Интенсификация процесса сушки ранета сибирского

Интенсификация процесса сушки ранета сибирского

А.М. Сорочкин

Повсеместно распространенные в стране фрукты ? яблоки - обладают высокой пищевой ценностью, отличаются высоким содержанием сахаров, яблочной кислоты, пектина, железа, витамина С. Наиболее богаты витамином С и железом кислые сорта яблок (ранет, семеренко, антоновка).

Природные условия кузбасского региона позволяют культивировать в основном ранеты. Ранетами (ранетками) называют морозоустойчивые мелкоплодные сорта яблони (вес плодов не превышает 25 г, диаметром от 30 до 50 мм). Плоды бывают округлой, овальной и плоско-округлой формы. Кожица плода обычно тонкая у разных сортов различных цветов с различными оттенками. Плоды имеют мясистую, сочную сладко-кислую мякоть.

Учитывая сезонность поступления сырья, важной задачей является сохраняемость плодов от периода заготовки до потребления. Хранение продуктов, в частности и ранета, определяется течением физиологических процессов, которые, вызывая различные изменения, приводят продукт к порче. Большую роль в развитии этих процессов играет влага, содержащаяся в плодах. Таким образом, удаление влаги путем сушки будет способствовать подавлению роста микроорганизмов и ферментативной активности в процессе хранения.

Растительное сырье обычно характеризуется значительным количеством воды, основная часть которой находится в свободном виде, и малым содержанием сухих веществ. Благодаря этому достаточно легко достигается влажность 12… 14 %. Такой уровень влажности препятствует развитию микроорганизмов.

Сушка влажного сырья - это сложный термо- и массодиффузионный процесс. При этом продукт можно представить как многокомпонентную систему, для которой процесс сушки отражается в двух слагаемых: теплофизическом и технологическом.

Теплофизический процесс сушки определяет собой перемещение тепла и влаги сквозь толщу продукта, тогда как технологический представляет собой совокупность процессов перемещения влаги и тепла, сопровождающихся химическими, биохимическими и структурно-механическими изменениями. Понятно, что скорость и характер протекания этих процессов, в конечном итоге, определяют конечное качество готового продукта.

Необходимо отметить, что биологически активные вещества, определяющие вкус и биологическую ценность сырья, наиболее подвержены неблагоприятным изменениям в процессе сушки. Поэтому выбор способа сушки, оптимального режима и технологического оборудования должны быть непосредственно связаны со свойствами материала, требованиями к конечному продукту.

Одним из традиционных способов сушки является конвективная сушка. Однако среди недостатков для него отмечают низкий КПД.

Как правило, для интенсификации процесса сушки и повышения эффективности применяют различные методы:

использование полей высоких температур (свыше 100 °С);

использование комбинированных методов подвода тепла;

использование электрофизических методов воздействия значительной напряженности, т.е. приводящих к тепловым эффектам: инфракрасные (ИК) лучи, токи высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частот и комбинация их с более дешевыми способами энергоподвода.

В большинстве случаев интенсивность сушки определяется скоростью перемещения влаги из глубинных слоев материала к поверхностным. Исследования показали, что этот процесс определяется структурой материала, формами и энергией связи влаги с материалом и другими факторами.

Выбор способа ускорения сушки зависит от морфолого-анатомического строения сырья, его химического состава, стабильности биологически-активных веществ. Поскольку плоды ранета имеют капиллярно-пористую структуру, то влага с внутренней поверхности мякоти оболочки должна перемещаться через макро- и микрокапилляры мякоти на наружную поверхность. Однако, при конвективной сушке интенсификация процесса тепло- и массообмена затруднена из за того, что градиенты влажности и температуры направлены навстречу друг другу. Это препятствует перемещению влаги от центра к поверхности материала.

Помимо этого использование полей высоких температур требует учитывать вопросы термоустойчивости и теплоустойчивости продукта, сохранения биологически активных веществ. Поскольку ранет содержит углеводы и в виде моносахаров, то процесс сушки приводит к реакции меланоидинообразования, карамелизации и потемнению продукта. Кроме этого высокое содержание сахаров приводит к увеличению продолжительности процесса сушки.

Особую значимость приобретают такие методы тепловой обработки пищевого сырья, которые позволяют достигать конечные технологические цели с получением других полезных эффектов.

В связи с этим более привлекательными являются методы интенсификации, использующие электромагнитное воздействие, в частности, СВЧ излучение. Для этого способа отмечают: возможность увеличения мощности теплового потока, совпадение направлений градиентов влаги и температуры, что способствует перемещению влаги от центра к периферии материала; выравнивание влажности в объеме продукта; равномерный нагрев материала; возможность получения стерилизующего эффекта.

Ранеты, как влажные продукты растительного происхождения, обладают свойствами полупроводников. В их состав входят ионы электролитов, электроны, молекулы полярных и неполярных диэлектриков. Температурный эффект воздействия СВЧ излучения связан прежде всего с наличием неполярных диэлектриков, в основном - воды. Дипольная поляризация вызывает рассеяние электрической энергии, переходящей в диэлектрике в теплоту, т.е. она приводит к появлению диэлектрических потерь.

Необходимо отметить, что механизм воздействия СВЧ на сложные гетерогенные многокомпонентные системы все еще требует изучения. Особенно в части определения электрофизических характеристик, оказывающих существенное влияние на процесс сушки различных растительных продуктов.

Мощность источника тепла в единице объема материала определяется по выражению [1]:

,

и, как видно, прямо пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости , тангенсу угла диэлектрических потерь , частоте поля (Гц) и квадрату напряженности электрического поля (В/м).

Диэлектрическая проницаемость зависит от физико-механических свойств, температуры и влагосодержания материала, от частоты и напряженности электрического поля. Большое влияние оказывает температура и на тангенс угла диэлектрических потерь. Таким образом, следует определять электрофизические параметры обрабатываемого материала с учетом этих факторов.

Кривая скорости сушки ранета имеет два характерных участка с различной скоростью процесса удаления влаги (см. рисунок).

Рисунок - График зависимости влажности W ранета от продолжительности СВЧ сушки t

Изменение скорости сушки после прогрева, по-видимому, связано с влиянием электрической «вязкости» материала, т.е. зависит от его электрофизических параметров. Получение зависимостей ЭФП пищевых продуктов от влажности очень затруднено, так как им присущи разнообразные формы связи влаги с материалом.

Исследования показали, что с ростом влагосодержания диэлектрическая проницаемость ранета увеличивается практически по линейному закону независимо от частоты ЭМП. Линейный характер увеличения с ростом влажности, объясняется, по-видимому, тем, что с повышением влажности происходит увеличение числа полярных молекул воды.

Характер изменения тангенса угла диэлектрических потерь в значительной мере зависит от температуры. Если в нормальных условиях (до 30 °С) его рост с повышением влажности незначителен, то увеличение температуры придает устойчивый линейный прирост.

Как известно, с целью уменьшения энергетических затрат, процесс сушки материалов СВЧ осуществляют при комбинированном энергоподводе и чаще всего в сочетании с конвективным.

Исследования показали, что изменение диэлектрической проницаемости , тангенса угла диэлектрических потерь приводит к изменению режима работы сушильной установки. Поэтому изучение электрофизических параметров ранета позволяют, обосновано выбрать соотношение во времени конвективной и СВЧ сушки.

сушка ранет интенсификация

Литература

1. Гинзбург, А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов / А.С. Гинзбург. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 528 с.

2. Кисилева, Т.Ф. Технология сушки: учебно-методический комплекс / Т.Ф. Кисилева. ? / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. ? Кемерово, 2007. ? 117 с.

3. Химический состав пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 360 с.