ПРОЦЕСС СУШКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ

АННОТАЦИЯ

В статье приведена информация о процессах сушки сельскохозяйственных продуктов. Подробно описаны факторы, влияющие на процесс сушки, скорость сушки в разных продуктах также может быть разной, а скорость движения воздуха также влияет на процесс сушки. Приведена кривая зависимости скорости сушки от относительной влажности, на которой процессы сушки разбиты на периоды. Кроме того, подробно описано, что на процессы сушки также влияют изменения физических и химических свойств и плотности продукта.

ABSTRACT

The article provides information about the drying processes of agricultural products. The factors affecting the drying process are described in detail, the drying speed in different products can also be different, and the speed of air movement also affects the drying process. The curve of the dependence of the drying rate on the relative humidity, on which the drying processes are divided into periods, is given. In addition, it is described in detail that the drying processes are also affected by changes in the physical and chemical properties and density of the product.

Ключевые слова: сушка, гигроскопичность, скорость сушки, фаза, капилляр, влажность, влага, температура, поток, плотность, регидратация, фермент.

Keywords: drying, hygroscopicity, drying rate, phase, capillary, humidity, moisture, temperature, flow, density, rehydration, enzyme.

Хранение продуктов путем сушки - один из методов, известных с незапамятных времен. Существует много сельскохозяйственных продуктов, в которых сушка происходит спонтанно в природе. В современных условиях механизация и интенсивное использование энергии в пищевой промышленности также применимы к процессам сушки. В самом кратком выражении сушка может быть определена как удаление воды из твердых веществ.

Любой объем воды имеет тенденцию переходить из более или менее жидкой фазы в паровую фазу в зависимости от условий, в которых она находится. Это означает, что рассматриваемый объем смешивается с окружающим воздухом в газообразном состоянии, то есть в виде водяного пара. Это не односторонний переход, но водяной пар в воздухе также превращается в жидкую фазу, то есть в воду. Вода имеет давление пара в зависимости от условий, в которых она находится, в частности от влияния температуры. В основном используется определение парциального давления водяного пара, чтобы указать его местоположение в общем давлении воздуха на давление воды в твердой и жидкой фазах, давление водяного пара на давление воды в газовой фазе.

Сушка - это явление, которое, как известно, напрямую связано со структурой материала, подлежащего сушке. Гигроскопичность продукта или его отсутствие повлияет на процесс сушки. Сельскохозяйственная продукция также является продукцией гигроскопичной природы. По этой причине процесс сушки будет медленным по сравнению с продуктами других конструкций. Структура продукта, подлежащего сушке, также является фактором, определяющим скорость сушки. Хотя сушка иногда состоит из нескольких этапов, иногда эти этапы могут не соблюдаться. Фаза, в которой вода полностью покрывает поверхность, на которой происходит высыхание, поэтому фаза, в которой высыхание происходит со всей поверхности (когда вода испаряется с постоянной скоростью), называется фазой постоянной скорости высыхания. По истечении этого периода на некоторых участках поверхности высыхания начинают образовываться сухости [6].

Это связано с тем, что капиллярной силы продукта недостаточно для втягивания воды из глубины. Это первый период убывающей скорости. Через некоторое время высушенная поверхность становится полностью сухой. После этого начинается второй период убывающей скорости. Вода больше не находится на поверхности продукта, а находится глубоко под поверхностью. Сухие участки, образующиеся на поверхности, создадут поверхность, более или менее изолирующую от тепла, препятствуя попаданию тепла в область, где вода будет испаряться [7].

На разных пищевых продуктах могут наблюдаться разные стадии высыхания. Хотя эти фазы наблюдаются очень отчетливо в некоторых, они могут не наблюдаться в других. Сушка многих продуктов наблюдается в виде характеристик изменения скоростей сушки, периода постоянной скорости и периода убывающей скорости. В конце периода постоянной скорости влажность продукта называется критическим значением влажности. Кривые характеристик высыхания для многих сельскохозяйственных культур можно найти в литературе, подготовленной исследователями [4]. На этих кривых следует обратить внимание на критическое значение влажности. Критическое значение влажности отличается для каждого продукта. Это значение является условием, при котором относительная влажность окружающей среды, в которой находится продукт, для многих продуктов питания находится в равновесии, в то время как она составляет от 58 до 65% [3].

То, как вода содержится в пищевых продуктах, определяется как свободная и связанная вода. Значения влажности, удаляемые до критических значений влажности, обозначаются как свободная вода, в то время как влажность, которую требуется удалить после этой точки, называется связанной водой.

Другим важным определением процессов сушки является скорость сушки. На это влияет множество факторов. Если процесс сушки рассматривается как процесс, можно изучить факторы, влияющие на скорость сушки, в двух частях. Во-первых, это сушильная среда, в которой находится продукт, подлежащий сушке, а во-вторых, характеристики продукта, подлежащего сушке. Для обеих частей важны факторы, влияющие на массу и теплопередачу. Этими факторами являются такие характеристики, как температура, влажность и скорость сушки воздуха, а также физические свойства и состав продукта, подлежащего сушке. Остальные факторы, отличные от характеристик самого продукта, подлежащего сушке, могут быть оптимизированы для увеличения скорости сушки.

Рисунок 1. Кривая сушки в зависимости от относительной влажности скорости сушки

На рис.1. приведена простая кривая сушка, показывающая изменение скорости сушки в зависимости от относительности количества влаги. Значение С на рисунке показывает критическое количество влаги, которое зависит от многих факторов, связанных со свойствами продукта, подлежащего сушке. Состояние, при котором на поверхности образуется первое сухое пятно, называется “критической точкой”. Критическая точка символизирует конец периода постоянной сушки и начало периода сушки с уменьшающейся скоростью. Зона ЕС на рисунке показывает сушку и время прогрева продукта. С другой стороны, в зоне BC испарение происходит за счет слоя жидкой пленки, образующейся на поверхности продукта.

Кривая скорости сушки, приведенная на рисунке, включает различные периоды высыхания. Первоначально влага удаляется испарением с поверхности, находящейся в насыщенном состоянии. По мере высыхания площадь поверхности, присутствующая в насыщенном состоянии, постепенно уменьшается. За этим следует испарение воды внутри вещества. С другой стороны, в зоне CD испаряется вода, которая может диффундировать на поверхность изделия. Следовательно, скорость сушки в области BC остается постоянной, а в области CD - линейной. Зона DE – это область, в которой вода в продукте очень медленно диффундирует на поверхность. Область AB показывает нестабильное состояние, а область BC показывает период постоянной скорости.

Характеристики среды, в которой проводится сушка, являются одними из факторов, которые можно контролировать при определенных условиях. Разница между температурой и влажного воздуха при сушке по термометру является одним из наиболее важных факторов, влияющих на сушку. Величина температуры жидкости для сушки по сухому термометру, если она близка или равна температуре влажного термометра, не может оказать существенного влияния на ускорение сушки. На начальных этапах сушки разница в этих двух размерах менее эффективна, чем на заключительных этапах. Однако разница между температурой сухого дека и влажного термометра прямо пропорциональна скорости высыхания [3].

С другой стороны, можно увеличить скорость сушки на более поздних стадиях сушки, поддерживая постоянную температуру по влажному термометру и повышая температуру по сухому термометру. Это связано с тем, что температура положительно влияет на продвижение влаги внутри продукта за счет диффузии.

Еще одним фактором, влияющим на скорость сушки, является скорость сушки воздуха. Увеличение скорости сушки воздухом прямо пропорционально скорости сушки. Во время сушки на продукте, подлежащем сушке, всегда образуется застойная паровая пленка. Частота переноса этого слоя увеличивает скорость испарения воды. Кроме того, будет видно, что влияние скорости сушки воздуха на начальных этапах сушки больше.

Химические и физические свойства продукта, подлежащего сушке, являются одними из наиболее определяющих факторов, которые оказывают большое влияние на скорость сушки. Наличие таких веществ, как сахар и соль, в химической структуре продукта, подлежащего сушке, снизит скорость сушки. Это связано с тем, что растворенные вещества снижают давление паров воды и затрудняют испарение. Физические свойства, то есть размеры продукта, подлежащего сушке, значительно влияют на сушку. Размер поверхности сушки увеличивает скорость сушки, но толщина продукта замедляет скорость сушки. Размеры рассматриваемого продукта также являются одним из факторов, влияющих на выбор сушилки. В случае фруктов и овощей размер продукта не имеет значения на начальном этапе сушки, в то время как на более поздних этапах он влияет на скорость сушки. Однако измельчить каждый продукт, подлежащий сушке, невозможно.

Во время сушки сельскохозяйственной продукции или после сушки происходит множество физических и химических изменений в структуре продукта. Некоторые из этих изменений являются желательными и ожидаемыми, а некоторые - нежелательными. Сушка продукта – это движение жидкости и потеря жидкости, вызванные внешними факторами. Во время этого движения жидкости (обычно на начальных этапах сушки) растворенные вещества вместе с жидкостью транспортируются вверх. Таким образом, на поверхности образуется скопление сухого вещества. Также возможно в случае потока в противоположном направлении, требует наличия непрерывного жидкого моста между поверхностью и внутренностями высушиваемого продукта. В некоторых случаях происходит отток клеточной жидкости на поверхность. Это явление, являющееся результатом другого механизма, обычно наблюдается в сушеных продуктах, таких как сливы, абрикосы и инжир.

Другим физическим изменением является событие привязки оболочки. Образуется в результате высокой температуры, применяемой на начальных этапах сушки. Выбор неправильных условий сушки приводит к этому явлению. Из-за высокой температуры сушки твердый слой, образующийся на поверхности, затрудняет выход жидкости, которая еще не была удалена изнутри, и препятствует высыханию. Это часто случается, особенно при сушке таких материалов, как фрукты, богатые сахаром и подобными веществами. Следует избегать образования корки, так как это влияет на скорость высыхания и качество продукта, подлежащего сушке. Улучшение можно добиться, соблюдая условия сушки [5].

Одним из последствий процесса сушки является изменение плотности массы продукта. Этот критерий - вес продукта в единицах объема. Чтобы овощи и фрукты имели эластичную структуру, требуется усадка, прямо пропорциональная количеству воды, теряемой после сушки. Эта усадка на самом деле является особенностью, которая также дает нам представление об условиях сушки. От высушиваемого продукта ожидается увеличение плотности массы после сушки. Соблюдение условий сушки в той степени, в которой влага может испаряться с внутренних поверхностей материала, приводит к идеальной усадке, а объем продукта после сушки уменьшается с желаемой скоростью. Высушенные таким образом продукты будут иметь высокую плотность массы. Несмотря на то, что эти условия противоположны, то есть происходит потеря массы при быстром высыхании внешнего слоя продукта по отношению к внутренним областям, плотность массы не достигнет желаемого значения, поскольку не может быть уменьшения объема [2].

Еще одна желательная особенность высушиваемого продукта - его способность к регидратации (повторному увлажнению). Другими словами, продукт, который следует использовать после сушки, восстанавливает воду, которую он теряет при контакте с водой. Невозможно, чтобы продукт полностью устарел. Хотя способность к регидратации является физическим явлением, на нее влияет физическая и химическая структура продукта. Нарушения капиллярной структуры продукта во время сушки приводят к снижению этой способности. При сублимационной сушке способность к регидратации высушенных продуктов значительно выше по сравнению с другими классическими методами сушки. Способность продуктов к регидратации определяется путем выдерживания продукта в воде в течение определенных условий и периодов времени. Температура воды и время ожидания важны. Поэтому, учитывая способность продукта к регидратации, следует также подробно описать, при каких условиях он был опробован.

Кроме того физических изменений, в высушиваемом продукте происходят химические изменения. Главными из этих изменений являются цвет, питательная ценность, вкус, вязкость и стабильность при хранении. Как во время сушки, так и во время хранения наблюдается потеря пищевой ценности продукта. В начале этих потерь находятся витамины С и А, которые наиболее подвержены разрушению. Тиамин (B1), который очень чувствителен к нагреванию, также сильно теряется при сушке [1]. Эти потери в основном зависят от условий сушки. Например, известно, что потеря витамина С и каротина в продуктах, высушенных на солнце, намного выше, чем при использовании других методов.

Одной из наиболее важных проблем, возникающих в процессе сушки, является изменение цвета продукта. В тех случаях, когда активность ферментов не прекращается, то есть при сушке без варки (как в случае с фруктами) может произойти изменение цвета из-за активности ферментов. Часто температуры сушки недостаточно для прекращения активности ферментов. Даже если сушка выполняется при высокой температуре, на начальных этапах сушки температура продукта остается низкой из-за того, что вся поверхность влажная. Изменения цвета, вызванные ферментами, происходят в основном на этом этапе. Однако возможны изменения цвета, не вызванные ферментами. Это также наблюдается при повышении температуры и увеличении плотности реагирующих веществ в окружающей среде. Различные источники утверждают, что при низкой влажности, то есть влажности ниже 2%, обесцвечивание не произойдет.

Список литературы:

1. Дадаев Ғ.Т. К вопросу о разработке технологии получения высушенной продукции с новыми качествами // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2017. № 12 (45). – С. 31–33. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5370 (дата обращения: 10.11.2023).
2. Дадаев Г.Т., Сафаров Ж.Э. Моделирование процесса сушки пищевых трав в естественных природно-климатических условиях // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 4 (97). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13412 (дата обращения: 10.11.2023).
3. Джемероглу Б. Фрукты и овощи, процессорные технологии. – 2004. – Т. 3. – Анкара: Столичная типография Клише.
4. Рахман М., Перера С., Тебаунд К. О. Изотерма десорбции и кинетика сушки гороха тепловым насосом // Food Research International. – С. 485-491.
5. Сафаров Ж.Э., Дадаев Ғ.Т. Результаты исследования технологии сушки лекарственных трав // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2017. – № 3. – С. 27–31.
6. Сафаров Ж.Э., Султанова Ш.А., Дадаев Ғ.Т., Жумаев Б.М. Исследование инновационного способа сушки лекарственных растений: монография. – Ташкент: Muhr-press, 2017. – 107 с.
7. Струмилло С., Курда Т. Сушка: принципы, применения и дизайн, тема в химической инженерии. – Т. 3. – Нью-Йорк: Изд-во Gordon and Breach Science, 1986.