ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ ТОМАТНОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены экспериментальные результаты низкотемпературной сушки плодов томата в двух разных диапазонах ИК -излучения и конвекционным методом подвода энергии. Определены предельные значения диапазона длин волн ИК - излучения с высокой способностью ускорять молекулярное движение капель жидкости в капиллярно-пористой структуре плодов томата и поглощать влагу, движущуюся к поверхности продукта в единицу времени.

ABSTRACT

The article presents the experimental results of low-temperature drying of tomato fruits in two different ranges of infrared radiation and the convection method of energy supply. The limiting values of the wavelength range of IR radiation with a high ability to accelerate the molecular movement of liquid drops in the capillary-porous structure of tomato fruits and absorb moisture moving to the surface of the product per unit time have been determined.

Ключевые слова: плоды томата, температура, длина волны излучения, капиллярно-пористая структура, сушка, влажность.

Keywords: tomato fruit, temperature, radiation wavelength, capillary-porous structure, drying, humidity.

Среди овощей, выращиваемых в климатических условиях Узбекистана, плоды томата по своей пищевой ценности занимают особое место. Площадь. занимаемая томата продуктов составляет 40-41% от общей площадей засеянных фруктами и овощей. Плоды томата имеют высокую питательную ценность, а её состав богат различными витаминами, минералами, углеводами и органическими кислотами.

На основе ряда экспериментальных исследований в лаборатории Бухарского инженерно-технологического института изучен биохимический состав плодов томатов «Султан», «Аламинго», «Олмос-154», «Ташкент», «Модерна», выращенных в климатических условиях Узбекистана.

Биохимический состав томата состоит из следующих компонентов: сухое вещество 0,7-7,2 %, белок 0,97-1,3 %, клетчатка 0,6-0,7 %, масла 0,19-0,37 %, сахар 5,0-5,8 %, зола 0,4 %, витамин С (аскорбиновая кислота) 21-39 мг/кг, каротин (привитамин А) 0,3-4 мг/кг, тиамин (В1).

На сегодняшний день одной из важных задач аграрного сектора является получение качественного сушеного продукта путем комплексной переработки томатов. При выполнении этой задачи наиболее актуальным вопросов является разработка эффективного сушильного оборудования, позволяющего сохранить исходные физико-химические свойства томатного сырья.

Однако, до настоящего времени недостаточно изучены механизм обработки продуктов в диапазоне длин волн низкотемпературного ИК-излучения, закономерности движения излучаемой энергии через слои продукта в процессе сушки. Соответственно, при обезвоживании сельскохозяйственных продуктов, состав которых на 90% и более состоит из жидкой фазы, разработка модульного процесса сушки и соответствующего устройства, интенсифицирующего движение молекул в капиллярно-пористой структуре продукта, обладающего высоким уровнем влагопоглощения и предназначенные для непрерывного выделения влаги, перемещающейся на поверхности продукта, является одним из основных звеньев исследовательской работы. 

Для решения вышеуказанных проблем были поставлены следующие задачи:

• на основе экспериментальных исследований определить режимы низкотемпературной сушки с применением приемлемого диапазона ИК -излучения и конвекции в системе обработки томатного сырья;
• теоретически обосновать закономерности движения капель жидкости капиллярно-пористых системах в процессе сушки;
• исследовать механизмы изменения влажности продукта во времени и в диапазоне длин волн ИК - излучения.

Для детального исследования процесса сушки плодов томата использовались пригодные для равномерного нарезания и обеспечения равномерной сушки плодов томата сортов Султан и Аламинго, цилиндрической формы продукта, характеризующиеся плотной мякотью, мясистостью, малым количеством семян в семенных камерах.

Экспериментальное исследование проводились нами по разработанному многофакторному многоуровневому плану [2]. Целевая функция характеризующая интенсивность процесса, выбрана в качестве удельной производительности сушильного аппарата (выход высушенного продукта с единицы площади рабочей поверхности установки в единицу времени) G, кг/(м²⋅ч)

где: М_сп – масса высушенного томата до конечной влажности не более w_к = 0,5-0,7 кг/кг, выбор которой осуществлен на основе результатов анализа гигроскопических характеристик продукта [1,5]:

F – площадь рабочей поверхности, занимаемой продуктом, м²; τ –время сушки, ч.

Для определения влиятельных факторов на интенсивность процесса обезвоживания основные параметры были зафиксированы. Выбор влиятельных факторов и их диапазоны изменения установлены на основе поисковых экспериментальных исследований. Для осуществления процесса сушки томата при низкой температуре, а также ускорения молекулярного движения капель жидкости во внутреннем слое высоковлажного продукта и обеспечения непрерывного процесса поглощения влаги движущейся к ее поверхности, сушильная установка снабжена модельными системами ИК- ламп, работающих в двух различных диапазонах длин волн. При этом, обеспечение максимальной эффективности использования тепловой энергии излучателей, длина волны излучения должна соответствовать максимальной излучательной способности ИК излучателей. В этом случае, для ускорения движения молекулы воды, длина волны ИК - излучения составляет от 0,7÷1,1 мкм, а для поглощения выделяемой поверхностной влаги продукта 2,4÷2,8 мкм. [3].

Одним из основных факторов, влияющих на эффективность сушки, является начальная толщина дольки томата. Величину δ_н выдерживали в пределах δ_н = 8–16 мм, что обусловливается технологическими особенностями процесса. Увеличение δ_н более 16 мм. затрудняет равномерный прогрев продукта по толщине слоя из-за снижения пропускной способности материала, что приводит к неравномерности процесса влагоудаления и как следствие, к снижению качества сухого продукта. Величину верхней границы температуры материала установили в пределах T_м =58 - 62⁰С. Дальнейшее увеличение T_м обусловливает ухудшение качественных показателей, вследствие неравномерного нагревания материала и подгорания продукта.

Нами обобщены результаты экспериментальных исследований кинетики сушки томата от плотности теплового потока ИК - излучения. Обобщение результатов серии экспериментальных исследований проводилось путем анализа кривых сушки, скорости сушки, а также изменение числа Ребиндера и теплового потока, поглощаемого продуктом в процессе сушки. На рисунке 1 приведены кривые сушки (а) и скорости сушки (б) плодов томата. в зависимости от плотности теплового потока ИК - излучения.

Рисунок 1. Кривые сушки (а) и скорости сушки (б) плодов томата в зависимости от плотности теплового потока ИК - излучения:
1-1200 Вт/м²; 2- 900 Вт/м²; 3- 600 Вт/м²

Как видно из приведенных графиков, процесс сушки томата протекает в соответствии с закономерностями удаления влаги из коллоидных капиллярно-пористых тел с двумя периодами - постоянной и убывающей скорости сушки, участки которых четко отделяются на кривых сушки, а также на скорости самой сушки.

В начальной стадии процесса - прогревание продукта, на графиках не указано. В первом периоде при постоянной скорости в основном удаляется свободная влага, уменьшение влагосодержания соответствует линейному закону во времени.

Во втором периоде в графиках скорость удаляемой влаги наблюдается переходом от микрокапилляров к адсорбционно связанной влаге. При этом, формы кривых сушки продукта для различных сортов томата существенно отличаются друг от друга, что свидетельствует о разном соотношении видов связанной влаги и содержит большую долю адсорбционно связанной влаги.

На основе экспериментальных исследований, скорость сушильного агента принимали равной v=2–3м/с. Снижение значения скорости от 2 м/с нецелесообразно, поскольку приводит к снижению интенсивности испарения влаги с поверхности тепломассообмена. По результатам исследований для плодов томата с влажностью w_н = 0,92–0,95 кг/кг максимальная интенсивность процесса сушки, соответствующая значению целевой функции G_max = 0,814 кг/(м²·ч) достигается при следующих рациональных режимах: δ_н = 12 мм; v = 3 м/с; T_м = 58⁰С. При этом, применение ИК-излучения в зоне нагрева с длиной волны 1,1мкм позволяет размягчить структуру плодов томата. Это в свою очередь интенсифицирует удалении влаги в зоне сушки с длиной волны излучения 2,8 мкм. и позволяет сокращать время обезвоживания продукта с 60 до 120 минут [3,4].

Для второго периода сушки получены следующие уравнения обобщенных кривых скорости сушки по сортам плодов томата:

• для томата сорта “Султан”
• - для томата сорта «Аламинго”

Таким образом, предложенные рациональные режимы ИК и конвективной сушки, а также соответствующие функциональные зависимости удельной производительности сушильного аппарата от основных влияющих факторов, могут быть использованы для дальнейшего усовершенствования процесса сушки плодов томата при проектировании энергосберегающих аппаратов, а также для переработки высоковлажных продуктов с широким диапазоном структурно-механических и физико-химических свойств.

Список литературы:

1. Алексанян И.Ю., Максименко Ю.А., Феклунова Ю.С. Исследование влияния температуры на гигроскопические характеристики плодоовощных продуктов // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания. 2017. Т4. С. 86–89.
2. Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования эксперимента. М.: ДеЛи, 2005. 296 с.
3. Djuraev Kh.F., Rasulov Sh. Kh., Adizova M.R. Fundamentals of kinetics of tomato drying process//Genius journals publishing group, Brussels, Belgium.2022.Vol.6.-P.26-30.
4. Дяченко Э.П., Алексанян И.Ю., Разин О.А., . Иванова М.И. Исследование влияния конвективного энергоподвода на интенсивность инфракрасной сушки плодов томата//Научный журнал НИУ ИТМО.-2019.-№4.-С.40-47.
5. Максименко Ю.А. Развитие научно-практических основ и совершенствование процессов сушки растительного сырья в диспергированном состоянии: автореф. дис. ... докт. техн. наук. Астрахань, 2016.