CC BY
42
УДК 663.674.04
Вакуум-сублимационная сушка сгущенных кисломолочных продуктов
с растительными добавками
А.У. Шингисов, канд. техн. наук, доцент
Казахский НИИ переработки сельскохозяйственной продукции, Республика Казахстан, г. Алматы
В настоящее время перед работниками молочной промышленности стоят большие задачи по повышению качества выпускаемой продукции и выпуску экспортоориентиро-ванных, высококачественных продуктов питания. В этом направлении для Республики Казахстан перспективен выпуск новых видов кисломолочных продуктов на основе кобыльего и верблюжьего молока и продуктов их брожения - кумыса и шу-
Ключевые слова: коэффициент диффузии влаги; вакуум-сублимационная сушка; удельная влажность продукта; активность воды.
Key words: factor of diffusion of a moisture; vacuum-sublimatsionnaja drying; specific humidity of a product; activity of water.
Вакуум-сублимационная сушка продуктов - сложный процесс, для которого характерны одновременно протекающие процессы испарения с поверхности и диффузии влаги из внутренних слоев продукта, в результате чего изменяются свойства продукта.
бата. Кумыс и шубат относятся к скоропортящимся кисломолочным продуктам и их выработка носит сезонный характер. Поэтому с целью круглогодичного равномерного обеспечения потребностей населения и лечебно-профилактических учреждений их подвергают сушке. С точки зрения максимального сохранения исходных качеств высушиваемых продуктов наиболее перспективна вакуум-сублимационная сушка [1, 2].
Вакуум-сублимационная сушка продуктов - сложный процесс, для которого характерны одновременно протекающие процессы испарения с поверхности и диффузии влаги из внутренних слоев продукта, в результате чего изменяются свойства продукта.
Интенсивность протекания этих процессов зависит от многих параметров, в том числе от коэффициента диффузии влаги. Последний зависит не только от свойства продукта (теплофизических, термодинами-
У(Ч- ~ Ф ) Р„' V« '
(1)
от друга равные по толщине слои для замораживания с последующей сублимационной сушкой. Замороженные слои строго одинаковых размеров (толщина 0,001 м, диаметр 0,135 м) и массы (0,001 кг) подвергаются вакуум-сублимационной сушке в СВЧ-поле. Взвешивание каждого высушиваемого слоя проводится с интервалом в 2 ч.
Изменение влажности продукта в текущий момент времени рассчитывается по формуле:
G ,
(2)
ческих), но и от формы связи влаги, содержащейся в продукте.
В настоящее время предложены различные методы определения коэффициента диффузии влаги [3, 4].
На основании исследований [5] предложена формула для определения коэффициента диффузии влаги, полученная в результате анализа закономерностей тепло- и массооб-менных процессов с позиции термодинамики при вакуум-сублимационной сушке национальных кисломолочных продуктов в замороженном состоянии:
где \Мс"- влажность продукта по сухому веществу в момент замера, %; Gи - начальная масса образца, г; Gn - масса образца в момент замера, г; G - масса влаги в иссле-
I ' ' вл
дуемом образце, г; Gсв - масса абсолютно сухих веществ, определяемых в начале эксперимента для данной массы образца, г.
Параметры Gни Gnопределяются из диаграммы записи изменения массы в процессе вакуум-сублимационной сушки.
Для определения изменения показателя активности воды в процессе сушки продукта в замороженном состоянии использовали уравнение [7]:
где х - кинематический коэффициент, характеризующий скорость
переноса влаги (X = 0,622)Ь1.^ "д).
кг/(м2 с); ф - относительная влажность воздуха, %; р0 - плотность сухих веществ, кг/м3; активность воды, дол.ед.; и- удельная влажность продукта, кг/кг.
В предлагаемой формуле (1) изменение влажности продукта в процессе вакуум-сублимационной сушки определяется по графику изотермы сушки экспериментальным путем. Для построения графика изотермы сушки была использована методика определения поля влажности [6]. Согласно этой методике, исследуемый продукт толщиной 0,006 м, диаметром 0,135 м и массой 0,006 кг разделяется марлевыми прослойками на шесть слоев (по 0,001 м каждый слой). Это позволяет отделять друг
(3)
где I- теплота фазового перехода, кДж/кг; Ц- газовая постоянная, кДж/кгК; Т- температура, К; ю - количество вымороженной воды, дол. ед; Ь -коэффициент, учитывающий долю прочносвязанной влаги в продукте.
Для определения относительной влажности воздуха был использован психрометрический метод [1].
В качестве объекта исследования выбраны сгущенные национальные кисломолочные продукты на основе кумыса и шубата, обогащенные растительными добавками (моркови, тыквы, свеклы). При проведении экспериментальных исследований были получены термограммы замораживания и изотермы сушки сгущенных, кисломолочных продуктов (рис. 1, 2).
Полученные термограммы замораживания позволили найти крио-скопическую температуру исследуемых продуктов. Для выбранных объектов исследования, криоскопи-ческая температура составила, соответственно, для сгущенного кумыса, обогащенного соком: моркови -1,5 °С; тыквы, свеклы - 2 °С; для сгу-
TECHNICAL SUPPLY OF INDUSTRY
\ 1
I п ш
1 1
\ 1
\ 1
\ 1 1
V 1
■Е?>"«А
Y-Я S я
К £\
т~ \
I
I I
Продолжительность, мин
Рис. 1. Термограмма замораживания для кумыса и его сгустков, обогащенных растительными добавками: х - кумыс; сгущенный кумыс, обогащенный соком: о - моркови; Л - тыквы; □ - свеклы
J к 1 1
п 1 ш
V 1 1
\ 1
\ 1
У 1 1
\ 1 1
14 1
- -V
1 \
О.
1 |
Продолжительность, мин
Рис. 2. Термограмма замораживания для шубата и его сгустков, обогащенных растительными добавками: х - шубат; сгущенный шубат, обогащенный соком: о - моркови; Л - тыквы; □ - свеклы
-&I -ф
-ф
180 150
3
¡120 j
К 90
" 60
Е
1
30
Iх
г -Wkp
ко / / Of ^ //
X - __о - 17
_ Г* ---
я X
200 400 Б00 800 1000 1200
Влажность, WC, %
— о— контрольным кумыс Сгусток обогащенный соком:
;— моркови; -— свеклы
Рис. 3. Зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности сгущенного кумыса, обогащенного растительными добавками
—о— контрольный шубат Сгусток обогащенный: -к—моркови; —тыквы —-— свеклы
Рис. 4. Зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности сгущенного шубата, обогащенного растительными добавками
щенного шубата, обогащенного соком: моркови - 1,7 °С, тыквы, свеклы - 2,2 °С.
На основании изотермы сушки были определены коэффициенты диффузии влаги в сгущенных национальных кисломолочных продуктах на основе кумыса и шубата, обогащенных растительными добавками (рис. 3, 4). Коэффициент диффузии влаги во всем диапазоне сушки изменяется неоднозначно: в начале сушки он падает и после перехода района критической влажности начинает медленно, а затем резко расти. Участок падения соответствует удалению из продуктов сводной влаги или периоду постоянной скорости сушки. Наиболее вероятной причиной падения коэффициента диффузии влаги, на наш взгляд, является быстрое уменьшение концентрации влаги в продуктах от начальной до критической. При дальнейшем уменьшении влажности ниже крити-
ческой существенную роль в изменении коэффициента диффузии влаги начинают играть сухой остаток продуктов и повышение температуры нагрева. В сухом остатке за счет образования множества микро- и мак-ропор, капилляров увеличивается поверхность испарения. Рост температуры продукта в конце процесса сушки повышает подвижность молекул влаги. Вместе оба фактора приводят к увеличению коэффициента диффузии, несмотря на уменьшение влажности продуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гуйго, Э.И. Сублимационная сушка в пищевой промышленности/ Э.И. Гуйго, Н.К. Журавская, Э.И. Кау-чешвили. - М., 1972. - 196 с.
2. Камовников, Б.П. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов/ Б.П. Камовников, Л.С. Малков, В.А. Воскобойников. - М., 1985. - 196с.
3. Гинзбург, А.С. Массовлагооб-менные характеристики пищевых продуктов/А.С. Гинзбург, И.М. Савина. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 280 с.
4. Никитина, Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материа-лах/Л.М. Никитина. - Минск: Энергия, 1968. - 500 с.
5. Шингисов, А.У. К расчету коф-фициента диффузии влаги при сублимационной сушке пищевых про-дуктов/А.У. Шингисов//Технология и сервис. - 2006. - № 3. - С. 40-41.
6. Волынец, А.З. Тепло- и массооб-мен в технологии сублимационного обезвоживания в вакууме: авто-реф.... д-ра техн. наук/А.З. Волынец. - М.: МГУ, 1980. - 41 с.
7. Шингисов, А.У. К расчету активности воды при отрицательных тем-пературах/А.У. Шингисов//Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана.- 2003. - № 6. - С. 54-55.
