Теоретическая модель воздействия СВЕРХВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
В.М.Шаталов,
(Донецкий
физико-технический институт НАНУ),
В.А.Сукманов, С.А.Соколов
(Донецкий
государственный университет экономики и
торговли)
С последние годы значительно возрос интерес к технологии обработки пищевых продуктов высоким давлением (до 1000MPa) с целью консервирования и улучшения их потребительских свойств. Повышение давления дает асептический эффект и в значительной степени ускоряет многие полезные для формирования пищевкусовых свойств процессы, ведущие к образованию качественно новых продуктов с одновременным сохранением всех их питательных свойств. Такое сверхвысокое давление губительно воздействует на клеточные структуры живых микроорганизмов и их споры[1].
В Донецком государственном университете экономики и торговли предприняты научные исследования в области обработки продуктов питания высоким давлением для создания новых технологий производства продуктов питания с повышенной биологической ценностью [2]. Конечная цель этих исследований √ научиться выбирать определенные режимы обработки (давление-температура-время) для целенаправленного уничтожения тех или иных микроорганизмов. Для достижения этой цели нужно выяснить, как именно высокое давление инактивирует микроорганизмы, или через влияние на жизнедеятельность, или разрушение клеточных структур, или разрушение макромолекул.
Существует общая фундаментальная характеристика, объединяющая все эти явления на микроскопическом уровне √ это химическая связь между атомами, составляющими сложные структуры микроорганизмов. Настоящая работа посвящена моделированию влияния гидростатического сжатия на химическую связь в молекулах, в результате чего может меняться их пространственная структура и степень диссоциации.
В рамках простой плоской молекулы, типа молекулы воды, Рис. 1, проведены оценки изменений формы адиабатического потенциала в простых молекулах, Рис. 2, и сделаны следующие выводы.
1. Действие высокого давления в некотором смысле эквивалентно действию высокой температуры, поскольку поднимает колебательные уровни отдельных молекул за счет искажения их адиабатических потенциалов.
2. Результаты обработки высоким давлением отличаются от результатов термообработки потому, что давление, в отличие от температуры, не разрывает связи между атомами, а вносит искажения в пространственную структуру молекул, нарушая жесткую взаимную ориентацию связей между атомами в молекуле.
3. Такие нарушения, прежде всего, касаются легких терминальных групп или атомов, каковым чаще всего является атом водорода.
4. Нарушение взаимной ориентации связей в молекуле воды и, следовательно, степени ее полярности, возможно, является первопричиной разрыва клеточных мембран под действием высокого давления.
Рис. 1. Схематическое изображение межатомных смещений в молекуле воды
Рис. 1. Искажающее влияние внешнего давления на адиабатический потенциал двухатомной молекулы в зависимости от расстояния между атомами при равновесном угле (а) и угла между связями при равновесных расстояниях (б). На кривых указаны значения давления в ед. Pb=Eb/[16p(Rb)3], где Eb и Rb - энергия и длина связи. Горизонтальные линии - энергии колебаний при разных давлениях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сукманов В.О., Лев╕т ╤.Б., Петрова Ю.М. Про перспективи використання надвисокого тиску при виробництв╕ сироп╕в // Тематичний зб╕рник наукових праць. / Донецьк: ДонДУЕТ, 2002. √ Вип. 7 √ С.284-291.
2. Сукманов В.А., Соколов С.А., Гаркуша В.Б. и др. Установка для исследования влияния сверхвысокого давления на пищевые продукты. √ Харьков: Харьк. гос. акад. технол. и орг. питания, 2002.√ С. 124-126.