Перспективные направления развития техники сублимационной сушки пищевых продуктов

 

Традиционным направлением техники сублимационной сушки является использование вакуумных камер — вакуумные сублимационные сушилки. Применение вакуума обуславливает высокую стоимость оборудования. В вакууме затруднен энергоподвод к продукту, поэтому значительны потери энергии. Для того чтобы поддерживать вакуум на достаточном уровне (10...13 Па) в настоящее время используют масляные вакуумные насосы, для обеспечения работоспособности которых используются холодильные конденсаторы водяного пара. Таким образом, для сублимации влаги несколько раз производят фазовые переходы воды. Сначала воду в продукте замораживают, затем сублимируют, после чего конденсируют на десублиматоре, а цикл заканчивается оттаиванием льда на десублиматоре. Высокая стоимость оборудования и значительные энергетические затраты на сублимационное обезвоживание привело к тому, что в нашей стране переработка пищевых продуктов методом вакуумной сублимационной сушки практически не производится.


В настоящее время европейские и североамериканские фирмы — производители сублимационной техники, сориентированы на использование дешевой рабочей силы Китая. Там производятся высокотехнологичные вакуумные сублимационные установки по минимальной цене. Отечественное оборудование по всем показателям уступает зарубежному.


В нашей стране сложилась уникальная ситуация, несмотря на то, что вакуумная сублимационная сушка (ВСС) была изобретена в нашей стране, сублимированные продукты мы закупаем за рубежом. Развитие отечественной вакуумной сублимационной техники в сложившихся обстоятельствах является тупиковым направлением.


В то же время известны нетрадиционные пути развития техники консервирования методом сублимационной сушки. В середине прошлого века в СССР производились исследования сублимационной сушки при атмосферном давлении (АСС) [1]. В табл. 1 представлены параметры, определяющие движущую силу процесса:


— Температура сублимации, ° С.


— Парциальное давление водяного пара у поверхности продукта, мм рт. ст.


— Парциальное давление водяного пара в окружающей среде, мм рт. ст.


— Разность давлений пара, мм рт. ст.


На основании сопоставления параметров были сделаны выводы о том, что интенсивность процесса АСС сопоставима с процессом ВСС.


Однако недостаточность исследований, отсутствие математического аппарата, не позволила создать промышленное оборудование, которое позволило бы сделать реальную экономическую оценку процесса.


Впоследствии были проведены исследования процесса сублимационной сушки при атмосферном давлении, которые позволили разработать математический аппарат для расчета атмосферных сублимационных сушилок [2]. В ходе исследований было выяснено основное отличие процессов сублимации пищевых продуктов в вакууме и при атмосферном давлении.


таблица 1.jpg


таблица 2.jpg


Проведенные А. В. Антиповым исследования показали, что для реальных условий вакуумной сублимационной сушки необходим учет краевой зоны материала, непосредственно примыкающих к вертикальным стенкам противня. Краевая зона, получает дополнительную энергию от стенок противня. Когда зона сублимации в краевой зоне достигает дна противня, в придонной области материала возникает второй фронт сублимации, который начинает движение навстречу первому фронту. В этот момент исчезает градиент температуры в замороженной зоне, так как весь тепловой поток от дна противня расходуется на фазовый переход в зоне. Вследствие этого кондуктивный поток через замороженный слой становится равным нулю, а движение поверхностей вниз прекращается. В этот период сушки скорость обезвоживания очень мала, так как кондуктивный поток теплоты к фронту передается через сухой слой, теплопроводность которого почти на два порядка ниже, чем у замороженного слоя. «Краевой эффект» — явление нежелательное, так как он значительно увеличивает длительность сушки (до 80 % общего времени). Влияние краевого эффекта еще более возрастает в условиях кондуктивно-радиационного энергоподвода, так как стенки противня в этом случае нагреваются уже с двух сторон.


Вследствие «краевых эффектов» [3], продукт, обезвоживаемый в вакууме, практически все время сушки (95...98 % от общего времени сушки) находится под воздействием максимально допустимых положительных температур. По слою обезвоженного продукта наблюдается значительный градиент влажности.


Кинетика сушки замороженного продукта при атмосферном давлении другая. При сушке воздухом в продукте практически нет перепада температуры. Пищевой продукт при АСС подвергается воздействию максимально допустимых положительных температур намного меньше, чем при ВСС (10...15 % от общего времени сушки). Градиент влажности практически отсутствует. Поэтому качество продуктов, сублимированных при атмосферном давлении выше, чем сублимированных в вакууме.


Основным критерием оборудования являются экономические показатели. В табл. 2 представлены основные удельные затраты на удаление 1 кг воды вакуумной и атмосферной сублимационной сушкой. Как видно из таблицы, удельные затраты на оборудование атмосферной сублимационной сушки ниже, чем вакуумной, энергетические затраты также ниже, за счет более высокой температуры кипения холодильного агента. В ходе исследований процесса АСС выяснено, что при атмосферном давлении целесообразно сушить гранулированные продукты. Установлено, что время сушки гранулированного слоя молока, с определяющим размером гранул 2...3 мм, толщиной слоя 20 мм, при температуре сублимации — 12 °С составляет порядка 12 часов, слоя гранул грибов, при температуре сублимации — 18 ° С — 24 часа. Таким образом, реальная картина сублимации при атмосферном давлении совпадает с теоретическими изысканиями и продолжительность сушки действительно сопоставима с сушкой в вакууме.


Необходимо помнить, что в аппаратах атмосферной сублимационной сушки можно использовать естественный холод. Использование естественного холода позволит не только отказаться от холодильной машины в процессе сублимации, но и устранит негативное влияние процесса оттайки воздухоохладителей. Кроме того, влажность природного воздуха меньше, чем получаемого в сублимационной установке по замкнутому циклу и это позволит ускорить процесс сублимационной сушки.


Список литературы


1. Гуйго Э. И., Журавская Н. К., Каухчешвили Э. И. Сублимационная сушка в пищевой промышленности. — М: Пищевая промышленность, 1966. — 327 с.


2. Камовников Б. П., Антипов А. В., Семенов Г. В., Бабаев И. А. Атмосферная сублимационная сушка пищевых продуктов. — М.; Колос, 1994. — 255 с.


3. Антипов А. В., Камовников Б. П., Яушева Э. Ф. Интенсификация сублимационной сушки жидких и пастообразных продуктов на противнях. — Мясная индустрия СССР 1982, № 4. C. 30—31.

Теги: Сублимационная сушка 30 Декабря 2013
Комментарии 2
Иван 12 мая 2014, 12:03

Потрясающе! Хочется перечитывать снова и снова… Такие авторы сегодня большая редкость.Пока прочитал только эту одну запись, если и все остальное точно также хорошо, то автору респект

Анна 25 апреля 2014, 23:07

Интересно, я даже и не думала об этом