Анализ гидроохлаждения, используемого для сохранения свежих продуктов

Fanny Griesmer 10/11/2014
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on LinkedIn

Обеспокоены появлением бактерий в томатах? Исследование, представленное на COMSOL Conference 2014 в Бостоне, показало, как бактерии проникают внутрь плода во время гидроохлаждения и как можно избежать их попадания внутрь человеческого организма.

Гидроохлаждение свежего урожая

Мм… Свежие томаты с фермы, хранящие в себе тепло солнца… Вкусно, не так ли? Но теперь представьте, что эти свежие томаты с фермы охладили в грязной воде и отправили вместе с бактериями в ваш ближайший овощной магазин!

Строение томата.
Изображение томата создано А. Уорнингом и А.К. Датта и взято с их постера.

Процесс предварительного охлаждения

Гидроохлаждение — вид предварительного охлаждения, который широко применяется в местах сбора урожая. Предварительное охлаждение предназначено для того, чтобы собранные продукты дольше сохраняли свежесть. Если их не охладить сразу после сбора, процессы старения продолжатся и приведут к разложению. В частности, при гидроохлаждении партии свежесобранного (можно сказать, еще теплого от солнца) урожая помещают в емкости с холодной водой, которая охлаждает фрукты или овощи.

Продолжительность процесса, конечно же, зависит от размера плодов и может занимать от нескольких минут до целого часа. Оказалось, однако, что данная техника, призванная повысить качество продуктов, может занести в них новые бактерии.

Загрязненная вода опасна для здоровья

В этом году во время стендовых докладов на конференции компании COMSOL в Бостоне я познакомилась с Александром Уорнингом (Alexander Warning) из Корнеллского университета. Он стоял около своего постера на тему безопасности продуктов при гидроохлаждении, который он подготовил совместно с Ашимом К. Датта (Ashim K. Datta, также из Корнеллского университета).

Он объяснил мне, что вода, которой охлаждают урожай, может быть загрязнена. Например, фермер мог коснуться почвы, удобренной навозом, а потом сорвать томат и поместить его в воду вместе со всей партией овощей. В таком случае получается что-то вроде «ванны для бактерий» (так я назвала это про себя).

По словам Уорнинга, при погружении теплого урожая в холодную воду создается перепад давления из-за конденсации водяного пара внутри плодов. Затем создается вакуум, который может всасывать воду через отверстие.

Но как же кожица томата: она ведь должна защищать плод? Кожица защищает плод от загрязнения, только пока он находится на растении. Когда же его срывают, целостность защиты нарушается.

Схематическое изображение процесса гидроохлаждения томата.
Томат, подвергаемый гидроохлаждению. Изображение томата создано А. Уорнингом и А.К. Датта и взято с их постера.

Анализ процесса гидроохлаждения с точки зрения безопасности томатов

Уорнинг и Датта решили создать инженерную модель, чтобы проверить, как зараженная вода влияет на томат во время гидроохлаждения.

Для начала исследователи выполнили сканирование среза томата при помощи магнитно-резонансной томографии (МРТ). Далее они использовали эти изображения, чтобы создать симметричную геометрию для своей пористой модели. Затем они выполнили моделирование, чтобы проанализировать просачивание воды в томат при различной длительности погружения и температуре воды.

МРТ-изображения среза томата.
Для создания геометрии использовались МРТ-изображения среза томата. Изображение томата создано А. Уорнингом и А.К. Датта и взято с их постера.

Начальная температура томата — 35°C. Его помещают в воду с температурой 5°C. Через 15 минут поверхность томата значительно охлаждается, в то время как центр плода сохраняет относительную высокую температуру (его еще называют сердцевиной и плацентой). Через 30 минут температура плаценты опускается примерно до 15°C, а области ближе к поверхности (оболочка и сосудистые пучки) достигают температуры воды.

Аналогично, чем дольше томат находится в воде, тем больше воды просачивается через оторванный черенок и тем выше концентрация бактерий. (Все полученные результаты можно посмотреть в презентации и на постере.)

Графики скалярного поля на срезе плода в процессе гидроохлаждения.
Графики скалярного поля на срезе томата в три различных момента времени. A) Пространственные изменения температуры на срезе томата. B) Насыщение пор водой. C) Относительное давление. D) Концентрация бактерий. Изображение томата создано А. Уорнингом и А.К. Датта и взято с их постера.

Более безопасная обработка урожая

Прежде всего, чтобы предотвратить заражение плодов в процессе гидроохлаждения, используемая вода должна быть пригодной для питья. Если пить такую воду нельзя, то в ней не стоит и охлаждать продукты, которые мы едим. Также рекомендуется добавлять в воду какое-либо дезинфицирующее средство, чтобы остановить размножение микроорганизмов.

Во время доклада на конференции Уорнинг упомянул, что обычно для этого используют хлор, но тогда необходимо контролировать pH и прозрачность воды. В требованиях к количеству хлора, которое допустимо для дезинфекции, указаны различные нормативы в зависимости от типа земледелия (органическое / традиционное). Как вы могли догадаться, в традиционном земледелии допустимо большее количество хлора, чем в органическом. (Более подробно об обработке урожая хлором читайте здесь.)

Побеседовав с Уорнингом у стенда и прослушав его доклад на следующий день, я только и думала, что о его исследовании. Наверное, большинство людей и так вырезают след от черенка, потому что он жесткий, а я этому значения не придавала. Не знаю, каким именно образом охлаждают томаты, которые я покупаю, но я решила больше не рисковать.

Скачать исследование


Загрузка комментариев...

Темы публикаций


Теги

3D печать Cерия "Гибридное моделирование" Введение в среду разработки приложений Видео Волновые электромагнитные процессы Глазами пользователя Графен Интернет вещей Кластеры Моделирование высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах Модуль AC/DC Модуль MEMS Модуль Акустика Модуль Волновая оптика Модуль Геометрическая оптика Модуль Композитные материалы Модуль Механика конструкций Модуль Миксер Модуль Нелинейные конструкционные материалы Модуль Оптимизация Модуль Плазма Модуль Полупроводники Модуль Радиочастоты Модуль Роторная динамика Модуль Течение в трубопроводах Модуль Химические реакции Модуль аккумуляторов и топливных элементов Охлаждение испарением Пищевые технологии Рубрика Решатели Серия "Геотермальная энергия" Серия "Конструкционные материалы" Серия "Электрические машины" Серия “Моделирование зубчатых передач” Сертифицированные консультанты Технический контент Указания по применению модуле Теплопередача модуль Вычислительная гидродинамика физика спорта