Budowa tkanki korzeni buraków cukrowych, Kinetyka suszenia - artykuły
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Cukier z buraków jest od dawna pozyskiwany na drodze dyfuzji. Jako materiał zapasowy rośliny
dwuletniej znajduje się w tkance korzenia (rys.1).
Budowa tkanki korzeni buraków cukrowych
W korzeniu wyróżnia się perynchymę, która gromadzi ponad 60% cukru. Sklerenchyma w głównej
mierze decyduje o właściwościach mechanicznych korzeni, w ksylenie zachodzi transport substancji
mineralnych, a w floemie transport substancji organicznych.
Komórki zawierające cukier są otoczone błoną komórkową lipidowo-białkową. Przez błonę tę cukier
może się przedostawać tylko w wyniku transportu aktywnego. Oznacza to, że nie jest możliwe
pozyskiwanie cukru z komórki przez dyfuzję bez uszkodzenia błony komórkowej. W praktyce
przemysłowej część błon komórkowych ulega uszkodzeniu podczas sporządzania krajanki. Natomiast
pozostałe są denaturowane w wyniku działania wysokiej temperatury. Istnieje również możliwość
stosowania metod chemicznych, które ze względów technologicznych nie mają obecnie większego
uzasadnienia. W literaturze od około 60 lat, z różną intensywnością, pojawiają się doniesienia o
wykorzystywaniu do denaturacji prądu elektrycznego. Wysokie napięcie może oddziaływać na buraki
zmieniając stan tkanki (przepuszczalność, właściwości mechaniczne), a także na enzymy i mikroflorę
(rys.2).
Zakres badań skutków napięciowych
udarów piorunowych w tkance buraków
DENATURACJA
WŁAŚCIWOŚCI
MECHANICZNE
MIKROORGANIZMY
I ENZYMY
Celem pracy było sprawdzenie skutków działania piorunowych udarów napięciowych na tkankę korzeni
buraków cukrowych, inwertazę i drobnoustroje towarzyszące burakom.
Udary napięciowe realizowano stosując układ przedstawiony na rys. 3.
Układ elektrod
WN
3
2
1
1 – elektroda uziemiona, blacha mosiężna,
2 – próbka tkanki buraka o grubości 10 mm,
3 – elektroda wysokiego napięcia, mosiężna,
= 40 mm
Tkankę buraka wyciętą w kształcie walca umieszczano między elektrodami 1 i 3, połączonymi z
generatorem wysokiego napięcia. W przypadku badań z użyciem enzymów i drobnoustrojów elektrody
umieszczano w odpowiednim naczyniu szklanym.
Wpływ udarów na tkankę oceniano na podstawie ilości soku odwirowanego z określonej masy tkanki
korzeni w powtarzalnych warunkach, zmian konduktywności tkanki, szybkości dyfuzji sacharozy.
Z rys.4 wynika, że masa soku oddzielonego w wyniku wirowania zależy od napięcia udaru i liczby
udarów. Znaczenie ma także kierunek rozchodzenia się impulsów napięciowych. Uzyskiwane wyniki
odnoszono do otrzymywanych w przypadku tkanki denaturowanej termicznie i oznaczano kolorem
czerwonym.
Wpływ udarów napięciowych i kierunku
rozchodzenia się udaru na ilość soku oddzielanego
w wyniku działania siły odśrodkowej
30
27,0
27,0
26,5
25,8
25
20,7
21,0
20
15
14,6
14,6
10
5
0
tkanka św ieża
tkanka
zdenaturow ana
termicznie
1 udar o nap. 4
kV
1 udar o nap. 4
kV
tkanka św ieża
tkanka
zdenaturow ana
termicznie
5 udarów o nap.
4 kV
5 udarów o nap.
4 kV
Porównując konduktywność tkanki świeżej i traktowanej udarami można stwierdzić większą wartość
konduktywności tkanki po udarach, która jest zbliżona do konduktywności tkanki obrabianej termicznie
w określonych warunkach (rys.5).
Elektryczna przewodność właściwa (μS/cm)
tkanki korzeni buraków cukrowych
Tkanka
zdenaturowana
termicznie
Tkanka poddana udarom napięciowym
Tkanka
świeża
0,5 kV
4,0 kV
1 udar
5 udarów
1 udar
5 udarów
197
4515
205
1034
423
3111
Denaturację błon komórkowych potwierdzają także badania szybkości dyfuzji (rys.6,7). Tkanka
poddana udarom pięcioma impulsami 4 kV/cm , pod względem szybkości dyfuzji prowadzonej w
temperaturze 22oC zachowuje się bardzo podobnie jak tkanka denaturowana termicznie w
temperaturze 75oC.
Dyfuzja suchej substancji z tkanki
buraczanej do wody,
temp. dyfuzji – 22ºC
, liczba udarów – 5
10
tkanka żywa, nie poddana udarom napięcie udaru - 0,5 kV napięcie udaru - 4 kV
tkanka zdenaturowana termicznie
9
y = 2E-07x
3
- 9E-05x
2
+ 0,011x
R
2
= 0,917
y = -3E-05x
2
+ 0,0124x
R
2
= 0,7802
y = -0,0001x
2
+ 0,0428x
R
2
= 0,9627
y = -0,0001x
2
+ 0,0461x
R
2
= 0,963
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
50
100
150
200
250
czas dyfuzji, min
Dyfuzja suchej substancji z tkanki
buraczanej do wody,
temp. dyfuzji – 75ºC
, liczba udarów – 5
16
tkanka żywa, nie poddana udarom napięcie udaru - 0,5 kV napięcie udaru - 4 kV
tkanka zdenaturowana termicznie
14
12
y = 2E-07x
3
- 9E-05x
2
+ 0,011x
R
2
= 0,917
y = -3E-05x
2
+ 0,0124x
R
2
= 0,7802
y = -0,0001x
2
+ 0,0428x
R
2
= 0,9627
y = -0,0002x
2
+ 0,0865x
R
2
= 0,9603
10
8
6
4
2
0
0
50
100
150
200
250
czas dyfuzji, min
Szybkości dyfuzji w temperaturze 75 oC z tkanek denaturowanych termicznie i udarami piorunowymi
o napięciu 0,5 kV i 4 kV są praktycznie identyczne, co dowodzi w tym przypadku znaczenia
temperatury procesu dyfuzji powodującej denaturację błon komórkowych w trzech wariantach
doświadczenia.
Piorunowe udary mają wpływ także na właściwości mechaniczne tkanki korzeni (rys.8).
Właściwości mechaniczne tkanki buraczanej
1
2
3
4
Siła
ściskająca
[MN/m
2
]
1,4
1,4
1,4
1,4
Wytrzymałość
na ściskanie
Odkształcenie
[mm]
2,8
9,0
2,6
6,8
Opór krajania
[kJ/m
2
]
4,43
1,62
4,21
3,31
Moduł Younga
(Moduł sprężystości)
[MN/m
2
]
4,77
0,46
2,85
0,36
1 – tkanka żywa
2 – tkanka po denaturacji termicznej, czas denat.– 120 min, temperatura denat.– 75ºC
3 – tkanka po udarach napięciowych, liczba udarów– 5, napięcie udaru – 0,5 kV
4 – tkanka po udarach napięciowych, liczba udarów– 5, napięcie udaru – 4,0 kV
Wstępne badania działania udarów napięciowych na enzym występujący w burakach – inwertazę
wskazują, że w środowisku o odczynie obojętnym pod wpływem stosowanych impulsów elektrycznych
aktywność enzymu zmienia się nieznacznie (rys.9).
Wpływ napięcia udaru na aktywność
inwertazy
100
90
86
85
88
86
86
82
82
80
70
67
60
50
40
30
20
10
0
0
3
5
7
9
11
13
15
17
Napięcie udaru, kV
Większe różnice aktywności mają miejsce w przypadku zmiany odczynu środowiska. Zbadanego
zakresu największa skuteczność udarów ma miejsce dla wartości pH 3,5 (rys.10).
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl lemansa.htw.pl
Cukier z buraków jest od dawna pozyskiwany na drodze dyfuzji. Jako materiał zapasowy rośliny
dwuletniej znajduje się w tkance korzenia (rys.1).
Budowa tkanki korzeni buraków cukrowych
W korzeniu wyróżnia się perynchymę, która gromadzi ponad 60% cukru. Sklerenchyma w głównej
mierze decyduje o właściwościach mechanicznych korzeni, w ksylenie zachodzi transport substancji
mineralnych, a w floemie transport substancji organicznych.
Komórki zawierające cukier są otoczone błoną komórkową lipidowo-białkową. Przez błonę tę cukier
może się przedostawać tylko w wyniku transportu aktywnego. Oznacza to, że nie jest możliwe
pozyskiwanie cukru z komórki przez dyfuzję bez uszkodzenia błony komórkowej. W praktyce
przemysłowej część błon komórkowych ulega uszkodzeniu podczas sporządzania krajanki. Natomiast
pozostałe są denaturowane w wyniku działania wysokiej temperatury. Istnieje również możliwość
stosowania metod chemicznych, które ze względów technologicznych nie mają obecnie większego
uzasadnienia. W literaturze od około 60 lat, z różną intensywnością, pojawiają się doniesienia o
wykorzystywaniu do denaturacji prądu elektrycznego. Wysokie napięcie może oddziaływać na buraki
zmieniając stan tkanki (przepuszczalność, właściwości mechaniczne), a także na enzymy i mikroflorę
(rys.2).
Zakres badań skutków napięciowych
udarów piorunowych w tkance buraków
DENATURACJA
WŁAŚCIWOŚCI
MECHANICZNE
MIKROORGANIZMY
I ENZYMY
Celem pracy było sprawdzenie skutków działania piorunowych udarów napięciowych na tkankę korzeni
buraków cukrowych, inwertazę i drobnoustroje towarzyszące burakom.
Udary napięciowe realizowano stosując układ przedstawiony na rys. 3.
Układ elektrod
WN
3
2
1
1 – elektroda uziemiona, blacha mosiężna,
2 – próbka tkanki buraka o grubości 10 mm,
3 – elektroda wysokiego napięcia, mosiężna,
= 40 mm
Tkankę buraka wyciętą w kształcie walca umieszczano między elektrodami 1 i 3, połączonymi z
generatorem wysokiego napięcia. W przypadku badań z użyciem enzymów i drobnoustrojów elektrody
umieszczano w odpowiednim naczyniu szklanym.
Wpływ udarów na tkankę oceniano na podstawie ilości soku odwirowanego z określonej masy tkanki
korzeni w powtarzalnych warunkach, zmian konduktywności tkanki, szybkości dyfuzji sacharozy.
Z rys.4 wynika, że masa soku oddzielonego w wyniku wirowania zależy od napięcia udaru i liczby
udarów. Znaczenie ma także kierunek rozchodzenia się impulsów napięciowych. Uzyskiwane wyniki
odnoszono do otrzymywanych w przypadku tkanki denaturowanej termicznie i oznaczano kolorem
czerwonym.
Wpływ udarów napięciowych i kierunku
rozchodzenia się udaru na ilość soku oddzielanego
w wyniku działania siły odśrodkowej
30
27,0
27,0
26,5
25,8
25
20,7
21,0
20
15
14,6
14,6
10
5
0
tkanka św ieża
tkanka
zdenaturow ana
termicznie
1 udar o nap. 4
kV
1 udar o nap. 4
kV
tkanka św ieża
tkanka
zdenaturow ana
termicznie
5 udarów o nap.
4 kV
5 udarów o nap.
4 kV
Porównując konduktywność tkanki świeżej i traktowanej udarami można stwierdzić większą wartość
konduktywności tkanki po udarach, która jest zbliżona do konduktywności tkanki obrabianej termicznie
w określonych warunkach (rys.5).
Elektryczna przewodność właściwa (μS/cm)
tkanki korzeni buraków cukrowych
Tkanka
zdenaturowana
termicznie
Tkanka poddana udarom napięciowym
Tkanka
świeża
0,5 kV
4,0 kV
1 udar
5 udarów
1 udar
5 udarów
197
4515
205
1034
423
3111
Denaturację błon komórkowych potwierdzają także badania szybkości dyfuzji (rys.6,7). Tkanka
poddana udarom pięcioma impulsami 4 kV/cm , pod względem szybkości dyfuzji prowadzonej w
temperaturze 22oC zachowuje się bardzo podobnie jak tkanka denaturowana termicznie w
temperaturze 75oC.
Dyfuzja suchej substancji z tkanki
buraczanej do wody,
temp. dyfuzji – 22ºC
, liczba udarów – 5
10
tkanka żywa, nie poddana udarom napięcie udaru - 0,5 kV napięcie udaru - 4 kV
tkanka zdenaturowana termicznie
9
y = 2E-07x
3
- 9E-05x
2
+ 0,011x
R
2
= 0,917
y = -3E-05x
2
+ 0,0124x
R
2
= 0,7802
y = -0,0001x
2
+ 0,0428x
R
2
= 0,9627
y = -0,0001x
2
+ 0,0461x
R
2
= 0,963
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
50
100
150
200
250
czas dyfuzji, min
Dyfuzja suchej substancji z tkanki
buraczanej do wody,
temp. dyfuzji – 75ºC
, liczba udarów – 5
16
tkanka żywa, nie poddana udarom napięcie udaru - 0,5 kV napięcie udaru - 4 kV
tkanka zdenaturowana termicznie
14
12
y = 2E-07x
3
- 9E-05x
2
+ 0,011x
R
2
= 0,917
y = -3E-05x
2
+ 0,0124x
R
2
= 0,7802
y = -0,0001x
2
+ 0,0428x
R
2
= 0,9627
y = -0,0002x
2
+ 0,0865x
R
2
= 0,9603
10
8
6
4
2
0
0
50
100
150
200
250
czas dyfuzji, min
Szybkości dyfuzji w temperaturze 75 oC z tkanek denaturowanych termicznie i udarami piorunowymi
o napięciu 0,5 kV i 4 kV są praktycznie identyczne, co dowodzi w tym przypadku znaczenia
temperatury procesu dyfuzji powodującej denaturację błon komórkowych w trzech wariantach
doświadczenia.
Piorunowe udary mają wpływ także na właściwości mechaniczne tkanki korzeni (rys.8).
Właściwości mechaniczne tkanki buraczanej
1
2
3
4
Siła
ściskająca
[MN/m
2
]
1,4
1,4
1,4
1,4
Wytrzymałość
na ściskanie
Odkształcenie
[mm]
2,8
9,0
2,6
6,8
Opór krajania
[kJ/m
2
]
4,43
1,62
4,21
3,31
Moduł Younga
(Moduł sprężystości)
[MN/m
2
]
4,77
0,46
2,85
0,36
1 – tkanka żywa
2 – tkanka po denaturacji termicznej, czas denat.– 120 min, temperatura denat.– 75ºC
3 – tkanka po udarach napięciowych, liczba udarów– 5, napięcie udaru – 0,5 kV
4 – tkanka po udarach napięciowych, liczba udarów– 5, napięcie udaru – 4,0 kV
Wstępne badania działania udarów napięciowych na enzym występujący w burakach – inwertazę
wskazują, że w środowisku o odczynie obojętnym pod wpływem stosowanych impulsów elektrycznych
aktywność enzymu zmienia się nieznacznie (rys.9).
Wpływ napięcia udaru na aktywność
inwertazy
100
90
86
85
88
86
86
82
82
80
70
67
60
50
40
30
20
10
0
0
3
5
7
9
11
13
15
17
Napięcie udaru, kV
Większe różnice aktywności mają miejsce w przypadku zmiany odczynu środowiska. Zbadanego
zakresu największa skuteczność udarów ma miejsce dla wartości pH 3,5 (rys.10).
[ Pobierz całość w formacie PDF ]