Вакуумная сушка сортов яблок, груши и малины, произрастающих в южных регионах РК

Вакуумная сушка является процессом, во многих случаях определяющим качество готовой продукции и технико-экономические показатели пищевого производства. Поэтому актуальной задачей становится производство пищевых продуктов, которые представляют интерес для его промышленного производства. Отечественные сорта плодовоягодных культур могут быть использованы для создания пищевых продуктов, обладающих ценным химическим составом, прекрасными органолептическими показателями и длительными сроками хранения.

Особо актуальным в этом аспекте является обезвоживание пищевого сырья, которое имеет достаточно жестко ограниченные тепловлажностные режимы сушки. В этом отношении интерес в производственном масштабе представляют пищевое сырье, произрастающее в южных регионах РК. К нему относятся плоды и ягоды, которые относятся сезонным продуктам, массово вызревая в только летний период года. Поэтому для круглогодичного обеспечения ими потребности населения и пищевой промышленности их необходимо подвергать хранению в обезвоженном состоянии - сушке.

В настоящее время в пищевой промышленности используются различные способы сушки. В этой области проводятся широкие исследования по совершенствованию их технологий. Например, в области вакуумной и сублимационной сушек это следующие работы.

Г.В. Семенов [1] рассматривает современные направления научных исследований и технических решений в области интенсификации и повышения энергоэффективности сублимационной сушки сырья растительного происхождения (яблоки, груши , сливы, дыня) при температурах.

Разработкой энергоэффективной технологии производства сушеных чипсов с повышенной пищевой ценностью, использованием комбинированной вакуумно-импульсной сушки занимается Зорин А.С[2]. Исследования направлены на снижение энергетических затрат, повышение производительности и качества сушеного растительного сырья для производства чипсов. Однако энергозатраты при сушке продуктов двухступенчатой комбинированной вакуум-импульсной сушилки будут выше а технологичность технологичность ниже, чем в одноступенчатой.

Существующие способы сушки продуктов растительного происхождения и достоинства вакуумной сушки пищевых продуктов исследует К.М.Хазимов [3].Автор отмечает, что основным достоинством вакуумно-сублимационной сушки продуктов является малая усадка исходного продукта, быстрое восстановление сублимированных продуктов при добавлении воды и отсутствие необходимости применения ароматизаторов, красителей и консервантов.

Исследование процесса сушки пищевых продуктов рассмотрено также в следующих работах [4,5,6,7]. Одной из наиболее интересных работ являются исследования Н.А. Грибова [7], которым разработан способ вакуумной сушки ягод. Достоинство исследования характеризуется тем, что сушка осуществляется в два этапа, которым обеспечивают быстрое и качественное высушиваемого ягодного сырья.

Переработку плодово-ягодного сырья из ягод сублимированием и вакуумной сушкой анализируют авторы работ [8,9,10]. Например, в работе [8] в процессах, для того чтобы максимально сохранить в высушиваемых продуктах пищевую ценность, не допускается перегрев. Недостаток – применение импульсных технологий удорожает готовый продукт.

Среди рассмотренных работ, с точки зрения сохранения нативных свойств продукта и, особенно, витаминного состава, интерес представляет их сушка в вакууме, который по сравнению с вакуумно-сублимационной сушкой является непродолжительным и не требует больших энергетических затрат. Поэтому вакуумная является наиболее перспективным для сушки пищевых продуктов.

Из отечественных сортов плодовоягодных культур для вакуумной сушки вы- бираются сорта яблок, груши малины южных сортов, что в определенной степени будет способствовать развитию местных малых производств.

Материалы и методы исследований

Объектами исследований вакуумной сушки служили свежесобранные зимние сорта яблок Байтерек, сорта груши Жаздык, а также местные сорта малины.

Относительная влажность воздуха в камере измерялась с помощью прибора для измерения температуры и влажности TESTO 635-2. Начальная влажность высушиваемого материала и ее изменение в процессе сушки определялась по методике определения сухих веществ, приведенной в ГОСТ 8756.2 «Продукты пищевые концентрированные. Методы определения сухих веществ или влаги».

Для измерения массы продукта в процессе сушки использовали лабораторные электронные весы марки - CAS MWP-300H.

Экспериментальная вакуумная сушильная установка приведена на рисунке 1. Разработанная конструкция экспериментальной установки позволяет осуществлять вакуумную сушку исследуемых материалов с использованием различных способов их нагрева. Установка включает: А - блок вакуумной сушки исследуемых материалов и блок В - для вакуумной сушки исследуемых материалов с их низкочастотный ультразвуковой обработкой продукта. Оба блока установки смонтированы на одной раме.

• 1, 16 - крышки вакуумных камер; 2, 17- вентили крышек; 3, 14- краны для впуска воздуха; 4, 15 – вакуумные вентили; 5, 18 - бачки расширительные; 6, 19 - вакуумные камеры; 7- вакуумный манометр; 8- десублиматор; 9- трубка испарителя холодильной машины; 10- сливной кран; 11- емкость для сбора жидкости; 12 - вентиль для слива конденсата; 13 -вакуумный насос, 20 - низкочастотный ультразвуковой аппарат, 21 – компрессор и конденсатор холодильной машины, 22-33 элементы пульта управле

ния.

Рисунок - 1 Экспериментальная вакуумная сушильная установка.

Методика проведения экспериментальных исследований приведена для исследований вакуумной сушки яблок, груш и малины с тепловой обработкой.

Проведение экспериментальных исследований по вакуумной сушке исследуемых материалов включало подготовку сырья к эксперименту, проведение исследований и обработку результатов исследований.

Результаты и их обсуждение

На основе разработанной методики проведения экспериментальных исследований вакуумной сушки яблок, груш и малины эксперименты проводились в 3 этапа. На первом этапе исследуемое сырье подготавливалось к проведению исследований. На втором проводились исследования по вакуумной сушке яблок, груш и малины. На третьем этапе осуществлялась обработка результатов экспериментальных исследований.

Для определения практически целесообразных высоты слоя, вида измельчения сырья, степени нагрева при сушке высушиваемого материала и степени разрежения окружающей среды в вакуумной камере были проведены предварительные исследования, по результатам, которых были выбраны следующие параметры.

• -    Для определения практически целесообразной степени измельчения сырья и высоты слоя загрузки исследуемого материал каждый продукт подвергался измельчению. В первом варианте каждый продукт измельчался ножом на дольки, позволяющим загружать их на противни с высотой слоя от 2 до 15 мм. Во втором -каждый продукт измельчался на мельнице до состояния жидкой пастообразной массы. В обоих вариантах исследуемый материал загружался или заливался на противни высотой слоя от 2 до 15 мм, укладывался на разные противни вакуумной сушилки и подвергался вакуумной сушке. Практически целесообразной высотой слоя загрузки всех видов сырья признана высота загрузки от 3 до 5 мм, в этом интервале высоты загрузки получается достаточно высокая скорость сушки исследуемых материалов хорошее качество готового продукта.

• -    Для определения практически целесообразной степени нагрева высушиваемого материала на основе анализа результатов предварительных исследова-ний сушки яблок, груш и малины по качеству готового продукта и продол-жительности практически целесообразной степенью нагрева высушиваемого мате-риала выбрана температура 40^оС, при которой наблюдается минимальная сте-пень «прилипания» готового продукта к противням сушилки и гарантируется получение его хорошего качества.

• -    Для определения практически целесообразной степени разрежения окружающей среды в вакуумной камере были проведены предварительные исследования по вакуумной сушке яблок, груш и малины при давлениях в камере 0,05-0,005МПа. Результаты экспериментов по-казали, что при давлениях в камере 0,05-0,01 МПа процесс сушки составляет более 16-17 часов. Это является крайне нетехнологичным, поскольку при двухсменной работе предприятия не остается времени на перезагрузку сушильной установки и ее санобработку. При давлениях в камере 0,007 МПа и ниже значительно увеличиваются затраты на осуществление процесса сушки при незначительном сок-ращении времени сушки. Поэтому практически целесообразной степенью разре-жения вакуумной камеры принято давление порядка 0,008 МПа, которое позволяло осуществлять процесс сушки в пределах 10-11 часов.

Таким образом, на основании полученных результатов предварительных исследований вакуумной сушки яблок, груш и малины были определены параметры, при которых проводились дальнейшие исследования: высота загрузки высушиваемого продукта независимо от его вида: 3, 4 и 5 мм; степень нагрева высушиваемого материала 40 оС; степень измельчения продукта - до состояния жидкой пастообразной массы; степень разрежения окружающей среды в вакуумной камере порядка 0,008 МПа.

Полученные результаты экспериментальных исследований вакуумной сушки исследуемых материалов представлены на рисунках 2а-2в в виде обобщенных кривых сушек: 2а- яблок, 2б – малины, 2в – груши.

Анализ полученных кривых сушек исследуемых продуктов, в начальном состоянии имеющих жидкую пастообразную массу, при ранее выбранных для исследования: давлении в вакуумной камере 0,008МПа, высоте загрузки 3, 4 и 5 мм, степени нагрева высушиваемого материала - около 40 оС, показывает, что они имеют сходный характер - все кривые сушки имеют довольно четко выраженные сегменты: период установления режимных параметров или период начала сушки, период постоянной скорости сушки и период падающей скорости сушки (рисунки 2а-2б).

В процессе экспериментальных исследований выявлено, что скорость сушки при изменении высоты слоя высушиваемого материала в пределах 3-5 мм изменяется крайне незначительно (на рисунках 2а-2в высота слоя загружаемого продукта имеет обозначения: ▲3 мм, ♦ - 4 мм, ■- 5 мм.). Так, при этих значениях высоты слоя и температуре нагрева продуктов в вакуумной камере порядка 40оС пюре из яблок высушиваются до остаточной влажности продукта 18-20% примерно за 10 часов – рисунок 2а. Аналогичная картина наблюдается и при вакуумной сушке пюре из груши – рисунок 2в. Несколько дольше - примерно на 0,5 - часа сушится пюреобразная малина – рисунок 2б, что можно объяснить более высоким содержанием в малине моносахаридов, которые, находясь в растворенном виде в удаляемой из продукта влаге, оказывают некоторое влияние на скорость сушки. Также определенное влияние на скорость сушки оказывают разные начальные влажности исследуемых продуктов. В тоже время, как показывает анализ экспериментальных кривых сушек – рисунок 2а-2в, они не являются определяющим фактором, в основном влияя на скорость сушки в период нагрева высушиваемого материала. Этот период для яблок и груш в зависимости от высоты слоя продукта находится в пределах 20-30минут – рисунок 2а. Для пюре малины он имеет очень малый период – рисунок 2б, поэтому на кривых сушек не отражается, практически совпадая с периодом постоянной сушки, что объясняется теплофизическими свойствами малины.

Рисунок 2а - Обобщенная кривая сушки яблок

Рисунок 2в – Обобщенная кривая сушки груши

Рисунок 2б - Обобщенная кривая сушки малин

Рисунок 3 – Обобщенные кривые сушки исследуемых материалов

Обработка результатов экспериментальных исследований динамики испарения влаги с поверхности продуктов при их ваку- умной сушке в виде обобщенных кривых сушек для яблок, малины и груши - рисунок 3 позволила на их основе получить уравне- ния в виде полиномов четвертой степени, описывающие кривые сушки, которые описываются уравнениями:

для яблок :y = -0,3307x4 + 5,7937x3 -32,546x2 + 51,987x + 56,429

для малины: y = -0,2693x4 + 4,7452x3 -26,829x2 + 40,549x + 67,686

для груш: y = -0,3229x4 + 5,6338x3 -31,395x2 + 48,08x + 60,014

Заключение, выводы

Разработана методика проведения экспериментальных исследований вакуумной сушки сортов яблок, груш и малины, произрастающих в южных регионах РК, которая включает подготовку сырья к эксперименту, проведение исследований и обработку результатов исследований.

Проведен анализ влияния режимных параметров на ход процесса сушки и разработаны рекомендации для осуществления процессов вакуумной сушки исследуемых материалов в оптимальном режиме.

Получены обобщенные кривые сушек вакуумной сушки в зависимости от высоты слоя высушиваемого материала уравнения, описывающие динамику испарения влаги с поверхности продуктов в виде полиномов четвертой степени.

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку проекта «Разработка технологии переработки перспективных сортов плодовых, ягодных культур и винограда отечественной селекции с целью получения биологически активных веществ и плодовоягодных порошков для использования в пищевой промышленности» в рамках программно-целевого финансирования Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан (BR10764977).