Исследование процессов вакуумной сушки меда

Введение . Пчелиный мёд представляет собой биологически активный продукт, достоинством которого является не только высокая энергетическая ценность (в среднем около 300–340 ккал на 100 г), но и наличие большого количества ценных минеральных веществ, ферментов, витаминов, органических кислот, ароматических и антимикробных веществ, обуславливающих его целебные свойства [1, 2].

Одним их достоинств данного продукта является то, что он на 100 % усваивается организмом в отличие от большинства других сладких продуктов. Зрелый мёд содержит не более 21 % воды, около 35 % глюкозы, 40 % фруктозы, 1,3 % сахарозы, 0,45 % белка, 0,1 % органических кислот и 0,2 % минеральных веществ [3].

Мёд всегда содержит в себе цветочную пыльцу, попадающую в нектар при движении пчелы и дополнительно обогащающую его витаминами, минеральными веществами и белками. В мёде содержатся все витамины группы В, а также витамины А, Н, никотиновая кислота и биотин. В данном продукте обнаружено около 40 микро- и макроэлементов, в число которых входят калий, кальций, кобальт, железо, фосфор, медь, магний, марганец, алюминий, йод, цинк и др. При этом концентрация и соотношение некоторых микроэлементов в мёде соответствуют таковым в крови человека, что обуславливает его быстрое усвоение [4–6].

По технологическим причинам либо для избегания биохимических изменений, возникающих в мёде ввиду наличия определенного количества влаги, появляется необходимость в обезвоживании данного продукта.

Традиционным методом обезвоживания мёда является конвективный способ, предусматривающий непосредственный контакт продукта с нагретым воздухом. При этом не рекомендуется превышать температуру более 40 °С для сохранения биологически полезных компонентов.

Альтернативным способом сушки является вакуумное обезвоживание. В результате понижения давления происходит снижение температуры кипения и повышается скорость удаления влаги [7].

Цель работы. Исследование процессов вакуумной сушки мёда при различных режимах.

Задачи : анализ кинетики вакуумной сушки мёда; исследование влияния технологических параметров на эффективность вакуумной сушки мёда; выбор эффективных режимов вакуумного обезвоживания мёда.

Методы и объекты исследований . В качестве объекта исследований выступал мёд натуральный гречишный производства Башкирской медовой компании. Органолептическая характеристика объекта исследования приведена в таблице 1.

Для выполнения экспериментальных исследований использовалась вакуумная сушильная установка, схема которой приведена на рисунке 1.

Таблица 1

Органолептическая характеристика мёда

Показатель	Значение
Вкус	Сладкий, приятный, отсутствие посторонних привкусов
Цвет	Светло-янтарный
Запах	Характерный, без постороннего запаха
Консистенция	Сиропообразная

Рис. 1. Схема экспериментальной вакуумной сушильной установки:

1 – вакуумный насос; 2 – сушильная камера; 3 – компрессор; 4 – конденсатор; 5 – отделитель жидкости; 6 – десублиматор; 7 – ресивер; 8 – вакууметр; 9 – терморегулирующий вентиль

Во всех экспериментах температура в камере составляла 40±2 °С, остаточное давление было равно 4± 0,5 кПа. Опыты проводили в трех повторностях для получения более достоверных результатов. Данные обрабатывались в программном обеспечении Microsoft Excel.

Результаты и их обсуждение. Вначале осуществляли вакуумную сушку при различной плотности теплового потока. Данный параметр варьировали в диапазоне от 2 до 10 кВт/м2 с шагом в 2 кВт/м2. Толщина слоя сушки составляла 10 мм.

На рисунке 2 приведены графики изменения относительной массы мёда в процессе вакуумной сушки при различной плотности теплового потока, а на рисунке 3 – скорости изменения относительной массы.

1     2 —л— 3

Рис. 2. Графики изменения относительной массы мёда в процессе вакуумной сушки при плотности теплового потока: 1 – 2 кВт/м2; 2 – 6 кВт/м2; 3 – 10 кВт/м2

Весь процесс вакуумной сушки можно условно разбить на три периода – период выхода установки на режим, при котором происходит постепенное повышение скорости удаления влаги; период постоянной скорости сушки, при котором удаляется большая часть влаги и период падающей скорости сушки. С увеличением плотности теплового потока происходит сокращение продол- жительности сушки: при плотности теплового потока 2, 4 и 6 кВт/м2 продолжительность сушки составляла 270±10, 240±10 и 225±10 мин, а при плотности теплового потока 8 и 10 кВт/м2 – соответственно 210±10 и 195±10 мин. При этом также меняется влагосодержание обезвоженного продукта: при увеличении плотности теплового потока от 2 до 10 кВт/м2 оно меняется от 4,5 до 5 %.

Рис. 3. Скорость изменения относительной массы при вакуумной сушке мёда при плотности теплового потока: 1 – 2 кВт/м2; 2 – 6 кВт/м2; 3 – 10 кВт/м2

Далее была проведена органолептическая оценка обезвоженного мёда. При этом оценивались такие показатели, как вкус, консистенция, запах и цвет по 10-балльной шкале. В таблице 2 приведены результаты данной оценки.

Чем ниже плотность теплового потока, тем более равномерное распределение температурного поля в продукте обеспечивается на начальном этапе сушки, что особенно благоприятно сказывается на таком показателе, как консистенция. При высоких значениях плотности теплового потока консистенция обезвоженного продукта становилась неоднородной, что отражалось на качественных показателях. Исходя из вышепредставленных данных, можно заключить о целесообразности вакуумной сушки мёда при плотности теплового потока 4 кВт/м2, что обеспечивает относительно высокую органолептическую оценку, правильную консистенцию продукта и невысокую продолжительность обезвоживания (240 мин).

Таблица 2

Показатель	Плотность теплового потока, кВт/м2
	2	4	6	8	10
Вкус	8	8	7	7	7
Цвет	9	9	8	8	8
Запах	9	9	9	8	7
Консистенция	10	9	9	8	6
Итого	36	35	33	31	28

Результаты органолептической оценки сухого мёда, балл

На следующем этапе исследований проводили эксперименты по вакуумной сушке мёда при толщине слоя 5, 10, 15 и 20 мм. Остальные параметры сушки оставались неизменными, плотность теплового потока составляла 4 кВт/м2. В таблице 3 приведены показатели вакуумной сушки мёда при подборе толщины слоя.

Показатели вакуумной сушки мёда при подборе толщины слоя

Таблица 3

Показатель	Толщина слоя, мм
	5	10	15	20
Продолжительность сушки, мин	180	240	275	300
Влагосодержание, %	4,3	4,6	4,9	5,4
Органолептическая оценка, балл	37	35	34	31

Установлено, что увеличение толщины слоя влечет за собой повышение продолжительности сушки, увеличение влагосодержания обезвоженного продукта и снижение его качества. Однако при этом увеличивается производительность сушильной установки, что особенно важно для организации промышленного производства сухого меда. Целесообразным является процесс сушки при толщине слоя 15 мм. Влагосодержание продукта при этом не превышает 5 %, органолептическая оценка равна 34 баллам из 40, а продолжительность обезвоживания составляет 275±10 мин.

Выводы . Таким образом, на основании проведенных исследований были определены эффективные режимы вакуумной сушки мёда – плотность теплового потока 4 кВт/м², толщина слоя продукта – 15 мм. Мёд целесообразно обезвоживать при остаточном давлении 4±0,5 кПа и температуре в камере 40 ºС. При указанных режимах продолжительность сушки составляет 275±10 мин, а органолептическая оценка сухого продукта равна 34 баллам из 40.