Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Вакпрофи. Публикация статей ВАК, Scopus
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 05.10.2018. Последняя правка: 04.10.2018.

Сушка чернослив в поле инфракрасных лучей

Микаберидзе Малхаз Шотаевич

Кандидат технических наук, профессор

Государственный Университет Акакия Церетели

Академический доктор, профессор

Аннотация:
Данная статья посвящена интенсификации процессов сушки чернослив в поле инфракрасных (ИК) лучей. Нами были изучены режимы технологической операции сушки плодов сливы и проонализирован термический процесс графическим методом. В качестве источника энергии было выбрано ИК лучистая энергия, в том смысле, что она отличается от других энергий рядом преимуществ: экологическая чистота, улучшение качества продукции, простота технологического оборудования, интенсивность технологических процессов и т. д.


Abstract:
This article is devoted to the intensification of the processes of drying prunes in the field of infrared (IR) rays. We have studied the modes of technological operation of drying plum fruits graphically. As an energy source, IR beam energy was chosen, in the sense that this energy is radically different from other energies with a number of advantages: ecological purity, improvement of product quality, simplicity of technological equipment, intensity of technological processes and so on.


Ключевые слова:
сушка слив; инфракрасные лучи; изучение режимов процесса графическим методом

Keywords:
drying plums; infrared rays; the study of modes by the graphic method


УДК 66-9

Введение

Развитие технологии и техники сушки позволило производить сухие плодоовощные продукты, как в промышленных, так и в семейных условиях. По рекомендации медиков употребление сухофруктов не имеет ограничения. Плоды черной сливы отличаются от других фруктов, своими высокими вкусовыми и биологическими ценностями. В их химическом составе входят различные биоактивные соединения, микро и макро элементы. [4,ст.25].

Сушка в пищевой промышленности считается основным технологическим процессом, которая может быть осуществлена с использованием различных методов сушки [1,ст.294].

Чтобы получить высококачественный сущенный продукт, необходимо выбрать индивидуальный метод сущки конкретного растительного сырья и оптимальные режимные параметры процесса. Научный подход к методу сушки обеспечивает сбалансированное удаление влаги из сырья, максимальное содержание полезных веществ, аромат, вкус и цвет продукта [3,ст.166 ].

Известно, что для сушки сливы пригодны биологический зрелые плоды. Выбранное сырье должено быть кондиционным (не менее 25 мм по размеру, с содержанием сухого вещества 15-22%). Перед сушкой сырье проходит механические процессы – мойка, инспекция, калибровка, разделение плодов, удоление коточек. После чего материал готов к сушке [5, ст.42].

Цели, задачи, материалы и методы:

Эксперименты были проведены по предварительно составленной программе и методике (на базе Государственного Университета Акакия Церетели – Аграрный факультет).

Целью исследования являплась интенсификациия производства сухих чернослив, установление возможности и эффективности процесса сушки чернослив в поле ИК лучей, определение режимов сушки и анализ процесса графическим методом, улучшение качества продукции, научное утверждение параметров и режимов данного процесса. На следующем этапе исследовании планируется энергетический, материальный и геометрический расчет машинно-аппаратурной системы для тепловой обработки чернослив в поле ИК лучей.

В качестве источника энергии была выбрана ИК лучьевая энергия. Для экспериментов была использованна экспериментальная сушильная установка. Эта энергия радикально отличается преимущественно от других: ИК лучи значительно увеличивают интенсивность технологических процессов, их влияние максимально сохраняет полезные вещества, значительно повышается качество и способность хранения продукта [2,ст.19].

Выбранная нами технологическая схема производства сушеных слив с использованием энергии инфракрасного излучения состоит в следующем (рис. 1)

Технологическая схема производства сушеных слив с использованием энергии инфракрасного излучения

Рис. 1 Технологическая схема производства сушеных слив с использованием энергии инфракрасного излучения

После многочисленных экспериментов и поисков был сделан вывод, что искусственная (машинная) сушка плодов сливы эффективна в три этапа. Такой способ сушки дает возможность получить высококачественный сухой продукт со сбалансированной остаточной влажностью. Для экспериментов брали желаемый материал (100 г), вносили в предварительно нагретую камеру. Оптимальной температурой процесса брали 75-80 °С (I-фаза сушки), 40-50 °С (II фаза сушки), 60-70 °С (III фаза сушки).

Научная новизна

Нами изучены, выявлены и определены основные факторы, действующие на процесс термической обработки сырья: плотность облучения, расстояние между генераторами и материалом, длительность процесса, плотность облучения. Результаты экспериментов - оптимальные параметры режимов сушки чернослив в поле ИК лучей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Оптимальные режимные параметры сушки плодов сливы в поле ИК лучей

Фазы сушки

плотность облучения, P, Вт/м2

расстояние между сырьем и генераторами, H, см

Толшина слоя материала δ , мм

Начальная влажность материала W1, %

продолжительность процесса τ, сек

Конечная влажность материала W2, %

температура процесса, T, 0C

I

0,30±0,5

20

20-25

81-83

60-65

23-25

75-80

II

0,30±0,5

20

20-25

81-83

110-120

23-25

40-50

III

0,30±0,5

20

20-25

81-83

95-100

23-25

60-70

 

Три фази сушки слив включают в себя: сушку плодов на температуре - 75-80 0С, 60-65 минут , затем проходит задержка 110-120 мин., 40-50 0С, третья фаза сушки длится 95-100 минут при температуре 60-70 0С, до тех пор, пока остаточная влажность полуфабриката не достигнет 23-25%.

Таблица 2. Результаты определения параметров состояния воздуха по Id диаграмме во второй фазе сушки

Параметры окружающей среды (точка А)

Параметры окружающей среды в лабораторной камере (точка В)

Параметры окружающей среды во вне лабораторной камеры (точкаС)

to = 200 С

t1 = 500 С

t2 = 250 С

φ0 = 40%

φ1 = 8%

φ1 = 80%

do=5,9 г/кг сух. возд.

d1=5,9 г/кг сух. возд.

d2 = 16 г/кг сух. возд.

I0=33,5кдж/кг сух.возд.

I1=66,4кдж/кг сух.возд.

I2=66,4кдж/кг сух.возд.


Таблица 3. Результаты определения параметров состояния воздуха по Id диаграмме в третьей фазе сушки

Параметры окружающей среды (точка C)

Параметры окружающей среды в лабораторной камере

(точка D)

Параметры окружающей среды во вне лабораторной камеры (точка Е)

to = 250 С

t1 = 600 С

t2 = 330 С

φ0 = 80%

φ1 = 13%

φ1 = 80%

do=16 г/кг сух. возд.

d1=16 г/кг сух. возд.

d2=27,1 г/кг сух. возд.

I0=66,3кдж/кг сух.возд.

I1=102,7кдж/кг сух.возд.

I2=102,7кдж/кг сух.возд.

 

В лабораторной камере температура среды повышалась от t0 до t1 с помощью селективного включения ИК генераторов. Как следствие, значения энтальпий воздуха увеличивались с I0 до I1 (d0 = d2). Процесс нагрева воздуха в камере изображен прямой АВ. В сушильной камере сырье нагревалось за счет уменьшения температуры воздуха от t1 до t2. В процессе сушки из сырья удолялась вода, исходя из этого, содержание влаги в камере увеличивалась от d1 до d2, что повышало относительную влажность от φ1 до φ2. Энталпии воздуха - I1 = I2 оставались неизменными (рис. 2).

По известным начальным значениям температуры t0и относительной влажности φ0 наружного воздуха находили точку Аи параметры I0 и do.Зная температуру сушки t1, от точки Апроводили вертикальную линию, параллельную линии постоянного влагосодержания, до пересечения с линией температуры t1. Параметры точки Вбудут: d1=do,I1и φ1. Затем от точки Впроводили прямую, параллельную линии постоянной энтальпии I1 до пересечения с линией заданной конечной температуры воздуха t2.

По I – d диаграмме определили параметры состояния воздуха во второй (табл. 2) и в третьей фазах сушки (табл. 3).

 

Графический анализ сушки слив с использованием энергии инфракрасного излучения (I – d диаграмма)

Рис. 2 Графический анализ сушки слив с использованием энергии инфракрасного излучения

(Id диаграмма)

Заключение, результаты, выводы

Выявлены основные факторы и взаимосвязь процессов термической обработки слив в поле ИК лучей: плотность облучения, расстояние между сырьем и ИК генераторами, толщина слоя, продолжительность процесса, влажность материала до и после сушки, вид облучения (двухсторонний, односторонний, непрерывный), температура процесса.

Процесс сушки разделили на три фазы и установили оптимальные режимы процесса сушки. На диаграмме (I – d) определили параметры состояния воздуха во второй и в третьей фазах сушки.

Оптимальные технологические режимы обработки чернослив в поле ИК лучей таковы:
I фаза: P=0,3±0,5 квт/м2, H=20 см , δ=2-2,5 см,τ=60-65 сек, T=75-80 0C, облучение - двухстороннее, непрерывное;
II фаза: P=0,3±0,5 квт/м2, H=20 см , δ=2-2,5 см,τ=110-120 сек, T=45-50 0C, облучение - двухстороннее, непрерывное;
III фаза: P=0,3±0,5 квт/м2, H=20 см , δ=2-2,5 см,τ=95-100 сек, T=65-70 0C, облучение - двухстороннее, непрерывное.

Предложенный технологический метод термической обработки – сушки чернослив в поле ИК лучей, целесообразен и перспективен.Использование ИК Энергии увеличивает интенсивность процесса по сравнению с существующими методами сушки слив, снижаются потери сырья, улучшается качество (0,5-0,8 балл) и устойчивость хранения продукта, улучшаются условия труда и др.

Библиографический список:

1. Микаберидзе М. Ш. Процессы и машинно-аппаратурные системы пищевых производств. Учебник. Издательство - Грузинский Грузинский Государственный Университет Акакия Церетели, г. Кутаиси, 2015- 492 ст(на Грузинском языке).
2. Микаберидзе М. Ш. Завяливание чайного листа инфракрасными лучами. Монография. Издательство - Грузинский Государственный Университет Акакия Церетели, г. Кутаиси, 2010-120 ст. (на Грузинском языке).
3. Микаберидзе М. Ш., Кинцурашвили К. M.. Технология и технологическое оборудование сушки плодов и овощей. Учебник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2014 - 300 ст. (на Грузинском языке).
4. Микаберидзе М. Ш. Режимные параметры хранения и обработки плодов и овощей. Учебник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2016 -188 ст. (на Грузинском языке).
5. Микаберидзе М. Ш. Основные особенности пищевых продуктов и сырья. Справочник. Издательство - Грузинский Государственный Университет Акакия Церетели, 2012 - 50 ст. (на Грузинском языке).




Рецензии:

5.10.2018, 15:39 Ашмаров Игорь Анатольевич
Рецензия: Статья посвящена агропромышленной тематике и выполнена на актуальную тему, связанную с сохранением сельскохозяйственного урожая культуры сливы (чернослив). Представленная автором статья носит оригинальный характер, обладает научной новизной, хорошо структурирована, что позволяет легко понять смысл работы и её важность для народного хозяйства. Понятна суть технологии, изученной и рекомендованной автором в статье, связанная с использованием инфракрасных лучей (ИК-излучения). Эксперименты убедительно показывают теоретическую возможность применения данной технологии, но, к сожалению, ничего не сказано о практическом применении и способах промышленного использования данной технологии. Ведь сушить чернослив в микроволновке было бы очень неудобно и дорогостояще. Есть ли такие промышленные установки, которые позволят нам производить сушку чернослив в поле инфракрасных лучей. Было бы неплохо сказать и об этом. Впрочем, это не снижает ценности проведенного исследования. По-моему мнению, статью можно рекомендовать к печати в СМИ.

06.10.2018 14:14 Ответ на рецензию автора Микаберидзе Малхаз Шотаевич:
Большое спасибо за положительную рецензию. На следующем этапе исследовании планируется энергетический, материальный и геометрический расчет машинно-аппаратурной системы для тепловой обработки чернослив в поле ИК лучей, что позволит сконструировать экспериментальную установку с малой и большой производительностью. Спасибо большое....

5.10.2018, 17:22 Грабовский Николай Борисович
Рецензия: Согласно названию статьи и показателю УДК (66) ее следует разместить в другом разделе, например Пищевая промышленность. К сельскому хозяйству она имеет косвенное отношение.
06.10.2018 14:14 Ответ на рецензию автора Микаберидзе Малхаз Шотаевич:
Хранение и реализация аграрной продукции технически сложно. Высокое содержание влаги уменьшает продолжительность хранения и реализацию аграрного сырья. Производство и потребление сухих фруктов во всем мире берет большой оборот. Популярность сухофруктов обусловлена многими факторами: сухие продукты легко усваивает организм человека, продукт занимает небольшой объем, в некоторых случаях имеет лучшие вкусовые качества, чем соответствующее сырье и т. д. Что касается вашего отзыва - согласен, но учитывая проблемы сельского хозяйства, сырья и пищевой промышленности неплохо объединить эти разделы

27.10.2018, 10:02 Васильев Денис Владимирович
Рецензия: Предприятия сельского хозяйства занимаются не только производством, но и переработкой своей продукции, и её хранением. Поэтому статья вполне может находиться в разделе сельское хозяйство. Что касается самой статьи, то относительно того, что «По рекомендации медиков употребление сухофруктов не имеет ограничения», можно поспорить, поскольку…. В тоже время сам метод сушки фруктов с помощью инфракрасного излучения действительно безвреден, потому, что это не ионизирующее тепловое излучение, входящее в спектр излучения солнца. Но говорить, что «Эта энергия радикально отличается преимущественно от других» нельзя, поскольку её отличие от других электромагнитных излучений только в длине волны и собственно энергии. По своей природе это тоже излучение, что и обычный свет, ультрафиолетовое и даже рентгеновское излучение. Не совсем понятен принцип сушки. Ведь инфракрасное излучение слабо нагревает воздух, он в основном нагревается от предметов, которые нагревает ИК излучение. Поэтому непонятно как можно нагревать сырьё за счет уменьшения температуры воздуха. Возможно, он охлаждается благодаря изотермическому сжатию? Как обеспечивалось двухстороннее облучение. Что за генераторы ИК излучения. Лампы или теплоэлементы? Как за 1-2 минуты (в таблице указывается 60 секунд), при температуре всего 70 – 80 градусов, влажность уменьшалась на 50% на всю толщину сливы без того, чтобы ягоды не потеряли товарный вид? При конвективной сушке с той же температурой на это уходит около 6 часов. И еще, много одно замечание. Много ошибок в тексте. В целом же статья интересная, актуальная и ее можно рекомендовать к печати после небольших уточнений без которых информационная ценность статьи представляется очень небольшой.



Комментарии пользователей:

1.11.2018, 8:31 Микаберидзе Малхаз Шотаевич
Отзыв:  Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в капиллярно-пористые продукты. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона ( "коротковолновое" (0,76—1,5 мкм) и дальнее "длинноволновое" (1,5—400 мкм)) оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах. Использование инфракрасного излучения является перспективным направлением в сушке пищевых продуктов. Сущность инфракрасного излучения заключается в возбуждении атомов и молекул, которое происходит при их тепловом движении. Тело, поглотившее такое излучение будет нагреваться из-за увеличения теплового движения его атомов и молекул. В данном случае энергия переносится от тела, обладающего большим потенциалом переноса тепла, к телу с меньшим потенциалом. Что касается пищевых продуктов, то в них инфракрасное излучение проникает примерно на 6-12 мм в глубину. Сюда доходит не так много излучаемой энергии. Но стоит отметить, что на глубине 6-7 мм рост температуры высушиваемого продукта значительно выше, чем при конвективной сушке. Это происходит за счёт воздействия на продукт коротковолновых лучей инфракрасного диапазона, которые оказывают более глубокое воздействие на молекулярную структуру. Особенность инфракрасной сушки продуктов заключается в том, что выбирается такая длина волны излучения, которая воздействует только на воду в продукте. Это излучение не поглощается самим продуктом, что даёт возможность проводить процесс сушки при довольно низких температурах в 40-60ºС. Благодаря этому в продукте сохраняются витамины и биологически активные вещества. А значит, первоначальный цвет и вкус остаются неизменными. Такие характеристики процесса сушки продуктов с применением инфракрасного излучения позволяют говорить о том, что это направление является в настоящее время одним из самых перспективных среди других методов сушки пищевых продуктов. Данный метод сушки сохраняет в продукте до 90% витаминов и других полезных веществ. особенность процесса инфракрасной сушки имеет следующие положительные моменты: - отсутствует повреждение тканей продукта на клеточном уровне, сохраняются витамины, не происходит карамелизации сахара; - отсутствуют потери тепла через стенки оборудования и вентиляцию, так как процесс сушки проходит при довольно низких температурах; - инфракрасное излучение уничтожает всю микрофлору, обеспечивая стерильность готового продукта. Нами были изучены применение ик энергии в производстве вина, сухофруктов, в переработке вторичных материальных ресурсов, в переработке фундука, в производстве эфирных масел и т. д. Получены положительные результаты (информацию можете наитии в Google scholar- М.Ш.Микаберидзе)


7.12.2018, 8:38 Микаберидзе Малхаз Шотаевич
Отзыв: Прошу специалистов компетентных к тематике статьи оставить свои коменьтарий. С уважением автор статьи - профессор Микаберидзе Малхаз Шотаевич


Оставить комментарий


 
 

Вверх