CC BY
2
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СУШКА БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ (ФУКУСА ПУЗЫРЧАТОГО, ЛАТ. FUCUS VESICULOSUS) ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ Голубева О.А.1, Константинова С.А.2 Email: Golubeva689@scientifictext.ru
1Голубева Ольга Анатольевна - кандидат технических наук, доцент; 2Константинова Светлана Анатольевна - магистрант, кафедра технологического и холодильного оборудования, Мурманский государственный технический университет, г. Мурманск
Аннотация: в статье приведены исследования метода низкотемпературной сушки сырья из бурых водорослей при атмосферном давлении. Цель - разработка метода сушки и представление результатов эксперимента. Представленные результаты исследования процесса низкотемпературной сушки бурых водорослей (фукуса пузырчатого), проведенного при атмосферном давлении, имеют как научное, так и прикладное значение и могут быть рекомендованы для применения в пищевой и фармацевтической промышленности при получении конечного продукта высокого качества с длительным сроком хранения.
Ключевые слова: низкотемпературная сушка, атмосферное давление, бурые водоросли, криоэкструзия.
LOW-TEMPERATURE DRYING OF BROWN ALGAE (FUCUS VESICULATA, LAT. FUCUS VESICULOSUS) AT ATMOSPHERIC
PRESSURE
12 Golubeva O.A. , Konstantinova S.A.
1Golubeva Olga Anatolyevna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; 2Konstantinova Svetlana Anatolyevna - master's Student, DEPARTMENT OF TECHNOLOGICAL AND REFRIGERATING EQUIPMENT, MURMANSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, MURMANSK
Abstract: the article presents studies of the method of low-temperature drying of raw materials from brown algae at atmospheric pressure. The goal is to develop a drying method and present the results of the experiment. The presented results of the study of the process of low-temperature drying of brown algae (fucusvesiculata) conducted at atmospheric pressure have both scientific and applied significance and can be recommended for use in the food and pharmaceutical industry in obtaining a high-quality final product with a long shelf life.
Keywords: low-temperature drying, atmospheric pressure, brown seaweed, kriegsstrasse.
УДК 664.8.047
Процессы обезвоживания веществ с большой начальной влажностью (до 97%) представлены в целом ряде отраслей пищевой промышленности. В связи с этим возникает необходимость сушки сырья различной плотности, концентрации и вязкости, волокнистых листовых и других влажных материалов. Чтобы получить максимально качественный по физическим и химическим свойствам конечный продукт, имеющий максимально большие сроки хранения, постоянно проводятся исследования, направленные на снижение энергозатрат при производстве и на улучшение конечных свойств исследуемого сырья. Многие материалы необходимо сушить при пониженной температуре, так как даже незначительное ее повышение
вызывает резкое ухудшение свойств конечного продукта. В первую очередь это относится к органическим веществам, пищевому сырью и продуктам питания.
Очевидны преимущества низкотемпературной сушки:
- максимальное сохранение всего комплекса биологически активных веществ;
- максимальное сохранение органолептических показателей (цвет, запах, вкус и т.д.).
Одним из основных производственных процессов, связанных с переработкой
бурых водорослей, является сушка. Для обезвоживания используются различные температурные режимы и виды сушки. Режим высушивания должен обеспечивать сохранность всех ценных природных веществ, которые содержатся в водорослях [1].
На основании поставленной задачи была построена методологическая схема исследования низкотемпературной сушки при атмосферном давлении бурых водорослей (фукуса пузырчатого), при измельчении которых применялся метод криоэкструзии.
Процесс состоял из четырех частей: предварительная подготовка исследуемого продукта, процесс сушки, определение влагосодержания продукта с помощью метода определения массовой доли воды высушиванием на приборе ВЧМ (прибор Чижовой), определение сроков хранения готового продукта.
В качестве объекта исследования использовалсяполуфабрикат фукуса пузырчатого (лат. fucusvesiculosus), полученные на поршневом экструдере-измельчителе (Патент на полезную модель № 163424 / Голубева О. А., Греков Е. О. № 2016103972) методом криоэкструзии на матрицах типа «песочные часы» с диаметрами отверстий 7 и 4,5 мм.
Непосредственно перед процессом сушки проводился органолептический анализ исследуемых образцов на предмет инородных включений, загрязнений, и однородности структуры. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1. Органолептические свойства исходного сырья
Параметр Характеристика
Структура мягкая, водянистая
Степень однородности однородно-измельченая
Цвет от зеленовато-желтого до темно-зеленого
Запах запах характерный своеобразный йодистый
Также было определено начальное количествовлаги в продукте, которое составило:
- фукус пузырчатый- 72,2 % для 4,5 мм,
- фукус пузырчатый - 65,4% для 7 мм.
Для проведений научных исследований подготовленных образцовподобраны морозильные аппараты, отвечающие требованиям темы научного исследования:
Рис. 1. Шкаф шоковой заморозки АРАСН SH03 уровня 1/1 GN
Данное оборудование использовалось для шоковой заморозки фукуса пузырчатого перед измельчением на криоэкструдере.
Непосредственно процесс сушки производился в шкафу морозильном R700L (ад047) производственном (Рисунок 2) при атмосферном давлении при температуре минус 20°С.
Рис. 2. Шкаф морозильный R700L (ад047) производственный
Исследуемый образец помещался на стальной противень и равномерно распределялся слоем 1 - 1,5 см. Противни устанавливались в морозильный шкаф с шагом 20 мм друг над другом.
Следующим шагом было определение влагосодержания продукта с помощью метода определения массовой доли воды высушиванием на приборе ВЧМ (прибор Чижовой) с интервалом 3-4 дня. Метод основан на удалении воды из образца при нагревании инфракрасными лучами и определении изменения его начальной и конечной массы взвешиванием. Прибор Чижовой нагревался в соответствии с установленным режимом до температуры обезвоживания исследуемого образца (155°С).
Для изготовления бумажных пакетов лист фильтровальной бумаги размером 10 х 10 см складывался по диагонали и края загибались в одну сторону на 1 см.
Заготовленные пакеты просушивались2 - 3 минуты между нагретыми плитами прибора ВЧМ, рисунок 3 при температуре 155°С и переносили в на 6 минут для охлаждения в эксикатор.
Рис. 3. Прибор ВЧМ (прибор Чижовой)
Далее бумажные пакеты взвешивались на аналитических весах (рисунок 4), с абсолютной погрешностью не более 0,01 г.
Рис. 4. Аналитические весы ABT 100-5M
Навеска анализируемой пробы от 1 до 3 г, взвешенная с абсолютной погрешностью не более 0,01 г, помещалась в предварительно высушенный и взвешенный бумажный пакет. Пакет с навеской пробы помещался в прибор между двумя плитами и выдерживался 3 минуты в соответствии с режимом обезвоживания. После чего помещался для охлаждения в эксикатор на 1 -2 минуты.
Массовая доля воды (Х) в процентах вычислялась по формуле 5:
х _ (mi-m2)xl00 (1)
rri!—m
где m - масса бумажного пакета, г;
mj - масса бумажного пакета с навеской до обезвоживания, г;
m2 - масса бумажного пакета с навеской после обезвоживания, г.
Допускаемые расхождения не должны были превышать 0,5%.
Замеры проводились до неизменного содержания влаги в образцах с интервалом в 3-4 дня. Далее образцы на противнях извлекались из морозильного шкафа и досушивание проводилось при комнатной температуре (20-22°С) до остаточного содержания влаги, которое составило:
- фукус пузырчатый - 7,8% для 4,5 мм,
- фукус пузырчатый - 7,6% для 7 мм.
Обработка результатов экспериментов проводилась с помощью математической программы DataFit версия 9.1.31.
При определении параметров процесса сушки фукуса пузырчатого функцией отклика являласьу = Дхьх2), где у-темп обезвоживания, а варьируемыми факторами: диаметр отверстий измельчающей матрицыхь мм; продолжительность сушки х2, мин.
По полученным данным средней влажности исследуемыхобразцов строились кривые зависимости количества влаги относительно времени сушки. Результаты опытов показаны на кривыхсушки (рисунки 5 и 6).
4,5 мм
0 10 20 30 40 50
Рис. 5. Кривая обезвоживания фукуса пузырчатого (степень измельчения 4,5 мм)
7 мм
0 10 20 30 40 50
Рис. 6. Кривая обезвоживания фукуса пузырчатого (степень измельчения 7 мм)
По построенным графикам видно, что минимально возможная влажность, которую можно достичь в исследуемых образцах составляет порядка 7,7% для обоих образцов проб. Также можно сделать вывод, что степень измельчения (поверхность испарения) бурых водорослей не влияет на скорость высушивания продукта.
График темпа обезвоживания относительно времени сушки был построен согласно формуле 2 и показан на рисунке 7.
8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 -1,00
Рис. 7. Темп обезвоживания фукуса пузырчатого относительно времени сушки V = /ф
Темп обезвоживания продукта, характеризующий скорость удаления влаги за процесс, рассчитан по формуле 2:
у=(Ш0-Шв)/т, (2)
где W0, Wв - начальная и конечная влажность продукта, отнесенная к сухой массе, соответственно, %;
т - продолжительность сушки, сут.
Из полученных графиков видно, что темп сушки образцов неравномерный и замедляется к концу процесса обезвоживания.
Также было проведено определение сроков хранения высушенных образцов продукта.
Образцы хранились при t = +16^17°С в течение 6 месяцев в стеклянной посуде с винтовыми крышками в защищенном от солнечного света месте. По итогам хранения был сделан вывод: обезвоженные в процессе низкотемпературной сушки при атмосферном давлении бурые водоросли имеютдлительный срок хранения, в течение которого не изменяют своих органолептических свойств. Полученные результаты органолептического анализа представлены в таблице 2.
Таблица 2. Органолептические свойства высушенного продукта
Параметр Характеристика
До хранения После хранения
Структура хрупкая, рассыпчатая хрупкая, рассыпчатая
Степень однородности однородно-измельченная однородно-измельченная
Цвет от зеленовато-желтого до темно-зеленого от зеленовато-желтого до темно-зеленого
Запах запах характерный своеобразный йодистый запах характерный своеобразный йодистый
По итогам проведенного исследования процесса низкотемпературной сушки при атмосферном давлении бурых водорослей (фукуса пузырчатого), измельчённых с применением метода криоэкструзии, был определен рациональный режим сушки, который составил40 суток. Также было установлено, что размер измельчения исходного сырья не влияет на скорость и темп обезвоживания ввиду продолжительности процесса.
Были определены сроки хранения сушеной фукуса пузырчатого, которые составили 6 месяцев.
В процессе обработки результатов была разработана математическая модель режима низкотемпературной сушки бурых водорослей (фукуса пузырчатого) при атмосферном давлении.
Полученный режим сушки может быть рекомендован для применения в промышленности для получения конечного продукта высокого качества с длительным сроком хранения.
Список литературы /References
1. Иванов М.С. Ершов М.А. / Атмосферная низкотемпературная сушка водорослей saccharina latissima / Иванов М.С., Ершов М.А. // Известия высших учебных заведений. Арктический регион: тр. Мурм. гос. техн. ун-та. Мурманск, 2018. № 1. С. 48-54.
