3.2. Дослідження процесів сушіння плодів глоду

При розробці технологічного процесу виробництва сушених продуктів за допомогою різних методів зневоднення, перш за все необхідно встановити необхідні параметри та оптимальні режими процесу, при якому максимально зберігаються початкові смакові і поживні властивості вихідної сировини. Доведено [8, 122, 131, 146], що найбільш раціональними є такі методи та режими зневоднення сировини, які поряд із їхньою економічною ефективністю забезпечують високу якість готового продукту.

При створенні технології виробництва сушеної плодово-ягідної сировини із застосуванням різних методів сушіння, вчені [151, 158], ставили першочергову мету, суть якої полягала у видаленні із плодів якомога більшої кількості вологи з мінімальним пошкодженням структури тканин плодів та забезпеченням максимальної відновлюваності продуктів [179]. Ця особливість є однією із показників якості готового продукту в сушильному виробництві [8, 122].

На даний час, у промисловості, для сушіння плодів найпоширенішого застосування знайшов конвективний метод, який ґрунтується на безпосередньому «стиканні» сировини з нагрітим повітрям. При цьому методі потік повітря, що подається з великою швидкістю, сприяє вирівнюванню температури по всьому об’єму висушуваної сировини. Крім того, у процесі конвективного сушіння, постійному нагріванні зерняткових плодів за температури 60…100°С. Для забезпечення мікробіологічної нешкідливості фруктову сировину висушують до вологості 22–24%, в залежності від початкового вмісту цукру.

Проведені вченими дослідження показали, що застосування різних температур сушильного агенту, дають можливість вибирати оптимальну температуру сушіння для того чи іншого виду сировини [131]. Доцільність використання конвективного методу для сушіння сировини, повинно вирішуватися з урахуванням особливостей об’єктів досліджень.

На рис. 3.6 і 3.7, наведені криві видалення вологи і швидкості конвективного сушіння плодів сорту Збігнєв при різних температурах сушильного агенту, одержані на сушильній установці, схема якої зображена на рис. 2.2.

Рис. 3.6 Криві швидкості сушіння плодів глоду сорту Збігнєв за конвективного методу сушіння

Примітка: t – тривалість сушіння, хв.; U- вміст вологи у розрахунку на суху речовину.

Із рисунків видно, що із підвищенням температури збільшується швидкість сушіння.

Рис. 3.7 Криві швидкості сушіння плодів глоду сорту Збігнєв за конвективного методу

Примітка: U – Вміст вологи; du/dt–зміна вологи залежно від тривалості сушіння.

Отримані криві сушіння та швидкості сушіння можна розділити на два етапи. Перший етап – видалення вільної вологи із капілярів зв’язаної. Тобто, Перший етап сушіння – називають періодом збільшення швидкості сушіння, при якому протягом перших двох годин відбувається незначне видалення вологи з продукту. Проведені дослідження показують, що в цьому періоді, відсоток видалення вологи складав в середньому, 71,5–62,5%. Критична точка, характеризує перехід від періоду зростаючої швидкості сушіння до наступного періоду – постійної швидкості сушіння означає, що поверхнева волога випарувалась і процес вологопереносу активно переміщується всередину продукту, швидкість видаленої вологи сповільнюється, в зв’язку з тим, що волога переміщується з центра шарів до поверхні, а потім з поверхні випаровується. Період постійної швидкості вилучення вологи (з 62,5% до 43,5%) триває наступних 3 години і характеризується зростанням температури в середині продукту, при цьому йде видалення адсорбційної і осмотично зв’язаної вологи.

Третій етап – період падаючої швидкості вилучення вологи з продукту з 43,5 до 23,5–24%. Період вилучення вологи становить близько 10 год. На цьому етапі видаляється структурна волога, що міститься в досліджуваних об’єктах. Отже, наведена на рис. 3.6 і 3.7.залежність кінетики сушіння плодів глоду конвективним методом, від температури сушильного агенту, так як вона є основним параметром, що здійснює вирішальний вплив на тривалість процесу (особливо у першому періоді) та якість продукту. Встановлено, що підвищення температури теплоносія веде до зменшення тривалості періоду постійної швидкості сушіння, а також до збільшення частки цього періоду в загальній тривалості процесу.

З точки зору економічності, процес сушіння доцільно вести при можливо більш високих температурах теплоносія. Підвищення температури сушильного агенту, що надходить у шар, приводить, за інших рівних умов, до збільшення продуктивності установки, зменшення її габаритів, зниження питомої витрати теплоносія, тобто до зниження питомої витрати електроенергії.

Оскільки глід слід віднести до термічно чуттєвих продуктів, то з метою збереження БАР, у першу чергу - вітамінів, сушіння можна вести при максимальній температурі теплоносія (повітря) 90°С.

Відомо, що при сушінні, вирішальне значення має оцінка показників якості готового продукту. У процесі сушіння із сировини видаляється більша частина води, в результаті чого підвищується концентрація сухих речовин і зневоднені продукти стають придатними до тривалого зберігання [105, 106, 111, 125].

Цінність сушених плодів і ягід у окремих випадках нижча від свіжих. Це пояснюється тим, що при звичайному сушінні втрачається частина ароматичних речовин, змінюється забарвлення, знижується вміст деяких поживних речовин [217]. Відомі методи сушіння малопоширених лікарських культур, володіють низкою суттєвих недоліків: тривалістю і нерівномірністю сушіння, втратою біологічно активних речовин, погіршенням органолептичних і фізико-хімічних показників.

Прогнозовані оцінки потреб продовольчих ресурсів на світовому і внутрішньому ринках свідчать про те, що основним завданням консервної промисловості є нарощування виробництва продукції підвищеної харчової цінності. Відомо, що стандартна технологія переробки плодів і ягід потребує значних матеріальних затрат. Тому для повного збереження біологічно активних речовин у фруктовій сировині, необхідно створювати «м’які» режими виробничих процесів, тобто забезпечити більш низьку температуру і менш тривалий час переробки [193].

На даний час багатьма іноземними і вітчизняними фірмами розроблене устаткування з використанням мікрохвильової енергії, яка забезпечує раціональну переробку плодів і ягід [193, 201]. Російськими вченими розроблена мікрохвильова технологія зневоднення сировини, що дозволяє нагрівати матеріал по всьому об’єму. При цьому висушений продукт зберігає майже всі свої натуральні властивості, добре відновлюється і є екологічно безпечним у використанні [179, 201].

Поряд із цим, в умовах переходу промисловості до високоінтенсивних технологій переробки сировини, ще недостатньо вивченим є процес зневоднення сировини струмами високої частоти (СВЧ), та зміна хімічного складу сировини при переробці. Виходячи з вищезазначеного, перед нами була поставлена мета – дослідити процес зневоднення плодів глоду з використанням струмів високої частоти. Відповідно до поставленої мети, в роботі були використані плоди глоду тих же сортів і видів, як об’єкти сушіння; кінетичні закономірності процесу сушіння плодів глоду струмами високої частоти; вплив мікрохвильового сушіння ні якість готового сушеного продукту.

Аналізуючи твердження деяких авторів [131, 212, 217] слід зазначити, що кінетика конвективного методу сушіння і мікрохвильового знаходяться майже на однаковому рівні.

Для оптимізації процесу сушіння плодів глоду досліджували вплив різних факторів на кінетику процесу сушіння. Експериментальні дослідження проводили на побутовій мікрохвильовій установці Rainford СЕ 287DNR.

На рис. 3.8. представлені криві сушіння плодів глоду сорту Збігнєв з використанням струмів високої частоти. Сушіння здійснювалося при чотирьох рівнях використання номінальної потужності магнетрону – 30, 50, 70 і 100%. Із графіків видно, що процес сушіння плодів глоду залежить від рівня магнетрону. Так, при потужності магнетрону 30% з початковою вологістю 450% до кінцевої 24% проходила протягом 262 хв., а починаючи з потужностей магнетронів 50, 70 і 100% процес сушіння проходив, відповідно 242, 228 і 164 хв. Таким чином, тривалість процесу сушіння зменшується з підвищенням магнетрону до максимальної потужності (100%) в 1,6 рази.

Рис. 3.8. Криві сушіння (а) і швидкості сушіння (б) плодів глоду сорту Збігнєв в електромагнітному полі

Примітка: t – тривалість сушіння, хв.; U- вміст вологи у розрахунку на суху речовину.

Аналіз кривих швидкості сушіння (рис. 3.8.б) глоду показав, що за використання електрофізичної енергії підтверджуються вже відомі практичні і теоретичні положення, стосовно массопереносу в процессах сушіння [187, 191, 192, 194].

При аналізі кривих швидкості сушіння плодів глоду, нами було встановлено два періоди сушіння: перший – період зростаючої швидкості сушіння, другий – період постійної швидкості. Період постійної швидкості складає 40% від всієї тривалості сушіння, а період падаючої швидкості близько 60% від тієї ж тривалості сушіння. В той же час, вміст вологи, що випарувалася в першому періоді, складає близько 62%, від загальної кількості вологи, а у другому періоді – близько 38% від того ж вмісту.

Порівнюючи конвективний метод сушіння з мікрохвильовим методом, слід зазначити, що у останнього зростає кількість вологи на 32% від її загальної кількості, яка видаляється в першому періоді, при цьому відповідно збільшується тривалість зневоднення в першому періоді, приблизно на 48% від загальної тривалості сушіння. Це явище мало місце і в проведених нами дослідженнях, а також підтверджене деякими вченими, які стверджують, що мікрохвилі легше руйнують зв'язок між матеріалом і вологою, яка є осмотично зв’язаною з матеріалом, який менше піддається дії струмів високої частоти [198, 199].

.