Сушка овощей и фруктов
Сушка включает применение искусственного тепла для испарения воды и некоторые способы удаления водяного пара после его отделения от тканей плода. Удаление воды связано с массопереносом, а применение тепла также связано с переносом тепла. Энергия должна подаваться для испарения воды и удаления образующихся водяных паров с сушильной поверхности. Количество тепловой энергии, необходимое для испарения воды, зависит от температуры, при которой происходит испарение. На практике КПД обычно составляет от 20 до 50%.
Уравнение теплопередачи
Общее уравнение теплопередачи:
q = hA(tв - tп);
где q — скорость теплопередачи, h — коэффициент теплопередачи, A — площадь, tв — температура воздуха, tп — температура на поверхности сушки.
Тепло может подаваться к высушиваемому материалу теплопроводностью, излучением и конвекцией. Хотя при сушке могут иметь место все три режима теплообмена, в зависимости от используемого метода один из них обычно доминирует в такой степени, что его влияние является преобладающим. Поток воздуха является наиболее распространенной средой для передачи тепла сушащимся фруктам, и основным принципом здесь является конвекция. Теплопроводность и излучение обычно были связаны с вакуумной сушкой, пока не появились вакуумно-импульсные сушилки.
Как только тепло подается на поверхность сушильного материала, оно распространяется по всему материалу за счет теплопроводности.
Двумя важными аспектами массопереноса при обезвоживании являются:
- перенос воды на поверхность высушиваемого материала;
- удаление водяного пара с поверхности.
Кривая сушки
Кривая сушки, отражающая количество влаги во времени, обычно состоит из двух фаз: периода постоянной скорости и периода падающей скорости. В течение периода постоянной скорости вода легко доступна на поверхности сушащихся продуктов, поэтому скорость сушки определяется температурой, относительной влажностью и скоростью потока воздуха. Это довольно короткий период времени на начальном этапе процесса сушки, и в этот период скорость сушки высока. Когда продукт потерял большую часть своей поверхностной воды, оставшаяся влага должна диффундировать изнутри на поверхность, прежде чем может произойти испарение. И тогда доминирующим фактором, ограничивающим скорость сушки, становится уже не подвод тепла, а наличие воды в месте испарения.
Скорость сушки
Чтобы получить обезвоженные продукты высокого качества по разумной цене, обезвоживание должно происходить достаточно быстро. На скорость и общее время сушки влияют четыре основных фактора:
- Свойства пищевого продукта. Биохимические и биофизические характеристики отдельных пищевых продуктов определяют, какой тип процедуры обезвоживания может применяться, не вызывая неприемлемых изменений вкуса, цвета, текстуры и питательных качеств. Наиболее важными характеристиками являются структура и состав сырья, влияющие на миграцию воды к поверхности при сушке; усадка, вызванная напряжением при обезвоживании и приводящая к замедлению и пределу регидратации высушенного продукта; реакции побурения (как ферментативные, так и неферментативные реакции потемнения); и характеристики регидратации готового продукта.
- Размер частиц и их геометрия. Геометрия продукта по отношению к теплопередаче, поверхности и среде играет важную роль в определении общего времени сушки: чем толще продукт, тем больше времени требуется для удаления влаги. Как правило, перед сушкой овощи и фрукты нарезают на мелкие кусочки. Это обеспечивает большую площадь поверхности, которая может подвергаться воздействию теплоносителя и с которой может выходить влага. Более мелкие частицы, расположенные в более тонких слоях, также сокращают расстояние, которое тепло должно пройти к центру изделия, и в то же время уменьшают расстояние, которое должна пройти влага, чтобы достичь поверхности и испариться. Глубина продукта в слое (например, загрузка лотка холодной атмосферной сушилки) оказывает большое влияние на время высыхания. Чем ниже загрузка лотка и чем больше расстояние между частицами, тем короче время сушки и более однородным является готовый продукт.
- Физические свойства среды сушки. Температура, влажность, скорость движения воздуха и атмосферное давление сильно влияют на скорость сушки. Чем больше разница температур между теплоносителем и сушащимися овощами и фруктами, тем больше будет скорость теплопередачи, обеспечивающая силу удаления влаги. Чем горячее воздух, тем больше влаги он будет удерживать; следовательно, поблизости от обезвоживающей пищи она будет поглощать больше влаги, выделяемой из пищи. На более поздних стадиях сушки более вероятно возникновение теплового повреждения, поскольку температура продукта будет постепенно повышаться по мере снижения скорости сушки и уменьшения испарительного охлаждения. Таким образом, процессы сушки обычно начинают с высокой температуры, за которой следует постепенное понижение температуры до уровня, при котором уменьшается ухудшение качества из-за нагревания плодов. Помимо температуры воздуха, другими важными факторами являются скорость воздуха (воздух в движении более эффективно удаляет воду) и влажность воздуха (сухой воздух удерживает больше влаги). Совместное влияние влажности и температуры воздуха определяется психрометрической зависимостью, измеренной по температуре смоченного термометра. Было показано, что скорость высыхания пропорциональна депрессии смоченного термометра. Наконец, на этом этапе следует рассмотреть влияние атмосферного давления. При атмосферном давлении 760 мм рт. ст. вода кипит при 100°С, а при давлениях ниже 760 мм рт.ст. кипение воды происходит при более низкой температуре. Поэтому при сушке овощей и фруктов в вакуумной камере с подогревом их влага может быть удалена при более низкой температуре, чем при обезвоживании при атмосферном давлении. Это обеспечивает систему для обезвоживания продуктов при более низкой температуре, тем самым уменьшая ухудшение цвета, вкуса и текстуры продукта. Сушка при атмосферном давлении и низкой температуре 35°С возможна в холодных атмосферных сушилках, которые ведут процесс обезвоживания ягод, овощей и фруктов холодным предварительно осушенным с помощью холодильной техники воздухом.
- Характеристики сушильного оборудования (дегидраторов). Необходимо использовать оборудование, наиболее подходящее для конкретной операции.