Тэг: сушка

Сублимационная сушка в фармацевтической промышленности

Фармацевтическая сублимационная сушка может включать стерилизацию, фильтрацию или добавление наполнителей. Вспомогательные вещества могут защитить материал во время замораживания или сушки или могут способствовать восстановлению. Кроме того, они служат другим целям. Как правило, лиофилизируемый материал представляет собой водный раствор с содержанием сухих веществ около 10%. Раствор содержится во флаконах, ампулах или другой мелкой таре. Автоматизированные системы загрузки/выгрузки флаконов в настоящее время широко используются в промышленных лиофилизаторах, чтобы снизить риск заражения от людей и сделать процесс более эффективным. Системы загрузки-выгрузки могут быть стационарными (т.е. предназначенными для одной сублимационной сушилки) или гибкими (они обслуживают разные сублимационные сушилки). Охлаждение ниже 0°C приводит к кристаллизации льда. После полного застывания продукт обычно содержит лед и концентрат продукта.

Предварительное замораживание высушиваемого сырья

Предварительное замораживание, первичная сушка, вторичная сушка и упаковка могут выполняться в одной и той же сушильной камере. Контейнеры расставляются на полках, и на этапе предварительного замораживания через полости в полках циркулирует охлаждающая среда. Температура охлаждающей среды может достигать -70°C или даже -75°C. Обычный диаметр флакона составляет 23 мм, а типичная высота наполнения составляет от 1 до 2 см. Давление в камере на стадии предзаморозки атмосферное. Двумя важными факторами предварительного замораживания являются минимальная температура, которая должна быть достигнута, и скорость замораживания.

Этап предварительного замораживания влияет на качество сублимированного продукта.

Скорость замерзания зависит от следующих причин:

• температура охлаждающей среды
• материал и размеры флакона или ампулы
• высота наполнения

Низкая скорость замерзания предполагает образование относительно крупных кристаллов льда, и наоборот. Относительно крупные поры образуются при возгонке крупных кристаллов льда. Это облегчает перенос паров через обрабатываемый материал и способствует восстановлению. Тот факт, что органические соединения могут появляться в различных кристаллических формах, известен как полиморфология. Как правило, менее стабильные формы более растворимы, чем стабильные формы. Таким образом, достижимое восстановление зависит от морфологии, полученной при сушке вымораживанием.

Первичная сушка при сублимировании (лиофилизации)

После замораживания парциальное давление водяного пара должно быть уменьшено ниже давления тройной точки воды (6,1 мбар), чтобы произошла сублимация. Обычно давление в камере во время первичной сушки составляет 0,5 мбар. Необходимо подавать тепло на полки для поддержания процесса сушки фармацевтических продуктов. Например, за 2 ч температура полки линейно увеличивается до 35°С. Впоследствии эту температуру можно поддерживать постоянной во время стадий первичной и вторичной сушки. Давление в камере 0,5 мбар, например, поддерживается постоянным с помощью контроля давления. Давление насыщенных паров льда при -27°С составляет 0,5 мбар. При давлении в камере 0,5 мбар давление насыщенных паров у поверхности льда будет 0,55 мбар, например, из-за потери давления, которую испытывает поток пара. Это означает, что температура поверхности льда составляет -26°С.

Очень низкое давление в камере во время первичной сушки не обязательно является преимуществом, так как температура фронта сублимации в этом случае также низка, как и давление пара, насыщенного льдом. Таким образом, движущая сила сушки невелика, а сушка длится долго. Как правило, скорость первичной сушки увеличивается при увеличении давления в камере. Однако температура сублимирующего ледяного фронта также увеличивается при увеличении давления в камере. Температура замороженного продукта должна поддерживаться как минимум на 5-7 °С ниже температуры, при которой начинается таяние фронта льда. Таким образом, важно выбрать такое сочетание давления в камере, температуры на полке и характеристик флакона, которое обеспечивает удовлетворительную скорость сушки и предотвращает плавление продукта. Хорошая комбинация может быть выбрана с помощью небольших экспериментов.

Типичное время сушки «простого» материала толщиной 1 см составляет от 10 до 20 часов при благоприятной кристаллической структуре льда и оптимизированных условиях температуры и давления в сушильной камере. Время высыхания пропорционально толщине слоя продукта.

Сублимированный лед повторно затвердевает на холодной металлической поверхности ледяного конденсатора, расположенного между сушильной камерой и вакуумными насосами.

Метод повышения давления является надежным методом определения конечной точки первичной сушки. Он включает изоляцию сушильной камеры от вакуумных насосов. Затем измеряют повышение давления в сушильной камере. Если повышение давления составляет более 3% от первоначального значения, первичную сушку продолжают. Первое наблюдение заключается в том, что давление, измеренное после изоляции, представляет собой давление насыщенных паров сублимирующего ледяного фронта, и, следовательно, известна температура ледяного фронта (измерение барометрической температуры). Второе наблюдение заключается в том, что относительно большой рост давления в изолированной сушильной камере указывает на относительно большой поток пара (связанный с определенной потерей давления). Поток резорбированного пара уменьшается, когда материал «высыхает».

В продаже есть приборы, которые измеряют поток пара из сушильной камеры в конденсатор напрямую с помощью лазерной техники. Такие приборы также можно использовать в качестве метода обнаружения конечных точек сушки.

Вторичная сушка при сублимировании (лиофилизации)

Вторичная сушка представляет собой удаление связанной влаги, которая может представлять собой кристаллизационную воду, беспорядочно диспергированную воду в стекловидном материале, внутриклеточную или абсорбированную воду. Связанную влагу удаляют путем нагревания продукта, обычно в течение примерно одной трети времени первичной сушки.

Вторичная сушка начинается, как только метод повышения давления обнаруживает, что во время первичной сушки повышение давления составляет менее 3% от исходного значения. Температуру полки поддерживают, например, на уровне 35°C, а вакуум быстро снижают, скажем, до 0,07 мбар. Опять же, конечная точка определяется путем измерения повышения давления при изоляции сушильной камеры или путем непосредственного измерения потока пара. Как и предварительное замораживание, вторичная сушка влияет на качество сублимированного продукта. Как правило, продукт после стадии вторичной сушки имеет пористую структуру, что облегчает восстановление. Иногда отмечается коллапс, явление, при котором частицы становятся твердыми после вторичной сушки, что затрудняет восстановление. Обычно после вторичной сушки содержание влаги составляет от 2 до 3 мас.%. 

Сушка перегретым паром

Сушка паром - это метод сушки, при котором сушка происходит при непосредственном контакте высушиваемого продукта с перегретым паром. Перегретый пар охлаждается, а переданное тепло используется для выпаривания воды из продукта. Перегретый пар становится насыщенным, рециркулируется и повторно нагревается в замкнутом контуре, в то время как влага, полученная в результате испарения воды, отводится из сушильной камеры. Таким образом, испаренная вода становится доступной в виде (слегка перегретого) пара, который можно использовать, например, в качестве вспомогательного средства для многоступенчатой ​​выпарной установки.

Сушка паром представляет собой конвективную сушку, при которой постоянные газы, обычно используемые при конвективной сушке (т. е. воздух и азот), заменяются паром. Таким образом, в принципе можно использовать те же конвективные осушители, что и для воздуха и азота. До настоящего времени для сушки паром использовались следующие типы сушилок: сушилка с псевдоожиженным слоем, вихревая сушилка и распылительная сушилка.

Область применения и примеры сушеных продуктов

Сушка перегретым паром - метод разделения с большими потенциальными преимуществами в отношении энергосбережения, сокращения выбросов, предотвращения пожаров и взрывов, а также качества продукции. Экономия энергии часто имеет решающее значение для применимости метода, поскольку инвестиции довольно высоки. Большинство промышленных паровых осушителей работают при давлении выше атмосферного. Большинство промышленных осушителей также работают непрерывно, так как необходимо испарять большие потоки воды. С помощью этого метода разделения можно также испарять органические растворители. Если растворитель не смешивается с водой, то можно применять перегонку с водяным паром.

Примерами сушки перегретым паром являются следующие продукты: жом сахарной свеклы и сухая спиртовая барда.  

Для бережной сушки используется вакуумная сушка перегретым паром. В таком случае, тепло подводится к высушиваемому сырью перегретым парам в условиях давления ниже атмосферного и при температуре ниже 100°С. Это позволяет получать продукты высокого качества.

Сушка в переработке овощей

Сушка овощей – это снижение влажности овощей до предела, при котором микроорганизмы не могут размножаться и двигаться, а также ингибирование активности ферментов. Все это делается для обеспечения длительной сохранности сушеных продуктов.

Сушка овощей относится к методу переработки, при котором удаляется большая чсть воды из овощей с сохранением их первоначального вкуса. Полученный продукт называют сушеными овощами. Сушеные овощи имеют небольшой размер, легкий вес, просты в транспортировке и хранении. Поэтому сушка овощей – это экономичный и популярный способ переработки. 

Содержание влаги в овощах

Как правило, содержание влаги в свежих овощах и фруктах составляет от 75% до 95%, и эта влажность существует в растительных тканях в следующих трех состояниях:

• свободная влага (около 75%~90%, в свободном состоянии в растительных тканях. Она не только легко испаряется с поверхности, но и перемещается изнутри наружу с помощью капиллярного действия». Поэтому свободная вода легко удаляется при сушке овощей.
• коллоидно-связанная вода. Эта часть воды прочно связана с протоплазмой клетки в коллоидном состоянии, и ее свойства относительно стабильны. При сушке овощей после испарения свободной воды выпаривается и часть коллоидно-связанной воды.
• химически связанная вода «Эта часть воды существует в молекулах определенных веществ в овощах в связанном состоянии и является наиболее стабильной в природе. При сушке, как правило, не удаляется. 

На ранней стадии сушки овощей вода на поверхности сырья превращается в водяной пар из-за поглощения тепла и быстро испаряется.Этот процесс называется «внешней диффузией» воды. Из-за испарения воды снаружи овоща внутренняя часть овоща будет отличаться от внешней. Из-за разницы во влажности между ними внутренняя влага будет постоянно перемещаться наружу, и этот процесс называется "внутренней диффузией" влаги. Опираясь на две функции внутренней диффузии и внешней диффузии, влага в овощах непрерывно испаряется. Фактически, в процессе сушки овощей осуществляются внешняя диффузия и внутренняя диффузия воды в одно и то же время, и они способствуют и ограничивают друг друга, но скорость их различна.

Когда влажность сырья снижается до определенной степени, скорость испарения снижается, поскольку количество влаги, которое может мигрировать изнутри к поверхности сырья постепенно уменьшается. В это время, помимо непрерывного испарения растительной влаги, горячий сухой воздух повышает температуру сырья. Когда влага на поверхности и внутри сырья достигает равновесного состояния, температура сырья повышается и становится равной температуре сушильного воздуха (температура по сухому термометру). В этот момент прекратится испарение воды и завершится процесс сушки.

Чтобы влага в растительном сырье плавно диффундировала изнутри наружу, а затем испарялась с поверхности, необходимо поддерживать соответствующую разницу между внутренней и внешней влагой и адаптировать скорость внешней диффузии к скорости внутренней диффузии. Если температура слишком высока, скорость внешней диффузии слишком высока, и влага внутри сырья не может быть перенесена наружу, и на поверхности продукта образуется корка, препятствующая дальнейшему испарению влаги. Таким образом, время сушки продлевается, а в тяжелых случаях возникает явление растрескивания и повреждения высушиваемого сырья. Если температура слишком низкая, а вода испаряется слишком медленно, овощи легко окисляются и становятся коричневыми, тажке может появиться плесень. Поэтому в процессе обработки и производства необходимо уловить соответствующую скорость сушки.

Факторы, влияющие на скорость сушки овощей

Ниже перечислены основные факторы, которые влияют на скорость сушки овощей. 

• Тип, состояние и толщина укладки овощей

Сырье с низким содержанием влаги обычно высыхает быстрее. Сырье с высоким содержанием сахара высыхает медленно. Листовые овощи, как правило, легче высыхают, чем корнеплоды из-за их большой площади поверхности. Овощи с толстой или восковой кожицей, такие как цикорий, кабачки и т. д., перед сушкой должны быть очищены от кожуры. Чем меньше размер овоща или чем тоньше сырье, тем больше площадь его поверхности, тем легче внутренняя диффузия воды и тем быстрее испарение. После очистки и нарезки овощей скорость сушки значительно ускоряется. Бланширование в паровом бланширователе снижает водоудерживающую способность клеток сырой ткани, что способствует испарению воды, что также ускоряет сушку.  Если толщина сырья слишком велика, это не будет способствовать циркуляции воздуха, испарение воды и скорость сушки будут низкими. Но если овощи слишком тонкие, тогда материла может уплотниться, а скорость сушки снизиться. Поэтому желательно на ранней стадии сушки сырье укладывать тоньше; на более поздней стадии сушки, поскольку влага из сырья сильно испарилась, сырье может быть уложено более толстым слоем. 

• Условия окружающей среды

Температура, относительная влажность и скорость потока воздуха тесно связаны со скоростью сушки. При повышении температуры воздуха, если абсолютная влажность остается неизменной, относительная влажность воздуха уменьшается, а влагоудерживающая способность увеличивается. При одной и той же температуре, чем ниже относительная влажность, тем больше разница насыщаемости воздуха водяным паром и тем выше скорость сушки. В сочетании с потоком воздуха испаряемая влага удаляется потоком воздуха, и скорость сушки будет выше. Следовательно, когда температура воздуха повышается, относительная влажность уменьшается, и испарение влаги из сырья будет происходить быстрее. Однако есть предел разогреву. Если температура слишком высока, овощи легко окислить, сжечь сахар и подрумянить продукт.

Заготовка и сушка лекарственных трав

Фитотерапия является частью человеческой цивилизации. Она используется в Китае уже почти 5000 лет. Одним из старейших и наиболее важных документов является египетский папирус Эберса (ок. 1550 г. до н.э.), который включает более 700 рецептов с использованием натуральных продуктов, таких как тмин, кориандр, чеснок, льняное семя, мята перечная, инжир, фенхель, анис, мак и  касторовое масло. Материя Медика Шэнь Нуна была составлена ​​древними китайцами примерно в 200 г. до н. э., в ней описывались свойства и применение 365 видов китайских лекарств в трех категориях. В Древней Греции существовала гильдия ризоматов или собирателей корней, которые собирали, заготавливали и продавали лекарственные растения. Греческий ботаник и врач Диоскорид (40–90 гг. н.э.) составил первое систематическое описание 579 растений и 4700 их медицинских применений и способов действия. Его работа под названием De Materia Medica имела центральное значение для европейской медицины до семнадцатого века. Аюрведа — основная традиционная медицинская система Индии, Пакистана, Непала и Шри-Ланки, которая также оказала влияние на медицину Тибета, Бирмы и Малайзии.

Фитотерапия снова набрала обороты в последние годы. Длительные заболевания, как правило, не могут быть вылечены инъекцией или приемом одного лекарства. Вместо того, чтобы сосредоточиться только на лечении болезни, в настоящее время люди уделяют больше внимания улучшению иммунной системы всего организма, чтобы предотвратить приступ болезни. Помимо их традиционного фармацевтического использования, травы также стали одним из важных источников для открытия и производства лекарств. Фитотерапия играет важную роль в здравоохранении во многих регионах мира.
В мире насчитывается более 1000 видов трав, используемых в качестве лекарств, специй, ароматизаторов и т. д. В зависимости от их физических свойств их можно дополнительно классифицировать следующим образом: липкие, ароматические, порошкообразные, маслянистые и блестящие. Эта классификация определяет способ обращения с травами. Липкие травы обычно содержат значительное количество сахара, например,
Radix Asparagi, корневище полигональное. Ароматические травы известны своим особым ароматом. Типичные ароматические травы: Herba Schizonepetae, Herba Menthae (также известная как мята), Herba Elsholtziae, Rosaebanksiae и т. д. Порошкообразные травы содержат большое количество крахмала, такие как Rhizoma Dioscoreae или корневища обыкновенного ямса. Radix Angelicaesinensis и Rhizoma Ligustici chuanxiong — две масличные травы. Для блестящих трав, таких как Radix Platycodi, Rhizoma Alismatis и Astragalus membranaceus, большое значение имеет яркость их поверхности.

Качество трав во многом зависит от содержания активных ингредиентов. Известно, что нагревание или термическая сушка, если они не проводятся должным образом, могут привести к значительной потере активных ингредиентов. Поэтому различные методы сушки следует применять с осторожностью или использовать холодные атмосферные сушилки, щадящее воздействие которых абсолютно безопасно для высушиваемых лекарственных растений и всех фитохимических веществ, которые в них содержатся.

Лекарственные травы, и как их сушить

Травы — очень нежные растения. Их эффективность зависит от вида, частей, места посадки, времени сбора урожая, метода сушки и хранения. Для определенного вида лечебный эффект может быть получен от семян, цветов, листьев, стеблей или корней, или от всего сразу. Травы традиционно собираются в небольших количествах в горах или на полях отдельными людьми. Помимо активных ингредиентов, свежий растительный материал содержит большое количество воды. Листья и цветки при сушке обычно теряют до 85% своего веса. Свежий растительный материал раскладывают тонкими слоями (или в некоторых случаях подвешивают пучками) и хранят в сухом, хорошо проветриваемом помещении. Корни сохнут дольше, чем цветы и листья, несмотря на то, что первые часто режут на части. Выбор правильной температуры сушки имеет жизненно важное значение. Слишком высокая температура может привести к потере активных ингредиентов. С другой стороны, слишком низкая температура может фактически ускорить разложение, стимулируя ферментативную активность внутри самого растения или даже микробную атаку, особенно для сахаросодержащих веществ.

Травы обычно собирают, когда цветы только распускаются, так как тогда они наиболее богаты ароматическими маслами. Как правило, нужно собирать травы сразу после того, как сойдет роса, и выбрасывать все пожелтевшие или поврежденные травы.

Сушилка с тепловым насосом общепризнана, как наилучшая сушилка для трав. Она осушает сушильный воздух, нагревает его и возвращает обратно для рециркуляции. Этот тип сушилки может работать при низкой температуре воздуха; при этом цвет и активные вещества остаются нетронутыми. Еще одной особенностью сушилки с тепловым насосом является характерное низкое энергопотребление. Сублимационная сушилка также может использоваться, если важно сохранить цвет трав, а активные ингредиенты очень чувствительны к теплу. Но, сублимационная сушка — дорогостоящий процесс, рекомендуемый только для дорогостоящих продуктов небольшого объема.

Сушка для сохранения фруктов

Сушка, пожалуй, самый старый и самый распространенный способ консервирования фруктов. С доисторических времен фрукты, овощи, рыба и мясо сохранялись путем сушки. В тропических и других теплых регионах эти продукты сушили на подносах на солнце. В более прохладных и влажных регионах использовались огонь и дым. Каждый метод в более широком масштабе используется и сегодня. Современные методы лиофилизации (сушки из замороженного состояния), а также холодная и вакуумная импульсная сушка дают более качественные продукты, чем традиционные методы.

Как избежать порчи фруктов?

К сожалению, за последние годы было проведено мало исследований по изучению микробиологии сушеных консервированных фруктов. Хотя желательны стандартизированные методы микробиологического исследования этих продуктов, ввиду их более широкого использования в пищевой промышленности, этой области уделяется меньше внимания, чем другим сегментам пищевой промышленности.

Наличие воды обязательно для того, чтобы фрукты или любые другие продукты питания подверглись микробной порче. Все организмы нуждаются в воде для осуществления своих жизненных процессов. Если микроорганизм не может получить необходимую ему воду, он либо погибает, либо прекращается его дальнейший рост. Таким образом, потенциальная порча сухофруктов зависит от того, насколько вода доступна микроорганизмам, вызывающим порчу. Степень доступности воды выражается термином «активность воды», то есть давление паров раствора (плода или фруктового продукта), деленное на давление паров растворителя (воды).

Удаление воды из фруктов снижает доступность воды для микроорганизмов. Во влажном твердом веществе давление водяного пара ниже, чем давление пара свободной воды при той же температуре, потому что в твердом веществе вода реагирует с полярными группами, такими как -СО-, -NH и -ОН. Кроме того, давление пара внутри капилляров (между клетками растения) ниже, чем давление пара над плоской поверхностью воды. Поскольку сухие растворимые вещества, присутствующие в плодах, растворяются в воде, давление пара снижается.

При любой заданной температуре уменьшение активности воды для плесеней вызывает снижение скорости прорастания спор. Это снижение скорости прорастания проявляется двояко. Во-первых, увеличивается латентный период или время, необходимое для первого появления зародышевых трубок. Во-вторых, происходит снижение скорости удлинения зародышевой трубки.

Ингибирование брожения дрожжами увеличивается почти в линейной зависимости по мере уменьшения активности воды. Дрожжам нужно больше воды, чем плесени, но меньше, чем бактериям. При снижении активности воды ниже оптимального для организма уровня происходит увеличение лагового или латентного периода, уменьшение скорости роста и, следовательно, уменьшение количества синтезируемых клеточных веществ.

Рост подавляющего большинства бактерий, дрожжей и плесени невозможен при активности воды ниже 0,85, 0,80 и 0,60 соответственно. Однако каждый организм имеет свой характерный оптимум, при котором будет происходить рост.

Таким образом, контроль активности воды является очень важным средством стабилизации плодов против порчи микробов. Способность микроорганизма размножаться в том или ином плоде при определенных условиях обычно зависит от факторов, связанных с плодом. В зависимости от продолжительности операции сушки сокращение микробной популяции может быть значительным. Существуют определенные «осмофильные» (требующие растворения) дрожжи и определенные «ксерофильные» (требующие небольшого количества воды) плесени и грибы. Очевидно, эти микроорганизмы способны жить и размножаться при низких значениях активности воды. Это микроорганизмы, ответственные за порчу сухофруктов.

Концентрация растворимых твердых веществ, возможно, является наиболее важным фактором, влияющим на устойчивость к микробной порче после сушки и обработки чернослива. Кожица сушеного чернослива может быть барьером против диффузии молекул воды в мякоть чернослива, а диффузия в самом черносливе может быть даже очень медленной. В сухофруктах на хранении, эти два фактора очень важны для предотвращения повышения значения активности воды, которое могло бы позволить размножаться микроорганизму. Наиболее важными группами осмофильных дрожжей и ксерофильных плесеней, поражающих чернослив, являются Av-pergillus glaucus, Saccharomyces rouxii, Xeromyces bisporus,и Хризоспориумвиды (Питт и Кристиан, 1968; Танака и Миллер, 1963a,b). Финики и инжир поражаются главным образом видами дрожжей, принадлежащих к родам Zygosaccharomyces и Hansertiaspora (Phaff, 1946).

Концентрированные соки, сухофрукты, специальные продукты, такие как «солодовый экстракт», мед, сахарные консервы и кондитерские изделия из сахара, обладают двумя общими характеристиками: высоким содержанием сахара в сочетании с низким содержанием воды, что дает значения активности воды порядка 0,75 или меньше. Общая природа и количество присутствующих углеводов определяют рост дрожжей в таких условиях. Такая степень физиологической сухости совершенно препятствует росту обычных микроорганизмов, так что порчу производят осмофильные дрожжи Микроорганизмы, ответственные за порчу сушеных фруктов, иногда могут быть присущи самим фруктам, так что порча не зависит от характера инфекции, которой впоследствии подвергается плод. Пример этого можно увидеть на инжире, который имеет практически стерильную внутреннюю ткань, пока его не посетит оса-опылитель Blastophaga. Эта оса заносит специфическую микрофлору Candida guilliermon-dii var carpophila и Serratia plymuthica. Однако эти микроорганизмы не вызывают порчи, а служат для повышения привлекательности плодовых мух инжира, главным образом, Drosophila melanogaster, которая действительно переносит дрожжи на своих внешних частях и заносит эти организмы в полость плода. Эти дрожжи почти полностью состоят из апикулярных дрожжей, которые могут вызывать активную ферментативную порчу. Таким образом, микроорганизмы, вызывающие порчу, могут присутствовать во фруктах еще до того, как начнется процесс сушки. В дополнение к некоторым насекомым-переносчикам, микроорганизмы, вызывающие порчу, могут заражать фрукты через воздух, пыль, почву, млекопитающих, птиц и путем перекрестного заражения другими испорченными фруктами или при повторном использовании ранее зараженных контейнеров.

Кутикула неповрежденных фруктов предотвращает доступ микроорганизмов, таких как дрожжи, которые способны размножаться в кислой среде мякоти фруктов. Однако, когда грибок поражает неповрежденный плод, он повреждает внешнюю структуру и, таким образом, делает возможным проникновение дрожжей. В процессе диссимилируются кислоты, содержащиеся в тканях плода. Это вызывает повышение pH и позволяет некислотоустойчивым штаммам участвовать в процессе порчи. Метаболизм микроорганизмов обычно также приводит к выделению воды, что приводит к локальному увеличению активности воды. Таким образом, некоторые из менее ксерофильных организмов, ранее ингибированных, могут расти. Развитие ксерофильной плесени на сушеных фруктах может в конечном итоге позволить нексерофильным видам принять участие в ассоциации порчи. Так же, рост осмофильных дрожжей в плодах с высокой концентрацией сахара снижает общее содержание сухих веществ и, таким образом, делает возможным рост несколько менее осмофильных организмов. Последующая порча является в первую очередь результатом дрожжевого и плесневого брожения. Осмофильные дрожжи производят много полиспиртов в процессе брожения.

Самый простой и наиболее часто используемый метод удаления загрязняющих организмов — промывание. Однако следует указать на некоторые необходимые меры предосторожности и ограничения этого метода. Мойка может вызвать распространение микроорганизмов из зараженного участка в незараженный. Кроме того, водная пленка, оставшаяся на поверхности продукта, может способствовать росту микроорганизмов, а сама вода может быть источником загрязнения. Следовательно, использование гермицида в воде целесообразно. Хлорированная вода при концентрации активного хлора 50-125 ppm достаточно эффективна для обеззараживания поверхностей и предотвращения распространения микроорганизмов с одной части продукта на другую.

Дегидроуксусная кислота в воде при концентрации от 0,5 до 1,5% весьма эффективна в снижении заболеваемости гнилью персиков, клубники, малины, вишни и ежевики. Другие кислоты, такие как сорбиновая и надуксусная, также уменьшают порчу различных продуктов при применении в водном растворе в виде послеуборочных промывок, растворов и спреев.

Пропитка оберточной бумаги и вкладышей в ящики дифенилом оказалась высокоэффективной против Penicillium и организмов, вызывающих стеблевые отростки у цитрусовых. 

Паровое и химическое бланширование фруктов перед сушкой

Часто для подавления поверхностной микрофлоры фрукты перед промышленной сушкой подвергаются паровому бланшированию в конвейерных бланширователях. К тому же, если не проводить операцию бланширования, некоторые химические изменения, вызванные активностью ферментов и воздуха, приводят к обесцвечиванию плодов во время обезвоживания. По этой причине большинство небланшируемых фруктов, подлежащих сушке, за исключением некоторых нарезанных, обрабатывают парами горящей серы или испаряющейся жидкой двуокисью серы. Менее пригодны растворы сульфитов, так как они плохо проникают в плоды и выщелачивают сахар. Подсчитано, что срок хранения сушеных абрикосов прямо пропорционален начальному содержанию SO2.
Газ исчезает при хранении со скоростью, примерно пропорциональной логарифму его концентрации. Сохранение зависит от времени воздействия и температуры. Оптимальная температура 43—49°С при использовании SO2.

Невозможно дать общую рекомендацию относительно крепости раствора для окунания или времени, в течение которого следует погружать продукт, поскольку существует множество переменных, и для получения удовлетворительных уровней в плодах требуются эксперименты. Рекомендуемые уровни SO2 в некоторых конкретных сушеных и обезвоженных фруктах в начале периода хранения составляют 2000 ppm для абрикосов, персиков и нектаринов; изюм, отбеленный серой, 1500 частей на миллион; 1000 частей на миллион для груш; и 800 частей на миллион для золотистого изюма и яблок.

Однако обнаружено, что порция от 0,3 г до 1 г сернистых фруктов в день вызывает у некоторых людей признаки вредного воздействия в течение нескольких месяцев. Симптомы включали увеличение мочевой кислоты, разрушение форменных элементов в крови, отрыжку сернистым газом, воспаление слизистой оболочки рта, симптомы недомогания, головную боль, боль в спине, болезненный вид, тошноту, альбумин в моче, ощущение холода, анемию, помутнение глаз и вялость. 

Промышленное (производственное) оборудование для сушки фруктов

Первоначально фрукты сушили на подносах на солнце. Это часто приводило к микробной порче, особенно когда в засушливые сезоны выпадал дождь. В настоящее время для сушки фруктов используют исключительно промышленные сушилки. В производственной сушилке для фруктов можно применять тепло в соответствии с измерением времени термической гибели. У чернослива, поскольку загрязнение находится практически на поверхности, сушку проводят при 75°С в течение 18-24 часов. Чернослив, извлеченный из дегидратора, свободен от жизнеспособных дрожжей и плесени. Инжир, с другой стороны, редко выходит из дегидратора свободным от жизнеспособных микроорганизмов из-за его полой структуры. 

Потребители хотят, чтобы сухофрукты, такие как изюм и чернослив содержали много влаги, но это также увеличивает их восприимчивость к плесени и росту дрожжей. Сорбат калия, наносимый погружением или распылением, эффективно защищает изюм, чернослив и инжир. Коммерчески продаваемые финики обычно содержат 12-25% влаги. Порча фиников дрожжами обычно происходит при содержании влаги более 23-25% и наблюдается на всех стадиях переработки от сбора урожая до упаковки и реализации. Порчу дрожжами можно не заметить, поскольку процесс идет медленно, даже если могут присутствовать нежелательные запахи. Выделенные дрожии Zygosaccharomy-ces cavarae. В основном в мягких финиках обнаруживаются Hanseniaspora valbyensis и Candida guilliermon-dii. Виды Saccharomyces отсутствуют, вероятно, из-за короткого времени инкубации или низкого содержания сахара в восстановительной среде. Все дрожжи в изобилии растут при температуре от 20°С до 37,5°C, оптимальная около 30°C. Сушка фиников до влажности 23% или пастеризация при 71°C и относительной влажности 71% предотвращает порчу фиников.

В дополнение к тому, что финики сильно подвержены порче осмофильными дрожжами, финики также часто загрязняются и иногда портятся нитчатыми грибами Aspergillus flavus, A. niger, Penicillium rubrum, P. oxalicum, Rhizopus stolonifer, Stemphylium verruculosum и Fusarium sp. Дрожжевые грибки, которые чаще всего выделяют из внешней оболочки сухофруктов, представляют собой Candida krusei и Hanseniaspora valbyensis. Популяции дрожжей значительно увеличиваются во время сушки на солнце в неблагоприятных погодных условиях или в более прохладном климате.

При хранении на сушеном инжире и черносливе часто образовывался белый «сахароподобный» налет, а также образовывались газовые карманы. Это покрытие представляет собой смесь сахара и дрожжей и чаще образуется на фруктах, хранящихся в контейнерах, чем на упакованных фруктах.

Когда высушенный на солнце чернослив храниься в закрытых банках при температуре 26,7°C, ферментация и газообразование происходидт через несколько месяцев, но свежевысушенный чернослив не ферментируется в этих условиях, если только он не был инокулирован видами Zygosaccharomyces.

В целом можно сказать, что в сушеных фруктах микроорганизмы, вызывающие порчу, будут активны всякий раз, когда вода доступна в количестве, необходимом для роста. Если фрукты не хранить при низком уровне влажности и не подвергать фумигации для уничтожения любых жизнеспособных спор, порча вскоре будет вызвана различными дрожжами, плесенью и грибками, способными выдерживать условия низкого содержания воды и высокого содержания сахара. Поэтому так важно для сохранения высокого качества собранного урожая как можно скорее снизить в плодах активность воды методом обезвоживания. Наилучшие качество высушенных фруктов дают холодные сушилки и/или сушилки с тонкой настройкой процесса сушки в основных его фазах, например, конвективные сушилки с температурным зонированием. Полее подробно ознакомиться с оборудованием для бережной сушки можно на сайте sushilka22.

Сохранение фруктов от поражения плесенью, дрожжами и бактериями

Переработчиков фруктов больше беспокоит микробная порча при сборе, транспортировке и хранении фруктов, чем при выращивании этих продуктов.

Взаимосвязь микробиологической порчи свежих фруктов с потерей количества переработанных фруктов, которые в противном случае были бы доступны для потребления человеком, достаточно проста для понимания, но оценить количество питательных веществ, ставших недоступными из-за порчи, во всем мире сложно. Конечно, большой процент свежих фруктов и овощей, специально выращенных для потребления человеком, уничтожается из-за инвазии и разложения микроорганизмами. Наибольшие потери наблюдаются в тех компаниях, где методы выращивания, сбора урожая и обращения с ним недостаточны для полного контроля порчи.

Грибы (дрожжи и плесень), которые вызывают порчу свежих фруктов, являются сильными патогенами, то есть они могут проникать в здоровые субстраты-хозяева. Слабые патогены, с другой стороны, обычно заражают культуры, которые каким-либо образом были повреждены во время выращивания, сбора урожая, хранения, транспортировки или продажи. Повреждения, вызванные механическими средствами, естественные отверстия на поверхности плодов или физиологические повреждения в результате воздействия неблагоприятных условий окружающей среды, таких как высокие или низкие температуры или химические вещества, являются предпосылками для развития слабых патогенов. Как заражение, так и обнаруживаемая порча микроорганизмами могут произойти в любой момент с момента сбора урожая до момента потребления фруктов. Некоторые грибы часто более ответственны за гниение на определенных этапах обработки фруктов, чем на других, из-за их способности внедряться и размножаться в тканях плода.

Как сохранить фрукты

Предотвращение и сокращение потерь свежих фруктов из-за микробной порчи начинается с производителя и заканчивается потребителем. Последствия изменений в методах обращения с фруктами по мере разработки новых технологий необходимо учитывать, если гниение должно быть сведено к минимуму. Так, например, влияние механического сбора урожая, новых упаковочных материалов, холодильных систем и состава атмосферных газов на восприимчивость фруктов к грибковой инвазии имеет важное значение в общей попытке обеспечить потребителей питательными веществами в большем количестве. Порчу свежих фруктов микроорганизмами можно предотвратить или замедлить несколькими способами. Выбор метода контроля во многом зависит от рассматриваемого фрукта, процедур обработки и предполагаемого времени, прошедшего до употребления. К химическим ингибиторам относятся хлор, озон и различные фунгистатики и фунгициды. Мытье горячей водой может замедлить разложение некоторых фруктов и овощей, а охлаждение эффективно для контроля скорости роста грибков. Восприимчивость свежих и переработанных плодов к инвазии и порче различными видами микроорганизмов во многом определяется химической природой самих плодов как до, так и после обработки. Львиную долю их органического вещества составляют углеводы, в основном сахар. Значения рН довольно низкие от 2 до 5. Таким образом, порча обычно происходит из-за плесени и дрожжей. Некоторые фрукты обычно покрываются плесенью через несколько дней хранения при комнатной температуре или даже в холодильнике, а измельченные фрукты или фруктовые соки не только покрываются плесенью, но и могут выделять газ и алкогольный привкус в результате активности дрожжей.Многие плесневые грибы и некоторые дрожжи могут переносить концентрацию соли более 15 %, в то время как бактерии, как правило, ингибируются 5-15 % соли. Плесени ингибируются 65-70% сахара; 50% ингибирует бактерии и большинство дрожжей. Поэтому продукты с высоким содержанием сахара или соли, скорее всего, будут испорчены плесенью; продукты с низким содержанием соли или сахара могут быть испорчены многими видами организмов.Бактерии не играют важной роли в порче свежих фруктов из-за присущей большинству фруктов кислотности. Кроме того, наличие в этих продуктах бактерицидных веществ способствует уничтожению многих видов бактерий. Многие виды фруктов содержат значительное количество присущих им сахаров и кислот, поэтому соки легко поражаются плесенью и дрожжами. Поражение плодов плесенью при хранении может быть значительным. Плесень распространена даже на цитрусовых. Более того, при повреждении плодов плесень очень быстро приводит к порче. Существует много видов порчи, связанной с фруктами, но наиболее характерным из них является размягчение мякоти с последующим гниением, делающее продукт несъедобным. При некоторых видах гнили плодов микроорганизмы действительно внедряются в плод, пока он прикреплен к растению. Бактерии, ответственные за большинство видов мягкой гнили фруктов и овощей при транспортировке или хранении, представляют собой колиформные бактерии мягкой гнили Erwiniacarotovora и псевдомонады, сходные с Pseudomonas marginalis. За исключением молочнокислых бактерий, бактерии играют лишь незначительную роль в порче большинства фруктов, причина, вероятно, частично кроется в кислом рН (<4,5), обнаруживаемом в большинстве фруктовых соков, который может ингибировать бактерии, способные разлагать растительную ткань. Фрукты, которые особенно подвержены бактериальной порче, включают огурцы, помидоры и перец. Однако овощные соки обычно имеют рН от 4,5 до 7, а бактерии являются существенной причиной порчи овощей на рынке. Дрожжи ответственны за большую часть ферментации фруктовых продуктов и могут в конечном итоге привести к тому, что пищевой материал станет неприятным. Они могут быть легко уничтожены нагреванием во время предварительного нагревания или обработки, но несколько устойчивых видов были обнаружены в консервированном апельсиновом соке, томатных продуктах и ​​кетчупе. Кислотоустойчивость некоторых дрожжей делает их важными в этих продуктах. Бутилированные вина и сидр, содержащие сахар, подвержены ферментации дрожжами и росту молочнокислых бактерий. Обычно встречающиеся дрожжи представляют собой сильно ферментативные штаммы Saccharomyces, в то время как молочнокислые бактерии представляют собой устойчивые к кислоте и этанолу виды, которые растут медленно. Порчу, проявляющуюся газом, помутнением и неприятным привкусом, можно контролировать с помощью таких процедур, как фильтрация, пастеризация и использование диоксида серы (SO2) и сорбиновой кислоты. Вероятно, дрожжи и дрожжеподобные грибы типичны для наиболее быстро убиваемых форм микробной жизни. При контакте с влажным теплом при 50—60°С вегетативные дрожжевые клетки погибают обычно через 5 мин. Однако в стадии спор этим организмам может потребоваться температура 70—80°С для гибели за тот же период времени. Продукция аскоспор дрожжами в природе, вероятно, играет роль в адаптации и выживании дрожжевых клеток в измененных условиях окружающей среды. Дрожжи во многом схожи с бактериями в том, что касается процессов их роста. Они показывают геометрическую скорость роста, ферментируют вещества и используют многие питательные вещества, которые используют бактерии. Они одноклеточные и размножаются почкованием или спорами. Дрожжи обычно растут быстрее, чем плесени, и поэтому обычно предшествуют им в порче фруктовых продуктов. Пектинолитические дрожжи обычно не поражают свежие фрукты; однако бывают и заметные исключения. Например, было замечено, что срезанные концы черешков растений ревеня подвергаются повреждению Trichosporon cutaneum, часто в сочетании с Pseudomonas и Penicillium. Пока неясно, зависят ли плесневые грибы от начальной активности дрожжей в процессе порчи пищевых продуктов. Поскольку во фруктах присутствуют и другие легко усваиваемые питательные вещества, у плесеней не должно возникнуть проблем с их приживлением. Плесень растет на многих видах пищевых продуктов, особенно там, где температура, воздух и влажность благоприятны для их роста. Заметный рост плесени можно увидеть только на поверхности продуктов. Это часто изменяет вкус и качество содержимого всего контейнера. Плесень легко уничтожается влажным теплом. Экспериментальные результаты показывают, что температура 110°С в течение нескольких минут уничтожает большой процент спор плесени. В целом плесневые грибы не участвуют в порче консервов из-за неблагоприятных условий для их роста в герметичной таре. Более того, большинство спор плесени не могут выжить при температуре, используемой при обработке большинства пищевых продуктов. Вегетативные формы плесени или грибов обычно уничтожаются при 30-минутном воздействии влажного тепла при 62°С, тогда как некоторым спорам может потребоваться температура 80°С для уничтожения за тот же период времени. Большинство организмов, относимых к актиномицетам, погибает от влажного тепла при 60°С за 15 мин. Эти организмы, включая споры, погибают при соотношении время-температура от 30 минут при 60°С до более чем 1 часа при 72°С. При контакте с сухим теплом споры плесени требуют температуры 100-116°С в течение 90 мин для обеспечения их разрушения. Aspergillus oryzae погибает в условиях тепловой активации латентной рибонуклеазы путем нагревания влажных конидий при 55°C в течение 5 минут и нагревания высушенных конидий при 75°C в течение 5 минут при pH 6,0. Большое значение имеют термостойкие формы, способные выдерживать температуры, используемые при пастеризации фруктовых соков. К ним относятся виды Byssochlamys, Monascus и Phi-alophora, а также Talaromyces и Neosartorya. 70 % образцов фруктов, овощей и почвы, полученных при обследовании садов и виноградников, заражены термостойкой плесенью.

Сушка фруктов

Чтобы обеспечить длительную сохранность фруктов, их подвергают промышленной переработке. Набирающим популярность способом переработки является сушка фруктов. Сушеные фрукты надежно защищены от воздействия патогенной микрофлоры за счет снижения в них активности воды до предельных значений. Рекомендуется применение технологий бережной сушки фруктов для получения сушеных продуктов премиального качества. Оборудование для бережной сушки вы найдете в Каталоге товаров.

Причины сушки или вяления мяса

Вяление и сушка отлично сохраняют мясо. Это связано с тем, что на влажном мясе легко размножаются плесень, и бактерии. Удаление воды путем сушки, что эквивалентно получению более низкой активности воды, гарантирует, что микроорганизмы не смогут жить в мясе. Обработка мяса для достижения более выраженного вкуса, а также надежности консервирования включает добавление солей, которые связывают воду.

Что лучше: сушить или вялить мясо?

Сегодня химические изменения для развития вкуса и текстуры более важны, чем сохранение, поскольку охлаждение может тоже сохранять мясо. Однако эти важные химические процессы могут происходить только тогда, когда мясо не заморожено, и, таким образом, сохранение должно обеспечиваться сушкой и консервированием. Кроме того, потеря веса при сушке является экономическим ущербом. Поэтому чрезмерное высыхание нежелательно, и существует тонкий баланс между экономическими потерями и микробиологической безопасностью. Этот баланс находится в диапазоне влажности 30%-55%, что соответствует вяленому состоянию мяса. Сушат мяса все чаще при производстве мяса быстрого приготовления для его применения в продуктах быстрого приготовления (супы, каши, салаты и т.д.).

Созревание мяса при сушке

Важность созревания мяса зависит от готового продукта. Для высококачественных продуктов, таких как некоторые виды говядины и ветчины, развитие вкуса имеет большое значение, и большая часть производственного времени уходит на придание мясу нежности и аромата. Напротив, мясные продукты более низкого качества можно просто солить и сушить или вялить, после чего они готовы к продаже. Обратите внимание, что под «продуктами более низкого качества» понимаются продукты без длительного времени созревания. Однако вкус и консистенция у этих продуктов тоже меняются, так как при сушке также происходит созревание, но не в такой высокой степени, как в изделиях более высокого качества. Созревание влияет не только на вкус, но и на консистенцию. Деградация белков с помощью протеолиза является основной причиной изменения текстуры ветчины при вялении. Липолиз сильно влияет на развитие желаемого аромата, но чрезмерный липолиз может также разрушить качество продукта. Содержание соли и воды, размер, температура, время сушки и созревания в значительной степени определяют вкус и конечный продукт сушеного или вяленого мяса.

Условия для сушки мяса

Чтобы избежать нежелательных изменений в процессе сушки мяса, применяются специальные низкотемпературные сушилки. Отклонения качества сушеных мясных продуктов, которые возникают при использовании классических высокотемпературных дегидраторов, описаны ниже.

Протеолиз и липолиз при сушке мяса

Сырое мясо состоит в основном из воды. Другим основным компонентом мяса является белок. Мясной белок в основном содержится в мышечных волокнах, которые располагаются в виде параллельных нитей в мясе и называются миофибриллами.

Расщепление или деградация этих белков называется протеолизом и осуществляется ферментами, называемыми протеазами. Протеолиз приводит к образованию аминокислот и улучшает текстуру, так как разрушает мышечные волокна. Этот процесс очень важен для мясных продуктов высокого качества.

Между различными мышцами есть жировые ткани, которые являются барьерами для воды при сушке мяса. В жире основным компонентом являются липиды, и их расщепление посредством ряда реакций, называемых липолизом, необходимо для развития вкуса высококачественных продуктов. Протеолиз и липолиз являются важнейшими группами биохимических реакций, происходящих в процессе созревания мяса. Однако слишком много этих реакций тоже нежелательно. Чрезмерная деградация белков (протеолиз) создает больше аминокислот, чем хотелось бы. Это ухудшает вкус и может также привести к образованию слоя кристаллов тирозина на поверхности высушиваемого сырья. Этот белый слой можно стряхнуть, но он является визуальным признаком нежелательной реакции и слишком нежного продукта. У ветчины причина часто связана с возрастом и породой поросенка, из которого она произведена.

Точно так же чрезмерный липолиз или окисление липидов в процессе сушки мясного сырья в значительной степени влияет на качество продукта. Некоторое окисление улучшает вкус, слишком сильное вызывает прогорклость и крайне нежелательно. Таким образом, содержание жира, степень липолиза и прогорклость имеют большое значение для конечного вкуса и качества сушеного мяса.

Влажность, температура и pH при сушке мясного сырья

Все эти химические процессы зависят от содержания воды и солей, pH и температуры, а ключом к получению высококачественного продукта является низкая температура и снижение активности воды, то есть сушка мяса до предельно низких значений влажности. Оптимальный рН для желаемого вкуса находится в диапазоне 5,4-6,2 в зависимости от продукта. Другие проблемы связанны отвердеванием во время сушки. Это вызвано слишком высокими температурами сушки или слишком быстрым или слишком медленным обезвоживанием, что может привести к обгоранию поверхности, её обсеменению микроорганизмам или появлению твердой высохшей поверхности (корки), которая препятствует высыханию мяса внутри куска.

Неферментативное потемнение мяса при обезвоживании

Другой проблемой является неферментативное потеменение или реакция Майяра, которое представляет собой восстановление белков и/или их компонентов с помощью сахаров и аскорбиновой кислоты (витамина С). Это желательно в некотором количестве, но слишком много вредно и, на заметку любителям жареного мяса, может представлять опасность для почек. Неферментативное потемнение можно предотвратить, если не повышать температуру процесса сушки.  

Оборудование для сушки мяса

Промышленная сушилка для мяса (рыбы) – это оборудование, которое позволяет проводить  процесс обезвоживания мясных кусочков до состояния влажности 15-55% (вяление) или влажности 5-14% (сушка).

Вяление и особенно сушка мяса — это процессы, которые связаны с большими энергозатратами. Для снижения затрат, вызванных высокими потребностями в энергии, следует знать о энергетически эффективных системах обезвоживания. Развитые страны тратят 12-25 % своей энергии на процессы сушки,  и 85 % сушилок по всему миру — это сушилки с горячим воздухом, которые имеют низкую энергоэффективность. Затраты и потребности в энергии тесно связаны. Таким образом, при выборе энергоэффективной сушилки можно значительно сэкономить как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Одной из важных причин высокой потребности в энергии является то, что для обеспечения высокого качества мяса требуются относительно низкие температуры сушки. Если при обезвоживании мяса не нагревать его, то сушка происходит медленно и с высокими энергозатратами. Чтобы сушить мясо быстро и при низких положительных температурах используются холодные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки.

Холодная атмосферная сушилка для мяса (рыбы)

Это оборудование способно ускорить процесс сушки при температуре нагрева от 20°С до 35°С в условиях атмосферного давления. Такой метод доступен благодаря использованию теплового насоса. Данный способ сушки хорошо себя зарекомендовал там, где принципиальна низкая температура обезовоживания с возможностью длительного термостатирования, как например, в процессах созревания мяса. Если ваш производственный объект не газифицирован, или температура обработки сырья не должна превышать 35°С, то холодная сушилка будет единственным правильным техническим решением. Время сушки от 6 до 72 часов в зависимости от крупности отдельных частиц сырья. Энергозатраты при холодной атмосферной сушке мяса составляют около 0,4 кВт на 1 кг удаленной влаги.

Вакуумная импульсная сушилка для мяса (рыбы)

Вакуумно-импульсная сушилка – это оборудование, которое быстрее других производственных сушилок, способно высушить измельченное, в том числе крупнокусковое мясное сырье в условиях вакуума. Время сушки от 15 мин. до 360 мин. в зависимости от крупности отдельных частиц сырья. Температура вакуумной импульсной сушки от 15°С до 45°С. При небходимости температура обработки может быть повышена до 100°С. Энергозатраты при вакуумной импульсной сушке мяса составляют около 0,7 кВт на 1 кг удаленной влаги.

Сушка: теория, параметры, выбор сушилки 

Сушка - это процесс термического удаления влаги или других  летучих веществ с получением сухого продукта. Обезвоживание сушкой, пожалуй, самая старая, самая распространенная и самая разнообразная из операций химических и пищевых технологий и насчитывает более 400 типов сушилок. Сушка конкурирует с дистилляцией как с наиболее энергоемкой операцией из-за высокой скрытой теплоты парообразования и неэффективности использования горячего воздуха в качестве (наиболее распространенной) сушильной среды.

Сушка различного сырья необходима по одной или нескольким из следующих причин:

• потребность в легкоусвояемых сыпучих твердых веществах;
• консервация и хранение;
• снижение стоимости транспортировки;
• достижение желаемого качества продукта и т. д.

Сушка представляет собой сложную операцию, связанную с нестационарным переносом тепла и массы, а также с несколькими скоростями процессов, таких как физические или химические превращения, которые, в свою очередь, могут вызывать изменение качества продукта, а также механизмов тепломассопереноса. Возможные физические изменения включают усадку, вздутие, кристаллизацию и стеклование. В некоторых случаях могут происходить желательные или нежелательные химические или биохимические реакции, приводящие к изменению цвета, текстуры, аромата или других свойств высушиваемого сырья. Например, при производстве ферментов условия сушки могут привести к значительным различиям в активности ферментов.

Кроме сушки также известны другие способы обезвоживания сырья, не относящиеся к ней. Это превращение жидкой фазы в концентрированную жидкую фазу (выпаривание), операции механического обезвоживания, такие как фильтрация, центрифугирование, осаждение, сверхкритическая экстракция воды из гелей для получения аэрогелей чрезвычайно высокой пористости (экстракция) или так называемая сушка жидкостей и газов с помощью молекулярных сит (адсорбция).

Теория сушки

Когда влажные материалы подвергают термической сушке, одновременно происходят два процесса:

• передача энергии (в основном в виде тепла) из окружающей среды для испарения поверхностной влаги
• перенос внутренней влаги на поверхность твердого тела и ее последующее испарение.

Скорость, с которой осуществляется сушка, определяется скоростью, с которой протекают два этих процесса. Перенос энергии в виде тепла от окружающей среды к влажному твердому телу может происходить в результате конвекции, теплопроводности или излучения, а в некоторых случаях и в результате сочетания этих эффектов.

Процесс удаления воды в виде пара с поверхности материала, зависит от внешних условий температуры, влажности и расхода воздуха, площади открытой поверхности и давления.

Процесс движения влаги внутри высушиваемого сырья является функцией физической природы сырья, температуры и содержания влаги в нем. В процессе сушки любой из этих процессов может быть ограничивающим фактором, определяющим скорость сушки, хотя оба они протекают одновременно в течение всего цикла сушки. Операция сушки превращает твердое, полутвердое или жидкое сырье в сухой твердый продукт путем испарения жидкости в паровую фазу. В особом случае лиофильной сушки, которая происходит ниже тройной точки жидкости сушка происходит путем сублимации твердой фазы непосредственно в паровую фазу.

Сушка происходит за счет испарения жидкости путем подачи тепла на влажное сырье. Тепло может подаваться конвекцией, теплопроводностью, излучением или объемным путем помещения влажного материала в микроволновое или радиочастотное электромагнитное поле. Более 85% промышленных сушилок относятся к конвективному типу с горячим воздухом или прямыми дымовыми газами в качестве сушильной среды. Более 99% применений связаны с удалением воды. Все режимы, кроме диэлектрического (микроволнового и радиочастотного), поставляют тепло на границы сушильного объекта, так что тепло должно проникнуть в твердое тело в основном за счет теплопроводности. Жидкость должна пройти к границе материала, прежде чем она будет унесена газом-носителем (или за счет применения вакуума, что действительно для неконвективных вакуумных сушилок).

Перенос влаги внутри твердого тела может осуществляться одним или несколькими из следующих механизмов массопереноса:

• жидкостная диффузия, если влажное твердое вещество находится при температуре ниже точки кипения жидкости;
• диффузия пара, если жидкость испаряется внутри материала;
• диффузия Кнудсена, если сушка происходит при очень низких температурах и давлениях, например, при лиофильной сушке;
• поверхностная диффузия (возможна, но не доказана);
• перепады гидростатического давления, когда скорость внутреннего испарения превышает скорость переноса пара через твердое тело в окружающую среду;
• комбинации вышеперечисленных механизмов.

Поскольку физическая структура высыхающего твердого вещества может изменяться во время сушки, механизмы переноса влаги также могут меняться с течением времени сушки.

Существенными внешними переменными являются температура, влажность, скорость и направление воздушного потока, физическая форма твердого вещества, желательность перемешивания и метод поддержки твердого вещества во время операции сушки. Внешние условия сушки особенно важны на начальных стадиях сушки, когда удаляется несвязанная поверхностная влага.

Выбор сушилки

Промышленные сушилки различаются по типу и конструкции в зависимости от используемого основного метода теплопередачи. В большинстве случаев тепло передается на поверхность влажного твердого тела, а затем внутрь. Однако при диэлектрической, радиочастотной или микроволновой сублимационной сушке энергия подается для выработки тепла внутри твердого тела и течет к внешним поверхностям.

Основные затраты на сушилки связаны с их эксплуатацией, а не с первоначальными капиталовложениями. Поэтому важно выбирать оборудование для сушки с низким энергопотреблением и, соответственно, высокой энергоэффективностью, как у холодных атмосферных и вакуумно-импульсных сушилок.

Во многих процессах неправильная сушка может привести к необратимому ухудшению качества продукта и, следовательно, к тому, что продукт не будет продаваться. Для обеспечения высокого качества готовой продукции рекомендуется использование сушилок с температурой сушки не более 45°С или с температурным зонированием для тонкой настройки процесса сушки в различных его фазах.

Выбор оборудования для сушки также зависит от свойств материала:

• размер высушиваемого продукта может варьироваться от микрон до десятков сантиметров (по толщине или глубине);
• пористость продукта может варьироваться от 0% до 99,9%;
• время высыхания варьируется от 0,25 с (сушка папиросной бумаги) до 5 месяцев (для определенных пород древесины);
• производственные мощности могут варьироваться от 0,10 кг/час до 100 тонн/час;
• скорость продукта варьируется от 0 (стационарная) до 2000 м/мин (салфетка);
• температуры сушки варьируются от ниже тройной точки до выше критической точки жидкости;
• рабочее давление может варьироваться от глубокого вакуума до 25 атм;
• тепло может передаваться непрерывно или периодически за счет конвекции, теплопроводности, излучения или электромагнитных полей.