Ю.Г. Скрипников

ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия

В.А. Бочаров

ФГОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия», г. Нижний Новгород, Россия

Из всего многообразия существующих на сегодняшний день технологий сушки можно выделить два наиболее широко используемых и конкурирующих между собой метода: конвективный и микроволновый. Эти методы характеризуются принципиально различным характером нагрева (способом подвода энергии к обезвоживаемому объекту): при конвективном методе реализуется поверхностный нагрев, при микроволновом – объемный [2].

На начальном этапе сушки материалов с высоким содержанием влаги массопере-нос определяется процессами, связанными с удалением влаги с поверхности.

При этом влага из внутренних слоев перемещается в направлении поверхности в соответствии с законами фильтрационного переноса. Предварительная обработка конвективным методом, во-первых, осуществляет псевдоожижение, во-вторых, подсушивает поверхностный слой частиц продукта, что практически полностью исключает слипание продукта в дальнейшем.

Воздействие объемного нагрева на этом этапе представляется малоэффективным, так как мигрирующая из внутренних слоев материала влага будет создавать у поверхности области избыточной влажности, и создавшийся градиент влагосодержания будет препятствовать дальнейшей миграции влаги.

Напротив, на конечном этапе сушки, когда влажность поверхностных слоев приближается к равновесной, конвективный механизм с присущим ему поверхностным методом подвода энергии становится неэффективным. В этом случае СВЧ-нагрев позволяет интенсифицировать процесс перемещения влаги из внутренних слоев материала к поверхности [1].

Последовательная двухэтапная сушка овощного сырья предусматривает тепловую обработку в установках с разными теплоносителями или в одной установке, где возможно совмещение способов нагрева. Такой установкой является УМС-2-10, созданная в НПО «Гамма» г. Нижний Новгород. Если производить сушку последовательно, то есть сначала включить калорифер и вытяжные вентиляторы, обеспечивая конвекцию теплого воздуха, а затем, после падения скорости конвективной сушки, досушивать продукт в электрическом поле СВЧ, то сушильный процесс будет продолжаться 6…8 часов в зависимости от вида сырья и степени его подготовки к сушке [4].

Если же совместить способы нагрева сразу, включив одновременно калорифер, вытяжные вентиляторы и СВЧ-генераторы, то продукт будет высушен до кондиционной влажности, в зависимости от вида сырья и степени его подготовки к сушке, в течение 2,5…4 часов. В самом начале процесса будет обеспечена высокая скорость сушки, как при конвективном, так и при микроволновом нагреве. Объемный микроволновый нагрев будет способствовать быстрому выделению влаги из внутренних слоев продукта и перемещению ее к поверхности. На поверхности влага скапливаться не будет, так как ее будет «встречать» циркулирующий теплый воздух и способствовать быстрому отводу из сушильной камеры. По истечении в среднем 2,5…3 часов работы установки скорости конвективной и микроволной сушки в любом случае будут падать, но скорость микроволновой сушки будет немного выше скорости конвективной сушки. Поэтому поверхностные слои продукта будут уплотняться медленно, корочка подсыхания будет тонкой, а появление подгоревших частиц и их слипание практически исключается, если сушиль-ный процесс проводить не более четырех часов. Положительные результаты сушки моркови и свеклы столовой, а также лука репчатого неоднократно получены и обработаны на кафедре технологии хранения и переработки продукции растениеводства Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии.

Результаты исследований, проведенных за 2009 год, представлены на графиках изменения массовой доли влаги, содержания витамина С и каротина, а также массовой доли сахаров от времени сушки в образцах сушеной моркови.

Анализ изменения массовой доли влаги в образцах моркови (рис.1) в процессе применения трех способов сушки показывает, что до массовой доли влаги, соответствующей требованиям стандарта (не более 14,00%), продукт высушивается уже в течение 2,5 часов с применением микроволнового нагрева и при совмещении микроволнового и конвективного способов сушки и в течение 5,0 часов при конвективном нагреве. Очевидно, что два первых способа нагрева вне конкуренции, но оптимальным следует признать совмещенный способ сушки, после применения которого в продукте остается меньше влаги (12,75%).

В процессе сушки образцов моркови с ростом концентрации сухих веществ растет массовая концентрация аскорбиновой кислоты. Изменения витамина С в процессе сушки образцов моркови показаны на рис.2. Действующий настоящий стандарт ГОСТ Р 52622-2006. «Овощи сушеные. Общие технические условия» предусматривает содержание витамина С 10 мг на 100 г сушеного продукта.

Максимальное содержание аскорбиновой кислоты при микроволновом и совмещенном нагреве после трех часов сушки значительно превышает рекомендуемый показатель – соответственно 25,60 и 33,00 мг%. В процессе применения конвективного способа сушки длительный период нагрева не способствует значительной концентрации витамина С, так как скорость удаления влаги низкая.

Из данных графиков видно, что для каждого способа сушки имеются временные рубежи, по истечении которых заканчивается рост концентрации витамина С (а также, как покажут последующие описания результатов исследований, каротина в моркови и сахаров). Для микроволновой и совмещенной сушки – это 2,5 часа, для конвективной – 5,0 часов. При их превышении содержание аскорбиновой кислоты снижается. Это можно объяснить тем, что после прохождения этих временных рубежей продукт «пересушивается». Он становится хрупким, каркас частиц дает микротрещины. При этом увеличивается поверхность соприкосновения продукта с кислородом воздуха, и окислительные реакции приводят к количественной потере ценных компонентов.

Поскольку каротин является провитамином А, характер его изменений в процессе сушки, по сравнению с характером изменений витамина С, несколько иной. Каротин жирорастворим, поэтому его количественные изменения в процессе сушки зависят от количественных изменений жиров и эфирных масел, содержащихся в моркови.

Окислительные и гидролитические процессы способствуют его разрушению в меньшей степени, но так или иначе каротин концентрируется в большей степени в продукте, полученном с применением совмещенного способа сушки, о чем свидетельствуют диаграммы на рис.3. Максимальное содержание каротина наблюдается по истечении 2,5 часов сушильного процесса и составляет 33,60 мг%.

Результаты исследований подтверждают, что потери сахаров во время сушки связаны как с ферментативными, так и с неферментативными реакциями. В частности, такие реакции, как меланоидинообразование и карамелизация сахаров уменьшают их массовую долю. В образцах сушеной моркови наивысшая концентрация сахаров наблюдается по истечении 2,5 часов сушки с применением совмещенного способа нагрева и составляет 48,80%. Изменения массовой доли сахаров в процессе сушки образцов моркови показаны на рис.4.

Для сравнительного анализа органолептических показателей качества были выбраны образцы сушеных овощей с оптимальными показателями массовой доли влаги и сахаров и содержания витаминов по истечении 2,5 часов микроволнового и совмещенного нагрева и по истечении 5,0 часов конвективного нагрева.

Из изложенного выше следует единственный и совершенно очевидный вывод: наилучшие перспективы имеет сочетание обоих методов, причем именно такое сочетание, при котором каждый из методов демонстрировал бы в наибольшей степени заложенные в нем возможности. Этот вывод может фактически служить идеологической основой для создания нового поколения оборудования и технологий комбинированной сушки [3].

Литература

1.    Антипов С.Т., Казарцев Д.А., Журавлев А.В., Ряжских Э.В. Алгоритм управления процессом сушки дисперсных материалов в шахтной СВЧ-сушилке. Журнал //Хранение и переработка сельхозсырья, № 5, 2008. –   14 с.
2.    Гинсбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. – М.: Экономика, 1987. – 218 с.
3.    Цапалова И.Э., Маюрникова Л.А., Позняковский В.М., Степанова Е.Н. Экспертиза продуктов переработки плодов и овощей. Качество и безопасность. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2007 – 271 с.
4.    Установка микроволновой сушки УМС-2-10. Паспорт МВУЗ-00.00.0.00ПС

Источник - ВЕСТНИК МИЧГАУ, научно-производственный журнал, 2010, № 1,  Печатная версия.