Способ обработки овощей, плодовых, зерновых и зернобобовых культур и изготавливаемых из них продуктов

Изобретение относится к способам хранения сельскохозяйственной продукции полеводства и садоводства. Способ обработки овощей, плодовых, зерновых и зернобобовых культур и изготавливаемых из них продуктов заключается в их обдуве электродуговой воздушной плазмой при атмосферном давлении. Предварительно готовят источник плазмы с дуговым разрядом постоянного тока в плазмообразующем газе, например в аргоне или азоте, при использовании стержневого вольфрамового катода, имеющего водоохлаждаемую заделку в наружной его части и обращенный к водоохлаждаемому сопловому медному аноду горячий внутренний торец конусной формы. На срезе анодного канала по нормали к потоку газоразрядной плазмы подмешивается круговое плоское течение воздуха, создающее распределенную анодную привязку с удельной эрозией анода на уровне 10^-10 г/Кл и далее вытекающее вдоль оси источника плазмы в виде смеси с газоразрядной плазмой. За срезом сопла источника плазмы измеряют пространственные распределения температуры и концентраций радикалов NO и ОН при избранных газовых расходах и электрических параметрах дугового разряда, создающих средние концентрации данных радикалов не менее 500 ppm, и определяют минимально допустимые удаления обрабатываемых объектов от среза сопла источника плазмы, при которых ее температура составляет 30°С. После этого избранные объекты обдувают подготовленной таким образом плазменной струей с использованием определенных для нее параметров. Техническим результатом является увеличение срока хранения сельскохозяйственной продукции, сохранение ее товарного вида и пищевой ценности при содержании в обычных условиях без понижения температуры и без дополнительных упаковок, покрытий и газов, а также обеспечение понижения опасности такой обработки обслуживающим персоналом. 14 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к способам хранения сельскохозяйственной продукции полеводства и садоводства и может быть использовано для обработки данной продукции с целью ее длительного хранения.

Известен способ обработки плодоовощной продукции и устройство для его осуществления [1] путем ионизации неорганического газа (Ar, О₂ и др.) или их смесей в ВЧЕ разряде с неизолированными электродами или в диэлектрико-барьерном высокочастотном емкостном (ВЧЕ) разряде при давлении на уровне 1 мм рт.ст. путем обдува обрабатываемой продукции выхлопным потоком рабочего газа на выходе безмаслянного откачного насоса в сушильную камеру, через которую непрерывно перемещается поток обрабатываемой продукции. В таком варианте рабочий газ поступает в сушильную камеру при активации, обеспечивающей одновременное уничтожение поверхностной грибной микрофлоры и бактериальной флоры. Недостатком данного способа оказался заниженный уровень активации рабочего газа, плазма которого при прокачивании через откачной насос заметно рекомбинирует и деионизуется, существенно занижая скорость уничтожения поверхностной грибной и бактериальной флоры и, следовательно, увеличивая время обработки продукции при уменьшении срока ее хранения. Кроме того, напряжение питания ВЧЕ разряда составляет киловольты, что создает опасность для сотрудников, проводящих обработку плодоовощной продукции.

Известен способ обдува пищевых продуктов плазменной струей атмосферного давления, создаваемой слаботочными импульсными разрядами в аргоне [2]. Его недостатками являются высокие напряжения, опасные для исполнителей данного процесса, и невысокая производительность такой обработки из-за отсутствия радикалов NO и ОН, необходимых для обеспечения приемлемой производительности такого процесса.

Известен также способ обдува подобных объектов низкотемпературной воздушной плазмой атмосферного давления, создаваемой ВЧЕ разрядом с изолированными или неизолированными электродами, коронным разрядом или импульсным, скользяще-подвижным дуговым разрядом [3]. Его недостаток состоит в применении высоких напряжений, которые создают опасность для пользователей технологии такого вида.

Данный способ, как наиболее близкий к заявленному техническому решению, принят в качестве прототипа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание такого способа обработки сельскохозяйственной продукции полеводства и садоводства, который позволяет увеличить срок хранения продукции, собранной в период их полного созревания, сохраняя ее товарный вид и высокую пищевую ценность при содержании в обычных условиях без понижения температуры и без дополнительных упаковок, покрытий и газов, причем, этот способ уменьшить степень опасности организации газоразрядной активации рабочего газа.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном способе обработки овощей, плодовых, зерновых и зернобобовых культур и изготавливаемых из них продуктов путем обдува их электродуговой воздушной плазмой при атмосферном давлении, предварительно готовят источник плазмы с дуговым разрядом постоянного тока в плазмообразующем газе, например, в аргоне или азоте, при использовании стержневого вольфрамового катода, имеющего водоохлаждаемую заделку в наружной его части, и обращенный к водоохлаждаемому сопловому медному аноду горячий внутренний торец конусной формы, причем, на срезе анодного канала по нормали к потоку газоразрядной плазмы подмешивается круговое плоское течение воздуха, создающее распределенную анодную привязку с удельной эрозией анода на уровне 10^-10 г/Кл и далее вытекающее вдоль оси источника плазмы в виде смеси с газоразрядной плазмой, в которой за срезом сопла источника плазмы измеряют пространственные распределения температуры и концентраций радикалов NO и ОН при избранных газовых расходах и электрических параметрах дугового разряда, создающих средние концентрации данных радикалов не менее 500 ppm, и определяют минимально допустимые удаления обрабатываемых объектов до среза сопла источника плазмы, при которых ее температура составляет 30°С, а после этого обдувают избранные объекты подготовленной таким образом плазменной струей с использованием определенных для нее параметров.

Этот газ при тех же параметрах дугового разряда обеспечит повышенную концентрацию радикала NO, который усилит активность биомедицины плазменного потока [4] и, следовательно, повысит эффективность обработки сельхозпродуктов.

Таким электродуговым источником плазмы постоянного тока, применявшимся для реализации предложенного способа, явился электродуговой генератор плазмы [4], работавший при атмосферном давлении с постоянным напряжением дуги на уровне 20-40 В, что заметно понизило опасность применения данного способа. Его конструктивная схема представлена на Фиг. 1, где 1 - стержневой вольфрамовый катод с водоохлаждаемой заделкой в наружной его части и внутренним торцом конической формы, 2 - подача плазмообразующего инертного газа (аргона), 3 – медный водоохлаждаемый анод, 4 - плоский канал на выходе из кольцевого коллектора, 5 - поток плазмы, 6 - патрубок подачи технологического газа, которым являлся воздух. Внешний вид работающего лабораторного варианта данного плазматрона показан на Фиг. 2.

Вначале перед обработкой нескольких объектов были подобраны следующие параметры данного источника плазмы [4]: расход аргона, обдувающего катод, был равен 2 л/мин., расход подаваемого в технологический канал воздуха составлял 10 л/мин., электрический ток дуги был равен 50 А.

В ходе предварительной подготовки данного способа были реализованы два вида локальной диагностики параметров аргоно-воздушной плазменной струи.

а) Химическим барботером была определена концентрация оксида азота NO: на расстоянии 50 мм от среза сопла плазматрона данный параметр составлял примерно 1900 ppm на оси плазменного потока, а на его периферии понижался примерно до 190 ppm. Такая характеристика плазмы оказалась приемлемой для обработки объектов.

б) С помощью тепловизора Fluke TI-9 было измерено пространственное распределение температуры в плазменном потоке. Результат этих измерений представлен на Фиг. 3. Видно, что при ограничении температуры струи на уровне 30°С обработка объектов должна была проводиться на расстоянии не ближе 20 мм до среза сопла плазматрона. Примерно на таком расстоянии в рамках предложенного способа обрабатывались три объекта: 1) образец пшеничного хлебобулочного изделия (батона) толщины 1 см и габарита ~ 6 см; 2) клубень картофеля; 3) плод банана.

На Фиг. 4 показан хлебный образец до обработки, внешний вид которого не изменился и после его обдува аргоно-воздушной плазмой в течение 5 мин. На Фиг. 5 показан хлебный образец без обработки: через 15 дней, он оказался поражен плесневыми грибами. На Фиг. 6 показан обработанный хлебный образец: его внешний вид не изменился. Через 45 дней данный хлебный образец выглядел практически так же.

На Фиг. 7 показан картофельный клубень, внешний вид которого не отличался от клубня, обработанного потоком аргоно-воздушной плазмы в течение 5 мин. На Фиг. 8 представлен необработанный плазмой картофель через 15 дней. На нем появились и развились нескольких видов гнили, возбудителями которых явились бактерии и грибы (представители рода Fusarium). На Фиг. 9 - картофельный клубень через 15 дней после обработки аргоно-воздушной плазмой, который сохранился без особых изменений.

Были проделаны также опыты по обработке аргоно-воздушной плазмой плодов банана. На Фиг. 10 (1 день хранения), Фиг. 11 (3 дня хранения) и Фиг. 12 (10 дней хранения) показаны 3 последовательных вида не обработанного контрольного образца, сгнивавшего в течение 10 дней. На Фиг. 13 (время обработки 3 мин.) и 14 (время обработки 5 мин.) представлены обработанные аргоно-воздушной плазмой образцы плодов банана, хранившиеся 15 дней. Видно, что они остались пригодными к употреблению в пишу. Условия хранения контрольных и опытных образцов были одинаковы: температура воздуха около +13°С и его влажность 85-90%.

Таким образом, предложенный способ оказался вполне эффективным методом обработки сельскохозяйственной продукции, который, по всей вероятности, стал результатом высокой концентрации радикалов NO и ОН в спектрально чистой аргоно-воздушной плазме, генерируемой высокоресурсным электродуговым плазматроном постоянного тока, который обеспечил одновременное уничтожение грибной и бактериальной микрофлоры на обрабатываемых объектах. Эта особенность обработки явилась следствием ранее проведенного диагностического исследования генерируемого данным прибором плазменного потока [4], которое выявило реальную возможность его использования в биомедицинской области.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки на изобретение:

1. А.К. Филиппов, М.А. Федоров, Д.А. Филиппов, Р.А. Филиппов, Способ обработки плодоовощной продукции и устройство для его осуществления, Патент РФ RU 2312562 С2, МПК A23L 3/00, 06.02.2006.

2. С.В. Гомбоева, И.И. Бадмаева, Б.Б. Балданов, Ц.В. Ранжуров, Использование низкотемпературной плазмы в пищевой промышленности / Сб. трудов I Междунар. научно-технич. конф. (заочной) «Инновационные технологии пищевых продуктов и оценка их качества: наука, образование, производство». Улан-Удэ: ВСГУТУ, 2016. С. 69-72 (ВСГУТУ: Восточно-Сибирский гос. университет технологий и управления).

3. Korachi М., Asian N., Low temperature atmospheric plasma for microbial decontamination. Microbial pathogens and strategies for combating them: science, technology and education. Ed. By A. Me'ndez-Vilas. Badjos: Formatex Press, 2013, p. 453-459.

4. B.A. Рябый, В.П. Савинов, В.Г. Якунин, Ю.А. Пирогов, И.А. Родин, Высокоресурсный плазматрон для применения в медицине, Медицинская техника, 2017, т. 51, №3(303), с 31-35.

Способ обработки овощей, плодовых, зерновых и зернобобовых культур и изготавливаемых из них продуктов, заключающийся в том, что осуществляют их обдув электродуговой воздушной плазмой при атмосферном давлении, отличающийся тем, что предварительно готовят источник плазмы с дуговым разрядом постоянного тока в плазмообразующем газе, например в аргоне или азоте, при использовании стержневого вольфрамового катода, имеющего водоохлаждаемую заделку в наружной его части и обращенный к водоохлаждаемому сопловому медному аноду горячий внутренний торец конусной формы, причем на срезе анодного канала по нормали к потоку газоразрядной плазмы подмешивается круговое плоское течение воздуха, создающее распределенную анодную привязку с удельной эрозией анода на уровне 10^-10 г/Кл и далее вытекающее вдоль оси источника плазмы в виде смеси с газоразрядной плазмой, в которой за срезом сопла источника плазмы измеряют пространственные распределения температуры и концентраций радикалов NO и ОН при избранных газовых расходах и электрических параметрах дугового разряда, создающих средние концентрации данных радикалов не менее 500 ppm, и определяют минимально допустимые удаления обрабатываемых объектов от среза сопла источника плазмы, при которых ее температура составляет 30°С, а после этого избранные объекты обдувают подготовленной таким образом плазменной струей с использованием определенных для нее параметров.