СПОСОБ СУШКИ СЫРЬЯ ИЛИ МАТЕРИАЛОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК A01F25/00 

Изобретение относится к технологии сушки сельскохозяйственного сырья или материалов растительного происхождения, в частности овощей, плодов, зерна, трав, древесины, путем интенсификации процесса перераспределения находящейся в них влаги в окружающее пространство, в частности, для подготовки к их хранению.

Известен способ сушки сырья и материалов растительного происхождения, предусматривающий обработку электромагнитным излучением с частотой от 1 до 40 Гц. Причем удаление влаги осуществляют путем естественного или принудительного обдува. В процессе обработки электромагнитным излучением сырье или материалы нагревают (SU № 1421273, А01F 25/00, опубл. 07.09.1988).

Недостатками указанного способа является использование нагрева, приводящего к деформации и/или растрескиванию, и/или потере биологически активных веществ, микроэлементов, питательных веществ, а также ограниченное использование видов излучения, а именно, только электромагнитное излучение.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению резонансного возбуждения заряженных микрочастиц цитоплазмы объектов растительного происхождения с целью устранения экранирующего воздействия на них полярных молекул воды, связанных своими заряженными полюсами с микрочастицами цитоплазмы, находящейся до воздействия на нее резонансными волнами в зарядово-нейтральном состоянии за счет экранирования молекулами воды, объединенными между собой в кластеры.

При резонансном возбуждении заряженных микрочастиц цитоплазмы под воздействием резонансных волн, зарядовое напряжение и сопряженное с ним силовое поле микрочастиц цитоплазмы возрастает, и приводит к их взаимному отталкиванию, при ослаблении взаимодействия с экранирующими их молекулами воды, переходящими в свободное состояние. При этом свободные молекулы воды объединяются между собой своими вакантными заряженными полюсами в нейтральные полимолекулярные глобулы. Нейтральные полимолекулярные глобулы беспрепятственно перераспределяются из цитоплазмы клеток объекта через микропоры в окружающее пространство, приводя к уменьшению содержания воды в цитоплазме. С уменьшением содержания воды в цитоплазме происходит повышение градиента концентрации в ней резонансно возбужденных заряженных микрочастиц, что приводит к дальнейшему повышению их зарядового напряжения и силового взаимного отталкивания при освобождении их от экранирующих молекул воды. В результате этого в цитоплазме клеток обрабатываемого объекта растительного происхождения под воздействием резонансных волн повышение градиента концентрации заряженных микрочастиц в цитоплазме порождает перераспределение находящейся в ней воды в окружающее пространство, и наоборот. Под воздействием силового поля порождаемого самими же заряженными микрочастицами они перераспределяются из цитоплазмы - зоны повышенного зарядового напряжения на стенку клеток - зону пониженного зарядового напряжения и распределяются на ее поверхности в краевой зоне, как на обкладках замкнутых конденсаторов (объемных резонаторов). Возникающее при этом силовое поле между заряженными микрочастицами, распределенными на поверхности в краевой зоне стенки клеток объекта, поддерживая в них силовое напряжение, распределенное таким образом равномерно по всему объему обрабатываемого объекта растительного происхождения, обеспечивая при этом оптимальные условия перераспределения свободной (несвязанной) воды из клеток (зон повышенного силового напряжения) через расширенные микропоры их стенки в окружающее пространство. За счет силового напряжения, равномерно распределенного по внутриклеточным пространствам объекта растительного происхождения, поддерживается объемная форма их структурно-клеточных элементов, составляющих остов (растительный скелет), а также его прочность, предотвращается растрескивание, усыхание (усушка), разрывы и деформации объектов, повышается их резистентность к воздействиям среды, таким как перепады температуры, влажности, давления, к механоактивации, болезням, гнили.

Достигаемый при этом технический результат заключается в сокращении продолжительности процесса сушки при увеличении его производительности и при существенном сокращении затрат энергии на процесс сушки, в повышении качества высушиваемых сырья или материалов растительного происхождения, в улучшении их товарного вида, в сохранении микроэлементов, витаминов, масел, смол и других полезных веществ, а также в повышении экологической ценности высушенных объектов растительного происхождения и изготавливаемой из них продукции.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сушки сырья или материалов растительного происхождения, предусматривается воздействие на исходное сырье и исходные материалы излучением. В качестве излучения используют электромагнитные волны в диапазоне частот от 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц, или ультразвуковые волны в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, или акустические волны в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, которые модулируют информационными сигналами, резонансными обрабатываемому сырью или материалам растительного происхождения в режиме стоячей волны для резонансного возбуждения заряженных микрочастиц цитоплазмы клеток объектов сушки, причем воздействие осуществляют путем размещения источников излучения вокруг обрабатываемого сырья или обрабатываемого материала растительного происхождения.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

При реализации указанной совокупности признаков технический результат достигается за счет:

- резонансно-волновой накачки внутриклеточного цитоплазматического сока, находящегося в клетках объекта, как в аналогах резонаторов;

- резонансного возбуждения заряженных микрочастиц цитоплазмы при повышении их зарядового напряжения и порождаемого им силового поля, приводящего к взаимоотталкиванию заряженных частиц;

- ослабления взаимодействия заряженных микрочастиц с экранирующими их полярными молекулами воды;

- перехода экранирующих молекул воды, связанных между собой в кластеры, в свободное (несвязанное) состояние;

- объединения свободных молекул воды их вакантными заряженными полюсами в зарядово-нейтральные (зарядово-скомпенсированные) полимолекулярные глобулы;

- перераспределения полимолекулярных глобул воды через микропоры объекта в окружающее пространство;

- уменьшения содержания воды в цитоплазме;

- повышения градиента концентрации заряженных микрочастиц в цитоплазме;

- повышения силового напряжения и взаимного отталкивания заряженных микрочастиц;

- ослабления взаимодействия микрочастиц с экранирующими их молекулами воды;

- перехода свободной (несвязанной) воды в виде полимолекулярных зарядово-нейтральных глобул из цитоплазмы объекта в окружающее пространство;

- перераспределения заряженных микрочастиц из зоны повышенного зарядового напряжения - цитоплазмы клеток в зону пониженного зарядового напряжения - на стенку структурно-клеточных элементов, составляющих остов объекта;

- равномерного распределения заряженных микрочастиц на поверхности структурно-клеточных элементов остова, объекта растительного происхождения;

- силового статистического взаимного отталкивания заряженных микрочастиц, распределенных по поверхности остова объекта, поддерживающего его объемную форму и прочность, входящих в его состав структурно-клеточных элементов, а также силовое внутриклеточное напряжение, обеспечивающее перераспределение воды из цитоплазмы клеток объекта на его поверхность и в окружающее пространство.

Предлагаемый способ позволяет сушить любые объекты растительного происхождения, а именно пиломатериалы из древесины, чай, табак, зерно, фрукты, ягоды, овощи, зелень, лекарственные растения и тому подобное. Предлагаемый способ отличается экологической чистотой и абсолютной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды.

В последующем изобретение поясняется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее изобретение примеров выполнения способа сушки сырья или материалов растительного происхождения.

Пример 1. Сушка древесины.

Сушка пиломатериалов хвойных пород древесины, например сосны, проводилась при комнатной температуре одновременно в двух одинаковых по размеру и форме проветриваемых ангарах, находящихся параллельно друг другу на расстоянии 50 метров.

В каждом ангаре находилось по два штабеля древесины. Один штабель был сформирован из двадцати пяти бревен диаметром 300 мм, длиной 3500 мм, с влажностью от 65% до 75%. Другой штабель сформирован из тридцати пяти брусьев 160 мм×160 мм, длиной 3000 мм, с влажностью от 60% до 70%.

В экспериментальном ангаре вокруг штабелей пиломатериалов экспериментальной древесины разместили источники электромагнитных волн, например волноводы. При этом контрольная древесина в другом ангаре находилась в условиях естественной сушки.

Экспериментальные пиломатериалы, находившиеся в одном ангаре, подвергались в соответствии с изобретением непрерывному воздействию электромагнитных волн с частотой 3×10^-5 Гц, которые модулировали сигналами, резонансными обрабатываемой древесине, и формировали в стоячие волны.

В результате ежесуточных измерений текущей влажности древесины было установлено, что через 18 дней влажность пиломатериалов составила для древесины экспериментальных бревен - от 8% до 10%, для экспериментального бруса - от 6% до 8%. Для контрольной древесины влажность бревен составила от 54 до 61%, а влажность бруса составила от 50% до 58%

При обследовании экспериментальных пиломатериалов, высушенных в соответствии с заявляемым способом было выявлено отсутствие усушки, то есть были сохранены исходные линейные размеры и бревен и бруса. На экспериментальных пиломатериалах отсутствовали наружные, внутренние и торцевые трещины, разрывы, кручение. На поверхности экспериментальных пиломатериалов отсутствовала вытесненная в результате сушки смола. Структура экспериментальной древесины осталась без изменений, то есть цвет и текстура древесины не изменились.

Пример 2. Сушка древесины.

Были проведены исследования твердости, гидрофобности и прочности клеевых соединений образцов экспериментальной древесины, высушенных как описано в примере 1 и в соответствии с заявляемым способом до 7% влажности. Сопоставление полученных результатов проводилось с аналогичными показателями образцов древесины, высушенных до 7% влажности в сушильной камере «Cathild industry» модель VSIW90LM по традиционной методике с разогревом воздуха в камере до 65-70°С и принудительным его увлажнением для предотвращения растрескивания древесины.

В результате сравнения было выявлено повышение более чем на 30% прочностных характеристик клеевых соединений образцов экспериментальной древесины по сравнению с аналогичными соединениями, выполненными из образцов древесины, высушенной в сушильной камере «Cathild industry» традиционным методом.

Также было отмечено повышение более чем на 25% твердости, прочности и гидрофобности образцов экспериментальной древесины.

Пример 3. Сушка древесины.

Экспериментальной сушке подвергались пиломатериалы, а именно доска обрезная из хвойных пород дерева: ель и сосна, и из лиственных пород дерева: бук, дуб и ясень. Влажность пиломатериалов составляла от 60% до 75%. Сушку осуществляли в двух сушильных камерах производства фирмы «Cathild industry» модели VSIW90LM. Разовый объем загрузки одной сушильной камеры обрезной доской хвойных и лиственных пород древесины составлял 40 м³.

Сушку контрольных пиломатериалов осуществляли в камере по традиционной методике с разогревом воздуха в камере до 65-70°С и принудительным его увлажнением для предотвращения растрескивания древесины.

Сушку экспериментальных пиломатериалов осуществляли в камере при температуре от 20°С до 25°С, при этом по контуру камеры были установлены резонансные антенные контуры, которые обеспечивали воздействие на экспериментальные пиломатериалы излучения электромагнитных волн с частотой

3×10¹⁴ Гц, модулированных сигналами, резонансными обрабатываемой древесине, и формирование их в стоячие волны.

Во время сушки в сушильных камерах автоматически поддерживались заданная температура и влажность воздуха.

Как показал эксперимент, использование заявляемого способа в сушке пиломатериалов хвойных и лиственных пород древесины позволило:

- повысить производительность сушильной камеры производства фирмы «Cathild industry» модели VSIW90LM более чем на 40% за счет сокращения времени сушки;

- проводить сушку пиломатериалов при щадящем для структурно-клеточных элементов древесины температурном режиме от 20 до 25°С;

- сократить затраты электроэнергии до 40%;

- сократить затраты тепловой энергии до 55%;

- сократить потери, связанные с усушкой древесины, до 18%, избежать растрескивания, расщепления, кручения пиломатериалов;

- повысить надежность клеевых соединений древесины до 30%;

- повысить надежность и прочность взаимодействия поверхности древесины с наносимыми на нее лакокрасочными покрытиями;

- улучшить товарный вид высушенной древесины;

- повысить прочность и твердость древесины до 25%.

Пример 4. Сушка табака.

Табак перед его резкой в течение 24 часов подвергали воздействию ультразвуковых волн с частотой 1,5×10⁴ Гц, которые модулировали информационными сигналами, резонансными обрабатываемому материалу, и формировали в стоячие волны. Воздействие осуществлялось путем размещения источников излучения, а именно антенных модулей, вокруг обрабатываемого сырья.

Использование заявляемого способа для сушки табака позволило по сравнению с традиционным способом:

- сократить время сушки табака;

- предотвратить усушку табака;

- уменьшить влажность табака и сопротивление затяжки;

- увеличить объем, пористость, упругость и пластичность табака;

- сократить потери табака, связанные с превращением его в мелкую крошку и табачную пыль при его транспортировке, резке, смешивании с другими сортами табака;

- повысить скорость и полноту горения табака;

- снизить содержание смол и моноокиси углерода в табачном дыме.

Пример 5. Сушка семян сельскохозяйственных культур и лекарственных растений.

Сушке подвергались семена валерьяны, ромашки аптечной, календулы, зверобоя, пустырника, пшеницы, овса, кабачка, моркови, укропа, томатов и огурцов. Сушка семян осуществлялась путем воздействия на них в течение 12 часов акустических волн с частотой 50 Гц, которые модулировали информационными сигналами, резонансными обрабатываемому материалу, путем размещения источников излучения вокруг обрабатываемых семян.

Использование заявляемого способа для сушки семян позволило по сравнению с традиционным способом сушки:

- повысить всхожесть семян и энергию их роста;

- сократить период вегетативного развития;

- повысить устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе, к повышенной или пониженной температуре воздуха, к болезням;

- повысить их урожайность и качество продукции;

- повысить их резистентность к неблагоприятным воздействиям среды и болезням на этапе хранения.

Пример 6. Сушка картофеля.

Картофель перед закладкой на 12 месяцев хранения в течение 24 часов подвергли воздействию электромагнитных волн в диапазоне частот от 3×10¹⁰ Гц, которые модулировали информационными сигналами, резонансными обрабатываемому материалу, и формировали в стоячие волны путем размещения источников излучения вокруг обрабатываемого сырья.

Установлено, что в течение всего периода хранения, картофель сохранил свой тургор, объем, сочность, вкусовые свойства.

На 85% по сравнению с картофелем заложенным на хранение после традиционной сушки повысилась устойчивость экспериментального картофеля к гниению.

Как видно из вышеприведенных примеров, заявляемый способ позволяет сократить продолжительность процесса сушки не менее чем в два раза при увеличении его производительности и при существенном сокращении затрат энергии на процесс сушки, повысить качество высушиваемых сырья или материалов растительного происхождения, улучшить их товарный вид, сохранить микроэлементы, витамины, масла, смолы и другие полезные вещества, а также повысить экологическую ценность высушенных объектов растительного происхождения.

Предложенный способ сушки сырья или материалов растительного происхождения может быть использован в сельскохозяйственной, пищевой и строительной промышленности для повышения эффективности сушки объектов растительного происхождения.

Предлагаемый способ может быть использован как на малых, так и на больших промышленных предприятиях, занимающихся сушкой, заготовкой, переработкой, хранением объектов растительного происхождения.

Изобретение относится к технологии сушки сельскохозяйственного сырья или материалов растительного происхождения и может быть использовано в сельскохозяйственной, пищевой и строительной промышленности для повышения эффективности сушки объектов растительного происхождения, в частности древесины, овощей, плодов, зерна, трав, путем интенсификации процесса перераспределения находящейся в них влаги в окружающее пространство. Способ предусматривает воздействие на исходное сырье и исходные материалы излучением. В качестве излучения используют электромагнитные волны в диапазоне частот от 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц, или ультразвуковые волны в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, или акустические волны в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, которые модулируют информационными сигналами, резонансными обрабатываемому сырью или материалам растительного происхождения в режиме стоячей волны для резонансного возбуждения заряженных микрочастиц цитоплазмы клеток объектов сушки, причем воздействие осуществляют путем размещения источников излучения вокруг обрабатываемого сырья или обрабатываемого материала растительного происхождения. Изобретение обеспечивает резонансное возбуждение заряженных микрочастиц цитоплазмы объектов растительного происхождения с целью устранения экранирующего воздействия на них полярных молекул воды.

Способ сушки сырья или материалов растительного происхождения, предусматривающий воздействие на исходное сырье и исходные материалы излучением, отличающийся тем, что в качестве излучения используют электромагнитные волны в диапазоне частот от 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц, или ультразвуковые волны в диапазоне частот от 1,5×10⁴ Гц до 10⁹ Гц, или акустические волны в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, которые модулируют информационными сигналами, резонансными обрабатываемому сырью или материалам растительного происхождения в режиме стоячей волны для резонансного возбуждения заряженных микрочастиц цитоплазмы клеток объектов сушки, причем воздействие осуществляют путем размещения источников излучения вокруг обрабатываемого сырья или обрабатываемого материала растительного происхождения.