Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №68 (апрель) 2019
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 23.04.2019. Последняя правка: 23.04.2019.

Сушка чернослив в поле инфракрасных лучей

Микаберидзе Малхаз Шотаевич

Кандидат технических наук, профессор, Член Академии Экологических Наук Грузии, Академик

Государственный Университет Акакия Церетели

Академический доктор, профессор,

Аннотация:
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.Проведенные многочисленные эксперименты и полученные положительные результаты свидетельствуют о целесообразности и перспективности сушки слив в поле ИК лучей.


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. Numerous experiments have shown the expediency and prospects of drying drains in the field of infrared rays.


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. 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. 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 40-60-70ºС. 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.  [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

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- задержка), 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, мин

Конечная влажность материала W2, %

температура процесса, T, 0C

I

0,35±0,5

20

20-25

81-83

240-255

56-58

75-80

II

-

-

20-25

56-58

110-120

52-56

40-50

III

0,35±0,5

20

20-25

52-55

285-295

23-25

60-70

 

     Три фази сушки слив включают в себя: сушку плодов на температуре - 75-80 0С, 240-255 минут , затем проходит задержка 110-120 мин., 40-50 0С, третья фаза сушки длится  275-290 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)

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=0,35±0,5 квт/м2,  H=20 см ,  δ=2-2,5 см,τ=240-255 мин, T=75-80 0C, облучение - двухстороннее, непрерывное;

–  II фаза: δ=2-2,5 см,τ=110-120 мин, T=45-50 0C, задержка;

–  III фаза: P=0,35±0,5 квт/м2,  H=20 см ,  δ=2-2,5 см,τ=285-295 мин, 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.
2. Микаберидзе М. Ш. Завямливание 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.
4. Микаберидзе М. Ш. Режимные параметры хранения и обработки плодов и овощей. Учебник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2016 -188 ст.
5. Микаберидзе М. Ш. Основные особенности пищевых продуктов и сырья. Справочник. Издательство - Грузинский Государственный Университет Акакия Церетели, 2012 - 50 ст.




Рецензии:

28.04.2019, 12:01 Васильев Денис Владимирович
Рецензия: Работа выполнена на актуальную и интересную тему. В тексте много опечаток, но это не уменьшает её значимость. Статья может быть опубликована.

28.04.2019 16:16 Ответ на рецензию автора Микаберидзе Малхаз Шотаевич:
Спасибо за положительную рецензию Денис Владимирович. Вот уже 10 лет работаю в исследовании ИК энергии в пищевой промышленности. Нами были изучены применение ИК энергии в производстве чая и 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 и eLIBRARY.ru - М.Ш.Микаберидзе)



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх