ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ПЛОДОВ СЛИВЫ

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты изучения процесса сушки плодов сливы сублимационным методом. Показано значительное возрастание основных питательных компонентов в высушенном продукте. Предложен усовершенствованный энергосберегающий способ сублимационной сушки, благодаря чему достигнуто значительное сокращение длительности процесса и снижение себестоимости фруктов сливы по сравнению с традиционным методом высушивания.

ABSTRACT

The results of studying the process of drying plum fruits by the sublimation method are presented. A significant increase in the main nutritional components in the dried product is shown. An improved energy-saving freeze-drying method has been proposed, due to which a significant reduction in the process and a reduction in the cost of plum fruits compared to the traditional drying method has been achieved.

Ключевые слова: сублимационный метод сушки, фазовая диаграмма, эвтектическая точка, парциальное давление.

Keywords: sublimation drying method, phase diagram, eutectic point, partial pressure.

Введение. Для удовлетворения ежегодно возрастающей потребности населения страны в качественных продуктах питания требуется разработка современных технологических процессов с автоматизированным управлением, гарантирующих получение высококачественной продукции. Создание технологий пищевых продуктов, обеспечивающих удовлетворение потребностей организма, непосредственно связано с развитием пищевой промышленности, что, в свою очередь, требует создания научных и практических основ соответствующих технологических процессов и устройств.

В последние годы Республика Узбекистан постоянно наращивает экспорт фруктов, в котором большой объем составляют поставки сливы. Согласно данным Государственного комитета по статистике страны, ежегодный экспорт сливы превышает 20–25 тонн в год [3]. Раннеспелые сорта сливы созревают в южных регионах страны, и сезон их сбора традиционно начинается в июле. После сбора часть урожая направляется на переработку, а остальная идет на экспорт. Обычно плоды сливы хранятся некоторое время в специальных хранилищах при температуре 15 °С [1].

Сливы с высокими вкусовыми свойствами и потребительскими качествами в основном выращиваются в регионе Наманганской области Узбекистана. Сорта этих слив характеризуются большим содержанием витаминов, макро- и микроэлементов, минеральных веществ и органических кислот [7].

Республика Узбекистан является одним из крупнейших поставщиков плодов сливы в Российскую Федерацию. Так, в прошлом году ее экспорт в Россию возрос в 2,8 раза и достиг 18 тонн. Общий объем импорта сливы в Российскую Федерацию составляет около 80 тыс. тонн и на 4% возрос в прошлом году [3]. Вместе с тем имеется ряд проблем, главная из которых заключается в том, что слива имеет особенность в течение короткого времени быстро терять свои потребительские качества. Это является основным сдерживающим фактором для увеличения объема экспорта данного вида фруктов. Решение данной проблемы является актуальным для садоводческих и фермерских хозяйств, занятых выращиванием сливы.

Процесс сушки является сложным физико-химическим явлением, требующим большого количества энергозатрат, в котором тесно взаимосвязаны тепловые и массовые состояния [2; 4; 5]. В сфере пищевой промышленности сублимационный метод сушки позволяет получить высушенные фрукты, микробиологические показатели которых соответствуют требованиям стандартов, которые сохраняют первоначальный вкус, цвет, запах, а также пищевые и биологические показатели спелых плодов.

Объект и методы исследования. В работе для определения свойств сырья, высушенных продуктов, изучения процесса сублимационной сушки плодов сливы использованы стандартные органолептические и физико-химические методы анализа [6]. Полученные результаты были обработаны с помощью корреляционно-регрессионного анализа и статистико-математического планирования экспериментов.

Полученные результаты и их обсуждение. Изучены физико-химические показатели плодов сливы сорта «венгерка». Исследован процесс их сублимационного способа сушки. Показано, что в процессе сублимационного высушивания при снижении влажности плодов сливы до 8% происходит многократное повышение содержания основных химических компонентов (табл. 1).

Таблица 1.

Физико-химический состав плодов сливы сорта «венгерка»

При сублимационная сушке происходит переход фазы воды, содержащейся в продукте, из состояния льда в состояние пара, и этот процесс требует больших затрат энергии. При использовании традиционного метода сублимации, в зависимости от типа продукта, продолжительность сушки продукта составляет 20–50 часов, следствием чего является значительное возрастание его себестоимости. Нами разработан усвершенстоваванный метод сублимационной сушки, благодаря чему достигнуто значительное сокращение (до 4–5 часов) продолжительности процесса. Предлагаемая технология сублимационной сушки, независимо от тепловых свойств слоя высушиваемого продукта, помогает передавать необходимую энергию в область замораживания. Затем она распространяется по замороженному участку и повышает его температуру. Поскольку влага находится в состоянии льда, растекание происходит по всей замороженной массе. Фактически это создает внутренний объемный нагрев. В ходе исследования было установлено, что уменьшение объема сублимированных и воздушно-сушеных слив составляет соответственно 6,6 и 80%.

В процессе сублимационной сушки продукт должен быть заморожен уже на начальной стадии. Нагрев замороженных фруктов приводит к повышению температуры замороженного образца. С повышением объемной температуры молекулы замороженной воды получают достаточное количество энергии, и вода переходит из твердой фазы в газовую. Эти молекулы воды мигрируют в вакуумную зону камеры. Другими словами, продукт высушивают путем перевода влаги в виде льда в пар [2].

После предварительной обработки и загрузки продукта в камеру его замораживают при атмосферном давлении до температуры, которая находится ниже точки эвтектики растворителя. Обычно температура заморозки находится в диапазоне от –40 до –60 °С. Построена фазовая диаграмма воды, иллюстрирующая эвтектическую точку, в которой вода присутствует в трех агрегатных состояниях (рис. 1).

Рисунок 1. Фазовая диаграмма воды с изображением условий для твердой, жидкой и паровой фазы вместе с точкой эвтектики

В период первичной сушки замороженный растворитель испаряется (сублимируется). Обычно процесс первичной сушки выполняется при давлении от 1 до 0,01 мбар в зависимости от характеристик соответствующего продукта. Движущей силой процесса сублимации является разница парциальных давлений растворителя над ледяной поверхностью продукта и поверхностью ледового конденсатора. Для увеличения разницы в парциальных давлениях и придания молекулам растворителя большей подвижности температура полки в продуктовой камере постепенно повышается от –40 до +20 °С, процесс нагрева может занимать срок от нескольких часов до нескольких дней. Кроме этого, под действием вакуумного насоса внутри камеры с продуктом значительно снижается концентрация молекул воздуха, что способствует «выталкиванию» молекул растворителя с поверхности продукта.

При достижении температуры продукта выше точки эвтектики начинается процесс вторичной сушки. На этой стадии происходит удаление оставшейся части «связанного» растворителя. Процесс остаточного удаления растворителя контролируется и оптимизируется за счет снижения давления внутри камеры продукта примерно до 10^–3 мбар. Одновременно с этим до максимально допустимого значения повышается температура полки, которая зависит от температуры разрушения высушиваемого продукта. С целью оптимизации продолжительности цикла сушки окончание стадии первичной и вторичной сушки обычно определяется путем проведения испытания на повышение давления. После завершения цикла сублимационной сушки давление в продуктовой камере возвращается к атмосферному давлению за счет продувки внутренней части камеры воздухом или азотом. Обычно в этом случае конечный продукт содержит около 1–3% остаточной влаги.

Выводы. Изучены физико-химические показатели плодов сливы сорта «венгерка». Показано, что в процессе сублимационного высушивания при снижении исходной влажности плодов сливы до 8% происходит многократное повышение содержания в ней основных химических компонентов. Предложен усовершенствованный способ сублимационной сушки плодов сливы, благодаря чему достигнуто многократное сокращение общей продолжительности процесса и снижение себестоимости конечного продукта.

Список литературы:

1. Венгер К.П., Феськов О.А., Слама Х.М. Совершенствование процесса замороживания в сублимационной установке пищевых продуктов с использованием низкотемпературного воздуха от турбохолодильной машины. // Материалы Х Международного научно-практического семинара «Ресурсосберегающие технологии при хранении и переработке сельскохозяйственной продукции». – Орел, 2010. – С. 161–164.
2. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. – М. : Агропромиздат, 1985. – 335 с.
3. Государственный комитет Республики Узбекистан по статистике / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.stat.uz/uz.
4. Камовников Б.П., Малков Л.С., Воскобойников В.А. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов: Основы теории, расчет и оптимизация. – М. : Агропромиздат, 1985. – С. 288.
5. Мансуров О.А., Игамбердиева Д.А., Хамдамов А.М. Системный анализ процесса сушки сельхозпродуктов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2021. – № 11 (92) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12535 (дата обращения: 14.12.2022).
6. Фрукты сушеные. Общие технические условия. – М. : Стандартинформ, 2015.
7. Advantages of quick-freezing technology of cherry / M. Meliboev, Sh.M. Mamatov, M. Aripov, B. Shamsutdinov // International journal of innovative technology and exploring engineering (IJITEE) (Hindiston). – 2020. – Vol. 9, Iss. 3. – P. 3254–3256.