ЗАВИСИМОСТЬ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ПРОЦЕССЕ СУШКИ ПЛОДОВ

АННОТАЦИЯ

Сохранение плодов и овощей методом сушки является одним из древних видов консервирования. Влажность сушенных плодов и овощей составляет от 8 до 25%, что обеспечивает длительное их хранение. Сушка не только удлиняет сроки хранения, но и обеспечивает высокую сохраняемость качества и питательных веществ сырья. Кроме этого, при сушке масса продукта уменьшается на 75-80%, что значительно сокращает затраты при транспортировке.

ABSTRACT

Preservation of fruits and vegetables by drying is one of the ancient types of canning. Humidity of dried fruits and vegetables ranges from 8% to 25%, which ensures their long-term storage. Drying not only lengthens the shelf life, but also ensures a high preservation of the quality and nutrients of the raw materials. In addition, during drying, the weight of the product is reduced by 75-80%, which significantly reduces the cost of transportation.

Ключевые слова: сушка, давление, температура, влажность, сельхозпродукты, абрикос, курага.

Keywords: drying, pressure, temperature, humidity, agricultural products, apricot, dried apricots.

Введение. Существуют различные способы сушки, однако необходимое требование ко всем способам - обеспечить высокое качество сушеного продукта при наименьших производственных затратах.

В Республике Узбекистан с каждым годом наращивается производство сельскохозяйственной продукции, например, в  январе-сентябре месяце 2021 года собрано 2070,7 тысячи тонн -  плодов и ягод, 1313,7 тысячи тонн -  винограда [1]. 

 Но в данное время всего лишь 20 % этой продукции промышленно перерабатываются. Поэтому разработка и внедрение новых методов сушки, обеспечивающих высокое качество конечного продукта при низких затратах, является актуальной.

В настоящей работе рассматривается проблема рациональной сушки плодов (на примере абрикоса) с использованием методов воздействия на продукт высокого давления с резким его сбросом: анализ зависимости давления и температуры сушки в зоне мгновенного сброса давления.

Аналитический обзор литературы. В научно-технической литературе представлен анализ комбинированного термомеханического способа сушки материалов: нагрев влажного материала под действием давления с последующим его сбросом. Так в работе [2] приведен обзор исследований по этой теме, где сказано, что обезвоживание за счет накопленной материалом тепловой энергии впервые было применено в процессе сушки «сбросом» давления в работах В.В.Ягова и др. Физической основой этого метода является максимальное использование эффекта от интенсивного молярного переноса пара, возникающего после предварительного прогрева влажного материала под давлением и последующего быстрого его снижения. Величина начального давления определяет глубину термообработки материала.

В других работах получены положительные экспериментальные результаты по применению данного метода при сушке древесины [3] и дисперсных материалов (цеолит, лигнин и торф) [4]. Так в работе  [4] применение комбинированного метода сушки для цеолита с использованием СВЧ-нагрева позволило сократить время сушки в 1,5 раза по сравнению с конвективным способом при одинаковом температурном режиме.

В работе [5] реализован способ мгновенной сушки плодов, включающий предварительный нагрев плодов, проведение сброса давления в сушильном бункере, повторение этапа с последующим проведением вакуумной сушки, пока массовая влажность плодов и овощей не достигнет 10-25%. Однако, существующих технологий сушки с сбросом давления невозможно использовать для нашего местного сырья. Поэтому определение рациональных режимных параметров сушки с сбросом давления, рассчитанное на местное сырьё, является актуальной.

Методы исследований. На основе ряда проведённых исследований  обосновано влияния времени воздействия давления сжатого воздуха и период ее мгновенного сброса на процесс сушки плода абрикоса, а также изучено изменение относительной влажности воздуха от температуры среды. Объектом исследования был выбран местный сорт абрикоса (Субхони). В плодах этого сорта содержится до 25 % сахара (сахароза, фруктоза и глюкоза). Органические кислоты в основном представлены яблочной и лимонной. Богат минеральными солями, микроэлементами, органическими кислотами, пектиновыми веществами, различными витаминами: A, C, В1, В2, РР.  Начальная влажность составляет 80-85%.  Абрикос – культура сухофруктового направления и широко используется в сушке [6].

Из плодов готовят урюк (сушенный плод абрикоса с косточкой), кайсу (сушенный целый плод абрикоса без косточки), курагу (половинчатые долки абрикоса). Для нашего случая получали курагу с конечной влажностью 18-20%.

Перед сушкой проводили мойку абрикосов, разрезание их на две половинки с отделением косточек и обработку материала в растворе лимонной кислоты.

Для исследования комбинированного метода сушки с использованием сброса давления и инфракрасного (ИК) нагрева была создана лабораторная установка (рис.1) [7].

Рисунок 1. Схема экспериментальной лабораторной установки:

1 – компрессор; 2 – автоматическая система сбора данных с использованием персонального компьютера; 3 – герметичная камера для первичного обеэвоживания продукта; 4 – ИК-излучатели; 5 –-поддон; 6 – ресивер.

Основой установки является герметичная специальная камера, в которой размещается исследуемые образцы материала. Поддон для материала представляет собой емкость с сетчатым дном (размеры ячеек 6х6 мм, диаметр проволоки 0,6 мм), в поддон помещалась навеска половинок абрикоса толщиной слоя 8-10 мм. Поддон размещается на уголчатых подставках. Над поддоном размещены ИК-генераторы для нагрева материала. Камера имеет окно из кварцевого стекла.

Камера снабжена системой подачи сжатого воздуха с автоматической поддержкой заданного давления. Для осуществления удаления влаги методом сброса давления установка имеет специальный вентиль и ресивер. Установка позволяет нагревать образец под давлением до 0,8 МПа и осуществлять сброс давления. Нагрев образца производится с помощью источников ИК-излучения мощностью 1 кВт каждый.

Установка снабжена системой контроля и автоматического сбора данных показателей процесса нагрева и сброса давления. Основные показатели, позволяющие контролировать и управлять процессом, являются температура, влажность материала и давление в камере.

Исходный материал сперва обрабатывается в герметичной камере импульсным инфракрасным излучением, после, мгновенно сбрасывается давления, и дальше подвергается обычной конвективной сушке в сушильной камере.

Влажность материала определяли согласно Государственному стандарту 33977-2016 (Межгосударственный стандарт. Продукты переработки фруктов и овощей. Методы определения общего содержания сухих веществ. Fruit and vegetable products. Methods for determination of total solid content).

Результаты исследований и их обсуждение. Для решения поставленных задач, нами были произведены ряд теоретических и экспериментальных исследований. Физической основой предлагаемого метода сушки плодов является концепция, согласно которой за счёт повышения давления и термообработки создаётся возможность изменения температуры материала, что создаёт, в свою очередь, возможность максимального использования эффекта от интенсивного молярного переноса пара, обеспечивающего переход влаги в свободное состояние. В силу этого граница между связанной и свободной влагой при сбросе давления смещается в область более низкого влагосодержания. В момент сброса давления по всему объёму продукта происходит бурное продвижение влаги, между центром и поверхностью обрабатываемого материала создаётся перепад давления, способствующий формированию направленного к поверхности частицы потока влаги в виде пара. На своём пути паровоздушная смесь увлекает капельки жидкости и проталкивается к поверхности [7,8]. Относительная влажность и температура воздуха являются основными факторами начальной стадии обезвоживания плодов абрикоса под действием высокого атмосферного давления. С целью предотвращения степени конденсации паров воды в воздухе, на основе проведённых экспериментов были определены оптимальные значения температуры и давления воздуха, а также, его продолжительность, создаваемого в сушильной камере. В частности, при давлении воздуха 0,2-0,4 МПа, и его продолжительности 4-5 минут, а также температуры 24 ^oС и относительной влажности 30-31%, из продукта удалось выделить 13-14% влаги. Однако в результате увеличения давления и его продолжительности воздействия, сушильной камере происходила конденсация влажного воздуха, вызывающая частичное переувлажнение продукта.

Средняя температура точки росы влажного воздуха в рабочей камере выражается следующим образом:

В свою очередь, влажность воздуха может быть выражена следующим уравнением:

Полученные результаты, зависимости значения точки росы водяного пара от относительной влажности и температуры воздуха представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Результаты, зависимости значения точки росы водяного пара от относительной влажности и температуры воздуха

Выводы. На первом этапе метода комбинированной сушки половинчатого абрикоса на основе экспериментальных и теоретических исследований изучены воздействия импульсного режима ИК-излучения, а во втором этапе – воздействие атмосферного воздуха, сжатого под высоким давлением. На первом этапе обезвоживания используя импульсный режим ИК-излучения, из продукта удалилось 3-4% свободной влаги, а на втором этапе, путём применения сжатого в диапазоне 0,2 -0,8 МПа давлением атмосферного воздуха в течение 4-5 минут, удалилось 13% свободной влаги. На третьем этапе был использован конвективный метод и разработан низкотемпературный режим сушки абрикоса до равновесной влажности, которая составила 21-22%. Проведенные исследования показали, что в предлагаемом способе сушки удельный расход электроэнергии на 1 кг высушенной кураги абрикоса составляет 0,87-0,91 кВт.ч/кг.прод. Удельные затраты энергии на испарение 1 кг.влаги составляет 0,42 кВт.ч/кг.влаг.

Список литературы:

1. «Янги Ўзбекистон» ва «Правда Востока» газеталари таҳририяти» ДУК (05/02/2022). Сельское, лесное и рыбное хозяйство Республики Узбекистан в январе-июне 2021 года.
2. Лашков В.А., Кондрашева С.Г. (2011). Обзор направлений использования эффекта, возникающего при понижении давления парогазовой среды // Журнал «Вестник Казанского технологического университета, - С.210-215.
3. Кожин В.П., Горбачев Н.М. Применение метода сброса давления при высокотемпературной осциллирующей сушке крупномерной древесины //Инженерно-физический журнал. 2011. Т 84, № 2. С. 223–229.
4. Слижук Д.С., Акулич П.В. Кинетика сушки дисперсных материалов комбинированным способом с использованием СВЧ-нагрева // Веб-конференция «Первые Международные Лыковские научные чтения, посвящённые 105-летию академика А.В. Лыкова – МЛНЧ-2015» Москва 2015, С.58-62.
5. Patent China CN102417286B. 2011-Steam pressure relief method and device for sludge hydrothermal drying steam pyrolysis reaction kettle.
6. Байметов К.И., Турдиева М.К., Назаров П. Особенности возделывания местных сортов абрикоса в Узбекистане.- Ташкент, 2011.
7. Джураев Х.Ф., Рустамов Э.С., Гафуров К.Х. Новый метод подготовки абрикоса к сушке. Международная научно-практическая заочная конференция «Биотехнологические, экологические и экономические аспекты создания безопасных продуктов питания специализированного назначения». Краснодар, 2020. С.438-441.
8. Лашков В.А. Аппаратурное оформление процессов, протекающих при понижении общего и парциальных давлений парогазовой среды // Вестник Казанского технологического университета. - 2011.-Т.14, №8.-С.210-215.
9. Потапов В.А., Гриценко О.Ю, Пономаренко Ю.О. (2013). Исследование процесса сушки в массообменных модулях под действием повышенного давления // Доклад в сборнике научных трудов «Прогрессивная техника и технологии пищевых производств ресторанного хозяйства и торговли», Харьков, Украина. С. 148-153
10. Гинзбург, А.С. (1973). Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. –М.: Пищевая промышленность, 1973. -528 с.
11. Патент Республики Узбекистан № IAP 03373 – 30.05.2007, «Способ сушки фруктов».
12. Djuraev Kh.F., Gafurov K.Kh., Rustamov E.S. Kinetics of fruit crops drying with instant pressure release // The American Journal of Engineering and Technology. USA: 2020. Volume 02 Issue 10. pp 45-54.
13. Djuraev Kh.F., Gafurov K.Kh., Rustamov E.S. Research of the process of apricot fruit drying with instant pressure release // International Journal For Innovative Engineering and Management Research.USA: 2021. Volume 10, Issue 03, pp 219-226.