СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ТОМАТОВ - СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены различные методы сушки пищевых продуктов с акцентом на особенности и эффективность каждого из них. Особое внимание уделено использованию ультразвуковых технологий в процессе сушки томатов. Установлено, что применение ультразвука обеспечивает наилучшее испарение влаги без разрушения структуры продукта, способствует сохранению питательной ценности и органолептических свойств, а также является экономически выгодным решением по сравнению с другими методами. Полученные результаты подтверждают целесообразность использования ультразвуковой сушки как оптимального способа обработки томатов. Применение ультразвука при сушке томатов показало высокую эффективность в ускорении процесса испарения влаги и сохранении качественных характеристик продукта. Наиболее подходящий диапазон частот ультразвука для сушки составляет 20-40 кГц, а оптимально - около 25-28 кГц. Именно в этом диапазоне достигается хорошее проникновение звуковых волн в продукт, создаётся эффект кавитации, который ускоряет удаление влаги, не разрушая клеточную структуру томатов.

ABSTRACT

This article examines various methods of food drying with a focus on the characteristics and efficiency of each approach. Special attention is given to the use of ultrasonic technologies in the drying process of tomatoes. It has been established that the application of ultrasound ensures optimal moisture evaporation without damaging the product’s structure, contributes to the preservation of nutritional value and organoleptic properties, and is economically advantageous compared to other methods. The results obtained confirm the feasibility of using ultrasonic drying as an optimal method for processing tomatoes. The use of ultrasound in tomato drying has demonstrated high efficiency in accelerating moisture evaporation and preserving the product's quality characteristics. The most suitable ultrasound frequency range for drying is 20-40 kHz, with the optimal range being around 25-28 kHz. Within this range, effective penetration of sound waves into the product is achieved, creating a cavitation effect that speeds up moisture removal without destroying the cellular structure of tomatoes.

Ключевые слова: сушка томатов, ультразвуковая сушка, конвективная сушка, энергетическая эффективность, витамин C, ликопин.  

Keywords: drying tomatoes, ultrasonic drying, convective drying, energy efficiency, vitamin C, lycopene.

Введение

Томаты (Solanum lycopersicum L.) являются одним из наиболее распространённых овощей, содержащих ликопин, витамин С и органические кислоты. Высокая влажность плодов (до 95%) обусловливает их быструю порчу, что делает задачу консервации актуальной для пищевой промышленности. Сушка рассматривается как эффективный метод продления срока хранения и сокращения пищевых потерь, позволяющий интегрировать процесс в различные технологические цепочки. Высушенные томаты используются в соусах, приправах и консервации, при этом концентрация ликопина в них возрастает до 5 раз по сравнению со свежими плодами, а хранение возможно без потери цвета и аромата [1].

Конвективная сушка заключается в передаче тепла за счёт потока горячего воздуха. Метод прост и доступен, но длителен, сопровождается значительными потерями витаминов и изменением цвета продукта [2]. Инфракрасная сушка использует излучение длиной волны 0,75–1000 мкм, обеспечивая равномерное и быстрое испарение влаги. К достоинствам относят компактность оборудования и энергоэффективность, к недостаткам – необходимость точного контроля параметров и риск локального перегрева [3]. Сублимационная сушка проводится замораживанием продукта и последующей сублимацией льда в вакууме. Она сохраняет биологическую ценность и обеспечивает длительное хранение, однако требует значительных энергетических и временных затрат, а также дорогостоящего оборудования [4]. Теневая сушка осуществляется при естественной вентиляции в защищённом от солнца помещении при температуре 20–30 °C. Метод экономичен, но крайне продолжителен (5–7 дней) и сопряжён с риском загрязнения [5]. Вибрационная сушка сочетает нагрев горячим воздухом и вибрацию материала, что ускоряет и выравнивает процесс, однако усложняет конструкцию оборудования и увеличивает его стоимость [6]. Ультразвуковая сушка является инновационным методом, основанным на воздействии волн частотой 20–40 кГц. Возникающая микрокавитация формирует микропоры в тканях плода, через которые влага испаряется быстрее. Метод обеспечивает сокращение времени, снижение энергозатрат и лучшее сохранение структуры и питательных веществ, но требует точной настройки параметров и комбинируется с конвективным подходом [7, 8].

Актуальность внедрения новых технологий сушки томатов обусловлена несколькими факторами:

- Ростом спроса на натуральные и здоровые пищевые продукты с длительным сроком хранения (как среди производителей, так и среди потребителей);

- Ростом производства томатов и необходимостью переработки излишков, чтобы избежать потерь урожая;

- Стремлением к энергоэффективности и сокращению производственных издержек — современные технологии часто требуют меньше энергии и обеспечивают большую скорость процесса;

- Возможностью выпуска продукции премиального качества для пищевой, ресторанной и экспортной индустрий;

- Усилением требований к экологичности и безопасности продуктов.

Современные технологии сушки позволяют автоматизировать процесс, обеспечить более равномерную обработку сырья, снизить вероятность брака и сохранить витамины, минеральные вещества и биологически активные соединения в продукте. Всё это делает развитие и внедрение инновационных методов сушки томатов важной задачей для агропромышленного комплекса.

Цель работы – сравнение известных методов и выявление примуществ ультразвукового метода сушки.

Материалы и методы

Эксперименты проводились с использованием ультразвукового устройства (20–40 кГц), при этом особое внимание уделялось диапазону 25–28 кГц как наиболее эффективному для проникновения волн в продукт [7, 8]. В ходе исследований регистрировались скорость удаления влаги и коэффициент интенсивности сушки, содержание витамина С и ликопина (методы химического анализа), а также удельные энергозатраты и продолжительность процесса. Для сравнительного анализа применялись конвективная, инфракрасная, сублимационная, теневая и вибрационная сушка.

Конвективная сушка – наиболее распространённый метод. При температуре горячего воздуха томаты высушиваются за 6–12 часов, однако наблюдаются потери витамина С до 60% и ликопина до 50%. Энергопотребление составляет 1,5–2,5 кВт·ч/кг, при этом сушка нередко неравномерна, а поверхность продукта может перегреваться.

Инфракрасная сушка длится 2–4 часа, требует 1,2–1,8 кВт·ч/кг и сохраняет до 70% витамина С и 80% ликопина. За счёт прямого воздействия излучения испарение влаги происходит быстрее, чем при конвекции, что делает метод более энергоэффективным.

Сублимационная (лиофилизационная) сушка обеспечивает наилучшее сохранение питательных веществ – до 95% витамина С и ликопина. Однако её использование ограничено высокой стоимостью оборудования и длительностью процесса (18–24 ч). Применяется преимущественно в фармацевтике и производстве премиальной продукции.

Вибрационная сушка совмещает подачу горячего воздуха и вибрацию, что обеспечивает равномерное испарение влаги. Витамин С сохраняется на уровне 60–75%, процесс длится 3–4 часа, энергопотребление 1,0–1,5 кВт·ч/кг. Метод эффективен для сыпучих и нарезанных продуктов.

Ультразвуковая сушка представляет собой инновационный подход, основанный на воздействии звуковых волн частотой 20–40 кГц. Микрокавитация разрушает клеточные стенки, образуя каналы для выхода влаги. Метод позволяет ускорить сушку в 2–4 раза, сохранить большее количество биоактивных компонентов и снизить энергозатраты. Часто применяется в комбинации с конвекцией.

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием регрессионных моделей и оценки достоверности различий между методами.

Результаты и обсуждения

В табл. 1 представлены сравнительные данные по методам сушки томатов (конвективной, инфракрасной, сублимационной, теневой, вибрационной и ультразвуковой), которые позволяют наглядно оценить их эффективность по ряду критических параметров: продолжительности процесса, интенсивности удаления влаги (коэффициент k), степени сохранности витамина C и ликопина, а также по показателям энергопотребления и экономических затрат.

Данные по различным видам сушки взяты из источников [2-6].

Таблица 1.

Сравнительные показатели сушки для различных методов сушки

Теневая сушка томатов, несмотря на простоту и низкую стоимость, не обеспечивает должного качества. Процесс длительный, риск загрязнения высок, а конечный продукт теряет часть питательных свойств.

Заключение

Сравнение методов показывает, что выбор технологии зависит от требуемого качества, затрат и назначения продукции. Конвекция остаётся наиболее доступной, инфракрасный метод обеспечивает лучшее соотношение скорости и сохранения питательных веществ, сублимация – высшее качество при высокой цене, а вибрация подходит для специфических продуктов. Наиболее перспективным решением является сочетание конвекции и ультразвуковой обработки. Оно объединяет скорость, энергоэффективность и сохранение витаминов, позволяя получать продукт высокого качества при умеренных затратах. Для премиального сегмента предпочтительна сублимация, однако для массового производства оптимально комбинирование ультразвука с конвекцией. Такой подход обеспечивает баланс между экономикой и качеством, что делает его актуальным для современной переработки овощей и фруктов, включая экспортно-ориентированную продукцию.

Список литературы:

1. Mitharwal S., Kumar S., Kujur N.U., Chauhan K. Nema P.K. Ultrasound Assisted Drying and Its Impact on Bioactive Compounds of Fruits and Vegetables. // Food and Bioprocess Technology, 2022. pp. 43-53.
2. Gupta R.K., Bala B.K. Hot air drying of tomatoes using fluidized bed. // Drying Technology, 2015, 33(5). pp. 605-614.
3. Kim D. et al. Infrared drying of cherry tomatoes. // Journal of Food Engineering, 2019, 246. pp. 65-73.
4. Tang X.C., Pikal M.J. Design of Freeze-Drying Processes for Pharmaceuticals: Practical Advice. Pharmaceutical Research. 2004, 21(2). pp.191-200.
5. Olosunde A., Ojo A. et al. The Effect of Traditional Shade-drying Method on Seed Germination and Vigour of Two Varieties of Tomato // Asian Research Journal of Agriculture. 2018. 10(1). pp. 1-6.
6. Понасенко А.С., Самандаров Д.И., Султанова Ш.А., Сафаров Ж.Э. Разработка технологии сушки растительного сырья // Universum: Технические науки. 2022, №12(105), С.33-37.
7. Султанова Ш.А., Мамбетшерипова А.А., Сафаров Ж.Э. Исследование теплообмена процесса сушки // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2023. 12(117).
8. Maskan M., Sablani S., Bhat R. Ultrasonication as pretreatment for drying of tomato slices in a hot air-microwave hybrid oven. Drying Technology, 2016.  34(2). pp. 189-198.