CC BY
95
УДК 664.854/859.66.047
Профессор А.Н. Остриков, ассистент Е.Ю. Желтоухова (Воронеж, гос. ун-т инж. технол.) кафедра технологии жиров, процессов и аппаратов химических и пищевых производств, тел. (473)255-35-54
Изучение кинетики радиадионно-конвективной сушки персиков при импульсном энергоподводе
В результате совместного анализа кинетических зависимостей процесса сушки персиков разработан комбинированный рациональный режим их сушки.
As a result of the joint analysis of kinetics dependences of process of drying a perch and it is developed combined rational modes of them drying.
Ключевые слова: радиационно-конвективная сушка, кинетика, комбинированный режим, персик, чипсы.
Использование переменного теплоподвода позволит интенсифицировать процесс сушки, сократить время сушки персиков. Применение щадящих температурных режимов, максимально адаптированных к основным кинетическим закономерностям, позволит снизить негативное воздействие на термолабильные вещества персиков и повысить их качество.
Цель работы - повышение тепловой эффективности процесса сушки за счет использования ступенчатого режима радиационно-конвективной сушки, снижение энергозатрат на получение готового продукта.
Процесс сушки персиков исследовали в следующих диапазонах изменения технологических параметров: температура воздуха 293 К; скорость потока воздуха
- 0,338... 1,575 м/с, толттшна пластины персика 1,5-Ю"3 м, расстояние от продукта до поверхности ИК-лампы - 0,32 м. Мытые персики подвергают инспекции и сортированию, а затем нарезают тонкими дольками толщиной 1,5 мм.
Нарезанные дольки персиков подвергают комбинированной радиационноконвективной сушке. Причем нагрев персиков проводят ИК-лучами с длиной волны в диапазоне 1,16-1,65 мкм и плотностью теплового потока 2,69-5,44 кВт/м2 при одновременном конвективном обдуве воздухом для удаления испаряемых из продукта водяных паров с начальной температурой 293 К.
При анализе стационарных режимов радиационно-конвективной сушки установлено, что в периоде постоянной скорости сушки удаляется в основном капиллярная и осмотическая влага. При этом вся теплота, подводимая к долькам персиков, затрачивается на интенсивное поверхностное испарение влаги, и температура продукта остается постоянной.
Период убывающей скорости сушки характеризуется снижением скорости сушки и увеличением температуры персиков, при этом удаляется осмотическая и адсорбционная влага. Этот период начинается в тот момент, когда влажность на поверхности персиков становится равной первой критической. При этом температура этой поверхности увеличивается. Зона испарения влаги находится внутри пластины персиков, а не на его поверхности, поэтому влага из центральных слоев пластин персиков доходит до зоны испарения в жидком виде, а от зоны испарения до поверхности она движется в парообразном состоянии.
сОстриков А.Н., Желтоухова Е.Ю., 2014
В результате дифференциально-термического анализа и анализа кинетических закономерностей процесса радиационно-конвективной сушки персиков предлагается следующий подход к обоснованию выбора ступенчатых режимов сушки. Процесс радиационно-конвективной сушки разбивается на несколько различных по продолжительности этапов, на каждом из которых в зависимости от вида формы связи испаряемой из персиков влаги подбирается свой рациональный режим сушки. При этом температура и скорость теплоносителя (воздуха) принимали фиксированные значения, необходимые для своевременного и эффективного отвода испаряемых из персиков водяных паров.
В ходе исследования кинетических зависимостей процесса радиационно -конвективной сушки при стационарных режимах разработан ступенчатый режим сушки персиков.
Продолжительность всех четырех временных этапов определялась экспериментально в результате анализа полученных кривых сушки при стационарных режимах сушки.
Из анализа кривых сушки и скорости сушки (рис. 1), температурной кривой и термограммы (рис. 2) процесса радиационно-конвективной сушки при ступенчатом температурном и гидродинамическом режиме видно, что имеют место три периода: прогрева, постоянной и убывающей скоростей сушки.
На первом этапе, который соответствовал периоду прогрева, происходил нагрев наружных слоев и испарение влаги с поверхности персиков. Температура поверхностного слоя с самого начала сушки возрастает, в толще продукта возникает температурный градиент, который уменьшается к центру продукта. Поле влажности внутри пластин персиков становится неоднородным: на поверхности влажность ниже, чем в его толще, т. е. появляется градиент концентрации влаги, который увеличивается к центру продукта. Под действием этого градиента влага в жидком виде начинает перемещаться к поверхности продукта. При этом поток влаги преодолевает сопротивление продукта, которое снижает скорость продвижение влаги, вследствие чего повышается температура долек персиков (см. рис. 2). По мере удаления физико-механической влаги скорость теплоносителя, как определяющий фактор интенсивности процесса, теряет свое значение. Поэтому на втором этапе сушку предпочтительнее вести при снижающейся скорости и повышающейся температуре теплоносителя. На втором временном этапе, который соответствовал периоду постоянной скорости, предварительно подсушенные пластины персиков нагревают ИК-лучами до температуры 323 К при одновременном обдуве воздушным потоком (см. рис. 1). Увеличение температуры нагрева персиков обусловлено тем, что на интенсивность удаления осмотической влаги наибольшее влияние оказывает температура как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влаго-переноса. Этот период сушки характеризуется постоянной температурой продукта (см. рис. 2), при этом удаляется капиллярная влага. В этот период вся теплота, подводимая к долькам персиков, затрачивается на интенсивное поверхностное испарение влаги, и температура продукта остается постоянной.
На третьем временном этапе, который соответствовал первой (начальной) части периода убывающей скорости, персики нагревают ИК-лучами до температуры 328 К при одновременном обдуве воздушным потоком. Этот период сушки характеризуется снижением скорости сушки и увеличением температуры персиков (см. рис. 2), при этом удаляется осмотическая и полиадсорбционная влага. В связи с тем, что на интенсивность удаления полиадсорбционной влаги наибольшее влияние оказывает температура как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влагопереноса, то продукт нагревают ИК-лучами до температуры 328 К.
На четвертом временном этапе, который соответствовал второй (заключительной) части периода убывающей скорости, персики нагревают ИК-лучами до более высокой температуры (333 К) при одновременном обдуве воздушным потоком.
В связи с тем что на интенсивность удаления моноадсорбционной влаги наибольшее влияние оказывает температура как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влагопереноса, то продукт ИК-лучами нагревают до температуры 333 К. При этом также прекращается охлаждающее действие процесса испарения с поверхности персиков, и температура этой поверхности увеличивается, стремясь к заданной температуре нагрева продукта, которая поддерживалась импульсным режимом работы ИК-лампы. Все это приводит к уменьшению количества теплоты, передаваемой через поверхность персиков из окружающей среды. Находясь в достаточно длительном контакте со стенками пор, пар успевает прогреться до температуры стенок, и с поверхности персика пар уходит в ИК-камеру с температурой поверхности продукта.
4
кг/кг
8
7
6
5
і
4
1 4 5 7 * «и м )0
1 і^ііемчтмй («жим |-Т-ЗІІК. у*1>ч'с.Д 7.<*ии 1-Т 121 К V 1 2ч*Л 7<ми. .-Т 32* К. у О.чм сЛ 25МИІ 1 ■ ц 1
\
1 ТТПГ1 • 1 *11 III нш IV 1411
\ Л
\ / \|
\ \ \
/' X \
/ ( ->
/ / ч 1-
/ 1
600 1200 ІКЮ 2400 НИН) с 3600
. \
\ Г-1 ■
< I- т 1 і%мсмчтыЛ режим і 1 ЯК • 1 лм к /1 1 ’МИМ 323 К. V 1.2 м ч,Д 7.5 ми. *2* К: >-0.у ыс;Д- 25ми* .ЧЇК у о.б ч с.Л 20у*н
\ \ • - 1 - л-г
/ л
і .
/ V
II ПЛІ 1 м.» \ IV |ц||
/
/ \
3 4 5 6 7 К М «Киг Ю
и<
Рис. 1. Кривая сушки и скорости сушки персиков при ступенчатом режиме радиационно-конвективной сушки персиков
Рис. 2. Температурная кривая и термограмма сушки персиков при ступенчатом режиме радиационноконвективной сушки персиков
Затем на высушенные до конечной влажности 7-8 % дольки персиков наносят сахарный сироп со вкусовыми добавками.
Аминокислотный состав пищевых продуктов - необходимая информация и важный критерий для определения их биологической ценности. Изучение аминокислотного состава персиковых чипсов проводили на аминокислотном анализаторе «Т 339» методом ионообменной хромотографии на онитах. Аминокислотный и витаминный состав персиковых чипсов и исходных персиков приведен в таблице. Потребительские свойства сушеных персиков (запах и вкус) формируются в процессе сушки. Новые физические, вкусовые и ароматические свойства персиков, образующиеся при сушке, обусловлены существенными изменениями состава сырья, происходящими в результате биохимических реакций. При производстве персиковых чипсов важно соблюдать параметры, которые способствуют прохождению биохимических процессов, направленных на создание продукта с высокими пищевыми достоинствами. Персики были исследованы по органолептическим, физико-химическим и химическим показателям, а также по показателям минеральных веществ и аминокислот.
Таблица
Аминокислотный и витаминный состав исходных персиков и персиковых чипсов, высушенных по предлагаемой технологии
Измеряемые Персик Персиковые чипсы
параметры исходный
Аминокислотный состав (незаменимые)
Валин, мг/100 г 4,17±0,002 4,87±0,002
Изолейцин, мг/ 100 г - -
Лейцин, мг/100 г - -
Лизин, мг/100 г 21,09±0,002 27,92±0,002
Метионин + цистин, мг/100 г 12,56±0,002 14,52±0,002
Треонин, мг/100 г - -
Фенилаланин + тирозин, мг/100 г 14,09±0,002 15,87±0,002
Витаминный состав
Тиамин (В1), мг % 0,042±0,002 0,053±0,002
Рибофлавин 0,081±0,002 0,098±0,002
(В,,), мг%
Витамин Е, мг% 1,577±0,002 1,872±0,002
Витамин С, мг% 10,230±0,002 12,341±0,001
Ниацин (РР), мг % 0,718±0,002 0,871±0,002
Витамин А, мг % 0,527±0,002 0,64б±0,002
Витамин В9, мг % 8,152±0,002 9,817±0,002
Определение указанных показателей позволяет выявить структурные изменения в персиках, происходящие в процессе его сушки и оценить качество полученного продукта.
Свежие персики, поступающие на переработку, по своему качеству должны соответствовать техническим условиям ОКП 97 6725 и отвечать следующим требованиям:
- по внешнему виду: отборные плоды, типичные по форме и окраске для данного помологического сорта. Наличие плодоножки не обязательно. При отсутствии плодоножки кожица плода у места прикрепления к плодоножке должна быть целой, не оторванной от мякоти;
- по зрелости - плоды однородные по степени зрелости, но не зеленые и не перезревшие;
- по размеру наибольшего поперечного диаметра, не менее - 56 мм.
В персиках могут содержаться микрокомпоненты, которые вызывают неблагоприятный токсический эффект. К ним относятся природные токсиканты - натуральные, присущие данному виду продукта биологически активные вещества (биогенные амины, цианогенные гликозиды, кумарины и др.), а также «загрязнители» -токсичные вещества, вносимые из окружающей среды (соли тяжелых металлов, микотоксины, выделяемые микроорганизмами и др.).
Экологически чистый продукт должен иметь ограниченное количество природных токсикантов и практически не содержать «загрязнителей», определение которых является актуальной задачей. Для комплексной оценки качества персиковых чипсов как продукта питания, готового к употреблению, в аккредитованных испытательных лабораториях определяли показатели безопасности: содержание тяжелых металлов, пестицидов, микотоксинов и радионуклидов. Определение токсичных элементов не выявило превышения допустимых уровней их содержания в персиковых чипсах: свинец - не более 0,019 мг/г, а ртуть, мышьяк, кадмий, цезий, стронций отсутствовали. Результаты исследований показали,
что высушенные персики по микробиологическим показателям соответствуют требованиям ГОСТ 21833-76 п.2.1, 2.5, 4.4 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов».
Проведенные исследования химического состава и показателей качества полученных персиковых чипсов показали их высокую пищевую ценность, обусловленную высокой сохранностью ценных термолабильных веществ из-за применения «мягких» температурных режимов сушки и высокой интенсивности влагоудаления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник технолога пищекон-центратного и овощесушильного производства [Текст] / В. Н. Гуляев, Н. В. Дремина, 3. А. Кац и др.; под ред.
В. Н. Гуляева. - М.: Легкая и пищевая пром-ть, 1984. - 488 с.
2. Складчикова, Ю.В. Исследование радиационно-конвективной сушки персиков при переменном теплоподводе [Текст] / Ю.В. Складчикова, Е.Ю. Стурова (Желтоухова) / / Вестник ВГТА. - 2011. - № 1. - С. 59-61.
REFERENCES
1. Directory technologist pischekon-tsentratnogo and vegetable drying production [Text] / VN Gulyaev, NV Dremina, Z. A. Katz et al, ed. VN Gulyaev. - М.: Light and Food industry, 1984. - 488 p.
2. Skladchikova, Y. Investigation of radiation-convective drying of peaches at a variable heat supply [Text] / Y. Skladchikova, EJ Sturova (Zheltouhova) / / Herald of
the Voronezh State Technological Academy. 2011. № 1. p. 59-61.
