CC BY
18
УДК 664.8.047:664.292 (045)
Совершенствование технологии сушки
пектинсодержащего сырья
Т.И. Демидова, канд. техн. наук, доцент, М.М. Бакаев, аспирант, М.Г. Горбачев, аспирант Московский государственный университет пищевых производств
Ключевые слова: кратковременная ИК-обработка; досушка; пектинсо-держащее сырье; жом столовой свеклы.
Key words: infrared processing momentary; finish drying, dry up; pectincontent crude (raw produce); table beet press.
Качество готовых продуктов зависит не только от биохимического состава и товарных свойств сырья, но и в значительной степени от способов его подготовки.
Свежий жом пектинсодержащего сырья нестабилен: ферментативные процессы разложения протопектина
Перспективное направление повышения эффективности современного производства пектинсодержащих пищевых продуктов - создание малоотходных и безопасных техноло-
Предложенный способ комбинированной сушки позволяет получить сухой жом столовой свеклы с высокими качественными характеристиками.
гии на основе вторичных сырьевых ресурсов - жома пектинсодержащего сырья.
6
[7 Ю 15
Рис. 1. Экспериментальный стенд по радиационно-конвективной сушке свекольного жома:
I - бункер-дозатор с гребенкой; 2 - блок инфракрасных темных плоских излучателей; 3 - продукт; 4 - зонд вывода свекольного жома; 5 - крыльчатый анемометр; 6 - вентилятор; 7 - металлическая сетка; 8 - натяжной барабан; 9 - мембрана, регулирующая воздушный поток; 10 - вентилятор;
II - электрический теплообменник; 12 - воздухопровод; 13 - распределительные плиты;
14 - электронный весовой механизм; 15 - термопары; 16 - регистрирующий электронный блок; 17 - ПК; 18 - электродвигатель с частотным регулированием; 19 - приводной барабан
в течение суток делают его непригодным для получения пектинсодержащих продуктов высокого качества. Отсюда вытекает необходимость и исключительная важность консервирования сырья. Инфракрасная сушка - наиболее перспективный способ консервирования жома, позволяющий сохранить качество продукта и удлинить сроки его хранения.
Инфракрасная сушка продуктов питания, как технологический процесс, основана на том, что инфракрасное излучение определенной длины волны активно поглощается водой, содержащейся в продукте. Но оно не поглощается тканью высушиваемого продукта, поэтому инфракрасная сушка возможна при невысокой температуре (до 100 °С), что позволяет практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет, вкус и аромат подвергающихся сушке продуктов [1, 2].
Прошедший инфракрасную сушку продукт не критичен к условиям хранения и устойчив к развитию микрофлоры. До года продукты могут храниться без специальной тары (при низкой влажности окружающей среды), при этом потери витаминов составляют 5-15%. В герметичной таре продукт может храниться до двух лет. Инфракрасная сушка продуктов дает их уменьшение в объеме в 3-4 раза, а в массе в 4-8 раз по сравнению с исходным сырьем (в зависимости от его вида) [3].
В данной работе в качестве пектинсодержащего сырья был выбран жом столовой свеклы, полученный после удаления влаги механическим способом с умеренными затратами энергии. В данной работе использовали наиболее известные, высокоурожайные сорта столовой свеклы. Никакой другой вид пектинсодержащего сырья не может конкурировать со свекловичным жомом по своей дешевизне. Содержание пектиновых веществ в жоме столовой свеклы в зависимости от сорта и зоны возделывания колеблется от 1,6 до 2,1 % на воздушно-сухую массу. Целесообразность использования жома столовой свеклы для получения пектинсодержащих пищевых продуктов также обусловлена комплексообразующей способностью низкоэтерефицирован-ного свекловичного пектина по отношению к тяжелым металлам.
Исследования по радиационно-конвективной сушке сортовой смеси жома столовой свеклы проводили на экспериментальном стенде (рис. 1).
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Стенд содержит раму, на которой установлен бункер-дозатор с гребенкой 1, предназначенный для распределения продукта 3 с определенным подовым наполнением на металлической сетке 7. Над металлической сеткой установлен терморадиационный блок 2 для обработки продукта 3 на начальном этапе досушки. Для натяжения и приведения в движение металлической сетки 7 используют натяжной барабан 8 и приводной барабан 19, оснащенный электродвигателем с частотным регулированием 18, который позволяет изменять скорость движения металлической сетки 7.
Экспериментальный стенд снабжен вентилятором 10 и электрическим теплообменником 11. С помощью вентилятора 10 через распределительные плиты 13 сушильный агент (горячий воздух) подается к продукту. Температуру подаваемого воздуха можно регулировать с помощью электрического теплообменника 11. Количество подаваемого на сушку воздуха регулируется мембраной 9.
Удаление из зоны сушки отработанной паровоздушной смеси осуществляется через зонд 4 с помощью вентилятора 6. Для определения количества выходящей паровоздушной смеси установлен крыльчатый анемометр 5.
Измерение температуры на поверхности и в толще обрабатываемого слоя продукта 3 производится при помощи термопары 15. Для автоматического измерения и регистрации температуры предназначен регистрирующий электронный блок 16, данные которого отображаются и обрабатываются на персональном компьютере (ПК) 17.
Убыль массы обрабатываемого продукта 3 в процессе сушки измеряется электронным весовым механизмом 14.
При инфракрасном облучении плотность теплового потока на поверхности материала значительно больше (в 20-100 раз), чем при конвективной сушке. Наряду с этим, в результате взаимодействия электромагнитных волн с облучаемым веществом часть сообщаемой энергии поглощается веществом, а часть энергии излучается в виде вторичных электромагнитных волн самим материалом. Энергетические уровни молекул в твердых телах обусловлены энергетическими уровнями в электронной оболочке атомов, колебательным и вращательным движением атомов внутри молекулы. Энер-
I// i Мощность излучения, кВт/мг Î6 50 32 14 9
ff/ 81 45 27 9 4
V 76 40 22 5 2
71 35 17 3 1
О 25 50 75 100 125
Продолжительность нагрева, сек
Рис. 2. Параметры инфракрасной обработки жома столовой свеклы перед экстракцией
гия, сообщенная электромагнитными волнами веществу, изменяет энергетическое состояние молекулы и превращается в тепло.
Сушка влажных материалов инфракрасными лучами, так же как и обычно, протекает в два периода, причем важную роль играет соотношение
ООО
Торговый неяшфюго
«IC.T.K.»
представитель
каЩгрна
EMSLAND-STARKE GMBH
ПРЕДЛАГАЕТ следующие пищевые добавки:
КРАХМАЛЫ» * каРт°Фельный м°диФицир°ванный
для
кукурузный модифицированный • соусов, кетчупов и майонеза •детского питания и_молочных продуктов
промчяплгтял-.консервов и мясной гастрономии 1Iьа. .безалкогольных напитков
• кондитерских и хлебобулочных изделий
СУХОЕ КАРТОФЕЛЬНОЕ ПЮРЕ И КАРТОФЕЛЬНЫЙ ГРАНУЛЯТ
мешки ш 25 кг
Стабильные поставки, licit продукция серптфицировача
тел.: (495) 575-6471, 575-6570 т./ф, <495) 573-4083 (495) 508- 85- 72, 508-85-73
14140Q Россия, Московская область, г. Химки, ул. Энгельса, д. 10/19
Распределение мощности ИК-излучения под лентой транспортера
\кВт п/п 1 2 3 4
м 88 45 25 6
К2 75 45 25 8
К3 60 40 20 10
К4 45 35 25 15
между движущимися силами влаго-проводности и тепловлагопроводнос-ти. Наибольший эффект дает применение инфракрасного излучения при сушке влагоинерционных материалов, характеризующихся сравнительно небольшим коэффициентом диффузии влаги, т. е. когда процесс сушки лимитируется внутренним массооб-меном.
При традиционной сушке влага перемещается в виде жидкости к поверхности материала, и при нагреве образца до температуры кипения начинает испаряться адсорбционно-связанная влага. В этом случае процесс сушки составляет несколько ча-
сов. При удалении влаги и перемещении ее в жоме в виде пара происходят значительное увеличение давления в материале и разрыв структуры вещества, вследствие чего интенсивность обезвоживания продукта возрастает в десятки раз. Особую роль в этом процессе играют объемный прогрев влажного материала в поле инфракрасного излучения и парообразование воды внутри жома.
В данной работе жом столовый свеклы был подвергнут ИК-обработ-ке в четыре этапа (М, (К2, КЗ, (К4) с разными температурными режимами обработки для определения наиболее подходящего режима для дальнейшей обработки.
Для быстрого образования пара в высушивании жома нужно подводить определенное количество ИК-энергии, т. е. определить мощность лучистого потока на единицу площади. В зависимости от исходной влажности жома необходимо исследовать расположение генераторов внутри сушильной камеры, распределение температурного поля и плотность лучистого потока.
Исследования кинетики нагрева жома столовой свеклы в зависимости от удельной мощности лучистого потока (ИК) на единицу площади и исходной влажности жома представлены в таблице.
При механическом удалении влаги из сырого жома с умеренными затратами энергии его влажность составляет 45-48 %, поэтому для стабилизации качественных показателей, обеспечивающих его длительное хранение, необходимо удалить 35-36 % воды. При этом влажность жома составит 9-11 %, что обеспечит длительное хранение сырья перед экстракцией пектиновых веществ.
Для быстрого парообразования и возникновения давления, вызывающего разрушения структуры жома столовой свеклы с влажностью 45 %, скорость нагрева должна составлять не менее 3 °С/с. Для этого необходимо подавать инфракрасное излучение мощностью 60 кВт/м2. Для поддержания температуры жома 80...90 °С в процессе обезвоживания мощность лучистого потока следует уменьшать, так как энергия затрачивается на испарение влаги из материала. Поэтому следующие 25 с мощность должна составлять 45 кВт/м2, далее 27; 9 и 4 кВт/м2. При этом инфракрасная обработка должна составлять 110-125 с.
Однородность нагрева жома при инфракрасной обработке влияет на качество получаемых продуктов. По-
этому большое значение при нагреве жома имеет поле энергетического облучения.
Терморадиационная сушка, проведенная по выбранному режиму, позволила удалить 24-26 % воды из жома столовой свеклы за 100-125 с (первый этап обезвоживания) и определить исходные параметры объекта сушки на втором этапе - ра-диационно-конвективном (рис. 4).
Досушку жома с влажностью 1517% до влажности 9-11 %, обеспечивающей длительное хранение жома без изменения качественных показателей, проводили с использованием традиционного конвективного энергоподвода при температуре сушильного агента-воздух 96.98 °С.
Проведенные исследования позволили установить ограничения по допустимой температуре нагрева и продолжительности сушки (рис. 5). Для сохранения достаточной степени экстрактивности жома столовой свеклы общее время сушки при температуре испарения воды (100 °С) при нормальном давлении не должно превышать 6-7 мин.
Таким образом, предложенный способ комбинированной сушки путем поэтапного проведения кратковременной ИК-обработки на экспериментальной радиационно-конвек-тивной установке и досушкой с использованием традиционного конвективного энергоподвода позволяет получить сухой жом столовой свеклы с высокими качественными характеристиками и сохранить физиологически ценные пищевые вещества. По сравнению с традиционными способами сушки ИК-излучени-ем позволяет значительно сократить время сушки с применением «мягких» режимов (Тжома до 80 оС), сократить энергозатраты. На данный способ комбинированной сушки получена приоритетная справка Роспатента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гинзбург, А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленнос-ти/А.С. Гинзбург. - М.: Пищевая промышленность, 1996. - 407 с.
2. Киселева, Т.Ф. Технология сушки: учебно-методический комплекс/ Т.Ф. Киселева. - Кемерово: КТИПП, 2007. - 117 с.
3. Плаксин, Ю.М. Производство и применение добавок из растительного сырья с использованием новых физических методов: учебное пособие/ Ю.М. Плаксин, М.В. Гончаров, М.Г. Куликова. - М.: МГУПП, 2007. - 120 с.
