Образование «синергетического эффекта» в технике переработки пищевых продуктов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 10 октября, печатный экземпляр отправим 14 октября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (207) май 2018 г.

Дата публикации: 26.05.2018

Статья просмотрена: 79 раз

Библиографическое описание:

Курбанов, Ж. М. Образование «синергетического эффекта» в технике переработки пищевых продуктов / Ж. М. Курбанов, Р. Ж. Курбанова, Ш. Ж. Курбанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 21 (207). — С. 53-56. — URL: https://moluch.ru/archive/207/48431/ (дата обращения: 27.09.2020).



В данной работе описан механизм образования «синергетического эффекта» в технике на примере переработки пищевых продуктов (сушки плодов и овощей), при взаимодействии электромагнитного поля инфракрасного и сверхвысокочастотного диапазона волн с влагой пищевых продуктов.

Началом выделения синергетики в отдельное направление научных исследований стал момент, когда Г.Хакен впервые ввел понятие «синергетика», подразумевая под этим науку, которая занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей, компонентов или подсистем, одним словом, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой (1,2).

В настоящее время синергетика характеризуется следующими понятиями: открытая система, самоорганизация, самоуправление, антопоэзис, аттрактор, нелинейность, флуктуация, бифуркация, порядок и хаос, когерентность, конволюция, фрактальность, диссипация, многовариантность, альтернативность и другими характеристиками, которые дают перспективность ее использования [3].

Целесообразно указать, что основной целью взаимодействия такого рода систем выступает синергия, т. е.объединенное функционирование двух или более факторов, характеризующееся тем, что оно значительно превосходит эффект каждого отдельно взятого компонента и их суммы (1, 4). Таким образом, «синергетический эффект» — это всегда результат трансформации простых производственных систем в более сложные.

В общем, «синергетический эффект» — это положительный результат деятельности системы относительно результатов ее составляющих. Такой эффект описывается формулой «2 + 2 = 5». Это означает, что суммарный результат деятельности любой системы больше, чем сумма результатов отдельных организационных элементов этой системы. По своей природе синергетический эффект является организационным эффектом, поэтому задача состоит в том, чтобы найти набор элементов и так соединить их между собой, используя прогрессивные формы организации, при котором синергия обеспечивала бы качественное и количественное увеличение как потенциала, так и результатов функционирования системы и составных частей.

Целью нашей работы является объяснение образования «синергетического эффекта» в технике, как результата бифуркации, флуктуации, диссипации и когерентности (резонанса), возникающего за счет воздействия энергии электромагнитного поля СВЧ, ИК диапазона волн на пищевые продукты.

Известно, что квантовая природа ЭМП наиболее ярко проявляется в СВЧ, ИК видимом и УФ-диапазонах ЭМВ, а также при рентгеновском и гамма-излучениях.

Большинство пищевых продуктов и сред представляет собой несовершенные (реальные) диэлектрики. Они имеют достаточно высокую диэлектрическую проницаемость и низкую электропроводность, обусловленную в основном свободными ионами вещества. Такие среды могут подвергаться обычному нагреву током проводимости и диэлектрическому нагреву, связанному с дипольной, ионной и наведенной поляризацией отрицательных зарядов, атомов и молекул вещества в электрическом поле.

Потери энергии, связанные с дипольной поляризаций, имеют широкий максимум, лежащий для большинства веществ в диапазоне волн с частотой ƒ=(-)МГц (длина волны λ=0,3–0,003м), т. е. в диапазоне волн сверхвысоких частот (СВЧ).

С этой точки зрения диэлектрический нагрев пищевых сред, для которых характерна именно дипольная поляризация, в СВЧ диапазоне волн наиболее предпочтителен.

Диэлектрический нагрев эффективно используют (в целях интенсификации) в различных процессах пищевой технологии, таких как размораживание, варка, бланширование, выпечка, инактивация ферментов, пастеризация и стерилизация, сушка, хлебопечение, поджаривание, дезинсекция, а также для быстрого приготовления пищи.

В целях обоснования эффективности электрофизического метода воздействия на пищевые продукты и образование синергетического «Эффекта»нами были сопоставлены некоторые характеристики СВЧ, ИК, УФ и рентгеновские методы воздействия на влажный материал, в результате чего было выявлено, за счет бифуркации и флуктуации поля критических точек, что происходит диссипация энергии со значительным увеличением плотности теплового потока на поверхности материала. Также наблюдается воздействие ЭМП на состояние влаги в материале, этосказывается в условиях когерентности волн, резонанса частоты внешнего ЭМП и частоты собственных колебаний молекул воды, из-за чего возникаетсинергетический «Эффект», в свою очередь способствуюший появлению технологического и энергетического эффекта (5).

Нами была составлена таблица 1, показывающая сопоставление энергетических характеристик воды со спектром электромагнитного поля, причем нас интересовал энергетический уровень воздействия, т. е. наиболее эффективный метод подвода энергии на пищевые влажные материалы.

Данное сопоставление показало, что из ИК, СВЧ, УФ-методов энергоподвода энергия ИК-излучения равна энергии нулевого колебания. Энергия нижних колебаний переходов и энергия изменения внутренний энергии при 100°С является аттрактором и способствует появлению бифуркации, флуктации, диссипации энергии, а особенности когерентности вызывают резонанс волн и образуют синергетический «Эффект». Поэтому ИК, СВЧ и УФ-методы наиболее приемлемы для нагрева пищевых продуктов при высокоинтенсивной обработке (выпечке, сушки и т. п.).

Если СВЧ электромагнитного поля намного меньше, чем энергия нулевого и нижнего колебания и др., но примерно равна энергии вращательных переходов молекул воды, то энергия УФ-излучения намного больше и приемлема для сопоставления с энергией электронного возбуждения, ионизации и диссоциации молекул воды. Следовательно, изложенные методы электрофизического воздействия за счет синергетического «Эффекта» эффективны при различных видах обработки пищевых продуктов.

Таблица 1

Сопоставление энергии ЭМП сэнергетической характеристикой молекулы воды

Энергетические характеристики молекулы воды

Энергия электрофизических воздействий, ЭВ

Микроволны

4

ИК-излучение

4-0,4

УФ-излучения 41

Рентгеновские лучи

4

Энергия нулевого колебания

0,575

Энергия электронного возбуждения при λ=1220А

10,0

Ионизационный потенциал

12,62–18,0

Энергия диссоциации

5,11–4,4

Энергия вращательных переходов

Энергия нижних колебаний переходов

0,035

0,198

Изменение внутренней энергии

при 100°С

0,39

Изменение внутренней энергии при фазовом переходе лед I, лед II при t=35°С

0,00083

По результатам сравнительного анализа процессов можно выделить интенсивный (традиционный нагрев) и высокоинтенсивный (синергетический «Эффект»), способствующий различному темпу прогрева материала и создающий различные тепловые напряжения на поверхности продукта.

В целях определения скорости прогрева (в процессе сушки) методом ИК, СВЧ, ИК-СВЧ, СВЧ-ИК, традиционно-конвективный нагрев использовали параболический закон изменения температуры поверхности образцов плодов и овощей, в результате была составлена сводная таблица теплофизических характеристик и расчетов методом А. С. Гинзбурга (6) коэффициента, характеризующего скорость нагревания поверхности (таблица 2).

Целесообразно отметить то, что, для расчета нами были выбраны максимальная температура прогрева плодов и овощей, а также фиксированная продолжительность нагрева (7,8).

Таблица 2

Сводная таблица расчета коэффициента, характеризующего скорость нагревания поверхности

Наимено-вание плодов иовощей

Метод начального импульса (НИ)

К

мин.

, Вт/МК

кВт/

Дж/кгК

, Кг/

c

Дж/

C, К/

1

Виноград (рад.сол. сушка)

Конвект.

355

30

0,52

5,2

3790

1010

3,9

0,42

ИК

365

25

0,52

2,6

3790

1010

3,9

1,31

2

Айва (рад.сушка)

Конвект..

353

35

0,46

2,5

3560

955

3,8

0,9

3

Яблоки (т.р.сушка)

ИК

353

35

0,50

1,2

4020

890

3,1

1,48

Яблоки (чипсы)

СВЧ кон.

392

2

0,50

4,9

4020

890

3,6

1,33

4

Абрикосы

СВЧ.

341

15

0,51

4,3

3768

950

3,6

1,48

Курага

ИК

348

2

0,48

4,2

3768

960

3,6

1,4

5

Вишня

ИК-СВЧ

347

2,5

0,51

4,4

3790

1090

4,1

1,6

СВЧ-ИК.

383

2–8

0,48

4,6

3790

1090

4,1

1,48

6

Персики

СВЧ.

341

30

0,58

4,9

3810

930

3,5

1,23

7

Груша

ИК.

338

30

0,51

4,6

3810

1010

3,8

1,4

СВЧ.

378

15–30

0,47

4,4

3810

1010

3,8

1,6

8

Слива

ИК-СВЧ.

344

3/4

0,49

4,2

3680

980

3,6

1,5

ИК-СВЧ.

373

1–2

0,49

4,6

3680

980

3,6

1,7

9

Картофель

СВЧ.

363

2–3

0,58

4,8

3515

986

3,5

1,5

ИК вакуу

343

0,58

4,3

3515

986

3,5

1,34

10

Свекла

ИК.

363

2–3

0,47

4,3

3900

650

2,5

2,3

11

Морковь

СВЧ.

363

2

0,60

4,4

3936

1040

4,1

1,14

12

Капуста

ИК.

359

3–5

0,34

3,1

3894

700

2,7

2,13

По результатам расчета, коэффициент С (скорость нагревания поверхности образца) колеблется: традиционный, конвективный нагрев: от 0,42 до 0,9 и при СВЧ и ИК нагрев от 1,31 до 2,3, в среднем 1,85 К/, что почти в 3 раза больше, чем традиционный нагрев в процессе сушки плодов и овощей.

Предел колебания коэффициента С зависит также от вида нагреваемого образца, от способа нагрева, а также от конструктивных особенностей аппаратов, где они нагреваются и т. п.

Из вышеизложенного можно отметить то, что образование синергетического «Эффекта» в технике переработки пищевых продуктов действительно высоко интенсифицирует процесс тепловой обработки и способствует технологическому и энергетическому эффекту.

Литература:

  1. Ансофф И. Новая корпоративная стратегия / И. Ансофф / пер. с англ.; под ред. Ю. Н. Каптуревского. — СПб.: Питер, 1999. -416 с.
  2. Мироненко В. Н. О синергетическом эффекте и его использовании при управлении развитием компании. — [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.profrost.ru/papers/110.html.
  3. Хакен Г. Синергетика / Г. Хакен. -М.: Мир, 1985.-419 с.
  4. Курбанова М. Ж. — Интенсификация тепло-массообменных процессов начальным импульсным энергоподводом. Монография. Самарканд: ГП издательство “Zarafshon”-2017.136 с.
  5. Kurbanova M. J., Dodaev K. O., Kurbanov J. M. Thermochemical techniques of processing the initial impulse intechnology of drying fruits and vegetables // Austrian journal of technical and natural sciences. Vienna, 2016. -№ 5–6. -P.20–24. (02.00.00; № 12).
  6. Курбанова М. Ж., Додаев К. О., Курбанов Ж. М. Исследование процесса сушки плодов яблок СВЧ-конвективным способом // Пищевая промышленность. -Москва, 2015. -№ 10. -С. 19–21.
  7. Курбанова М. Ж., Додаев К. О. Интенсификация сушки плодов и овощей с применением начального импульса // Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы инновационных технологий в развитии химической, нефте-газовой и пищевой промышленности. Ташкент, 2016.-С.36–38.
  8. Курбанова М. Ж. Смысловой анализ процессов обработки пищевых продуктов начальным импульсом // Международная научно-практическая конференция. 22-декабря 2016 г, Часть3, Стерлитамак, Россия. -С. 98–104.
Основные термины (генерируются автоматически): СВЧ, энергия, диапазон волн, нагрев, продукт, электромагнитное поле, внутренняя энергия, дипольная поляризация, нулевое колебание, электронное возбуждение.


Похожие статьи

Волновое уравнение для электромагнитного поля в вакууме

электромагнитное поле, уравнение, волна, магнитное поле, вакуум, заряд, уравнение Максвелла, электрическое поле, волновое уравнение, поле.

Разработка дипольной антенны | Статья в журнале...

Данная статья посвящена разработке дипольной антенны для диапазона частот 3.2–3.2 ГГц.

Рис. 6. Структура E-поля в дипольной антенне.

Рис. 9. График соотношения постоянных волн от напряжения.

Электромагнитное излучение, его воздействие на человека

По длине волны спектр электромагнитных волн условно разделяют на 8 диапазонов.

Исследование техногенных электромагнитных полей. Реакция организма человека зависит не только от величины мощности излучения, но и от частоты, вида модуляции, поляризации...

Исследование техногенных электромагнитных полей

– напряженностью магнитного поля (Н); – плотностью потока энергии (ППЭ). Оценка диапазонов излучения РЧ и СВЧ неодинакова.

электромагнитное поле, электромагнитное излучение, предельная допустимая доза, токи высокой частоты, беспроводные передатчики...

Электромагнитное излучение и химические реакции

Скачать электронную версию. Библиографическое описание

Целью данной работы является изучение влияния электромагнитного излучения (ЭМИ) мм- диапазона на изотропные водные растворы

Часть энергии представлена в виде поля и может излучаться в пространство...

Источник радиантной энергии или электричество из воздуха

Основные термины (генерируются автоматически): электрическая энергия, энергия, Лучистая Энергия, прибор, Энергия приливов, альтернативная энергетика, металлическая пластина, лист металла, земля, Энергия солнца.

Задать вопрос. ФИО. Электронная почта.

Математическая модель нагрева волновода при передаче...

Рис. 3. Значение толщины скин-слоя в зависимости от материала и частоты СВЧ-сигнала.

Формирователь импульсов тока возбуждения магнитоупругих волн...

Преимуществами ВОД являются: защищенность от воздействия электромагнитных полей.

Оптодинамические эффекты в системах связанных плазмонных...

[7]; – напряженность электрического поля лазерного излучения ( – амплитуда поля); – дипольная поляризуемость частицы; – вектор, соединяющий

Уже после этого имеет место относительно медленный процесс передачи энергии от электронной компоненты к ионной.

Развитие и области применения сегнетоэлектрических материалов.

Высокая остаточная поляризация, низкое коэрцитивное поле, большое число циклов

- При конструировании преобразователей солнечной энергии.

[7]; – напряженность электрического поля лазерного излучения ( – амплитуда поля); – дипольная поляризуемость частицы...

Похожие статьи

Волновое уравнение для электромагнитного поля в вакууме

электромагнитное поле, уравнение, волна, магнитное поле, вакуум, заряд, уравнение Максвелла, электрическое поле, волновое уравнение, поле.

Разработка дипольной антенны | Статья в журнале...

Данная статья посвящена разработке дипольной антенны для диапазона частот 3.2–3.2 ГГц.

Рис. 6. Структура E-поля в дипольной антенне.

Рис. 9. График соотношения постоянных волн от напряжения.

Электромагнитное излучение, его воздействие на человека

По длине волны спектр электромагнитных волн условно разделяют на 8 диапазонов.

Исследование техногенных электромагнитных полей. Реакция организма человека зависит не только от величины мощности излучения, но и от частоты, вида модуляции, поляризации...

Исследование техногенных электромагнитных полей

– напряженностью магнитного поля (Н); – плотностью потока энергии (ППЭ). Оценка диапазонов излучения РЧ и СВЧ неодинакова.

электромагнитное поле, электромагнитное излучение, предельная допустимая доза, токи высокой частоты, беспроводные передатчики...

Электромагнитное излучение и химические реакции

Скачать электронную версию. Библиографическое описание

Целью данной работы является изучение влияния электромагнитного излучения (ЭМИ) мм- диапазона на изотропные водные растворы

Часть энергии представлена в виде поля и может излучаться в пространство...

Источник радиантной энергии или электричество из воздуха

Основные термины (генерируются автоматически): электрическая энергия, энергия, Лучистая Энергия, прибор, Энергия приливов, альтернативная энергетика, металлическая пластина, лист металла, земля, Энергия солнца.

Задать вопрос. ФИО. Электронная почта.

Математическая модель нагрева волновода при передаче...

Рис. 3. Значение толщины скин-слоя в зависимости от материала и частоты СВЧ-сигнала.

Формирователь импульсов тока возбуждения магнитоупругих волн...

Преимуществами ВОД являются: защищенность от воздействия электромагнитных полей.

Оптодинамические эффекты в системах связанных плазмонных...

[7]; – напряженность электрического поля лазерного излучения ( – амплитуда поля); – дипольная поляризуемость частицы; – вектор, соединяющий

Уже после этого имеет место относительно медленный процесс передачи энергии от электронной компоненты к ионной.

Развитие и области применения сегнетоэлектрических материалов.

Высокая остаточная поляризация, низкое коэрцитивное поле, большое число циклов

- При конструировании преобразователей солнечной энергии.

[7]; – напряженность электрического поля лазерного излучения ( – амплитуда поля); – дипольная поляризуемость частицы...

Задать вопрос