Введение к работе
Актуальность темы. Среди продуктов питания, обладающих защитными функциями, превалирующее значение имеют плоды, ягоды, овощи и их соки. По данным Всемирной организации здравоохранения содержание в ежедневном рационе 700...800 г плодов и овощей позволит сократить риск возникновения онкологических, сердечно-сосудистых и некоторых возрастных заболеваний почти на 50 %. Но ярко выраженная сезонность сельскохозяйственного производства овощного и плодово-ягодного сырья, сложность сохранения высоких биологических свойств без специального оборудования не позволяет его использовать на протяжении всего года. Удаление влаги из растительного сырья путем сушки до влажности 8...8,5 % предоставит возможность его длительного хранения в обычных условиях.
Существенный недостаток обычных методов сушки - неравномерная усадка (большая на поверхности и меньшая внутри материала), ведущая к непропорциональному изменению формы материала и даже к разрушению. По сравнению с другими методами сушки сублимация дает равномерную усадку, поэтому материал имеет более пористую, быстро восстанавливающуюся структуру - в течение 5... 15 мин в зависимости от вида сырья.
К основным преимуществам метода сублимационной сушки, делающим его промышленное применение весьма перспективным, относятся следующие:
минимальные биологические и физико-химические изменения в продукте, связанные с обработкой при низких температурах;
снижение массы продуктов, за счет уменьшения конечной влажности;
значительное увеличение сроков хранения сублимированных продуктов при положительных температурах;
упрощение реализации продуктов в торговой сети, в связи с ненадобностью холодильных установок.
Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам непрерывного действия, с повышением эффективности сублимационного оборудования за счет интенсификации процесса обезвоживания.
Цель работы состоит в исследовании и разработке технологии сублимационной сушки фруктов и овощей с предварительным измельчением и сортированием в едином вакуумном цикле и использовании энергосберегающих электротехнологий.
Задачи исследования.
провести анализ технологий и оборудования для производства высококачественных сушеных мелкокусковых полуфабрикатов;
исследовать вакуумное измельчение, сортирование и скорозамораживание растительных материалов на примере картофеля и яблок, высушиваемых с применением СВЧ- и УЗИ - полей в принудительном фильтрационном потоке газа;
разработать математические модели процессов скорозамораживания с последующей сублимационной сушкой и рассчитать энергоемкость і сушки мелкокусковых растительных материалов на установках\ ' непрерывного действия с комбинированным энергоподводом; г-
3 \\
исследовать кинетику скорозамораживания и сублимационной сушки обрабатываемых материалов на вакуум-сублимационных установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
обосновать технико-экономическую эффективность разработанной технологии и оборудования.
Объектом исследования является электротехнологический процесс сублимационной сушки мелкокусковых фруктов и овощей.
Предметом исследования являются механизмы измельчения,
сортирования в вакууме и сублимационной сушки под воздействие СВЧ, УЗИ полей и конвективного энергоподвода на установках непрерывного действия.
Научную новизну работы составляют:
непрерывный способ сублимационной сушки фруктов и овощей с предварительным измельчением и сортировкой в едином вакуумном цикле;
математические модели процессов скорозамораживания с последующей сублимационной сушкой и расчетная энергоемкость сушки мелкокускового материала с комбинированным энергоподводом;
разработана установка непрерывного действия с предварительным измельчением, сортированием и сублимационной сушкой в вакууме кускообразных материалов, новизна которой подтверждена патентом РФ;
кинетические закономерности скорозамораживания и сублимационной сушки картофеля и яблок, обрабатываемых на вакуум-сублимационных установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом.
Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:
разработан и испытан лабораторный образец непрерывно действующей сублимационной установки с производительностью 1 кг/ч по испаряемой влаге УСС-НД-КЭ-И-01, обеспечивающей эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований;
использование результатов работы в научном и учебном процессе ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА.
Реализация результатов исследований. Работа является продолжением исследований вопросов теории и практики производства высококачественных сушеных полуфабрикатов и связана с решением прикладных вопросов технологии и проектирования новых образцов сублимационного оборудования.
Для разработки исходных требований технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» в ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА был создан опытный образец установки «УСС-НД-КЭ-И-01», на котором соискателем исследована кинетика сублимационной сушки кусочков фруктов и овощей, с предварительным измельчением и сортированием в вакууме. Результаты исследований апробированы и внедрены на предприятии ООО «Энергосервис» Агрызского района Республики Татарстан.
На защиту вынесены следующие положения:
способ непрерывной сублимационной сушки, с предварительным измельчением на кубики фруктов и овощей и их сортировкой в вакуумной среде, введением СВЧ и УЗИ - энергоподвода с принудительным потоком газа через слой мелкокускового продукта на стадии сублимации и УЗИ энергии с принудительным потоком газа на стадии удаления остаточной влаги;
физические механизмы непрерывного измельчения, сортировки, сублимационного обезвоживания мелкокускового материала диэлектрическим методом с УЗИ интенсификацией в потоке газа и их математическое описание;
высокоинтенсивная технология непрерывной сублимационной сушки, с предварительной сортировкой измельченных фруктов и овощей, в едином вакуумном цикле при комбинированном энергоподводе.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях: «Современные проблемы аграрной науки и пути их решения», Ижевск, 2005 год; «Актуальные проблемы механизации сельского хозяйства», Ижевск, 2005 год; «Высшему аграрному образованию в Удмуртской Республике 50 лет. Итоги и перспективы», Ижевск, 2005 год; «Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве», Ижевск, 2006 год; «Научный потенциал - аграрному производству», Ижевск, 2008 год; Всероссийский конкурс молодежных инновационных проектов «Зворыкинская премия П тур» 2009 год.
Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 2 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК, и приравненных к ним патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 138 листах основного текста, в том числе 47 рисунков и 21 таблица. Список использованных источников из 177 наименований, в том числе 11 на иностранном языке.
