CC BY
58
УДК 531.1:542ю47:633.12:64
Профессор В.М. Кравченко, магистр Е.С. Махортых (Воронеж, гос. ун-т инж. технол.) кафедра машин и аппаратов пищевых производств, тел (473) 255-38-96
Кинетические закономерности процесса получения вспученной перловой крупы
Проведено исследование сушки перловой крупы в стационарном слое перегретым паром атмосферного давления на экспериментальной сушильной установке. Процесс сушки проводился в различных интервалах скорости воздуха, температуры перегретого пара и влагосодер-жания перловой крупы. Получены экспериментальные кинетические зависимости скорости сушки и нагрузки на рабочую решетку. Выявлены факторы, влияющие на продолжительность сушки крупы.
Study drying buck wheat held in a stationary bed of superheated steam at atmospheric pressure on a pilot dryer. The drying process was carried out at different intervals of air velocity, temperature and moisture content of the superheated steam buckwheat. Experimental kinetic dependence of the rare of drying and the lad on the working grid. The factors affecting the drying og cereals.
Ключевые слова: кинетика, СВЧ-нагрев, перегретый пар, перловая крупа, новый продукт.
Для обеспечения темпов развития перерабатывающей промышленности необходима разработка новых и совершенствование существующих технологий и оборудования для их реализации в кратчайшие сроки.
Пищевые концентраты, важным компонентом которых является перловая крупа, относятся к группе продуктов питания, пользующихся широким спросом у населения.
Важнейшим этапом в производстве новых продуктов питания является процесс получения вспученной перловой крупы, не требующей варки, от которого завися качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом биохимических, физических и коллоидно-химических изменений.
В этой связи возникает необходимость проведения экспериментов по СВЧ-нагреву перловой крупы при оптимальных режимах.
Для исследования процесса получения вспученной перловой крупы разработана экспериментальная сушильная установка с СВЧ-энергоподводом (рис. 1), включающая шлюзовой питатель 1, расположенный в бункере, СВЧ-генератор 2, высоковольтную пластину 3, установленную над сетчатым транспортером 7, замкнутый воздуховод 5 сушильной установки и калорифер 6.
Перловая крупа после выхода из моечной машины изменяет свою влажность, которая исследовалась в интервале 3-30 %. С помощью шлюзового питателя перловая крупа располагалась на транспортере в виде равномерного стационарного слоя с различной удельной нагрузкой, интервал исследования которой составлял 6-27 кг/м2. Стационарный слой продувался перегретым паром, образованным при испарении влаги из перловой крупы, температурный интервал которой составлял 273-370 К. Этот нагрев пара обеспечивал электрический калорифер.
©Кравченко В.М., Махортых Е.С., 2014
Перегретый пар перемещался в замкнутом контуре сушильной установки со скоростью в интервале 0,6-1,2 м/с. Высоковольтная пластина расположена над транспортером со стационарным слоем перловой крупы и при включении СВЧ-генератора образует поле сверхвысокой частоты.
Сушильная установка снабжена измерительными приборами для дистанционного измерения температуры продукта в поле СВЧ, термопары с потенциометром КСП-4, микроманометром для изменения скорости перегретого пара.
1 2
Рис. 1. Схема экспериментальной сушильной установки с СВЧ-энергоподводом: 1 - питатель; 2 - СВЧ-генератор; 3 - высоковольтная пластина; 4 - вентилятор; 5 - воздуховод; 6 - калорифер; 7 - сетчатый транспортер
Стационарный слой перловой крупы перемещался транспортером. Перегретый пар подавался в подситовое пространство транспортера, и происходила конвективная сушка слоя крупы. Исследования перловой крупы проводились с различной начальной влажностью (рис. 2). Особенностью конвективной сушки перегретым паром является быстрый нагрев крупы при конденсации пара на поверхности крупы за счет теплоты конденсации, а также за счет теплопроводности перловой крупы. Процесс конденсации и нагрев занимает короткое время и на графике не показан. Анализ кривых сушки перловой крупы с различной начальной влажностью показывает аналогичный ход изменения влажности крупы во времени. Испарение влаги носит ускоренный характер. При конвективной сушке текущая влажность перловой крупы достигает 9-7 % практически одновременно. С этой влажностью слой перловой крупы поступает в зону СВЧ-нагрева. Под действием поля токов сверхвысокой частоты перловая крупа быстро нагревается. Влага внутри каждой крупинки испаряется. Пар этой влаги не успевает перемещаться по порам к поверхности крупинки. Возникает градиент давления внутри крупинки, который разрушает внутреннюю структуру перловой крупы, увеличивая поверхность тепло-и массообмена. На рис. 2 резкое снижение влажности характеризуется вертикальной прямой от 9 до 5 %. При разрушении внутренней структуры градиент давления исчезает, и температура вспученной крупы резко снижается.
На рис. 3 представлены температурные кривые нагрева перловой крупы с различной начальной влажностью. Анализ этих кривых показывает, что при конвективном нагреве перегретым паром перловая крупа нагревается до температуры 370 К. Попадая в поле токов сверхвысокой частоты, перловая крупа нагревается до температуры 378 К, изменяет внутреннюю структуру за счет градиента давления пара. Затем давление сбрасывется в окружающую среду, а вспученная крупа охлаждается, что объясняется ходом кривых в верней части графика.
О 60 120 т 21,0 /, с
Рис. 2. Кривые изменения влажности перловой крупы при СВЧ-нагреве, Ш, %: 1 -11; 2 - 12,8, 3 - 16,3, 4 - 18,8, д = 3 кг/м3
Рис. 3. Температурные зависимости нагрева перловой крупы в поле СВЧ, Ш, %: 1 - 18,55; 2 - 15,30;
3 - 13,90; 4 - 12,00
Чтобы решить вопросы максимальной производительности разрабатываемых сушильных установок, необходимо провести исследования перловой крупы при различных значениях удельной нагрузки на ленту транспортера. Производительность нагрева принимала разные значения и определялась величиной объема вспученной крупы. Анализ кривых (рис. 4) показал, что в начале нагрева происходит незначительное увеличение объема слоя крупы и имеет аналогичный характер при различных значениях удельной нагрузки крупы на транспортерную ленту. Дальнейший нагрев вызывает резкое увеличение объема слоя. Это объясняется быстрым испарением внутренней влаги крупы и разрушением внутренней структуры. Различное время достижения 100 % увеличения объема слоя объясняется увеличением удельной нагрузки, которая при постоянной мощности СВЧ-генератора требует более продолжительного нагрева слоя крупы. При более мощном СВЧ-генераторе продолжительность нагрева уменьшается.
У. % * «
120
ЮО
80 і
10
/ У/ /
0 120 ло 360 і-50
90
го
50
70
1' ч
/ / у /
/ у
/ X •
'.г
Рис. .4 Увеличение объема слоя перловой крупы при нагреве в поле СВЧ при различной удельной нагрузке, д, кг/м2 : 1 - 6,0; 2 - 11,3; 3 - 27,0; Ш= 12,00 %
О ЛО *.80 720 960 / С
Рис. 5. Изменение объема перловой крупы при различной начальной влажности при нагреве, Ш, %: 1 - 12,00; 2 - 18,55; 3 - 26,00
На рис. 5 представлено изменение объема перловой крупы с различной начальной влажностью при нагреве в поле СВЧ. Удельная нагрузка на транспортерную ленту составляла 6 кг/м2 при мощности СВЧ-генератора 1,05 КВт.
Анализ кривых показал, что крупа влажностью 12 % нагревается быстро, и 100 % вспучивание слоя происходит за 360 с. При влажности 18,55 % - за 1080 с., а крупа влажностью 25,8 % показала 70 % увеличение слоя. Увеличение продолжительности нагрева объясняется большим содержанием влаги, на нагрев и испарение которой необходимо затратить большую мощность СВЧ-генератора.
Таким образом, используя в комплексе конвективный нагрев перегретым паром и быстрый нагрев сырой влажной перловой крупы, получен новый продукт пищеконцентратного производства - вспученная перловая крупа, не требующая варки. Для приготовления первых и вторых обеденных блюд достаточно залить порцию крупы кипяченой водой на 4-7 мин.
Производство этого продукта позволяет изменить технологию получения круп, не требующих варки, а именно исключить процесс варки круп в аппарате ВА-800М насыщенным паром под давлением, процесс плющения для увеличения поверхности тепло- и массообмена, а также процесс сушки в вертикальной жалюзийной сушилке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Атаназевич, В.И. Сушка пищевых продуктов [Текст] : учебное пособие / В.И. Атаназевич.- СПб.: ДеЛи, 2000. - 296 с.
2. Миронов, Н.А. Зависимости для описания теплообмена в слое [Текст] / Н.А. Миронов, B.C. Михневич // Известия ВУЗов. Пищевая технология.- 2008. - № 2. -С. 80-82.
3. Остриков, А.Н. Кинетика процесса влаготепловой обработки круп при производстве пищевых концентратов [Текст] / А.Н. Остриков, Г.В. Калашников, В.М. Калабухов / / Доклады РАСХН. - 2003.- № 3. - С. 51-55.
REFERENCES
1. Atanazevich, V.I. Drying of foodstuff [Text] : manual / V.I. Atanazevich. -SPb.:Put, 2000. - 296 p.
2. Mironov, N.A. Of dependence for the heat exchange description in a layer [Text] / N.A. Mironov, V.S. Mikhnevich // News of HIGHER EDUCATION INSTITUTIONS. Food technology. - 2008 .- № 2. - P. 80-82.
3. Ostrikov, A.N. Kinetika of process of moisture thermal treatment of grain by production of food concentrates of [Text] / A.N. Ostrikov, G.V. Kalashnikov, V. M. Kala-bukhov / / Reports of Russian Academy of Agrarian Sciences. - 2003. - № 3. - P. 51-55.
