Оценка гидродинамических течений клеточной жидкости в искусственно сформированных континуумах структуры растительных материалов

Цель. Целью работы является оценка гидродинамических течений клеточной жидкости в искусственно сформированных каналах структуры растительных материалов в результате воздействия атмосферного искрового разряда. В работе приводятся некоторые особенности течения клеточной жидкости в искусственно сформированных каналах растительных материалов после прохождения атмосферного искрового разряда. Для их описания используются выражения гидродинамики идеализированных физических моделей. В качестве подтверждения получаемых данных поставлена экспериментальная часть.

Методы. В данной работе рассматривается случай, когда исходный растительный материал предварительно обрабатывают искровым разрядом, от воздействия которого в структуре материала возникает новый континуум в виде сквозного индуцированного канала. Для электрически индуцированных каналов приводятся выражения времени вытекания внутриклеточной жидкости и мощности давления, основанные на законе Пуазейля. Экспериментальная часть работы включает проведение обработки искровым разрядом растительного материала – морковь, нарезанной на диски диаметром 24 мм и толщиной 3 и 9 мм для определения зависимости количества выделившейся клеточной жидкости от длительности эксперимента и режима тока разряда.

Результаты. Установлено, что обработка атмосферным искровым разрядом способствует формированию новых континуумов в структуре растительных материалов. С увеличением интенсивности обработки увеличивается площадь следа влаги от морковного диска и как следствие количество выделившейся внутриклеточной жидкости. Для наглядности экспериментов представлены графики зависимости интенсивности обработки от количества выделившейся жидкости, приведены соответсвующие выражения.

Заключение. Полученные экспериментальные данные и зависимости будут полезны при рассмотрении более сложных процессов массопереноса в капиллярно-пористых телах с применением предварительной электрофизической обработки.

1. Gómez B. [et al.] Application of pulsed electric fields in meat and fish processing industries: An overview. Food research international. 2019; 123: 95-105.

2. Мякинникова Е.И., Касьянов Г.И. Использование электрофизических и газожидкостных технологий для сушки плодового сырья. Техника и технология пищевых производств. 2015; 2(37): 48-53.

3. Юдаев И.В., Кокурин Р.Г., Грачёва Н.Н. Автоматизация процесса электроимпульсной обработки растительного сырья. Вестник аграрной науки Дона. 2022; 1(57): 14-23.

4. Panja P. Green extraction methods of food polyphenols from vegetable materials. Current Opinion in Food Science. 2018; 23: 173-182.

5. Martynenko A., Bashkir I., Kudra T. The energy efficiency of electrohydrodynamic (EHD) drying of foods. Trends in Food Science & Technology. 2021; 118: 744-764.

6. Jha A.K., SitN. Extraction of bioactive compounds from plant materials using combination of various novel methods: A review. Trends in Food Science & Technology. 2022; 119: 579-591.

7. Шорсткий И.А. Сушка растительных материалов, обработанных низкотемпературной плазмой. Техника и технология пищевых производств. 2022; 52(3): 613-622.

8. Genovese J. [et al.] PEF-treated plant and animal tissues: Insights by approaching with different electroporation assessment methods. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2021; 74: 102872.

9. Chen Z., Lee W.G. Electroporation for microalgal biofuels: a review. Sustainable Energy & Fuels. 2019; 3(11): 2954-2967.

10. Титов А.А. Экспериментальное исследование сопротивления и теплообмена на поверхности со сферическими углублениями в потоке сжимаемого газа. Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011; 1: 82-87.

11. Шорсткий И.А., Худяков Д.А. Оценка воздействия импульсного электрического разряда на процесс переноса вещества в растительном материале. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2019; 2/3: 79-82.

12. Figliuzzi B., Buie C.R. Rise in optimized capillary channels. Journal of Fluid Mechanics. 2013; 731: 142-161.

13. Kaya A., Aydın O., Demirtaş C. Experimental and theoretical analysis of drying carrots. Desalination. 2009; 237(1-3): 285-295.

14. Способ подготовки растительного материала к сушке и устройство для его осуществления: патент 2727915 Рос. Федерация / И.А. Шорсткий. 2019.

15. Ersus S., Barrett D.M. Determination of membrane integrity in onion tissues treated by pulsed electric fields: use of microscopic images and ion leakage measurements. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2010; 11(4): 598-603.

16. Vandresen S. [et al.] Temperature effect on the rheological behavior of carrot juices. Journal of Food Engineering. 2009; 92(3): 269-274.

17. Исследование неспецифической стрессорной реакции растений на шоковое действие абиотических факторов / Холодова В.П. [и др.]. Вестник Нижегородского университета им. Н.И.Лобачевского. Серия: Биология. 2001; 1: 151-154.

18. Halder A., Datta A.K., Spanswick R.M. Water transport in cellular tissues during thermal processing // AIChE Journal. 2011; 57(9): 2574-2588.

19. Ranjha M.M. [et al.] A critical review on pulsed electric field: A novel technology for the extraction of phytoconstituents. Molecules. 2021; 26(16): 4893.

20. López-Gámez G. [et al.] Enhancing phenolic content in carrots by pulsed electric fields during post-treatment time: Effects on cell viability and quality attributes. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2020; 59: 102252.