Сельское хозяйство/4.Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции.

Брюханов М.А.

ФГБОУ ВО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет), Россия

Особенности вакуумной сушки пищевых продуктов

Известно, что сушка при атмосферном давлении предполагает длительный контакт продукта с воздушной средой, содержащей кислород, что приводит к окислительным процессам, а высокие температуры нагрева обуславливают низкое качество готового продукта. Вакуумная сушка представляет собой процесс удаления влаги в условиях давления ниже атмосферного, но выше тройной точки воды. За счет использования вакуума удается интенсифицировать процесс сушки и избежать вышеперечисленных недостатков традиционной атмосферной сушки.

Ввиду своей эффективности вакуумная сушка получила достаточно широкое распространение в России и за рубежом при производстве пищевых полуфабрикатов, быстрорастворимых фруктовых и овощных соков и пюре, готовых блюд, пищевых добавок и т.д. [1] Продукты вакуумной сушки характеризуются рядом преимуществ по органолептическим показателям, возможности гранулирования, относительной невысокой себестоимости выработки продукта и оборудования [2].

Как правило, вакуумная сушка протекает при давлении 5÷10 кПа и щадящих температурных режимах, обеспечивающих благоприятные условия для сохранения нативных свойств продукта и его термолабильных компонентов.

Вакуумная сушка основана на трех физических закономерностях:

- зависимости скорости диффузии от температуры;

- зависимости скорости диффузии от давления;

- зависимости температуры кипения воды от давления.

При создании пониженного давления в камере сушки влага из продукта под разностью давлений начинает интенсивно перемещаться на поверхность и испаряться. При этом снижение температуры кипения дает возможность проводить процесс сушки при невысоких температурах. Источниками нагрева при этом могут быть инфракрасные лампы, микроволновое излучение, кондуктивный энергоподвод, комбинированные источники и т.д.

В процессе вакуумной сушки свободная влага, находящаяся внутри клеток продукта, удаляется первой. На этом этапе сушки больше всего происходит деформация и образование трещин и разрывов в тканях структуры материала. После этого происходит удаления связанной влаги, находящейся в микро- и макрокапиллярах клеток [3].

Большинство пищевых продуктов представляют собой капиллярно-пористые тела, в которых перенос влаги при вакуумной сушке происходит в виде пара и жидкости и зависит от многих факторов: внутренней структуры сухого скелета, содержания влаги, интенсивностью внешних воздействий и т.д. Движение жидкости в продукте при этом обусловлено рядом механизмов: диффузии, фильтрации, капиллярного и пленочного течения жидкости, термодиффузии и других явлений. Градиент давления внутри продукта возникает в результате интенсивного испарения жидкости и сопротивления пористой структуры движению образующегося пара на поверхность продукта. Поэтому на перенос жидкости оказывает влияние давление парогазовой смеси. Таким образом, на интенсивность движения влаги в большей степени зависит от молярного переноса, чем от диффузионного и капиллярного переноса влаги.

Для интенсификации испарения влаги, фильтрационного переноса пара и жидкости в продукте при вакуумной сушке используют чередование циклов вакуумирования и нагрева продукта – так называемая вакуум-импульсная сушка [4].

В работе [5] предлагается метод двухступенчатой конвективной вакуум-импульсной сушки, предполагающий 2 этапа обезвоживания. На первом этапе происходит удаление поверхностной влаги конвективным методом, температура продукта при этом нагревается от начальной до температуры мокрого термометра.

После удаления свободной влаги температура продукта повышается, стремясь к температуре теплоносителя. Если не снизить температуру, то начинается разрушение термолабильных компонентов продукта, например, витаминов. Однако снижение температуры сушки приводит к повышению ее продолжительности. Поэтому на втором этапе обезвоживания используют вакуумирование, вызывающее градиент давления, которое в свою очередь приводит к возникновению молярного движения парогазовой смеси внутри продукта [6].

Различные продукты характеризуются своими оптимальными режимами сушки. Например, для сушки сыра в изобретении [7] предлагается измельчение продукта до толщины слоя 5÷50 мм, вакуумное обезвоживание при остаточном давлении 2÷15 кПа при температуре нагрева 30÷70 °С и плотности теплового потока 40 кВт/м2. Испаряющаяся при этом влага от продукта оседает на конденсаторе холодильной машины с температурой поверхности (-20÷-50)°С.

Вакуумная сушка может осуществляться в псевдоожиженном состоянии . Способ вакуумной сушки продуктов [8] предусматривает воздействие импульсного подвода теплоты от инфракрасной лампы для поддержания температуры сушки в (30÷50)°С. Остаточное давление при этом составляет 4÷8 кПа, а слой продукта находится в псевдоожиженном состоянии вследствие воздействия вибрирующей системы. Конденсация паров влаги осуществляется в конденсаторе, пропускающем через себя проточную холодную воду.

Таким образом, были рассмотрены особенности вакуумной сушки продуктов, проведен краткий обзор способов повышения эффективности данного процесса.

Список литературы

1. Буянов, О.Н. Влияние гранулометрического состава и толщины слоя обезжиренного творога на процесс его вакуумной сушки / О.Н. Буянов, Л.М. Захарова, А.Н. Расщепкин, В.А. Ермолаев // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2008. – №10. – С. 32-33.

2. Кретов, И.Т. Технологическое оборудование предприятий пищеконцентратной промышленности / И.Т. Кретов, В.М. Кравченко, А.Н. Остриков // Воронеж: Издательство Воронежского университета., 1990. - 224 с.

3. Лабутин, В.А. Исследование процесса сушки дисперсных материалов при понижении давления / В.А. Лабутин, Р.Г. Сафин, Л.Г. Голубев // Современные аппараты для обработки гетерогенных сред. ЛТИ им. Ленсовета. Л.. - 1980. - С. 47-53.

4. Верещагин, А.Л. Вакуумно-импульсная сушка лисичек настоящих / А.Л. Верещагин, И.В. Щеглова // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2010. – № 4. – С. 102–106.

5. Родионов, Ю.В. Сравнительный анализ эффективности сублимационной и двуступенчатой конвективной вакуум-импульсной сушки / Ю.В. Родионов, И.В. Попова, Д.А. Шацкий // Труды международного научно-технического семинара «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки матриалов». – Воронеж, 2010. – С. 160-166.

6. Муштаев, В. И. Сушка дисперсных материалов / В. И. Муштаев, В. М. Ульянов. - М.: Химия, 1988. - 352 с.

7. Патент № 2405352 Российская Федерация, МПК A23C 19/086, A23B 5/04. Способ вакуумной сушки сыра/ Остроумов Л.А., Просеков А.Ю., Ермолаев В.А. № 2009121003/13. Заявлено 02.06.2009; Опубл. 10.12.2010.

8. Патент № 2004133432 Российская Федерация, МПК F26B 5/04. Способ вакуумной сушки пищевых продуктов/ Попов А.М., Белокуров А.Г., Попов А.А. № 2004133432/13. Заявлено 16.11.2004; Опубл. 27.04.2006.