CC BY
63
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС СУШКИ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОДУКТА
Хазимов Канат Мухатович
докторант, Казахский национальный аграрный университет,
Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: [email protected] Хазимов Жанат Мукатович магистр, Казахский национальный аграрный университет, Республика
Казахстан, г. Алматы E-mail: [email protected] Сагындыкова АкмаралДанабековна магистр, Казахский национальный аграрный университет, Республика
Казахстан, г. Алматы E-mail: Sagyndykova. akmaral@mail. ru Хазимов Марат Жалелович канд. техн. наук, профессор Казахского национального аграрного университета, Республика Казахстан, г. Алматы
E-mail: mkhazimov@gmail. com
INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE DRYINH PROCESS AND QUALITY INDICATORS OF THE PRODUCT
Kanat Hazimov
postdoctoral student, Kazakh National Agrarian University, Republic of Kazakhstan,
Almaty Janat Hazimov
master, Kazakh National Agrarian University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Akmaral Sagyndykova
master, Kazakh National Agrarian University, Republic of Kazakhstan, Almaty
Marat Hazimov
candidate of Technical Sciences, Professor, Kazakh National Agrarian University,
Republic of Kazakhstan, Almaty
АННОТАЦИЯ
Проведен многофакторный эксперимент по определению влияния температуры, времени выдержки и размера частицы сырья на влажность и состав конечного продукта в гелиосушильной установке. По результатам исследования получены линейные модели процесса сушки яблок, баклажан и перца. В качестве функции представлены влажности конечных продуктов и изучена динамика сушки от времени. Проведен химический анализ продуктов до и после сушки.
ABSTRACT
Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |
Complex experiment of determining the effect of temperature, exposure time, the particle size of the raw material on humidity, and the composition of the final product in the helio-dryer installation is conducted. According to the study, linear models of drying process of apples, eggplant and peppers are received. As a function, final products humidity is presented, and the dynamics of drying from time is under study. Chemical analysis of the product before and after the drying is carried out.
Ключевые слова: солнечная сушилка; толщина нарезки; динамика сушки; химический анализ.
Keywords: solardrier; cutting thickness; drying dynamics; chemical analysis
В настоящее время в мировой практике в связи с дефицитом энергоносителей, а также их дороговизной широкое распространение получает использование возобновляемых источников энергии, ветровых, солнечных и др. В Республике Казахстан, и в особенности в сельской местности, где стоимость энергоносителей обходится дорого товаропроизводителям, данная проблема имеет исключительно большое значение. Удорожание топливно-энергетических ресурсов приводит к использованию автономных средств на основе использования возобновляемых источников энергии, как, например, реализация возможностей комплексного использования солнечной энергии для сушки плодоовощной продукции.
Фрукты и овощи, как правило, содержат до 90 % воды, 9,5 % различных органических соединений и 0,5 % минеральных веществ. Высокое содержание влаги приводит к тому, что фрукты и овощи легко поражаются фитопатогенными микроорганизмами, и сохранность урожая является сложной задачей. Ежегодные потери урожая овощей на стадии заготовки и хранения в среднем составляют 20—25 %, фруктов — 15—18 %, поэтому сушка плодов и овощей как способ сбережения урожая находит все большее применение [1].
Для повышения эффективности и производительности сушильной установки и интенсификации технологии производства сушеных продуктов
растительного происхождения с использованием солнечной энергии более важным является определение влияния таких технологических параметров процесса сушки, как температурный режим, время сушки и размеры и формы сырья, подвергаемого к сушке.
Цель: Определение влияния технологических параметров на влажность и качество сушеной продукции овощей и фруктов в солнечной сушилке шахтного (вертикального) типа. Для достижения данной цели в исследовании необходимо было решить следующие задачи:
• - получить модель, описывающую влияние температурного режима, время выдержки и размеры нарезки плодоовощной продукции для сушки в сушилке с камерой шахтного типа;
• - изучить динамику сушки плодоовощной продукции в солнечной сушилке с камерой шахтного типа;
• - определить химический состав высушенной продукции в зависимости от способа нарезки плодоовощной продукции.
Материалы и методы: Известные работы [3—5] ряда авторов показывают, что при изучении процесса сушки важным показателем является экспериментальное исследование. Поэтому основное внимание при изучении процесса сушки уделялось отдельному изучению влияния технологических факторов на интенсивность выделения влаги. Исходя из этого, определялись режимы работы рассматриваемых (изучаемых) установок и пути совершенствования как конструкции установок, так и методов сушки. Исследования проводились в солнечной сушильной установке с камерой шахтного типа [2]на базе учебно-производственного центра «Агротехсервис» Казахского национального аграрного университета. Для проведения исследований подбиралось место на специально подготовленной площадке, с целью обеспечения непрерывного поступления солнечных лучей в воздухонагреватель солнечной сушилки.
Для ведения опытов по многофакторному эксперименту была принята методика планирования эксперимента по рототабельному плану второго порядка.
Выбор независимых переменных был обусловлен основными закономерностями технологического процесса сушки, где основную роль при обезвоживании играли: температурная зона нахождения массы, время ее выдержки при заданной температуре, и третьим переменным был выбран средний размер толщины долек, который оказывал существенное влияние на интенсивность выделения влаги. Интервалы, уровни варьирования независимых переменных и матрица плана эксперимента приведены ниже.
Таблица 1.
_Значения уровней и интервалов варьирования факторов_
Обозначение
Кодир. значения
температура среды
Т, °С
Факторы
экспозиция выдержки т, ч.
толщина долек а, мм
Основной уровень
0
45
6
20
Интервал варьирования
15
2
5
Верхний уровень
+ 1
60
30
Нижний уровень
1
30
10
Верхняя звездная точка
+ 1,68
70
9,56
26,8
Нижняя звездная точка
-1,68
20
2,70
4,2
Кодовое обозначение
Х1
Х2
Хэ
е
8
4
Влияние толщины нарезки на процесс сушки. Каждая культура сушилась отдельно, так как на процесс сушки влияют теплофизические свойства сырья, и эти показатели между собой отличаются в больших пределах [6]. Подготовка сырья проводилась путем мойки продукции, нарезки кружочками и дольками разной толщины: кружочки 5 мм, дольки 5 мм (для этого подбирались плоды одинаковых размеров). Нарезанные на кружочки или дольки разной толщиной яблоки, баклажаны и перец помещались в сушильную камеру. В ходе сушки непрерывно измерялись значения температуры в сушилке и снаружи цифровыми автономными программируемыми регистраторами FLUKE 54 2B, устанавливаемыми на длительное время в корпусе сушилки в начале, в середине и в конце корпуса. Исследуемые образцы укладывались на стеллаж только в одном уровне, так как при расположении нескольких уровней
термодинамические параметры в каждом уровне будут отличаться. По каждому варианту согласно плану исследования определялось время сушки.
Полностью высушенные продукты подвергались химическому анализу по следующим методам:
• содержание сухих веществ (методом высушивания),
• общего сахара — по Бертрану, извлечение проводили дистиллированной водой при температуре 80 0С, последующей инверсией соляной кислотой. Готовый раствор исследовали при помощи фотоэлектроколориметра (ФЭК). Светофильтр № 8.
• витамина С — по Мурри, (извлечение витамина С проводили 1 % соляной кислотой с последующим титрованием краской Тильманса — 2,6 дихлорфенолиндофенол).
• общей кислотности — методом титрования (извлечение органических кислот проводили дистиллированной водой при температуре 80 0С, с последующим титрованием 0,1 гидроокисью калия в присутствии индикатора фенолфталеина).
• нитратов — потенциометрическим методом с использованием ионоселективных электродов.
Результаты исследований. В результате исследований установлено, что изменение влагосодержания в продуктах сушки зависло от толщины нарезки, продолжительности обработки и температуры. На основе многофакторного эксперимента с варьированием этих факторов получено множественное уравнение регрессии первого порядка соответственно для яблок, баклажан и перца:
Ж = 166,14 - 0,73Т - 2,79т - 0,08а (1) Ж = 159,68 - 0,69Т - 1,83т - 0,05а (2) Ж = 149,76 - 0, 59Т - 0,92т - 0,01а (3)
Варьируемые значения параметров по условиям эксперимента были приняты одинаковыми. Проверка значимости коэффициентов регрессии в полученной модели по критерию Стьюдента показала, что все коэффициенты являются значимыми. Однако полученные зависимости для всех видов продуктов являются линейными. Скорее всего, эти пределы изменения факторов имеют небольшой диапазон, сушка проходит в мягком режиме, как режимы гелиосушилки. В уравнении (1) свободный член имеет большее значение, чем в (2) и (3), это связано с количеством влаги в исходном материале: для яблок оно наивысшее, далее идет баклажан, и самую низкую влажность имеет перец. Более значимым фактором является температурный режим во всех трех моделях, также этот фактор меняется в зависимости от влажности материалов, самое высокое значение у яблок и низшее у перца, и такой закономерности подчиняется влияние других факторов. Следует отметить, что среди всех факторов незначимыми являются размеры частицы (толщина нарезки). Самое низкое влияние размеров перца на процесс сушки можно объяснить тем, что структура болгарского перца имеет другие отличительные особенности, чем у яблок и баклажанов, и более влажная часть находится в кожуре, которая имеет толщину максимально до 5 мм. Поэтому поверхность теплообмена баклажанов больше, чем у других «участников» эксперимента.
Из графиков, характеризующих динамику и продолжительность сушки плодов и овощей в зависимости от способа и толщины нарезки (рисунок 1), видно, что наиболее оптимальной является нарезка яблок дольками толщиной 10 мм, баклажанов дольками толщиной 5 мм, перца болгарского толщиной 10 мм и квадратиками 20х20 мм.
Рисунок 1. Динамика сушки плодов и овощей в зависимости от способа и
толщины нарезки
Проведенные химические анализы исходных (таблица 2) и высушенных продуктов (таблицы 3 и 4) дали следующие результаты.
Таблица 2.
Химический анализ сырья до сушки
№/п п Культуры Витамин С,мг% Сахара, % Кислотность, % Сухие вещества, % Нитраты , мг/100г
1 2 3 4 5 6 7
2 Баклажан 13,2 3,36 0,30 7,50 28,980
3 Перец 65,8 3,48 0,42 6,68 40,805
4 Яблоки 9,6 17,0 0,57 13,46 14,302
Таблица 3.
Химический анализ сырья после сушки нарезанных кружочками
№/п п Культуры Витамин С,мг% Сахара, % Кислотность, % Сухие вещества, % Нитраты , мг/100г
1 2 3 4 5 6 7
2 Баклажан 2,0 12,2 0,15 90,5 185,4
3 Перец 105,6 12,4 0,58 93,2 236,3
4 Яблоки 4,3 59,6 0,48 86,4 89,6
Таблица 4.
Химический анализ сырья после ^ сушки нарезанных дольками
№/п п Культуры Витамин С,мг% Сахара,% Кислотность, % Сухие вещества, % Нитраты, мг/100г
1 2 3 4 5 6 7
2 Баклажан 2,0 9,0 0,45 87,7 200,1
3 Перец 99,6 7,2 0,20 97,1 240,5
4 Яблоки 3,3 62,1 0,32 90,1 90,7
Химически анализ проводился по 5 показателям: содержанию витамина С, сахара, сухих веществ, нитратов и кислотности продукта. Как видно, по содержанию витамина С перец многократно превышает остальные культуры (яблоко и баклажан) как в свежем состоянии, так и в сушеном виде. По содержанию сахара все представленные виды культур в сухом виде содержат его больше чем в 3 раза, чем в свежем виде. Среди них сушеное яблоко содержит в несколько раз больше сахара, чем остальные продукты. Что касается кислотности, все 3 культуры имеют показатели ниже, чем 0,6 %, как и в свежем, так и в сухом виде. Сухие вещества в процентном соотношении в порядке два раза содержатся в свежем яблоке, чем в других культурах. Нитраты свежий перец содержит больше в 2 раза, чем другие культуры, в сухом состоянии этот показатель у сушенного перца возрастает почти до 10 раз больше, чем у остальных культур.
Выводы
Установлены математические зависимости первого порядка изменения влажности обрабатываемых материалов, таких как яблоко, баклажан и перец, от температуры сушки, продолжительности тепловой обработки и размеров высушиваемого материала. Более существенным параметром являлся температурный режим, и менее существенным — размеры частиц. По динамике
сушки и по продолжительности сушки наиболее оптимальной является нарезка яблок дольками толщиной 10 мм, баклажанов — дольками толщиной 5 мм, перца болгарского —толщиной 10 мм и квадратиками 20х20 мм.
Способ нарезки продукции влияет также на его полезные свойства и химический состав. По содержанию питательных показателей, в частности по содержанию витаминов, перец имеет очень высокий показатель по сравнению с яблоками и баклажанами.
Список литературы:
1. Тажибаев Т.С. Технология переработки и хранения овощей и фруктов. Пособие для высших учебных заведений. Алматы, 2010. — 281 с.
2. Хазимов К.М. Подбор типа полиэтиленовой пленки в качестве экрана в солнечной сушилке для сушки овощей //11thConference "European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches". 2014. — c. 61—68.
3. Muhhlbaner W. Getreide und Maistocknung mit onnenenergie // Agrartech. Internat. — 1977. — Bd. 57, — № 5. — S. 58—60.
4. Jona feat fruit Patent. USA.-1979. 4 157 620.
5. Raise in raincoats beat the heat // American fruit Grower. — 1985. — № 5. — P. 22—32.
6. Ultanova I.B., Khazimov K.M., Khazimov M.Zh. Determination of thermal performance the fruits pulp of melons// Agroinzineriair energetika. 2014. — c. 121—127 c.
