооружений и др.

- использование в животноводстве и птицеводстве неразрешенных кормовых добавок, консервантов, стимуляторов роста, профилактических и лечебных медикаментов или применение разрешенных добавок в повышенных дозах.

- миграция в продукты питания токсических веществ из пищевого оборудования, посуды, инвентаря, тары, упаковок вследствие использования неразрешенных полимерных, резиновых и металлических материалов;

- образование в пищевых продуктах эндогенных токсических соединений в процессе теплового воздействия (например, кипячения, жарения, облучения), других способов технологической обработки;

- несоблюдение санитарных требований в технологии производства и хранения пищевых продуктов, что приводит к образованию бактериальных токсинов (микотоксины, ботулотоксины и т.д.);

- поступление в продукты питания токсических веществ, в том числе радионуклидов, из окружающей среды – атмосферного воздуха, почвы, водоемов.

Рис. 3. Пути загрязнения продуктов питания.

Пищевые продукты имеют способность накапливать в себе все экологически вредные вещества из окружающей среды и концентрируют их в больших количествах.

Из окружающей среды 70 % ядов попадает в организм человека с пищей растительного и животного происхождения. С 1986 г. уровень радионуклидов в продуктах питания увеличился в 5-20 раз по сравнению с 60-ми годами. За последние 5 лет загрязнение продуктов питания нитратами и продуктами их распада возросло в 5 раз.

Даже при соблюдении всех норм внесения с почву пестицидов мы не гарантированы от получения некачественных продуктов, так как в культуры не только остаточные количества препаратов, но и продукты их метаболитов, обладающих более высокой концентрацией и токсичностью. В плодах и овощах загрязнение нитратами превышает суточную дозу до 8 раз. До 10 % проб пищевых продуктов содержат тяжелые металлы и половина из них - в дозах, превышающих ПДК. По отдельным видам продуктов этот показатель еще выше.

Ухудшение качества животноводческого и растительного сырья по экологическим причинам изменяет технологические характеристики сырья для перерабатывающих отраслей. Вследствие этого резко снижается выход готовой продукции, увеличиваются отходы сырья, уменьшаются сроки его хранения. Кроме того, в результате экологических воздействий, меняющих генетику, многие плодовые деревья и овощные культуры начинают продуцировать плоды и клубни неправильной формы, которые не подлежат механизированной мойке и чистке, длительному хранению.

2.4. Методы обработки продуктов питания

Для того чтобы на наш стол попадала качественная продукция, необходимо проведение обработки продуктов питания. Прогрессивные разработки в области электротехники, химии, физики и биологии находят широкое практическое применение в производстве, хранении и обработке мясопродуктов, молочных и кондитерских изделий, полуфабрикатов, фруктов, овощей и сыпучих продуктов.

2.4.1. Искусственное копчение

Примером может служить процесс искусственного копчения. Данная пищевая технология была разработана в качестве альтернативы классическому дымовому копчению и позволила существенно сократить временные и материальные затраты на подготовку продуктов по данному методу.

Коптильные жидкости добавляются со специями непосредственно в мясное сырье. Ускорение процесса пропитывания последнего достигается путем воздействия на продукт электрического поля.

Копченке рыбы проходит в течение 3-6 минут дымом при воздействии постоянного тока высокого напряжения 40—60 тыс. вольт. Затем рыба проваривается в течение 4-7 минут в особом индукторе токами высокой частоты 15-50 миллионов колебаний в секунду (15-50 мегагерц).

При этом способе процессы копчения и проварки рыбы сокращаются во много раз. Уменьшаются производственные потери и увеличивается выход продукции.

Горячее электрокопчение рыбы производится по следующей схеме: посол рыбы → выравнивание → сушка → копчение дымом при воздействии токов высокого напряжения → проварка рыбы токами высокой частоты → охлаждение рыбы → сортировка и упаковка готовой продукции.

Посол и выравнивание рыбы производится, как и при обычном копчении. Сушка рыбы осуществляется в камере при температуре 35-60° на непрерывно действующем конвейере.

При копчении использован тот же принцип действия электрического поля, что и в электрофильтрах. Электрофильтр основан на использовании коронного разряда в электрическом поле между электродами, помещенными в газе и присоединенными к источнику постоянного тока.

Под действием электрического поля происходит ионизация воздуха вокруг проводника высокого напряжения, имеющего отрицательный наряд. Ионы приходят движение и направлении поля, т. е. от отрицательного к положительному электроду. При движении ионы оседают на жидких и твердых частицах дыма. Частицы дыма получают отрицательный заряд и движутся к положительному электроду, на котором находится рыба, где и оседают.

Схема опытного электрокоптильного агрегата (рис. 5) состоит из следующего оборудования:

1. Трансформатора, повышающего переменный ток осветительной сети до 70 тыс. вольт.

2. Механического выпрямителя - представляющего собой синхронный переключатель, преобразующий переменный ток высокого напряжения в пульсирующий постоянный ток.

3. Электрокамеры — через которую проходят стальные тросы конвейера с рыбой па рамках. Этот конвейер заземлен. Выше и ниже конвейера установлены электроды, которые присоединены к отрицательному полюсу высоковольтного выпрямителя.

4. Генератора дыми — многоярусного, имеющего большую площадь пода для сгорания опилок,

5. Вентилятора — отсасывающего дым из генератора.

Рис.4. схема электрокопчения рыбы в обычной камере: 1 – изоляторы высокого напряжения, 2 – рама-электрод для рыбы.

Дым, отсасываемый вентилятором из генератора, попадает в электрокамеру. Находясь в сильном электрическом поле между электродами, частицы дыма получают отрицательный заряд и быстро оседают на рыбе, имеющей положительный заряд. В процессе электрокопчения рыба за неько минут приобретает светло-золотистую окраску (рис.4).

После копчения рыба попадает в индуктор генератора высокой частоты, где и проваривается. Наиболее важной особенностью высокочастотного нагрева является то, что теплота генерируется в самой рыбе, т. е. там, где она непосредственно используется, в противоположность старым методам, при которых теплота подводится извне, что связано с необходимостью создания больших температурных градиентов. Преимуществом такого метода обработки является возможность одновременногo и равномерного прогрева всего объема продукта и удобство автоматизации.

Интенсивность нагревания рыбы зависит от длины волны или частоты тока, мощности .электрического поля и химического состава рыбы.
После проварки в индукторе рыба по конвейеру поступает в механизированную камеру охлаждения. Охлажденную готовую продукцию сортируют и упаковывают в тару.

Рис.5. Схема опытного электрокоптильного агрегата: 1 – щит управления , 2 – трансформатор, 3 – выпрямитель, 4 – электроды высокого напряжения, 5 – сушильная камера, 6 – камера электрокопчения, 7 – вентилятор, 8 – генератор дыма, 9 – рамка с рыбой, 10 – конвейер, 11 – индуктор для варки рыбы, 12 – генератор потока высокой частоты, 13 – генераторные лампы, 14 – камера охлаждения, 15 – заземление.

2.4.2. Диэлектрический нагрев

Диэлектрический нагрев – метод нагрева диэлектрических материалов высокочастотным переменным электрическим полем (ТВЧ — токи высокой частоты; диапазон 0,3—300 Мгц) или электромагнитной волной (СВЧ — сверхвысокие частоты; диапазон 0,4 — 10 ГГц). ТВЧ-нагрев диэлектриков осуществляется в конденсаторах, а СВЧ-нагрев — в волноводах и объемных резонаторах. В пищевом производстве используется СВЧ-нагрев.

При СВЧ-нагреве используются электромагнитные волны с частотами выше 100 МГц. Современные микроволновые печи используют обычно частоту 2,45 ГГц, хотя существуют устройства, работающие на частоте 915 МГц.

При использовании электромагнитных СВЧ-волн нагрев вызывается молекулярным дипольным вращением в диэлектрике — типичной дипольной молекулой является молекула воды. При этом в качестве генератора используются устройства на магнетронах.

Рис.6. Принцип диэлектрического нагрева.

Вынужденные колебания полярных молекул под действием внешнего электрического поля приводят к межмолекулярному трению, в результате во всем объёме диэлектрика выделяется теплота. В неидеальных диэлектрических материалах (частично проводящих электрический ток) происходит дополнительный нагрев за счёт проводимости. В диэлектриках, в которых процесс поляризации молекул незначителен, а электропроводность крайне мала, нагрев электромагнитным полем будет отсутствовать; такие материалы: стекло, бумага, фарфор, фаянс, многие полимерные материалы, воздух и т. д.

Метод наиболее широко применяется для разморозки и нагрева при приготовлении пищи. Поскольку вода в пищевых продуктах содержит большое количество различных солей, которые диссоциируют на ионы, служащие носителями электрических зарядов и также реагирующие на переменное электромагнитное поле, нагрев продуктов обусловлен как переориентацией полярных молекул-диполей, так и смещением ионов.

Нагрев с использованием сверхвысоких частот стал применяться после изобретении магнетрона (рис. 7.) в 1940-х годах. В 1947 году в США в вагоне-

Рис. 7. Конструкция магнетрона

ресторане была установлена первая СВЧ-плита «Радарэндж», в которой использовался, нагрев электромагнитными волнами частотой 2400 МГц. Работы по промышленному применению нагрева на сверхвысоких частотах начались в начале 1960-х годов: в США и Японии разрабатывались методы разрушения горных пород; в США и ФРГ проводились эксперименты по получению плазменного факела.

2.4.3. Обработка радиоактивным излучением или радуризация

Радуризация  —  процесс, заключающийся в подвергании воздействию продуктов питания ионизирующим излучением с целью уничтожения микроорганизмов, бактерий, вирусов или насекомых, которые могут присутствовать в пище. Эта обработка используется для повышения безопасности пищевых продуктов за счет увеличения срока годности продукта, и, как результат, снижая риск возникновения болезней пищевого происхождения.

Ионизация — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул. Положительно заряженный ион образуется, если электрон в молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, равную ионизационному потенциалу. Отрицательно

Рис. 8. Процесс ионизации продуктов питания

заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.

Для подобной цели дозу ионизирующей радиации приходится применять около 300 - 400 крад (3 - 4 кГр) при облучении свежих плодов и 600 -800 крад (6 - 8 кГр) при облучении мяса и мясопродуктов.

3. Производство воды и методы ее очистки

3.1. Использование воды в промышленности, быту и сельском хозяйстве

В структуре водоотведения 35% приходится на все отрасли промышленности, кроме теплоэнергетики, 33% - на теплоэнергетику, 18% составляют сбросы стоков с мелиорированных полей и 14% сбросы коммунально-бытового хозяйства городов и сельских населенных пунктов.

Одним из главных потребителей воды является орошаемое земледелие - 190 м3/год. Чтобы вырастить 1 т. хлопка, требуется 4-5 тыс.м³ пресной воды, 1 т. риса - 8 тыс.м³ . При орошении большая часть воды расходуется безвозвратно. Водопотребление на орошение зависит от трех факторов: площадей полива, состава культур и техники полива.

Главным способом полива является дождевание. Коэффициент полезного действия оросительных систем не превышает 0,6.

Рис.9. Использование воды в производстве.

Много воды просачивается в оросительных каналах, поднимая уровень грунтовых вод и вызывая засоление почвы. Значительно сокращаются потери воды при применении прогрессивных способов полива: капельного орошения, предпочвенного и мелкодисперсионного полива. Совершенствование оросительных систем, бетонирование дна, применение закрытых дренажей способствуют повышению КПД этих систем, но эти методы еще не полностью используются.