РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕНАТУРАЦИИ СВЕКЛОВИЧНОЙ ТКАНИ ПРИ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
2.1. Разработка методики проведения опытов
В основу исследований по установлению влияния теплового воздействия в начальный период процесса экстракции положен электрометрический метод, который основан на взаимосвязи между физическим состоянием растительной ткани и ее электропроводностью. Такой метод применялся для исследования процесса денатурации клеточных мембран в растительной ткани многими исследователями. Метод основан на том, что в живой растительной клетке мембраны обладают свойством полупроницаемости: они пропускают молекулы воды, но задерживают более крупные молекулы, например, сахарозы. При наложении электрического поля на свежую растительную ткань заряженные частицы, находящиеся в клеточном соке, приходят в движение, однако крупные заряженные частицы задерживаются полупроницаемыми мембранами. При этом мембраны в течение весьма короткого времени поляризуются и не пропускают электрический ток. Таким образом, постоянный ток и переменный ток низкой частоты в живой растительной ткани протекает по междуклеточным каналам. После денатурации клеточных мембран электрический ток получает возможность протекать как по междуклеточным каналам, так и сквозь клетки. При этом электропроводность растительной ткани возрастает в 10-20 раз. Следует учитывать, что электрический ток, протекающий в растительной ткани, сам по себе может вызвать денатурацию клеточных мембран. Поэтому в наших опытах применялся электрический ток силой не более 10-5 А, что намного меньше силы тока, применяемого для электрической обработки растительного сырья. Кроме того, электрический ток включался лишь на время измерения. Во избежание поляризации электродов использовался переменный ток частотой 50 Гц.
В наших опытах так же исследовался процесс распространения изменений физического состояния свекловичной ткани от поверхности образца к его центру, для чего датчики располагались на различном расстоянии от поверхности.
2.2. Описание лабораторной установки
Измерение электрического сопротивления свекловичной ткани проводилось по схеме омметра (Рис.2.1). Стабилизированное переменное напряжение 220 В, 50 Гц посредством трансформаторов Тр 1 и Тр 2 понижалось до 0,2 В. В электрическую цепь последовательно были включены: переменный резистор R, микроамперметр и измерительная ячейка. При помощи переменного резистора R сопротивление цепи было отрегулировано таким образом, что при замкнутой накоротко измерительной ячейке ток в цепи был равен 10-5 А.
Рис. 2.1. Электрическая схема лабораторной установки
Измерительная ячейка представляет собой игольчатый датчик, внедренный в образец свекловичной ткани диаметром 30 мм и длиной 100-150 мм, который вырезался трубчатым ножом из центральной части корня свеклы. Торцы образца обрезались перпендикулярно оси, и с обеих сторон закрывались шайбами из пластмассы. Батарея из одиннадцати игольчатых датчиков, смонтированных на одной колодке, вводились в образец свекловичной ткани. При этом концы игл входили в образец на различную глубину (Рис. 2.2). Такая методика позволяла измерять электропроводность одиннадцати концентрических слоев свекловичной ткани, расположенных с шагом 1,5 мм.
Рис. 2.2. Образец свекловичной ткани с внедренными игольчатыми датчиками:
1 - батарея игольчатых датчиков;
2 - цилиндрический образец свекловичной ткани ?30 мм;
3 - изолирующие шайбы.
Каждый игольчатый датчик, состоит из двух параллельных игл диаметром 1 мм, расположенных параллельно на расстоянии 3 мм. Поверхность каждой иглы изолирована шелковой нитью, покрытой слоем лака. Не изолировано лишь острие иглы и прилегающий к нему участок длиной 0,5 мм. При приложении к концам игл напряжения электрический ток через свекловичную ткань протекает в промежутке между остриями игл. В этом случае сопротивление измерительной ячейки в основном определяется физическим состоянием свекловичной ткани, находящейся вблизи концов игл (на рис. 2.2 она обведена штриховой линией).
Лабораторная установка для проведения опытов (Рис. 2.3) представляла собой термостат марки MLW-U15, внутри которого расположен тонкостенный сосуд из нержавеющей стали. Сосуд заполнялся дистиллированной водой и в него погружался образец свеклы с внедренными в него игольчатыми датчиками. Сверху сосуд накрывался теплоизолирующей крышкой, на которой закреплено перемешивающее устройство, крыльчатка которого находилась под уровнем жидкости вблизи образца свекловичной ткани и вращалась со скоростью 1200 об/мин.
Каждый из одиннадцати датчиков мог быть поочередно включен в измерительную цепь при помощи переключателя. В этот момент напряжение подавалось лишь на один датчик, и замерялась электропроводность лишь одного слоя.
Рис. 2.3. Лабораторная установка для исследования процесса денатурации свеклы электрометрическим методом:
1 - термостат;
2 - тонкостенный сосуд;
3 - образец свекловичной ткани;
4 - перемешивающее устройство;
5 - термометры;
6 - микроамперметр.
Сопротивление измерительной ячейки определялось по формуле
, (2.1)
где - сопротивление измерительной ячейки (игольчатого датчика, введенного в свекловичную ткань), Ом;
- э.д.с. вторичной обмотки трансформатора Тр 2, В;
- сила тока, протекающего в цепи, А;
- сопротивление цепи (суммарное сопротивление вторичной обмотки трансформатора Тр 2, микроамперметра и дополнительного сопротивления), Ом.
Для определения постоянной измерительной ячейки применяли 0,01 н раствор с известной удельной электропроводностью 0,001278 См/см ?146?. В этот раствор опускали игольчатый датчик и измеряли электропроводность раствора.
Величину постоянной измерительной ячейки находили по формуле
, (2.2)
где - постоянная измерительной ячейки, см-1;
- удельная электропроводность образцового раствора , мкСм/см;
- электропроводность измер