CC BY
27
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
УДК 664.647.3
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ ФРУКТОВЫХ ПЮРЕ
В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА
А. Н. Остриков, доктор техн. наук, профессор; Ф. Н. Вертяков, канд. техн. наук, доцент; А. Н. Веретенников, аспирант;
Д. А. Синюков
ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия», т. (4732) 55-35-54, e-mail: oan@vgta. vrn. ru
В результате проведенных исследований был выявлен характер изменения величин разряжения и температуры испаряемых из вакуум-камеры паров при различных режимах распыливания фруктовых (вишневого и крыжовникового) пюре. Получены основные кинетические зависимости, которые легли в основу выбора рациональных технологических режимов процесса выпаривания фруктовых пюре в условиях вакуума.
Ключевые слова: фруктовые пюре, вакуум, кинетика, выпаривание, автоклав.
Качество пюреобразных фруктовых концентратов (повидло, джемы, варенья) во многом определяется температурными режимами обработки [1]. Для получения фруктовых пюре с повышенным содержанием термолабильных веществ необходимо подобрать такие режимы выпаривания, которые обеспечивали бы максимально возможную сохранность таких важных компонентов фруктовых пюре, как витамины, моно- и дисахариды и др. Наиболее экономичным способом получения концентрированных фруктовых пюре является их выпаривание при пониженных температурах в условиях вакуума.
Целью работы являлось исследование основных кинетических закономерностей процесса выпаривания вишневого и кры-жовникового пюре в условиях вакуума.
Для реализации поставленной цели была разработана двухстадийная технология производства концентрированных фруктовых пюре [2], которая заключается в том, измельченное и нагретое в автоклаве до температуры 398...423 К при давлении до 0,45 МПа пюре распыливается с помощью струйной форсунки в вакуум-камере (первая стадия процесса выпаривания пюре), в которой с помощью вакуум-насоса поддерживается разряжение 4.7 кПа. В результате резкого перепада температуры и дав-
ления происходит мелкодиспергированное распыление продукта, сопровождающееся мгновенным испарением влаги, содержащейся в пюре в перегретом состоянии.
На второй стадии процесса выпаривания капельки пюре достигали вертикальной стенки вакуум-камеры и оседали на ней, образуя пленку продукта, постепенно (по мере увеличения ее толщины) двигающуюся вниз по вертикальной стенке под действием сил тяжести. За счет регулируемой работы трубчатых электронагревателей, расположенных в двутельном корпусе вакуум-камеры, поддерживалась заданная температура поверхности вертикальной стенки вакуум-камеры.
Исследование процесса выпаривания фруктового (вишневого и крыжовникового) сырья методом сброса давления осуществляли на установке, которая включала в себя шнековый измельчитель, коллоидную мельницу, автоклав, вакуум-камеру, конденсатор, измерительные емкости для конденсата и вакуум-насос (рис. 1). В трубопроводе, соединяющем автоклав и вакуум-камеру, устанавливались съемные сопловые форсунки, диаметр которых составлял 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм. Установка оснащена трубопроводами и соединительной арматурой, а также шкафом управления, в котором смонтированы
автоматизированные системы измерения и регулирования режимных параметров для контроля и управления процессом выпаривания.
Рис. 1. Установка для выпаривания фруктовых пюре
Интенсивность испарения влаги из пюре определяется величинами изменения величины разряжения и температуры испаряемых из вакуум-камеры паров при различных режимах распыливания пюре. Анализ кривых, приведенных на рис. 2, 3 и
Вишня
13,0 Р. кПа 11.5
10.0
8.5 7.0 5.5 4.0
4, показывает наличие двух стадий процесса выпаривания фруктовых пюре. На первой стадии процесса выпаривания, продолжительность которой составляла 30...60 с, происходит увеличение давления с 4.5 кПа до 11,5.12,9 кПа (рис. 2) при соответствующем увеличении температуры испаряемых из вакуум-камеры паров (рис. 3).
Эти изменения давления и температуры испаряемых из вакуум-камеры паров обусловлены мгновенным испарением влаги, содержащейся в мелкодиспергирован-ных каплях пюре в перегретом состоянии, за счет резкого перепада давления: давление пюре в автоклаве составляло 0,15. 0,25 МПа, а величина разряжения в вакуум-камере - 4.7 кПа. Отсасываемые из вакуум-камеры вакуум-насосом пары поступали в теплообменник, где происходила их конденсация и последующее удаление из установки.
После прохождения максимальных значений давления и температуры испаряемых паров наступает вторая стадия процесса выпаривания, на которой происходит снижение давления при дальнейшем понижении температуры испаряемых паров в вакуум-камере. В связи с тем, что внутренняя стенка вакуум-камеры за счет обогрева имела постоянную, заданную температуру (температуру термостатирования), происходил нагрев стекающей вниз пленки пюре до температуры кипения при данной величине разряжения. Подобный характер изменения режима баротермической обработки фруктового (вишневого и крыжовни-кового) пюре в вакуум-камере был обусловлен требованиями максимального со-
Крыжовник
7 1- □ — 2— — 0.25-1.5 - 45.4 — 0.20-1.2-50.0
} 3 - — 4- е ■— 5 - ■ — — 0,20 -1,0-55.2 — 0.20-1.5-45,0 — 025 - 1 2 -45 4
яЬ-—- 6 б- • — 7- ■ •— — 0,15 -1,2-50,2 — 0,15-1,5-50,0
1 4 5
11.5
1 о-0.25 и 45.4
2 -0.20 1.2 50.0
3 о-0,20 1.0 Я,2
4 о-0,20 1,5 45.0
5 *-0.25 1.2 45.4
6 ■ -0,15- 1,2 50.2
60
120
180
а
240
т
360 т. с 420
360 г. с 420
б
Рис. 2. Зависимость изменения величины разряжения в вакуум-камере от времени при выпаривании вишневого (а) и крыжовникового (б) пюре при следующих режимах обработки: первое число - давление в автоклаве, МПа; второе - диаметр сопловой форсунки, мм; третье - температура стенки вакуум-камеры, °С, (например, у вишневого пюре, кривая 1 - 0,25 МПа - давление в автоклаве, МПа; 1,5 мм - диаметр сопловой форсунки, 45,4 °С - температура стенки вакуум-камеры
хранения качества готового пюре. Таким образом, регулируемый теплоподвод на второй стадии предотвращал перегрев вишневого и крыжовникового пюре из-за опасения ухудшения его качественных показателей, обусловленных разложением термолабильных веществ.
Анализ экспериментальных данных процесса выпаривания фруктового пюре методом сброса давления и последующего выпаривания показывает доминирующую роль, в основном, двух параметров: величины разряжения в вакуум-камере и температуры испаряемых из вакуум-камеры паров (рис. 2, 3 и 4).
Влияние величины давления пюре в автоклаве на протекание процесса выпаривания имело противоречивый характер: с одной стороны она оказывала значительное влияние на гидродинамику факела распыла и способствовала более равномерному распыливанию фруктового пюре, а с другой - возрастание величины давления пюре в автоклаве приводило к увеличению температуры пюре в автоклаве, что вызывало перегрев пюре и существенно снижало качество готового продукта (рис. 2).
При температурах свыше 126,8 °С (при величине давления продукта в автоклаве свыше 0,25 МПа) наблюдалось ухудшение органолептических и физико-химических показателей качества: пюреобразный концентрат приобретал ярко выраженную темно-коричневую окраску, подгорелый запах, консистенция становилась тягучей (рис. 3).
Наилучшими показателями качества обладал пюреобразный концентрат, полученный при температурах 115.125 °С (при величине давления продукта в автоклаве свыше 0,15.0,25 МПа).
Установлено, что процесс выпаривания стекающей вниз по вертикальной стенке вакуум-камеры пленки фруктового пюре при минимально допустимом разложении термолабильных веществ происходил при температуре стенки (температуре термо-статирования) вакуум-камеры 40.45 °С (при величине разряжения в вакуум-камере 6.11 кПа) (рис. 4). Пюреобразный концентрат, полученный при вышеуказанных значениях температуры термостатирования и величины разряжения в вакуум-камере, имел наилучшие органолептические и физико-химические показатели качества: пюре имело светло-коричневую (для крыжовникового пюре) и приятную темно-бордовую (для вишневого пюре) окраску, приятный фруктовый аромат, свойственный свежему пюре и вязкую консистенцию.
Для оценки однородности распыла и анализа характера влияния диаметра сопловой форсунки на дисперсные характеристики пюре при распылении струи на капли в вакуум-камере был использован критерий гомогенности, который показывает во сколько раз число капель в некотором фиктивном распыле больше или меньше числа капель в реальном распыле. Выполненные расчеты показали, что критерий гомогенности изменялся в диапазоне от
30
а
30 б
Рис. 4. Зависимость изменения величины разряжения в вакуум-камере от температуры испаряемых из вакуум-камеры паров при выпаривании вишневого (а) и крыжовникового (б) пюре при режимах обработки, указанных на рис. 2
Крыжовник
180 а
4 / 1 - — 2 - - — — 0.25-1.5 - 45,4 — 0.20-1.2-50,0
3-° — 4 - — 0.20-1,0-55.2 — 0.20-1.5-45.0
о V 3 5-Й — 6-1- — 0.25-1.2 - 45.4 — 0.15-1.2-50.2
! 2
6
60
120
то
2411
300
360 т. с 420
б
Рис. 3. Зависимость изменения температуры испаряемых из вакуум-камеры паров от времени при выпаривании вишневого (а) и крыжовникового (б) пюре при режимах обработки, указанных на рис. 2
1,389 до 2,081, что свидетельствовало об однородности распыла фруктовых пюре.
При распылении пюре через сопловую форсунку с диаметром 0,8 мм часто имело место ее забивание частицами пюре, а при распылении через сопловую форсунку с диаметром более 1,5 мм доминировало струйное движение потока пюре с недостаточным диспергированием капель. Наилучшее равномерное мелкодиспергиро-ванное распыление капель пюре наблюдалось при использовании форсунок с диаметром 1,0.1,2 мм.
Таким образом, проведенные исследования по влиянию величины разряжения в вакуум-камере и температуры испаряемых паров на интенсивность процесса выпаривания фруктового (вишневого и крыжовникового) пюре при различных режимах распыления позволили получить основные
кинетические зависимости, которые легли в основу выбора рационального режима баротермической обработки для сохранения высокого качества готового пюре.
Литература
1. Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы [Текст] / Под ред. Б. Л. Фламенбаума. - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Колос, 1993. - 320 с.
2. Вертяков, Ф. Н. Новая технология производства пюреобразных фруктовых концентратов [Текст] / Ф. Н. Вертяков, А. Н. Ос-триков, Г. О. Магомедов // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг»: Орловский гос. технич. ун-т. - Орел: ОрелГТУ, 2007. - С. 467-468.
