Способ обработки жидкой среды и устройство для его осуществления - RU2305588C2

Описание

Изобретение относится к насыщению различных жидких сред кислородом, например, для аэрации, и может быть использовано в пищевой промышленности, фармацевтике, парфюмерии и косметике, физио- и аромотерапии, водоснабжении, рыбном и сельском хозяйстве, в том числе для приготовления напитков, пищевых добавок, лекарств, новых парфюмерно-косметических продуктов, для ингаляции и приема ванн, улучшения среды обитания и повышения продуктивности рыб, других полезных животных и микроорганизмов в аквариумах, прудах, бассейнах, а также для приготовления средств обработки растений и животных.

Известны способы и устройства для изменения свойств воды, жидкостей и других веществ, включающие этапы очистки, подачи, закачивания (газирования под давлением) или пропускания сквозь них воздуха и иных газов (Gahrns H.-H. Tehcniche Beluftung Steigert Effectivitat der Forellenproduktion (Использование аэрации водоемов для выращивания форели) [1]; Z.Binnenfischerei DDR, 1988, t.35, №6, s.209-214 [1]; Kindschi G.A. Notes on two feed types and methods for steelhead trout production (Использование двух типов кормов и методов кормления радужной форели) [2]; Program. Fish-Cuturist, 1984, t.46, №1, р.44-47 [2]; Rummler F., Pfeifer M. Erste Versuche zur К (1-2) - Produktion in einer Aniage mit Sauerstoffbegasung und Rundbecken (Первые опыты по выращиванию годовалых и двухгодовалых карпов в обогащенных кислородом круглых бассейнах) Z.Binnenfischerei DDR, 1987, t.34, №6, S.179-185 [3]).

Недостатком подобных способов и устройств является слабое комплексное воздействие, вызванное ограниченностью набора действующих веществ, и безвозвратное (естественно не возобновляемое) использование некоторых важных компонентов (например, кислорода), наполнителей и материалов фильтров и т.п.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, повышение содержания кислорода в различных жидких средах, а также насыщение жидких сред улучшающими самочувствие, полезными для здоровья человека, экологической устойчивости и продуктивности животных, полезных насекомых, простейших микроорганизмов и растений, комплексно снижающими количество вредоносных бактерий и вирусов, постоянно естественно возобновляемыми ингредиентами, например аэроионами, ароматическими маслами, фитонцидами.

Другие дополнительно решаемые задачи могут быть понятны из раскрытия изобретения.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки жидкой среды, включающем пропускание через нее потока кислородсодержащей газообразной среды, газообразную среду предварительно насыщают фитоэкскретами растений путем пропускания потока упомянутой среды через камеру с вегетирующими или срезанными растениями, выделяющими фитоэкскреты и подвергнутыми обработке.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что:

- перед насыщением фитоэкскретами растений газообразную среду очищают от вредных примесей путем пропускания потока упомянутой среды через дополнительную камеру с вегетирующими и/или срезанными растениями, поглощающими соответствующие вредные примеси;

- обработку растений осуществляют путем теплового, или светового, или электромагнитного воздействия;

- жидкую среду подвергают тепловому или электромагнитному воздействию;

- в процессе пропускания потока газообразной среды изменяют физические или химические параметры газообразной среды;

- обработку проводят в присутствии масляных экстрактов растений;

- после пропускания насыщенной фитоэкскретами газообразной среды через жидкую осуществляют отбор части газообразной среды с последующей ее конденсацией и сбором полученного конденсата растительных экскретов;

- газообразную среду перед ее пропусканием через жидкую накапливают под давлением в накопительных емкостях для получения, например, газированных напитков.

Поставленная задача также решается устройством для осуществления способа, в соответствии с которым оно содержит средство нагнетания газообразной среды с нагнетающим и всасывающим патрубками, по меньшей мере, один резервуар для жидкой среды, по меньшей мере, одну камеру с растениями, выделяющими фитоэкскреты, соединенные между собой газопроводящими трубками, при этом нагнетающий патрубок упомянутого нагнетающего средства через газопроводящие трубки соединен с резервуаром для жидкой среды, а всасывающий патрубок - с камерой с растениями.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что:

- устройство снабжено камерой с растениями, поглощающими вредные примеси, соединенной с камерой с растениями, выделяющими фитоэкскреты;

- камеры для растений и резервуары для жидкой среды могут быть снабжены приспособлениями для регулирования по меньшей мере температурного или светового режима, а также для тепловой, электромагнитной и иной обработки растений;

- устройство может дополнительно содержать приспособления для конденсации экскретов, установленное на выходе из резервуара с жидкой средой для более полного сбора растительных экскретов;

- камеры с растениями могут быть выполнены в виде тороида.

В основу изобретения легла идея насытить жидкую среду не только кислородом, но и другими полезными веществами - экскретами растений.

В процессе экспериментов было достаточно неожиданно установлено, что насыщаемая среда не только приобретает полезные свойства, присущие экскретам растений, но в ней также увеличилось содержание кислорода.

Фитоэкскреты представляют собой конечные продукты обмена веществ, выделяемые растением наружу. У растений в экскреции участвуют специальные железки и поверхность клеток, а процесс экскреции происходит посредством пассивного смыва осадками и, главным образом, испарениями.

Среди фитоэкскретов, главным образом, преобладают терпеноиды.

Терпеноидами называются природные углеводороды состава C₁₀H₁₆ и их многочисленные кислородные производные (спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, окиси и др.). Они содержатся, главным образом, в эфирных маслах цветов, листьев, хвои, плодов растений, в различных природных смолах (бальзамах) деревьев хвойных пород (сосны, пихты, кедра, ели и др.).

Терпеноиды отличаются от других органических соединений такого же состава склонностью к изомерации, циклизации и полимеризации, которые протекают часто даже в очень мягких условиях (пониженной температуре, разбавление и т.п.).

В этом большом классе природных соединений различают монотерпены (С₁₀Н₁₆), секвитерпены (С₁₅H₂₄), дитерпены (С₂₀Н₃₂), тритерпены (С₃₀Н₄₈), тетратерпены (С₄₀Н₆₄) и политерпены (C₁₀H₁₆). Эти многочисленные группы соединений практически обнаружены во всех тканях и лекарственных растениях. Они содержатся в эфирных маслах (содержат монотерпены и секвитерпены), в горечах (в основном, секвитерпеновые лактоны); смолах и бальзамах (содержат дитерпены).

Терпеновые соединения являются активными участниками обменных процессов, протекающих в растительном организме, о чем свидетельствует их высокая реакционная способность. Некоторые терпеноиды регулируют активность генов растений и обладают хроматофорной системой, могут поглощать лучистую энергию, участвовать в фотохимических реакциях. Углеродные цепи отдельных терпеноидов являются ключевыми промежуточными продуктами на пути биосинтеза таких биологически активных веществ, как стероидные гормоны, ферменты, антиокислители, витамины Д, Е, К, желчные кислоты.

У терпеновых соединений, выделенных из растений, выявлен широкий спектр биологического действия, в своем большинстве они малотоксичны и им не свойственно узкоспецифическое действие - потенциал биологического влияния их распределяется равномерно среди различных систем и органов.

С терпеновыми соединениями связывают фитонцидную активность эфирных масел многих растений природной флоры различных регионов мира. Многие из этих веществ губительно действуют на разнообразную грамположительную и грамотрицательную микрофлору, некоторые виды грибов, простейших, а также вирусы.

Поэтому в настоящее время, на фоне возросшей устойчивости к антибиотикам возбудителей гнойных инфекции и доминирующей значимостью условно-патогенной микрофлоры, использование природных терпеноидов приобретает особую значимость.

Под жидкой средой понимается любая жидкая среда: вода и водные среды, например, для выращивания рыб, водные или водно-спиртовые растворы, жидкие косметические средства в виде лосьонов или кремов (эмульсий), напитки и т.п.

Под кислородсодержащей газообразной средой в соответствии с настоящим изобретением, следует понимать любую газообразную среду, например воздух, промышленно поставляемый кислород или любую газообразную смесь с кислородом, углекислый газ, а также вещества, находящиеся в газообразном состоянии, например водяной пар, которая может быть использована для насыщения жидкой среды (см. выше) кислородом.

Наиболее интенсивно насыщенную фитоэкскретами кислородсодержащую газообразную среду можно получить, если разместить срезанные или вегетирующие растения в замкнутой камере и отбор экскретов осуществлять из этой камеры. Могут также с целью усиления полезных эффектов, в том числе психологических, помещаться в камеру и использоваться срезанные и засушенные растения, например букеты.

Отбор экскретов может быть осуществлен как путем прокачки кислородсодержащей среды через эту замкнутую камеру, так и путем откачки существующей в камере газообразной среды.

Для получения более чистой газообразной кислородсодержащей среды лучше ее перед насыщением очистить путем пропускания потока упомянутой среды через дополнительную камеру с растениями, поглощающими соответствующие вредные примеси. Например, для очистки хорошо использовать следующие растения:

от бензола (исходного материала для многих видов синтетической смолы, канцерогена) - аглаонема, хлорофитум, хризантемы, драцена, эпипремнум, гербера, сансевиерия, спатифиллум;

от трихлорэтилена (пахнущей хлороформом бесцветной жидкости, которая содержится в лаке и клее, канцероген) - хамедорея, хризантемы, драцена, эпипремнум, фикус Бенжамина, гербера, плющ, сансевиерия, спатифиллум;

от формальдегида (исходного материала для искусственных смол, клеевой основы для крепежных плит, канцероген) - нефролепис, маргаритка, драцена, хамедорея, фикус Бенжамина, плющ, спатифиллум, шеффлера, диффенбахия;

от ксилола и толуола (используются в полимерных покрытиях) - диффенбахия, нефролепис, антуриум, фикус Бенжамина;

от аммиака (канцерогенная составляющая многочисленных азотсодержащих промышленных веществ) - антуриум, хризантема кустовая, маранта, фикус Бенжамина, драцена, азалия.

Для регулирования состава и количества поглощаемых и выделяемых растениями веществ можно оказывать дополнительное воздействие как на жидкую и газообразные среды, так и на растения. Можно воздействовать теплом, электромагнитным излучением, светом или звуком.

В частности, растения подвергают тепловому, световому, звуковому или электромагнитному воздействию или их сочетаниям. В устройстве, с помощью которого осуществляется настоящее изобретение, для этого предусмотрены специальные приспособления для регулирования водного, газового, пищевого, светового режимов, а также для химической, звуковой, световой, электромагнитной и иной обработки растений.

Жидкую среду также можно подвергнуть дополнительному воздействию - тепловому, световому, звуковому или электромагнитному, что также позволяет увеличить количество растворенных растительных экскретов.

Для этих же целей в процессе пропускания потока газообразной среды можно изменять физические или химические параметры газообразной среды (скорость прокачки, химический состав среды, например, содержание в ней кислорода, температуру и влажность).

В некоторых частных воплощениях изобретения для усиления полезных эффектов, обработку проводят в присутствии масляных экстрактов растений.

В других воплощениях изобретения для более полного использования, а также сбора полезных веществ, содержащихся в экскретах растений, после пропускания насыщенной фитоэкскретами газообразной среды через жидкую осуществляют отбор части газообразной среды с последующей ее конденсацией и сбором полученного конденсата растительных экскретов.

Иногда бывает удобно не сразу использовать насыщенную фитоэкскретами газообразную среду. В этом случае насыщенную фитоэкскретами газовую среду перед ее пропусканием через жидкую накапливают под давлением в накопительных емкостях для использования в дальнейшем для производства, например, газированных напитков.

Изобретение может найти самое широкое применение, например, если воздушную смесь после камеры насыщения направить в резервуар, выполненный в виде бассейна, джакузи или ванны для пациентов, то можно достичь значительного оздоровительного эффекта при воздействии растительных экскретов через поверхность кожи, а затем (после лопания пузырьков на поверхности жидкости) и через органы дыхания.

Другим аспектом применения изобретения может быть аэрация воды (естественный или искусственный процесс обогащения воды кислородом воздуха), применяемая для:

- повышения концентрации растворенного кислорода;

- удаления из воды газов и веществ, обусловливающих запах;

- обезжелезивания воды;

- биологической очистки сточных вод;

- использования в аквариумах и для промышленного разведения рыб.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство для обработки жидкой среды выполнено следующим образом.

Вакуум-насос-компрессор 1 газопроводящими трубками 2 соединен с камерами 3 для группы растений 4, поглощающих из кислородсодержащей газообразной среды вредные вещества, и камерами 5, наполненными растениями 6, насыщающими воздух экскретами (терпентоидами), а также, с резервуарами 7 и 8 для насыщения фитоэкскретами жидкой среды (воды, жидкостей и других жидких веществ) 9, а также с приспособлениями 10 и 11 для сбора (конденсации) и накопления 12 полезных ингредиентов. При этом камеры 3, 5 для растений и резервуары 1, 8 оборудованы приспособлениями 13 для регулирования температурного, светового и иных режимов, а также запорными кранами и иной арматурой 14.

Сначала кислородсодержащая газообразная среда подается в камеру 3, наполненную вегетирующими (интактными) растениями 4, поглощающими из воздуха вредные вещества (бензолы, фенолы, окись углерода и т.п.), затем через воздухопроводящие трубки 2 воздушная смесь подается в камеру 5, наполненную вегетирующими (интактными) или специально подготовленными (например, надрезанными) растениями 6, где насыщается фитоэкскретами. После этого с помощью компрессора 1 воздушная смесь подается в резервуары 7 и 8, где ее пропускают под разным давлением через воду, жидкости и/или иные вещества и, таким образом, насыщают их указанными полезными фитоэкскретами, которые также собирают с помощью конденсаторов (охладителей) 10 и накапливают в специальных емкостях под давлением 11 для последующего использования.

Пример 1.

В соответствии с описанным, осуществляли пропускание через резервуар с водой потока воздуха, прошедшего через камеры с растениями мирта (Myrtus communis L.).

Время обработки от 1 до 6 часов.

При этом проведенные нами эксперименты показали, что под воздействием пропускания через воду с исходным содержанием кислорода 7,1 мг/л воздуха, насыщенного в устройстве фитоэкскретами, в ней увеличивается содержание кислорода (см. таблицу 1).

При этом количество летучих терпеноидов (эфирных масел) в потоке воздуха увеличилось с 1 мг на кубический метр после одного часа прокачки воздуха с расходом 0,2 л/сек через камеру с растениями по замкнутому контуру до 4 мг/м³ за 6 часов, а их содержание в воде (температура воды +25°С) через которую пропускали этот воздух, - с 0,001 до 0,003 мг/л (при температуре воздуха +25°С и количестве воды 1 л). При температуре прокачиваемого воздуха +35°С количество летучих терпеноидов в воздухе увеличилось до 1,5 мг/м³ после 1 часа прокачки расходом 0,2 л/сек через камеру с растениями по замкнутому контуру до 6 мг/м³ за 6 часов, а их содержание в воде (температура воды в среднем +27°С) до 0,008 (после 1 часа прокачки) и 0,029 мг/л (после 6 часов прокачки).

Таким образом, нагрев прокачиваемого воздуха, а также время прокачки позволяют увеличить как количество выделяемых растениями терпеноидов (эфирных масел), так и степень насыщения ими воды, через которую пропускают воздух, насыщенный фитоэкскретами.

Пример 2.

В соответствии с описанным осуществляли пропускание через резервуары с различными жидкостями потока воздуха, прошедшего через камеры с растениями лаванды.

Растения дополнительно освещали светом.

В таблице 2 приведены данные по влиянию мощности дополнительного освещения растений в камере насыщения на содержание кислорода в воде, жидкости для полоскания рта и в косметическом креме (исходное содержание кислорода в них 8,7 мг/л, 6,1 мг/л, 2,8 мг/л, соответственно) в результате пропускания через них воздуха с фитоэкскретами.

Таким образом, с помощью освещения растений в насыщающих камерах можно регулировать содержание кислорода в обрабатываемых воде, жидкостях и иных веществах.

Пример 3.

В соответствии с описанным, осуществляли пропускание через резервуар с водой потока воздуха, прошедшего через камеры с растениями лаванды.

В таблице 3 приведены данные по влиянию расхода воздушного потока, пропускаемого через растения лаванды в камере насыщения на содержание кислорода и терпеноидов в воде с исходным содержанием 8,1 мг/л через 1 час обработки воздухом с фитоэкскретами.

Таким образом, увеличение расхода воздуха при прокачке через камеры с растениями и резервуары с водой значительно увеличивают насыщение воды кислородом и терпеноидами (эфирными маслами).

Дополнительная обработка ультразвуком воды с фитоэкскретами (во время пропускания газовой смеси расходом 1 л/сек с фитоэкскретами через воду, помещенную в лабораторный ультразвуковой диспергатор) увеличивает за 1 час содержание кислорода в воде 12,4 до 14,0 мг/л, терпеноидов - с 0,019 до 0,042 мг/л.

Увеличение количества кислорода в воде, жидкости или ином веществе делает их не только более качественными для потребления человеком, но и способствует значительному увеличению продуктивности рыб ([1]; [2]; [3]; Скипетров В.П. Аэроионы и жизнь. Саранск, тип. Красный Октябрь, 1997).

Пример 4.

Исследовали влияние времени пропускания воздуха, насыщенного фитоэкскретами, через воду на популяцию кишечной палочки Колли. Для этого воздушный поток пропускали через камеры с различными растениями. Данные приведены в таблице 4.

Таким образом, фитонциды, содержащиеся в фитоэкскретах, значительно сокращают количество болезнетворных микроорганизмов и улучшают качество воды.

В работах (Гродзинский А.М. Фитодизайн и фитонциды. - Киев: Наукова думка. 1973; Гродзинский А.М. Экспериментальная аллелопатия. - Наукова думка. 1987; Sun Min Kim, Kikue Kubota, and Akio Kobayashi. Antioxidative activity of Sulfur-containing Flavor Compaunds in Garlic. Biosci. Biotech. Biochem., 61 (9), 1482-1485, 1997) показано эффективное действие фитонцидов на вредных насекомых и т.п.

Пример 5.

В таблице 5 приведены данные по влиянию температуры газовой смеси в фитокамерах и глубины ее последующего охлаждения на количество собранного конденсата фитоэкскретов.

Из таблицы видно, что количество конденсата фитоэкскретов возрастает с повышением температуры газовой среды в фитокамерах и понижением температуры охлаждения в камерах конденсации.

Пример 6.

В таблице 6 приведены данные по влиянию температуры и освещенности растений лаванды на количество и вид выделяемых фитоэкскретов. По 1 способу определялось количество конденсата в собирающей емкости после охлаждения газовой смеси температурой +40°С с фитоэкскретами после камеры спиртового охлаждения. По второму способу на пути в фитокамеру газовая смесь с помощью специального фильтра с абсорбентами (высушенного хлористого кальция и активированного угля) очищалась от паров воды и других веществ.

Аналогичный фильтр устанавливался на выходе из фитокамеры. Он взвешивался до и через 1 час после пропускания через него газовой смеси с фитоэкскретами. По разнице массы судили об общем количестве фитоэкскретов. Количество эфирных масел и других органических веществ определяли с применением органических растворителей и газовой хроматографии.

Таким образом, с помощью изменения освещения в фитокамере можно регулировать количество собираемой в результате абсорбции или конденсации воды, эфирных масел и других органических соединений.

Пример 7.

В таблице 7 приведены данные по влиянию биологически активного вещества томатозида (Э.И.Бланк, А.Г.Жакотэ и др. Способ предпосевной обработки семян сахарной свеклы. Авторское св-во СССР №993845, 1980), растворенного в поливной воде, на количество кислорода и терпеноидов, растворенных в воде с исходным содержанием кислорода 7,9 мг/л при часовом пропускании через нее фитоэкскретов лаванды. Эксперимент проводился через сутки после увлажнения почвы в горшке, где произрастала лаванда, указанным раствором томатозида.

Таким образом, обработка растений биологически активными веществами может регулировать процесс выделения фитоэкскретов.

При использовании газообразных выделений живых (вегетирующих) или измельченных растений для обработки воды (питьевой, для ванн, бассейнов), алкогольных и безалкогольных напитков, пищевых добавок, лекарственных форм, жидкостей (духов, лосьонов, полоскателей), других веществ (кремов, грязей) и т.п. достигается значительный эффект увеличения содержания в них кислорода, фитонцидов, естественных ароматических компонентов с полезными отрицательными аэроионами, чистейшей транспирационной (выделенной растениями) воды, биологически активных феромонов и т.п.

В таблице 8 приведены данные по содержанию кислорода и терпеноидов в воде при часовом пропускании через нее воздуха с фитоэкскретами растений лаванды, предварительно подвергшихся 5-минутной микроволновой обработке.

Таким образом, электромагнитная обработка растений может регулировать процесс выделяемых ими фитоэкскретов.

В таблице 9 приведены данные по содержанию кислорода и терпеноидов в воде при ее 60-секундной микроволновой обработке каждые 10 минут в течении 60-минутного пропускания через нее воздушной смеси с фитоэкскретами растений лаванды.

Таким образом, электромагнитная обработка жидкой среды электромагнитным полем во время пропускания через нее воздушной смеси с фитоэкскретами растений может регулировать количество фитоэкскретов, адсорбированных в данной жидкой среде.

В таблице 10 приведены данные по одержанию кислорода и терпеноидов в воде и апельсиновом соке при различных температурах и РН после пропускания через них фитоэкскретов лаванды.

Таким образом, регулирование РН жидкой среды, ее температуры и состава способно регулировать количество фитоэкскретов, адсорбированных данной жидкой средой при пропускании через нее газовой смеси с фитоэкскретами растений.

Реферат

Изобретение относится к фармацевтической, пищевой, парфюмерной промышленности, а именно для получения жидкой среды, насыщенной кислородом и биологически активными веществами. Способ обработки жидкой среды, который включает пропускание через нее потока кислородсодержащей газообразной среды, при этом газообразную среду предварительно насыщают фитоэкскретами растений путем пропускания потока упомянутой среды через камеру с подвергнутыми обработке вегетирующими или срезанными растениями, выделяющими фитоэкскреты. Устройство для обработки жидкой среды, которое содержит средство нагнетания газообразной среды с нагнетающим и всасывающим патрубками, по меньшей мере, один резервуар для жидкой среды, по меньшей мере, одну камеру с растениями, выделяющими фитоэкскреты, нагнетающий патрубок упомянутого средства соединен с резервуаром для жидкой среды, а всасывающий патрубок - с камерой с растениями, выделяющими фитоэкскреты, при этом камеры для растений и резервуары для жидкой среды оборудованы приспособлениями для регулирования, по меньшей мере, температурного или светового режима, а также для, по меньшей мере, одного вида обработки растений: тепловой, или световой, или электромагнитной. Жидкая среда, обработанная вышеописанным способом, характеризуется повышенным содержанием кислорода и биологически активных веществ. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 табл., 1 ил.

Формула