Исследование процесса импульсной сушки томатного сырья
А.
М. ГаджиеваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Гаджиева
А.
М. Исследование процесса импульсной сушки томатного сырья // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
4701–4705. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85941.htm.
Аннотация. В процессе исследования определены реологические характеристики томатов, выращенных в Республике Дагестан. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования импульсной сушки томатного сырья для получения порошкообразных полуфабрикатов, снижения себестоимости и повышения пищевой ценности пюреобразных продуктов. Предложен алгоритм оптимизации процесса импульсной сушки томатов способом управляемого технологического режима. Автор предлагает организовать производство сухих томатопродуктов в виде ломтиков, четвертинок и пастильной массы. Например, томатная пастила изготавливается из измельченных плодов вместе с клеточным соком, мякотью и семенами, а сухие полуфабрикаты для вторых обеденных блюд из ломтиков и четвертинок.
Текст статьи
ГаджиеваАида Меджидовна,Кандидат химических наук, доцент кафедры технологии продукции и организации общественного питания,Дагестанского государственного техническогоуниверситета, г.МахачкалаGadzhieva_aida@mail.ru
Исследование процесса импульсной сушки томатного сырья
Аннотация.В процессе исследования определены реологические характеристики томатов, выращенных в Республике Дагестан. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования импульсной сушки томатного сырья для получения порошкообразных полуфабрикатов, снижения себестоимости и повышения пищевой ценности пюреобразных продуктов.Предложен алгоритм оптимизации процесса импульсной сушки томатов способом управляемого технологического режима. Автор предлагает организовать производство сухих томатопродуктов в виде ломтиков, четвертинок и пастильной массы. Например, томатная пастила изготавливается из измельченных плодоввместе с клеточным соком, мякотью и семенами,асухие полуфабрикаты для вторых обеденных блюд из ломтиков и четвертинок.
Ключевые слова: томаты, импульсный способ сушки, оптимизация процесса, дифференциальные уравнения
Во всем мире томаты считаются одной из самых популярных культур благодаря своим ценным питательным и диетическим качествам, большим разнообразием сортов, высокой отзывчивостью на применяемые приёмы выращивания. Однако современное состояние технологии и оборудования для переработки томатного сырья требует дальнейшего развития и совершенствования.Трудами многих ученых и специалистов доказана перспективность использования функциональных компонентов, полученных способом фракционирования растительных ресурсов, включая томатное сырье, характеризующиеся высоким содержанием позитивных функциональных веществ. Фундаментальные работы в области сушки овощного сырья выполнены под руководством Аминова М.С., Бабарина В.П., Воскобойникова В.А., Гришина М.А., Леончика Б.И., Острикова А.Н., Пенто В.Б., Семенова Г.В., Шевцова А.А. и других.Это обстоятельство определяет актуальность направления создания и применение на практике биологически полноценных и сбалансированных по составу пищевых систем, основанных на адекватном, рациональном и лечебнопрофилактическом питании с условием увеличения выпуска и улучшения качества продукции способом оптимизации технологических процессов, выявлении использовании нетрадиционных растительных ресурсов АПК.Наиболее крупнотоннажным овощным сырьем, выращиваемым в Республике Дагестан, по праву считаются томаты, ежегодное производство которых в Республике более 20.000 тонн. Популярными сортами являются Альфа, Агата, Волгоградский скороспелый, Бета,Загадка, Ракета, Юлиана, Дубрава и Победитель.Весьма перспективно производство сухих томатопродуктов, имеющих высокую биологическую ценность, антиоксидантную активность и иммунозащитные свойства. Строение плодов томатов не позволяет организовать сушку в целом виде, а только нарезанными на половинки, четвертинки, ломтики или пюре.
Общепризнанные преимущества применяемого на практике для этих целей процесса сублимационной сушки, также имеет ряд недостатков, связанных с длительностью и энергоемкостью процесса [1]. Ранее используемые способы традиционной сушки овощного сырья приводят к потере значительной части биологически активных веществ [24].Наиболее приемлемым, по мнению авторов, является способ импульсной сушки, основанный на периодическом чередовании прогрева овощного сырья с последующей подачей порции инертного газа в сушильную камеру.
Импульсный способ сушки позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания томатного сырья. Однако широкое внедрение новой технологии, несмотря на накопленный нами экспериментальный и теоретический опыт, сдерживается изза отсутствия теоретической базы и технологических решений. Таким образом, физическое и математическое моделирование процесса импульсной сушки считается актуальным.Определение сорбционноструктурных показателей томатов (например, суммы объема пор и кривых их объемного распределения по радиусам) можно осуществлять с помощью адсорбционного метода, основанного на обработке экспериментальных изотерм процесса сорбциидесорбции. Интерпретация данных позволяет охарактеризовать объект сушки как переходнопористый с микропорами в объеме 4,3 %; а количество переходных пор до 95,7%. Для исследования равновесного состояния влаги в образце томатов в диапазоне температур от 0 до 60 °Cможно получить зависимость максимального гигроскопического влагосодержания материала от температуры
(1)и равновесного влагосодержания объекта сушки от температуры и относительной влажности теплоносителя,(2)где ܽ′,ܾ′,ܿ′,݀′,݁′,݂′,݃′–приняты в качестве коэффициентов политерм десорбции, зависящих от температуры.Традиционная продолжительность сушки, нарезанных томатов составляет 30...90 мин в зависимости от формы и размера нарезки овощного сырья и требуемого остаточного влагосодержания.Применение импульсной сушки позволяет интенсифицировать процесс удаления влаги в 1,31,4 раза.Для определения теплофизических характеристик томатов можно использовать способ комплексной оценки, основанный на решении уравнения теплопроводности для неограниченного цилиндра с граничными условиями первого рода, зависящими от времени. С помощью обработки экспериментальных данных можно получать следующие корреляционные зависимости тепловых коэффициентов от влагосодержания томатов в интервале температур 1,651 °С и влагосодержаний U 0,10254,0123 кг/кг:зависимостькоэффициентатеплопроводности; (3)коэффициентатемпературопроводности; (4)коэффициентатеплоемкоститоматов. (5)Коэффициенты потенциалопроводности (терминА.Ю.Чайка) образцов томатов с заданным уровнем влажностиamопределяли, обрабатывая данные кривых сушки. С этой целью образец сырья помещали в пластинчатую кювету высотой 5 мм с сетчатым дном, и подвергали сушке в изотермических условиях при скорости воздушного потока, исключающей внешнее диффузионное сопротивление (14 м/с, ). Коэффициенты потенциалопроводности определялись путем решения нелинейного уравнения:
(6)относительно критерия Фурье при известных Uср(τ) и
с последующим нахождением am. При этом использовались узкие интервалы времени, на которых среднее влагосодержаниеUср(τ) уменьшалось не более чем на 6% от первоначального U0. Обработка экспериментальных данных позволила получить зависимость amот влагосодержания и температуры
(7)при t 350,8 °CиU 0,42,5 кг/кг.
Коэффициент термодиффузии влаги внутри образца томатов можно определить с помощью политермыдесорбции, используя последовательный расчет химического потенциала, влагоемкости материала и температурного коэффициента химического потенциала. Зависимость относительного коэффициента термодиффузии от влагосодержания и температуры представлена следующейформулой:
(8)в интервале температур t 060 °Cи влагосодержаний U 03,0 кг/кг.Проведены параллельные исследования импульсного и традиционного способов сушки, показавшие возможность повышения скорости сушки с использованием дискретной обработки высушиваемого сырья инертным газом. На рисунке 1 приведены кривые скорости сушки образцов томатов с различной величиной энергоподвода.
Рис.1. Кривые скорости сушки образцов томатов14,0 кВт/м2, 23,8 кВт/м2, 33,4 кВт/м2, 43,0 кВт/м2
При этом процесс сушкив непрерывном и импульсном режимах может быть описан математической моделью третьего порядка, состоящей из трех дифференциальных уравнений, как минимум одно из которых является нелинейным. �ݑ��+ݓ�ݑ�ݔ−ܽ�[�2ݑ��2+1��ݑ��]=0�ݑ��+ݓ�ݑ�ݔ+ܽ�(�−ݐ)−�ܿ[�ݑ��+ݓ�ݑ�ݔ]=0ݓ�ݑ�ݔ+ݑ(ݓ−ݐ)ݔ�ݑ��=0
Анализируя результаты экспериментальных исследований сушки томатов и их физикохимических свойств, авторы обосновали выбор метода обезвоживания материала с помощью способа импульсной сушки.К оптимальным параметрам процесса импульсной сушки относится: подготовка нарезанного томатного сырья –ломтиков толщиной 5 мм, четвертинок объемом 3,4 см3, измельченной томатной массы с размером частиц 0,20,6 см.; режим сушки определен в интервале от 3565оС и продолжительность процесса 2565 мин.с чередованием режима обычной сушки в течение 10 мин и импульсной обработки инертным газом в течение 5 мин. Установлено, что затраты электроэнергии выше 4,0 кВт/м2значительно повышают себестоимость высушенных образцов томатов, а использование мощности ниже 3,0 кВт/м2увеличивает продолжительность процесса сушки.Как видно из данных рис. 1 скорость сушки образцов томатов зависит от величины энергоподвода к импульсной сушилке.В процессе исследования авторами теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования сухого томатного сырья для получения порошкообразных полуфабрикатов. Подготовлены рекомендации промышленности по снижениюсебестоимости и повышению пищевой ценности растительномясных продуктов питания, за счет применения томатного порошка.Заключение.Таким образом, выполненное исследование позволило охарактеризовать импульсный способ сушки томатопродуктов как перспективный, позволяющийполучать высококачественные, не окисленные порошкообразные полуфабрикаты, с низкой себестоимостью и повышенной пищевой ценностью. Исследовано равновесное состояние влаги в образце томатов в широком диапазоне температур от 0 до 60 °C, что позволило получить зависимость максимального гигроскопического влагосодержания материала от температуры.Установлен алгоритм оптимизации процесса импульсной сушки томатов способом управляемогорежима, с последовательной обработкой сырья в течение 10 мин, аимпульсный 5 мин.Томатное сырье, высушенное способом импульсной сушки, имеет полноценный химический состав и может применяться в составе комбинированных продуктов питания.
Ссылки на источники1.Семенов Г.В., Шаззо Р.И., Касьянов Г.И. Сублимационная сушка сельскохозяйственного сырья. Всб. трудов КНИИХП Современные технологии хранения и переработки сельскохозяйственного сырья. –Краснодар: Экоинвест, 2010. –С. 2529.2.Касьянов Г.И., Ломачинский В.В. Производство и использование криопорошковиз овощей и фруктов Известия вузов. Пищевая технология, № 2–3, 2010. –С. 64–65.3.Франко Е.П., Касьянов Г.И. Особенности процесса сушки плодов и овощей. //В мире научных открытий, №4, 2010. –С. 176177. 4.Чайка А.Ю. Совершенствование процесса сушки мицелия в производстве нистатина. Специальность 05.17.08.Процессы и аппараты химических технологий. Автореф. дис. к.т.н.Иваново, 2010. –25с.
Исследование процесса импульсной сушки томатного сырья
Аннотация.В процессе исследования определены реологические характеристики томатов, выращенных в Республике Дагестан. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования импульсной сушки томатного сырья для получения порошкообразных полуфабрикатов, снижения себестоимости и повышения пищевой ценности пюреобразных продуктов.Предложен алгоритм оптимизации процесса импульсной сушки томатов способом управляемого технологического режима. Автор предлагает организовать производство сухих томатопродуктов в виде ломтиков, четвертинок и пастильной массы. Например, томатная пастила изготавливается из измельченных плодоввместе с клеточным соком, мякотью и семенами,асухие полуфабрикаты для вторых обеденных блюд из ломтиков и четвертинок.
Ключевые слова: томаты, импульсный способ сушки, оптимизация процесса, дифференциальные уравнения
Во всем мире томаты считаются одной из самых популярных культур благодаря своим ценным питательным и диетическим качествам, большим разнообразием сортов, высокой отзывчивостью на применяемые приёмы выращивания. Однако современное состояние технологии и оборудования для переработки томатного сырья требует дальнейшего развития и совершенствования.Трудами многих ученых и специалистов доказана перспективность использования функциональных компонентов, полученных способом фракционирования растительных ресурсов, включая томатное сырье, характеризующиеся высоким содержанием позитивных функциональных веществ. Фундаментальные работы в области сушки овощного сырья выполнены под руководством Аминова М.С., Бабарина В.П., Воскобойникова В.А., Гришина М.А., Леончика Б.И., Острикова А.Н., Пенто В.Б., Семенова Г.В., Шевцова А.А. и других.Это обстоятельство определяет актуальность направления создания и применение на практике биологически полноценных и сбалансированных по составу пищевых систем, основанных на адекватном, рациональном и лечебнопрофилактическом питании с условием увеличения выпуска и улучшения качества продукции способом оптимизации технологических процессов, выявлении использовании нетрадиционных растительных ресурсов АПК.Наиболее крупнотоннажным овощным сырьем, выращиваемым в Республике Дагестан, по праву считаются томаты, ежегодное производство которых в Республике более 20.000 тонн. Популярными сортами являются Альфа, Агата, Волгоградский скороспелый, Бета,Загадка, Ракета, Юлиана, Дубрава и Победитель.Весьма перспективно производство сухих томатопродуктов, имеющих высокую биологическую ценность, антиоксидантную активность и иммунозащитные свойства. Строение плодов томатов не позволяет организовать сушку в целом виде, а только нарезанными на половинки, четвертинки, ломтики или пюре.
Общепризнанные преимущества применяемого на практике для этих целей процесса сублимационной сушки, также имеет ряд недостатков, связанных с длительностью и энергоемкостью процесса [1]. Ранее используемые способы традиционной сушки овощного сырья приводят к потере значительной части биологически активных веществ [24].Наиболее приемлемым, по мнению авторов, является способ импульсной сушки, основанный на периодическом чередовании прогрева овощного сырья с последующей подачей порции инертного газа в сушильную камеру.
Импульсный способ сушки позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания томатного сырья. Однако широкое внедрение новой технологии, несмотря на накопленный нами экспериментальный и теоретический опыт, сдерживается изза отсутствия теоретической базы и технологических решений. Таким образом, физическое и математическое моделирование процесса импульсной сушки считается актуальным.Определение сорбционноструктурных показателей томатов (например, суммы объема пор и кривых их объемного распределения по радиусам) можно осуществлять с помощью адсорбционного метода, основанного на обработке экспериментальных изотерм процесса сорбциидесорбции. Интерпретация данных позволяет охарактеризовать объект сушки как переходнопористый с микропорами в объеме 4,3 %; а количество переходных пор до 95,7%. Для исследования равновесного состояния влаги в образце томатов в диапазоне температур от 0 до 60 °Cможно получить зависимость максимального гигроскопического влагосодержания материала от температуры
(1)и равновесного влагосодержания объекта сушки от температуры и относительной влажности теплоносителя,(2)где ܽ′,ܾ′,ܿ′,݀′,݁′,݂′,݃′–приняты в качестве коэффициентов политерм десорбции, зависящих от температуры.Традиционная продолжительность сушки, нарезанных томатов составляет 30...90 мин в зависимости от формы и размера нарезки овощного сырья и требуемого остаточного влагосодержания.Применение импульсной сушки позволяет интенсифицировать процесс удаления влаги в 1,31,4 раза.Для определения теплофизических характеристик томатов можно использовать способ комплексной оценки, основанный на решении уравнения теплопроводности для неограниченного цилиндра с граничными условиями первого рода, зависящими от времени. С помощью обработки экспериментальных данных можно получать следующие корреляционные зависимости тепловых коэффициентов от влагосодержания томатов в интервале температур 1,651 °С и влагосодержаний U 0,10254,0123 кг/кг:зависимостькоэффициентатеплопроводности; (3)коэффициентатемпературопроводности; (4)коэффициентатеплоемкоститоматов. (5)Коэффициенты потенциалопроводности (терминА.Ю.Чайка) образцов томатов с заданным уровнем влажностиamопределяли, обрабатывая данные кривых сушки. С этой целью образец сырья помещали в пластинчатую кювету высотой 5 мм с сетчатым дном, и подвергали сушке в изотермических условиях при скорости воздушного потока, исключающей внешнее диффузионное сопротивление (14 м/с, ). Коэффициенты потенциалопроводности определялись путем решения нелинейного уравнения:
(6)относительно критерия Фурье при известных Uср(τ) и
с последующим нахождением am. При этом использовались узкие интервалы времени, на которых среднее влагосодержаниеUср(τ) уменьшалось не более чем на 6% от первоначального U0. Обработка экспериментальных данных позволила получить зависимость amот влагосодержания и температуры
(7)при t 350,8 °CиU 0,42,5 кг/кг.
Коэффициент термодиффузии влаги внутри образца томатов можно определить с помощью политермыдесорбции, используя последовательный расчет химического потенциала, влагоемкости материала и температурного коэффициента химического потенциала. Зависимость относительного коэффициента термодиффузии от влагосодержания и температуры представлена следующейформулой:
(8)в интервале температур t 060 °Cи влагосодержаний U 03,0 кг/кг.Проведены параллельные исследования импульсного и традиционного способов сушки, показавшие возможность повышения скорости сушки с использованием дискретной обработки высушиваемого сырья инертным газом. На рисунке 1 приведены кривые скорости сушки образцов томатов с различной величиной энергоподвода.
Рис.1. Кривые скорости сушки образцов томатов14,0 кВт/м2, 23,8 кВт/м2, 33,4 кВт/м2, 43,0 кВт/м2
При этом процесс сушкив непрерывном и импульсном режимах может быть описан математической моделью третьего порядка, состоящей из трех дифференциальных уравнений, как минимум одно из которых является нелинейным. �ݑ��+ݓ�ݑ�ݔ−ܽ�[�2ݑ��2+1��ݑ��]=0�ݑ��+ݓ�ݑ�ݔ+ܽ�(�−ݐ)−�ܿ[�ݑ��+ݓ�ݑ�ݔ]=0ݓ�ݑ�ݔ+ݑ(ݓ−ݐ)ݔ�ݑ��=0
Анализируя результаты экспериментальных исследований сушки томатов и их физикохимических свойств, авторы обосновали выбор метода обезвоживания материала с помощью способа импульсной сушки.К оптимальным параметрам процесса импульсной сушки относится: подготовка нарезанного томатного сырья –ломтиков толщиной 5 мм, четвертинок объемом 3,4 см3, измельченной томатной массы с размером частиц 0,20,6 см.; режим сушки определен в интервале от 3565оС и продолжительность процесса 2565 мин.с чередованием режима обычной сушки в течение 10 мин и импульсной обработки инертным газом в течение 5 мин. Установлено, что затраты электроэнергии выше 4,0 кВт/м2значительно повышают себестоимость высушенных образцов томатов, а использование мощности ниже 3,0 кВт/м2увеличивает продолжительность процесса сушки.Как видно из данных рис. 1 скорость сушки образцов томатов зависит от величины энергоподвода к импульсной сушилке.В процессе исследования авторами теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования сухого томатного сырья для получения порошкообразных полуфабрикатов. Подготовлены рекомендации промышленности по снижениюсебестоимости и повышению пищевой ценности растительномясных продуктов питания, за счет применения томатного порошка.Заключение.Таким образом, выполненное исследование позволило охарактеризовать импульсный способ сушки томатопродуктов как перспективный, позволяющийполучать высококачественные, не окисленные порошкообразные полуфабрикаты, с низкой себестоимостью и повышенной пищевой ценностью. Исследовано равновесное состояние влаги в образце томатов в широком диапазоне температур от 0 до 60 °C, что позволило получить зависимость максимального гигроскопического влагосодержания материала от температуры.Установлен алгоритм оптимизации процесса импульсной сушки томатов способом управляемогорежима, с последовательной обработкой сырья в течение 10 мин, аимпульсный 5 мин.Томатное сырье, высушенное способом импульсной сушки, имеет полноценный химический состав и может применяться в составе комбинированных продуктов питания.
Ссылки на источники1.Семенов Г.В., Шаззо Р.И., Касьянов Г.И. Сублимационная сушка сельскохозяйственного сырья. Всб. трудов КНИИХП Современные технологии хранения и переработки сельскохозяйственного сырья. –Краснодар: Экоинвест, 2010. –С. 2529.2.Касьянов Г.И., Ломачинский В.В. Производство и использование криопорошковиз овощей и фруктов Известия вузов. Пищевая технология, № 2–3, 2010. –С. 64–65.3.Франко Е.П., Касьянов Г.И. Особенности процесса сушки плодов и овощей. //В мире научных открытий, №4, 2010. –С. 176177. 4.Чайка А.Ю. Совершенствование процесса сушки мицелия в производстве нистатина. Специальность 05.17.08.Процессы и аппараты химических технологий. Автореф. дис. к.т.н.Иваново, 2010. –25с.
