Способи висушування яблук, та їх вплив на споживчі властивості

     З підвищенням температури сушильного агента інтенсивність випаровування вологи збільшується за рахунок збільшення теплообміну між яблуками і сушильним агентом, а тривалість сушіння скорочується. Однак температура в кінці сушіння не повинна бути вище критичної для висушуваного матеріалу. Для яблук вона коливається в межах 55-65 0С.

     Із зменшенням відносної вологості процес сушіння прискорюється. Але сушка з низькою відносною вологістю пов'язана із зайвою витратою тепла і, отже, подорожчанням процесу. Крім того, низька відносна вологість сушильного агента спочатку сушіння сприяє швидкому переміщенню вологи і утворення скоринки на поверхні, що уповільнює сушку. Для яблук відносна вологість відпрацьованого повітря повинна бути в межах 35-45%.

     Швидкість сушильного агента - залежить від його кількості, що надходить в установку, перерізу камери, напрямки руху. У тунельних сушарках швидкість руху сушильного агента становить 2,8-3,5 м / с, а в стрічкових - 0,2-0,5 м / с.    При русі сушильного агента перпендикулярно яблукам теплообмін збільшується приблизно в 2 рази в порівнянні з паралельним. Тому для сушіння у нерухомому шарі застосування стрічкових сушарок більш ефективно, ніж тунельних.

    Товщина шару - залежить від виду сировини, форми, колоїдно-хімічних властивостей, початкової і кінцевої вологості. Сушка яблук в тонкому шарі на початку процесу і більш товстому в кінці створює сприятливі умови для отримання продукту хорошої якості і ефективного використання сушильної установки. Цей принцип використовується в стрічкових сушарках.

    Стан шару - визначає активну поверхню контакту з сушильним агентом. Використання нагрітого повітря в якості сушильного агента, який є одночасно тепло передатчик, вологопоглиначем і вологовидалителем, обумовлює порівняльну простоту конструкцій конвєктивних сушарок. При інших способах сушіння перебуває в контакті з продуктом повітря використовується лише для видалення испарившейся вологи. Технічні способи здійснення конвєктивного сушіння найрізноманітніші: в щільному шарі, у зваженому, в розпиленому стані і т.д.

    Процес сушіння у нерухомому і малорухливому шарі здійснюється в камерних, стрічкових, тунельних і шахтних сушильних установках.

   Камерна сушарка - основним вузлом є сушильна прямокутна камера, всередині якої міститься висушуваного продукту. Це сушарка періодичної дії. Сушка проводиться нагрітим повітрям або сумішшю топкових газів з повітрям.

   Стрічкові (конвеєрні) сушарки - використовуються широко на овочесушильний підприємствах для сушіння овочів, фруктів, нарізаних на дрібні шматки. Сушіння здійснюється повітрям, нагрітим в калориферах. Особливістю їх є те, що продукт висушується в щільному шарі висотою 7,5-15 см. Стрічкові конвеєрні сушарки забезпечують безперервність процесу. Але обмежена швидкість і нерівномірний розподіл сушильного агента призводять до нерівномірного розподілу теплоти і вологи і місцевим перегрівів.

   Тунельні сушильні установки використовуються для висушування плодів, ягід, грибів. Являють собою наскрізну подовжену камеру, усередині якої висушуваного продукту переміщається у вагонетках. Кожна вагонетка має 20-30 полиць, на яких встановлюються сітчасті піддони з висушують матеріалом. На кожен піддон поміщається від 15 до 25 кг продукту. По режиму роботи відносяться до сушарок безперервної дії. Довжина цих сушарок від 10 до 100 м, ширина - від 2 до 10 м. При експлуатації необхідно дотримувати відстань між матеріалів, стінами та стелею, а також між вагонетками 70-80 мм. Циркуляція сушильного агента здійснюється як за рахунок природної конвекції, так і примусовою, останні сушарки більш продуктивні і економічні. У цих сушарках використовують реверсування (зміна напрямку подачі сушильного агента). Це дозволяє збільшити рівномірність процесу сушіння. Сушильним агентом є суміш топкових газів і повітря. У сушарці передбачена рециркуляція частини відпрацьованого повітря, це підвищує економічність. Початкова температура сушіння 45-50 С, кінцева - 75-80 С. Використання спочатку процесу сушіння м'яких умов для видалення вологи з поступовим підвищенням температури сприятливо для фруктів, які важко піддаються сушці (виноград, абрикоси).Застосування в них суміші топкових газів з повітрям хоча і економічно за витратами теплоти, але не виключає можливості утворення при сушінні канцерогенних речовин.

   Шахтні сушарки являють собою вертикальні шахти прямокутного перерізу розміром не менше 80 мм. Стінки найчастіше сітчасті або жалюзійні. Сушарки можуть бути прямоточні або рециркуляційні. У прямоточних сушарках продукт проходить через сушильну камеру один раз, в рециркуляційних - кілька разів, число рециркуляції залежить від початкової вологості продукту. Ці сушарки забезпечують безперервність процесу, але швидкість сушіння в них в 2-3 рази нижче в порівнянні із стрічковими конвеєрними сушарками.

   При зневодненні продуктів в щільному шарі не вся поверхня висушуваного матеріалу бере участь у теплообміні. Тому процес протікає повільно, тривалість сушіння висока, можливі перегріви продукту на окремих ділянках. Сушарки громіздкі і мають невисоку продуктивність. Готовий продукт погано набрякає, відновлюється при тривалому кип'ятінні (20-25 хв.). Значне прискорення процесів тепло - і масообміну досягається при сушінні продуктів в перемішувати шарі.

   Сушка в зваженому шарі. Спосіб застосовується для плодів та овочів, нарізаних кубиками з розмірами грані від 8 до 20 мм.

    При сушінні у зваженому шарі нагріте повітря рухається крізь шар матеріалу, теплообмін збільшується в 2 рази. Подальше прискорення сушки відбувається за рахунок переходу матеріалу з нерухомого шару у зважений. Зважений шар поділяється на киплячий та фонтануючий. Киплячий шар характеризується безперервним і безладним рухом і перемішуванням частинок в певному обсязі по висоті, високо розвиненою поверхнею дотику матеріалу з нагрітим повітрям, так як при цьому способі сушіння кожна частка рівномірно омивається з усіх боків потоком нагрітого повітря. Це призводить до рівномірного нагріву матеріалу і миттєвому видаленню прикордонного шару випаровується вологи. Це дозволяє застосовувати підвищені температури сушильного агента (110-180 С в залежності від виду матеріалу). В результаті значно скорочується процес сушіння, зменшується вплив теплоти на продукт, збільшується питома навантаження матеріалу, краще зберігаються властивості продукту (в порівнянні з низькотемпературної сушінням в нерухомому шарі). Перехід частинок з нерухомого шару в киплячий відбувається при досягненні критичної швидкості повітря, який пронизує шар висушуваного матеріалу. При збільшенні швидкості руху повітря відбувається розпушення матеріалу, збільшення його обсягу та перехід часток у зважений стан. Висота зваженого шару визначається для конкретної швидкості руху повітря. Це пояснюється порізно шару та швидкістю повітря між частками висушуваного матеріалу.  кість повинна бути менше швидкості витання, інакше висушуваного матеріалу буде нестися з потоком повітря. Швидкість повітря впливає на тривалість сушіння матеріалу в «киплячому» шар тільки в період постійної швидкості. У період падаючої швидкості зменшення вологості не залежить від швидкості повітря, так як вона не прискорює переміщення вологи усередині матеріалу. Тому сушку харчових продуктів проводять при мінімальній швидкості, яка забезпечує стійкий рух і перемішування частинок різних розмірів для того чи іншого матеріалу (тобто розвинена стадія киплячого або фонтанує шару).Питоме навантаження матеріалу впливає на тривалість сушіння також тільки в період постійної швидкості сушіння. При збільшенні питомого навантаження в 4 рази відбувається зниження швидкості сушіння в цей період за рахунок зниження потенціалу сушильного агента в 1,2 рази. Видалення зв'язаної вологи (залишкової), яке відбувається в період падаючої швидкості сушки, не залежить від питомого навантаження матеріалу. Оптимальні питомі навантаження при сушінні в «киплячому» шарі складають, в кг/м2: для овочів і круп 100-120; для плодів - 60-80.Застосування високих температур при сушінні призводить до інтенсифікації видалення залишкової вологи за рахунок переміщення її всередині матеріалу у вигляді пари, випаровуванням вологи всередині часток. Тому продукти можна висушувати до залишкового вологовмісту 1-2% за невеликий проміжок часу. Глибока сушка призводить до збільшення тривалості зберігання готового продукту. Частинки матеріалу в процесі сушіння при високих температурах не дають усадки, зберігають первісну форму і об'єм. Дрібнопористою будова рослинних тканин знижують парціальний тиск над поверхнею висушують частинок і зменшують температуру кипіння. Відбувається інтенсивне утворення пари усередині частинок, зоною випаровування стає весь обсяг, і усадки продукту не відбувається. Але це можливо лише при розвиненій поверхні киплячого шару при рівномірному нагріві частинок з усіх боків. Отримані при сушінні частинки мають пористу будову, мають високий коефіцієнт набухання (збільшення об'єму частинки при поглинанні води) і невелику тривалість розварювання. При сушінні круп в киплячому шарі практично не змінюється вміст крохмалю, білків і цукру. Це сприяє збереженню високої харчової цінності продуктів. Оптимальними температурами для сушіння яблук - 110-120.

       Сушка у вспеніном стані. Цей спосіб використовується для сушіння пюре, концентрованих соків. Сутність способу полягає в тому, що пюреподібний або концентрований рідкий продукт збивається в стійку піну у присутності пеностабілізірующіх речовин і висушується до низької залишкової вологості (2-4%). Вспєніваніє надає продукту більш жорстку структуру і збільшується поверхня для дифузії вологи. З точки зору теплопередачі спосіб недостатньо ефективний, так як піна має низьку теплопровідність. Тим не менш спосіб не вимагає високої температури і тривалість його становить від 3 до 20 хв. Стійку піну отримують при збиванні з емульгатором, який додають в кількості 1-2% до маси продукту. В якості емульгаторів використовують: моностеарат гліцерину, метилцелюлозу, яєчний альбумін, желатин, сухе молоко, розчинна крохмаль, альгінати та ін.

   Сушать піну різними способами: рівномірно розподіляють тонким шаром на транспортній стрічці з нержавіючої сталі і сушать зустрічним потоком повітря; видавлюють зі спеціальних пристроїв - екструдерів на стрічку в умовах вакууму. При проходженні сушильного агента через піну в ній утворюються кратери, і піна швидко висихає. Висушений продукт подрібнюють і просівають.   Переваги способу: забезпечує швидке отримання повністю відновлюваного продукту з максимальним збереженням смакових і харчових достоїнств сировини. За якістю спосіб може конкурувати з сублімаційної сушінням, але він значно дешевше.

2.2 Кондуктивний спосіб сушіння

     Цей спосіб сушіння широко застосовується для зневоднення яблук. Кондуктивний (контактний) спосіб заснований на передачі теплоти матеріалу при зіткненні з гарячою поверхнею. Повітря при цьому способі служить тільки для видалення водяної пари з сушарки і є вологопоглиначем. Коефіцієнт тепловіддачі при цьому способі в десятки разів вище, ніж при конвєктивної сушки.

   Температура в різних шарах матеріалу різна: найбільша - у шару, який контактує з гарячою поверхнею, найменша - у зовнішнього шару. Вологовміст в процесі сушіння даним способом поступово збільшується від шарів, що стикаються з нагрітою поверхнею, до зовнішніх верствам. Гаряча поверхня найчастіше обігрівається водяною парою, температура якого вище 100 С, тому шари матеріалу, що контактують з гарячою поверхнею, можуть досягти цієї температури і відбуваються місцеві перегріви. Через це ступінь розчинності сухих продуктів, отриманих по даному способу, складає 80-85%. Обов'язкова умова при даному способі сушіння - хороший контакт матеріалу з гарячою поверхнею.

    Сушіння відбувається в вальцьових сушильних установках. Тривалість сушіння визначається одним поворотом вальців. Продукт висушується у вигляді тонкого шару.

 Схема двохвальцовой сушильної установки наведена на малюнку 1.

Ці сушарки неприривно діючи. Продуктивність їх становить 250-500 кг випареної вологи в годину. Мають два порожнистих циліндричних вальця (5). Зовнішня поверхня вальців шліфується і полірується. З торця вальці закриті знімними кришками і цапфами. Одні цапфи (6) суцільні для приводу, інші (8) порожнисті, через них вводиться пара і відводиться конденсат (по сифонної трубці 9, яка з'єднується з конденсатом відхідників). Тиск пари в вальцях 0,3-0,5 МПа. Зазор між вальцями регулюється від 0 до 6 мм (в робочому положенні зазор дорівнює 1-2 мм). Над вулицями розташований витяжний парасоль (4) для видалення випареної вологи. Вальці обертаються з однаковою частотою (4-24 хв-1) назустріч один одному. Продукт для сушіння надходить або в спеціальні жолоби (2), які розташовані зовні посередині обох вальців, це дозволяє збільшити корисну площу їхньої поверхні до 85-87%. У жолобах на горизонтальних валах закріплені диски (1). При обертанні валів вони занурюються в продукт і покриваються його шаром. Для зняття сухого продукту встановлюються ножі (3). Продукт висушується у вигляді тонкої плівки за один оборот вальців. Тривалість сушіння (одного обороту) становить від 2,5 до 15 с.

    Переваги способу: інтенсивність сушіння (через високого коефіцієнта теплопередачі між нагрітою поверхнею і матеріалом), завдяки цьому продукт швидко зневоднюється; невисокі витрати енергії; простота; невисока вартість обладнання.

   Недоліки способу: продукт піддається механічній дії - його зрізують ножами, потім розмелюють в порошок, тому якість нижче, ніж при розпилювальної сушки. При зіткненні продукту з нагрітими вальцями відбувається необоротна теплова коагуляція білків; термічний розклад цукру і зміна кольору.

                          2.3 Сушка термоізлученіем

     Сушка термоізлученіем - використання інфрачервоних променів. Інфрачервоні промені - невидимі теплові промені з довжиною хвилі від 0,77 до 340 мкм. Для сушіння яблук практичне застосування знайшли короткохвильові інфрачервоні промені з довжиною хвилі близько 1,6-2,2 мкм. При цьому способі сушіння до матеріалу підводиться тепловий потік в 30-70 разів могутніше, ніж при конвєктивной сушці. Швидкість сушіння збільшується в порівнянні з конвєктивною, але не пропорційно збільшенню теплового потоку. Це пояснюється тим, що швидкість сушіння залежить не стільки від швидкості передачі тепла, скільки від швидкості переміщення вологи усередині матеріалу. Для збереження високих показників якості висушеного продукту застосування потужних потоків інфрачервоних променів не рекомендується.

   Для прискорення процесу сушіння необхідно, щоб інфрачервоні промені проникали в матеріал на достатню глибину. Це залежить від пропускної здатності матеріалу і від довжини хвилі інфрачервоних променів: чим менше довжина хвилі, тим вище проникаюча здатність інфрачервоних променів. Проникність яблучного матеріалу збільшується зі зменшенням товщини шару і з пониженням вологості матеріалу. При сушінні яблучного матеріалу з малою проникністю може відбутися швидке висушування поверхневого шару і високі градієнти температури і вологості всередині матеріалу приведуть до розтріскування. При сушінні інфрачервоними променями в матеріалі виникають перепади температур, під дією яких волога переміщається по напрямку теплового потоку всередину матеріалу.

  Для яблук рекомендується переривчасте опромінення. У період припинення подачі інфрачервоних променів через інтенсивне випаровування температура поверхні різко знижується, температурний градієнт змінює свій напрям (оскільки температура всередині вище, ніж на поверхні) і волога переміщається з центральних шарів до поверхневих, де і випаровується.

     Сушарки з електричним обігрівом компактні, але висока витрата електроенергії і нерівномірність сушіння обмежує їх застосування. Сушарки з газовим обігрівом більш економічні і забезпечують більш рівномірну сушку.

                     2.4 Сушіння струмами високої частоти

       При високочастотної сушінні підведення тепла здійснюється за допомогою поля електричного струму високої (10-25 мГц) і надвисокої (2000-2500 мГц) частоти. Вологі матеріали яблучного походження є діелектриками, володіють властивостями напівпровідників. До їх складу входять іони електролітів, електрони, молекули полярних і неполярних діелектриків, що володіють дипольним моментами. В електромагнітному полі диполі розташовуються віссю вздовж поля. Потрапляючи в змінне електромагнітне поле, вони здійснюють коливальні рухи, прагнучи слідувати за полями.

     При сушінні матеріал поміщається між обкладками конденсатора, до яких подається струм високої або надвисокої частоти. Обкладки мають протилежні заряди, тому іони і електрони переміщаються усередині матеріалу до тієї чи іншої обкладки. При зміні заряду на обкладках вони переміщуються в протилежних напрямках, в результаті виникає тертя з виділенням теплоти. Диполі в змінному електричному полі будуть коливатися то в одну, то в іншу сторону, в результаті також виникає тертя з виділенням тепла. Енергія електромагнітних хвиль, витрачається на подолання цих непорозумінь, буде перетворюватися в тепло. В електричному полі високої і надвисокої частоти нагрів частинок рослинного матеріалу відбувається за частки секунди. Під дією змінного електричного поля високої частоти відбувається регульований нагрів матеріалу.

  Через випаровування вологи, тепло-і масообміну з навколишнім середовищем поверхневі шари зневоднюються і втрачають тепло. Тому температура і вологість матеріалу всередині більше, ніж зовні. Виникають градієнти температури та вологовмісту, за рахунок яких волога зсередини переміщається до поверхні. При цьому, на відміну від конвєктивного сушіння, напрямок обох інгредієнтів збігається, що інтенсифікує процес сушіння.

  При цьому способі сушіння випаровування відбувається по всьому об'єму. Змінюючи напруженість поля, можна регулювати температуру матеріалу при сушінні.