CC BY
0
УДК 664.854 DOI 10.24412/2311-6447-2024-3-211-216
Кинетика процесса сушки замороженных абрикосов в сушилке с инфракрасным нагревом
Kinetics of the drying process of frozen apricots in a dryer
with infrared heating
Профессор А.Н. Поперечный, доцент В.А. Антонова, доцент В.Г. Корнийчук, доцент С.В. Владимиров
Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Баранов-ского, кафедра технологии и организации производства продуктов питания vladimirov4353@yandex.com
Professor A.N. Poperechny, Associate Professor V.A. Antonova, Associate Professor V.G. Korniychuk, Associate Professor S.V. Vladimirov
Donetsk National University of Economics and Trade named after Mikhail Tugan-Baranovsky, chair of Technology and Organization of Food Production
vladimirov4353@yandex.com
Аннотация. Исследовали процесс сушки абрикосов в сушилке с использованием инфракрасного излучения. Правильный выбор режима сушки должен быть основан на конечных химико-технологических значениях высушенного продукта, обеспечивая при этом минимальный расход энергии. Цель работы - определить влияние технологических факторов (скорость воздуха в сушильной камере) и предварительной подготовки абрикосов (заморозка перед сушкой) на время сушки. Выяснили, что при рациональной скорости воздуха в сушильной камере и использовании в технологической схеме предварительной заморозки абрикосов можно сократить время процесса сушки практически на 40 % в сравнении с распространенной технологической схемой.
Abstract. In this paper, the object of research is drying apricots in a dryer using infrared radiation. The correct choice of drying mode should be based on the final chemical and technological values of the dried product, while also ensuring a minimum consumption of energy used to ensure the drying process. The purpose of this work was to determine the influence of technological factors (air velocity in the drying chamber) and the preliminary preparation of apricots (pre-freezing before drying. The results obtained show that with a rational air velocity in the drying chamber and when using the technological scheme of pre-freezing apricots, it is possible to reduce the drying process time by almost 40 % in comparison with the common technological scheme.
Ключевые слова: абрикос, процесс, сушка, скорость воздуха, предварительная заморозка, время сушки, скорость сушки
Keywords: Apricot, process, drying, air velocity, pre-freezing, drying time, drying speed
В связи с высоким содержанием воды фрукты не относятся к продуктам длительного хранения. Для обеспечения длительных сроков хранения до 6 месяцев необходимо использовать специально оборудованные складские помещения. При этом в процессе хранения фруктов и овощей уменьшается их физический вес. Поэтому фрукты необходимо подвергать дополнительной обработке, максимально сохраняя все полезные вещества.
На сегодняшний день применяют для переработки фруктов несколько способов, причем каждый способ имеет своих достоинства и недостатки перед другими. Одним из видов переработки фруктов является термическая обработка - сушка.
Продукт после сушки в конечном итоге приобретает ряд положительных
© А.Н. Поперечный, В.А. Антонова, В.Г. Корнийчук, С.В. Владимиров, 2024
качеств, к которым можно отнести простоту в хранении, транспортировке, дозировке и погрузочно-разгрузочных работах. Высушенный пищевой продукт должен иметь высокие показатели качества, как органолептические, так и физико-химические. Правильный выбор режима сушки должен быть основан на конечных химико-технологических значениях высушенного продукта и при этом обеспечивать минимальный расход энергии [1].
Основным направлением работы ученых, изучающий процесс сушки, является совершенствование способов сушки, которые позволяли бы сохранять необходимые химико-технологические характеристики конечного продукта при минимальных затратах на осуществление данного процесса.
Для существующих способов сушки характерна интенсификация процессов тепло- и массообмена, которая достигается различными путями: увеличением поверхности контакта между высушиваемым продуктом и сушильным агентом; снижением относительной влажности сушильного агента; применением комбинированного подвода теплоты; повышением скорости перемещения высушиваемого материала и сушильного агента; сочетанием обезвоживания с различными технологическими процессами: замораживанием, взрыванием, диспергированием, вспениванием и др. [2].
При применении процесса сушки для переработки фруктов необходимо учитывать как временные, так и температурные значения. При высоких температурах в продукте происходят изменения, которые могут привести к распаду комплексов липидов с белками и углеводами, что в конечном итоге приведет к окислению и дальнейшему распаду полезных веществ. К ним относят распад витаминов и биологически активных веществ, денатурацию белков, изменение естественного окраса, запаха и вкуса, снижение способности набухать и удерживать воду, сухие продукты становятся менее стойкими в хранении. Показателем термоустойчивости растительного сырья принято считать максимально допустимую температуру его нагрева в процессе сушки. На основании литературных источников при конвективной сушке температура объекта сушки должна быть не выше 60 °С, а температура теплоносителя с учетом тепловых потерь не выше 70-80 °С [3].
Плоды абрикосов низкокалорийны, но при этом за счет своих химических свойств являются питательными продуктами. При проведении исследований рядом авторов было установлено, что в 100 г мякоти абрикосов содержится белков -0,91 г, жиров - 0,11 г, углеводов - 9,12 г, а калорийность данного фрукта составляет в зависимости от сорта в среднем 42-46 ккал. Большинство фруктов обладает еще одним полезным для организма человека показателем, они легко утоляют жажду, так как мякоть многих фруктов состоит на 85 % из воды.
Регулярное потребление фруктов и, в частности, абрикосов, позволяет снизить риск образования ряда заболеваний, связанных с желудочно-кишечным трактом, сердечно-сосудистой и нервной системой. Абрикосы в своем составе имеют вещества, которые позволяют укрепить сосуды, могут работать, как абсорбенты, а также способствуют улучшению памяти и остроты зрения. Употребление абрикосов позволяет укрепить иммунитет, противодействует возникновению злокачественных новообразований, а также снижает проблемы со щитовидной железой. При сушке абрикосы практически не теряют своих полезных свойств, что позволяет потреблять их на протяжении всего года.
Абрикосы состоят на 85 % из мякоти, 7,3 % - из кожицы и 7,7 % - из косточки. Влагосодержание абрикосов в мякоти составляет порядка 70-92 %, при этом было установлено, что среднее значение составляет 83-87 %. На влагосодержание в мякоти в первую очередь влияет сорт, климат, почва, наличие источников воды и т.д. Кроме того, ранее перечисленные факторы влияют и на содержание сахара в мякоти, значения которого находятся в пределах 3,9-22,3 %. Абрикосы в своем составе имеют глюкозу (2,19 %), фруктозу (1,04 %) и сахарозу (3,53 %). В зрелых плодах в мякоти содержится в основном сахароза, а в незрелых - преобладает глюкоза. При
212
этом общая кислотность абрикосов уменьшается по мере созревания плодов, и в зрелых плодах она колеблется в пределах от 0,20 до 2,50 % (по яблочной кислоте). В своем составе абрикосы содержат: яблочную, лимонную и винную кислоты; высокомолекулярные полисахариды - 0,62 %; клетчатку - 0,38-0,50 %; пектин - от 3,38 до 59,00 %; азотистые вещества - 0,82-1,29 %; дубильные вещества - 0,063-0,1 %; красящее вещество каротин-провитамин А; бета-каротин (в свежих абрикосах 1 049 мкг на 100 г); витамин С - от 3 до 10 мг %.; минеральные вещества (зола) от 0,6 до 0,86, в том числе растворимую золу - 0,67 %; железо - 64,5-72,5 мг в 1 кг абрикосов, сушеных без косточек; алюминий - 60 мг в 1 кг сушеных плодов; медь -3,7 мг в 1 кг свежих плодов и 13 мг в 1 кг сушеных; цинк - 0,4 мг в 1 кг свежих плодов. Кроме того, фрукт содержит множество фенольных соединений (феруловую, п-кумаровую, хлорогеновую, кофейную и другие кислоты), флавоноиды (рутин, квер-цетин, изокверцитрин и другие), витамины А, В1, В2, РР, С, катехины, ароматические компоненты [4].
Для получения качественного сушеного продукта необходимо учитывать следующие факторы: сорт и качество входного сырья; правильная и качественная последовательность подготовительных работ; рационально подобранные режимы при сушке (время, температура, скорость воздушного потока в камере, толщина слоя). К подготовительным операциям относят: мойку, сортировку, калибровку, очистку, резку, удаление кожицы или семенной камеры, бланширование и сульфитацию, предварительную заморозку.
В последнее время все шире используется способ сушки с инфракрасным излучением. Преимуществами данного способа являются высокая скорость процесса, возможность использования относительно низких температур для сушки, относительно небольшая энергоемкость, простота конструкции сушильной установки. Инфракрасная сушка обладает высокой энергоэффективностью, это, в первую очередь, связано с тем, что 80 % подводимой энергии переходит в инфракрасное излучение, что позволяет практически в полном объеме передать ее влаге высушиваемого продукта.
Цель работы - определить влияние технологических факторов (скорость воздуха в сушильной камере) и предварительной подготовки абрикосов (заморозка перед сушкой) на время сушки. Для экспериментального определения влияния этих факторов на кафедре технологии и организации производства продуктов питания имени А.Ф. Коршуновой ДонНУЭТ была создана ИК сушильная установка (рис. 1).
Экспериментальный стенд работает следующим образом. С помощью ручки переключателя выбора ТЭНа 15 (верхний тэн, нижний ТЭН, оба ТЭНа одновременно) выбираем ТЭН (в нашем случае сушка происходила с помощью верхнего ТЭНа), далее с помощью регулятора мощности верхнего ТЭНа 2 устанавливаем нужную мощность (в нашем случаи 1,2 кВт). Контроль показаний мощности осуществляли с помощью цифрового измерителя показаний верхнего ТЭНа 3.
Перед началом эксперимента выставляли нужные параметры температуры на термостате верхнего ТЭНа 6. Эталонным грузом с учетом тары тарировали электронные весы 7 (точность весов 0,01 г), соединенные штоком с подвеской 22, находящейся в камере. Далее на подвеску 22 выкладывали заранее подготовленные абрикосы слоем не более 10 мм. Для того чтобы вывести стенд в стационарный режим, его включали в сеть 220 В. За счет регулятора мощности 2 на блоке управления регулировали нужную мощность (регулировка мощности происходила за счет показаний ваттметра на цифровом измерителе 3). Включали таймер 16. Через каждые 15 мин сигнализатор 17 подавал сигнал о необходимости снятия показаний. Степень высыхания продукта определяли визуально. По окончании эксперимента выключали таймер и верхний ТЭН. Определяли время процесса сушки. По окончании работы стенд отключали.
Рис. 1. Инфракрасная сушильная установка: 1 - кнопка включения и выбора термостата или термостата с блоком управления для верхнего; 2 - регулятор мощности верхнего ТЭНа; 3 -цифровой измеритель показаний верхнего ТЭНа (ваттметр, вольтметр, амперметр, частоты колебаний напряжения сети, тестер фаз); 4 - термостат с электронным блоком управления для верхнего ТЭНа с возможностью подключения к ПК; 5 - индикатор аварии верхнего термостата; 6 - термостат верхнего ТЭНа; 7 - электронные весы (точность 0,01 г); 8 - измеритель температуры внутри продукта; 9 - кнопка включения нижнего термостата; 10 - регулятор мощности нижнего ТЭНа; 11 - цифровой измеритель показаний нижнего ТЭНа (ваттметр, вольтметр, амперметр, частоты колебаний напряжения сети, тестер фаз); 12 - индикатор аварии нижнего термостата; 13 - термостат для верхнего ТЭНа; 14 - гнездо для подключения озонатора; 15 - ручка переключения выбора ТЭНа (4-позиционная); 16 - таймеры для работы озонатора или таймер для фиксации времени эксперимента; 17 - сигнализатор времени снятия показаний эксперимента; 18 - клавиши выбора нужного режима работы сушильной установки; 19 - корпус сушильной установки; 20 - верхний ИК ТЭН; 21 - стеклянная дверь сушильной установки; 22 - подвеска для продукта; 23 - нижний ТЭН
По данным информационного поиска влияние скорости воздушного потока сказывается на скорости сушки только на участке постоянной скорости (при постоянной температуре и относительной влажности). Чем выше скорость воздушного потока, тем выше скорость сушки. Это влияние заметно до скорости воздушного потока 5 м/с. В конце процесса скорость воздушного потока не оказывает существенного влияния на скорость сушки. На данном участке скорость не более 1 м/с [5].
Были проведены предварительные эксперименты по определению влияния скорости воздуха в сушильной камере при ИК-сушке абрикосов. Скорость воздуха варьировали от 0,1 до 2,0 м/с, температура в камере - 60 °С (рис. 2).
Рис. 2. Кривые сушки и скорости сушки абрикосов в сушилке с ИК нагревом при температуре в сушильной камере 60 °С: 1, 1! - скорость воздуха в сушильной камере 2 м/с; 2, 2! - скорость воздуха в сушильной камере 1 м/с; 3, 3! - скорость воздуха в сушильной камере 0,1 м/с
Были проведены эксперименты по определению влияния предварительной заморозки абрикосов на скорость сушки плодов в сушилке с использованием ИК-излу-чения. Для опытов были использованы предварительно замороженные абрикосы сорта Армения. Плоды резали на кубики 5*5*5 мм и замораживали при температуре минус 18 °С в течение 18 ч. Продолжительность сушки составила до 90 мин. За это время замороженные абрикосы были высушены до влажности 8-10 %.
Они имели пористую структуру, причем продолжительность дефростации не оказывала влияния на пористость образцов. Контрольные образцы были желтоватой окраски (рис. 3).
Рис. 3. Кривые сушки и скорости сушки абрикосов в сушилке с ИК-нагревом при температуре 60 °С и скорости воздуха в сушильной камере 0,1 м/с: 1, 1! - абрикосы с предварительной заморозкой; 2, 2! - абрикосы без предварительной заморозки
Анализ данных показывает, что рациональный параметр скорости воздуха в сушильной камере - 2 м/с, что позволяет сократить время сушки на 15 %.
Абрикосы, подвергнутые замораживанию, после сушки восстанавливались быстрее, чем те же продукты, полученные по традиционной технологической схеме. Результаты исследований показали, что сушка абрикосов с предварительным замораживанием позволяет интенсифицировать процесс и получить конечный продукт хорошего качества.
Предложенная технологическая схема сокращает продолжительность сушки абрикосов практически на 40 % по сравнению с традиционной технологической схемой. Плоды абрикосов, которые были высушены после предварительного замораживания, по всем химико-технологическим показателям имеют высокую конкурентоспособность по сравнению с аналогичными продуктами, которые получены по традиционной технологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Киселева, Т.Ф. Технология сушки: учебно-методический комплекс / Т.Ф. Киселева. - Кемерово, 2007. -117 с. - Текст: непосредственный.
2. Яшин, И.С. Обзор современных сушильных установок для овощей и фруктов и способы повышения их энергоэффективности / И.С. Яшин, Д.А. Тихомиров. // Агротехника и энергообеспечение. - 2022. - №4(37). - С. 175-181.
3. Зарипова, Э. Х. Получение пищевых порошков из растительного сырья в вибрационной сушилке-мельнице : дисс. ... канд. техн. наук : 05.18.12 / Зарипова Эльвира Хамитовна. - Казань, 2011. - 181 с. - Текст: непосредственный.
4. Самусь, В.А. Биохимические показатели, характеризующие совместимость привойно-подвойных комбинаций персика и абрикоса в питомнике / В.А. Самусь, Н.В. Кухарчик, В.А. Левшунов [и др.]. - Текст: непосредственный / / Плодоводство и виноградарство Юга России. - 2021. - № 71(5). - С. 131-146.
5. Каширских, Е.В. Подбор параметров сушки белково-витаминного комплекса, полученного из ядра кедрового ореха / Е.В. Каширских, Л.С. Дышлюк, С.А. Сухих, О.С. Чаплыгина. - Текст: непосредственный // Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. - Ульяновск, 2018. - С. 332-337.
REFERENCES
1. Kiseleva, T.F. Drying technology: Educational and methodological complex / Kemerovo Technological Institute of Food Industry. - Kemerovo, 2007. -117 p.
2. Yashin, I.S., Tikhomirov D.A. Review of modern drying plants for vegetables and fruits and ways to increase their energy efficiency // Agricultural technology and energy supply. - 2022. - №. 4(37). - pp. 175-181.
3. Zaripova, E.Kh. Production of food powders from plant raw materials in a vibration dryer-mill: dissertation ... candidate of technical sciences: 05.18.12 / Zaripova Elvira Khamitovna. - Kazan, 2011. - 181 p.
4. Samus, V.A., Kukharchik N.V., Levshunov V.A., Drabudko N.N., Ostapchuk I.N. Biochemical indicators characterizing the compatibility of scion-rootstock combinations of peach and apricot in the nursery // Fruit growing and viticulture of the South of Russia. - 2021. - №. 71(5). - pp. 131-146.
5. Kashirskikh, E.V., Dyshlyuk L.S., Sukhikh S.A., Chaplygina O.S. Selection of parameters for drying a protein-vitamin complex obtained from the pine nut kernel // Agricultural science and education at the current stage of development: experience, problems and ways to solve them. - Ulyanovsk, 2018. - pp. 332-337.
