CC BY
11
УДК 664.83.047.8
Поперечний А.М., д.т.н., професор, Жданов 1.В. © (engineer@kaf.donduet.edu.ua.)
Донецький нацюнальний утеерситет економти i торг1ел1 ¡мет Михайла Туган-Бараноеського
ЕФЕКТИВНИЙ СПОС1Б ПЕРЕРОБКИ ДИКОРОСЛО1 ХАРЧОВО1 I Л1КАРСЬКО1 СИРОВИНИ
У сmаmmi обтрунтоеана актуальтсть еикористання у поесякденному харчуеант калини; запропоноеаний економiчно ефектиений споЫб консереуеання плодiе калини - суштня у псеедозрiдженому шарi; на осноеi серИ експериментiе проаналiзоеаний еплие pi3rnx факторiе на процес суштня плодiе калини у псеедозрiдженому шарi; знайден оптимальш значення цих факторiе.
Ключовi слова: калина, економiчна ефектиетсть, псеедозрiдження, суштня, гiдродинамiка, ктетика.
Вступ. Зараз, за даними медичних установ, майже на всш територп Укра1ни в рацюш харчування населення спостер^аеться брак в^амшв та шших бюлопчно активних речовин. В той же час мае мюце складна еколопчна обстановка, яка визначаеться великою кшькютю радюнуклвдв, промислових токсичних вiдходiв, штратав i т.д. у навколишньому середовищь Все це приводить до розвитку у населення сердечно-судинних, шлункових, онколопчних та шших захворювань. Тому перед наукою i практикою живлення стопъ задача - знайти ращональш шляхи захисту населення вщ негативно! дп забруднення навколишнього середовища i забезпечити збалансоване харчування.
Одним iз шляхiв вирiшeння ще! задачi е використання мшцевих дикорослих харчових i лiкарських рослин. Вiдомо, що дикорослi плоди i ягоди значно перевершують культурнi рослини за змiстом в^аммв, органiчних кислот, фeрмeнтiв, бiлкiв, мшеральних i багатьох iнших нeобхiдних оргашзму людини речовин. Окрiм того, !х використання дае можливiсть не тiльки розширити асортимент продукци харчування, а й замшити дорогу iмпортну сировину на дешеву мiсцeву, що е досить актуальним в умовах eкономiчноl кризи, яка загострилася у останш роки.
На Донбасi широке розповсюдження отримали багато видiв лiкарських рослин. Одна з них - калина, яка тут росте у великш кшькостг До складу калини входять рщккш кислоти - оцтова, валeрiанова, олешова, каприлова, мурашина та шш^ близько 70 мг % в^амшу С, бiльшe 1 мг % каротину, багато швертних, найкориснiших людиш сахарiв, дубильнi, пeктиновi речовини. Плоди калини мютять також дуже велику кшькють мiнeральних солей: в 100 г свiжих ягiд е майже 100 мг % фосфору, 15 мг % магнш, бшьше 38 мг % калш, е залiзо, марганець, мiдь, стронцiй. Калина мктить i йод.
З давнiх чаЫв калина вiдома як профiлактичний зааб, який запобiгае серцево-судинним захворюванням.
© Поперечний А.М., Жданов 1.В., 2009 80
Одним ¡з шлях1в консервування калини - сушшня. Сушать плоди калини на пов1тр1 шд накриттям на горищах або при температур! 60-80°С в конвективних сушарках, не допускаючи пригорання. 1снуюч1 способи сушшня плод1в калини не можуть повною м1рою забезпечити як1сн1 характеристики готового продукту, достатньоТ продуктивност1 1 енергоефективност сушильних установок у промисловому масштабь
У останн1 роки широке розповсюдження для суш1ння др1бнокусковот рослиннот сировини отримав спос1б суш1ння у псевдозрщженому шар1 [1]. Але анал1з публ1кац1й у в1тчизнян1й 1 заруб1жнш л1тератур1 показав, що цей спос1б не використовувався для суш1ння плод1в калини. Отже, автори поставили за мету дослщити процес суш1ння плод1в калини у псевдозр1дженому шар1.
Материал ^ методи. Процес суш1ння плод1в калини проводився на експериментальн1й установщ, схема якот зображена на рисунку 1.
Установка складаеться з наступних основних вузл1в: камери 11, калорифера 2, вентилятора 1 1 газорозподшьнот решггки 5. Робоча камера представляе собою цилшдричну вертикальну трубу 11 з оргскла.
Рисунок 1 - Схема експериментально\* установки для дослщження процесу сушшня плодов калини: 1- вентилятор; 2 - калорифер; 3 - тепло1золящя; 4 - манометр диференщальний; 5 - газорозподшьна решггка; 6 - продукт; 7 - лшшка; 8 - стшка; 9 - анемометр; 10 - термопари; 11 - робоча камера; 12 - потенщометр; 13 - заслшка; 14 - автотрансформатор
Нагр1в теплонос1я (повггря) зд1йснюеться в електрокалорифер1 2 потужнютю 2,5 кВт. П1дтримка заданого температурного режиму здшснюеться
81
за допомогою змшного електричного струму, що подаеться на шхромову страль через автотрансформатор 15. Контроль здшснюеться за показниками вольтметра i амперметра. Для зменшення тепловитрат в навколишне середовище камера електрокалорифера вкрита шаром теплоiзолящl 3.
Циркулящя теплоносiя забезпечуеться вiдцентровим вентилятором 1. Швидккть теплоносiя регулюеться заслiнкою 14. Вимiрювання швидкостi повiтря проводиться за допомогою крильчатого анемометра 9 типу АСО-3, укршленого на стiйцi 8.
Змша висоти шару продукту 6 в процес сушiння визначалась за шкалою лшшки 7. Для визначення втрат тиску в апарат встановлеш диференцiальнi манометри.
Для автоматичного вимiрювання температур установка забезпечена шоститочковий автоматичним потенщометром 12 марки КСП-4 в комплекс з хромель-копелевими термопарами 10.
«ГарячЬ> спа! термопар розташованi безпосередньо в мкцях вимiрювання температур в установщ: холодного повiтря, повiтря пiсля калорифера, пов^ря на виходi з камери, шару продукту, в центрi i на поверхнi частинок продукту.
Експериментальна установка дозволяе вести автоматичний запис температур в рiзних точках установки i в продуктi, одержувати даш про основнi характеристики процесу сушшня.
Результати дослщження. З метою отримання даних про ращональш режими сушшня плодiв калини була проведена серiя експериментiв з гiдродинамiки i кшетики процесу. Дослiджений вплив на процес сушшня наступних факторiв:
- температура пов^ря;
- питоме навантаження продукту;
- швидюсп повiтря.
Дослiдження проведен в iнтервалi температур повiтря 40...100°С, при питомих навантаженнях на газорозподшьну решiтку 30.60 кг/м2, швидкостi повггря 0.4 м/с.
Фiзичнi характеристики плодiв калини, яки використовувалися при сушшш, визначенi за допомогою стандартних методик i представленi у таблицi 1.
Таблиця 1
Фйнчш характеристики плод1в калини_
Волопсть Середнш Порозшсть Ф1зична Насипна
(початкова1 д1аметр, нерухомого густина, густина,
шнцева), % мм шару кг/м3 кг/м3
81 10 0,3182 1046 713,5
7 8 0,420 956 685
На рисунку 2 представлений ряд кривих псевдозрщження, отриманих при продуванш повiтря з температурою 20°С через шар плодiв калини волопстю 7 % i 81 % при рiзних питомих навантаженнях (30, 40 i 60 кг/м2).
82
а б
Рисунок 2 - Крив1 псевдозрщження плод1в калини при вологостi 7 % (а) i 81 % (б) при питомих навантаженнях: 1 - 60 кг/м2; 2 - 40 кг/м2; 3- 30 кг/м2
Кривi псевдозрiдження отримували при збiльшеннi швидкост повiтря (прямий хiд), коли стану псевдозрщжування вiдповiдав вiльно насипаний шар продукту з постшною порiзнiстю, i при зменшеннi швидкостi повiтря (зворотний хщ).
Аналiз кривих на рисунку 2, а показуе, що для сухого продукту швидккть повiтря, при якш опiр шару сягае максимального значення, тобто швидкють початку псевдозрщжування, складае 0,9...1 м/с. При цьому маса продукту в шарi врiвноважуеться гiдродинамiчним тиском потоку повiтря - наступае гiдродинамiчна рiвновага. При подальшому збiльшеннi швидкостi повiтря шар розширяеться, iнтенсивнiсть перемiшування частинок зростае, але перепад тиску залишаеться практично постшним. Рiвномiрне, стiйке кипiння, яке вщповщае початку друго! стади псевдозрiджування (стади вихрового кипiння ), забезпечуеться при швидкост повiтря 1,4...1,6 м/с, при цьому висота шару продукту перевищуе початковий нерухомий стан в 2...2,5 рази.
З рисунку 2 виходить також, що швидкють початку псевдозрщження майже не залежить вiд величини питомого навантаження на газорозподшьну реш^ку. Гiдравлiчний опiр шару плодiв калини залежить вщ вологостi матерiалу - зi зменшенням вологостi опiр зменшуеться. Швидюсть пневмотранспорту частинок матерiалу з шару складае близько 2,7 м/с.
Пщводячи тдсумки гiдродинамiчних дослiджень, необхщно вiдзначити i наступний момент.
Отр шару е одним з основних елеменив сумарного опору тракту, який долаеться вентилятором. Тому в цшях економи електроенерги процес сушiння в псевдозрщженому шарi слiд вести при мшмально можливому опорi шару. Проте досвщ роботи i експлуатаци промислових сушильних установок з псевдозрщженим шаром показуе, що у кожному конкретному випадку сушшня е деякий мшмум кшькосп матерiалу в шарi (або опору), нижче якого робота
83
сушарки стае нестшкою внаслщок нерiвномiрного розподшу повпря, виникнення каналовiдтворення, поршневого режиму i т.д. За нашими дослiдженнями, цей мтмум опору вiдповiдае мiнiмальному навантаженню 20... 30 кг/м2.
г,С и,%
100 -
90 -
80 400е
70 350
60 300
50 250
40 200
30 150
20 100'
10 50
0 0
100 150 200 250 300 350 400 и,%
4
А \2
! 1
к
/ \ чЗ
/
!
\
N
/
/
1/
)
/ 1
/ / /
)
/
3 #-60^ с/т с
1,5
0 -X
20 40 60 80 100 120 140 160 180
60'
Рисунок 3 - Змша вологовмкту (1), температури в центра плоду (2) ^ швидкост процесу (3) при сушшш плодов калини в псевдозр1дженому шар1
Слiд враховувати також i той факт, що мiнiмум опору залежить вщ розмiрiв площi газорозподшьно!' решгтки. Чим вона менше, тим простше i надiйнiше розв'язуються питання утворення стшкого псевдозрiдженого шару продукту.
На рисунку 3 наведет кривi сушшня (1), швидкостi сушiння (3) i змiни температури в центрi плодiв калини (2) при температурi повггря 93°С i початковому питомому навантаженш 40 кг/м2. Як показуе аналiз кривих, процес видалення вологи проткае практично в два перiоди - при постшнш i спадаючо!' швидкосл, дiлянки яких чiтко видiляються на кривих 1 i 3. Початкова стадiя процесу - прогрiвання продукту - на кривих вщсутня. В першому перiодi постшно!' швидкостi видаляеться в основному вшьна волога, зменшення вологозмiсту вiдповiдае лiнiйному закону за часом. Критична точка, що характеризуе перехщ вщ перiоду постшно!' швидкосп до перiоду спадаючо!' швидкостi сушшня, визначаеться волопстю 16...18 %, причому положення ще!' точки залежить вщ прийнятого режиму сушiння.
Тривалiсть перюду постшно!' швидкостi складае близько 120 хвилин, тобто приблизно 2/3 загально!' тривалосп процесу сушiння до кшцево!' вологостi 8...10 %, швидкiсть видалення вологи в цьому перiодi сягае 0,6.. .0,7 %/хв.
84
Аналiз температурно! криво! 2 показуе, що зростання температури в центрi плоду в перюд постшно! швидкостi йде дуже штенсивно. Швидкiсть прогрiвання матерiалу при цьому сягае 3,4° С/хв. Надалi температура плоду продовжуе пiдвищуватися, але темп И зростання сповшьнюеться, i до кшця процесу температура стабiлiзуeться. Температурний натиск в кшщ процесу сушшня склав 5°С.
Аналогiчний характер мають кривi сушiння, швидкостi сушiння i температурнi кривi для всiх реалiзованих експериментiв iз сушiння плодiв калини в псевдозрiдженому шарi.
Аназiз впливу температури повiтря на кiнетику сушшня показуе, що И пщвищення веде до зменшення тривалостi перiоду постшно! швидкостi сушiння, а також до збшьшення частки цього перiоду в загальнш тривалостi процесу.
З погляду економiчностi, процес сушiння доцiльно вести при якомога вищих температурах теплоноЫя. Пiдвищення температури сушильного агента приводить, за шших рiвних умов, до збшьшення продуктивност установки, зменшення И габаршчв, зниження питомих витрат пов^ря на одиницю випарювано! вологи, а також до зменшення сумарно! ди тепла на продукт, що покращуе якiсть готово! продукци.
Оскiльки калину можна вщнести до термiчно чутливих продукив, то з метою збереження активних речовин, в першу чергу - в^аммв, сушiння треба проводити при максимальнш температурi повiтря 100°С.
Висновки. Пiдводячи пiдсумки аналiзу гщродинамжи i кiнетику сушiння плодiв калини в псевдозрщженому шарi, можна рекомендувати наступш рацiональнi режими:
- температура сушильного агента - 80...90°С;
- швидюсть повiтря - 1,5...1,8 м/с;
- питоме навантаження - 30...40 кг/м2;
- кшцева вологiсть продукту - 7...10 %.
Дослщження тдтвердили доцiльнiсть використання для сушiння плодiв калини псевдозрiдженого шару. Отриманi результати лагуть в основу розрахунку конструкци сушильно! установки та розробки технолопчно! схеми обробки плодiв калини.
Л1тература
1. Безбах И.В. Исследование процесса сушки плодов и ягод во взвешенном слое [Текст] / И.В. Безбах, Н.В. Бахмутян // Наук. пращ ОНАХТ. - Одеса, 2006. - Вип. 28, Том 2 - С.60-64.
85
Summary Poperechny Anatoliy, Zhdanov Ivan THE EFFICIENT WAY OF CONSERVATION OF WILD FOOD AND
MEDICINE PLANTS
The authors have motivated urgency of use viburnums in everyday feeding; offered economic efficient way of conservation fruit viburnum - drying in pseudoraredied layer; analyzed influence of different factors upon process of drying fruit viburnum on base of the experimental researches; defined optimal value these factors.
Стаття надшшла до редакцИ 24.03.2009
86
