Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СУШІННЯ
Процеси сушіння широко застосовують у харчовій технології для зневоднення різноманітних вологих матеріалів (твердих, пастоподібних, рідких) на різних стадіях їх переробки (сировина, напівфабрикати, готові вироби). Сушіння застосовують для попередження від псування зерна, плодів, овочів, грибів, молока, яєць, риби та інших продуктів. В обезвожених при сушінні до 3-20% вологи продуктах мікроорганізми припиняють свій розвиток.
При високих температурах сушіння в продукті відбувається денатурація білків, клейстеризація крохмалю, утворення меланоїдів, втрата летких речовин.
В технології громадського харчування сушать овочі, фрукти, м’ясо, рибу, хліб, соки, бульйони, молоко, картопляні суспензії, яйця для отримання яєчного порошка, крохмаль та інші продукти, а також відходи.
Завдання сушіння не обмежується вилученням вологи, це водночас технологічний процес, внаслідок якого змінюються властивості матеріалів (структурно-механічні, фізико-хімічні, технологічні та біологічні). Так, наприклад, під час переробки на млинах сухого зерна збільшується вихід борошна і зменшується витрата енергії на його одержання. Таке борошно краще зберігається. Сушіння насінного зерна підвищує схожість насіння.
Сушіння продуктів проводиться з метою запобігання або уповільнення фізико-хімічннх, біологічних та інших процесів; збільшення термінів зберігання; зменшення площі складських приміщень при зберіганні; зниження транспортних витрат; концентрації поживних речовин; одержання якісно нових продуктів (наприклад, сухого молока).
Сушіння широко застосовується в багатьох харчових та переробних виробництвах і громадському харчуванні. У буряко-цукровому виробництві видушують цукор-пісок, цукор-рафінад і жом; в спиртовому - відходи виробництва: барду, кормові та харчові дріжджі; в пивоварному - солод; в крахмало-паточному - крохмаль та відходи виробництва; у макаронному -макаронні вироби. Сушінню піддаються також такі харчові продукти, як зерно, молоко, бульйони, соки, м'ясо, яйця, плоди, овочі, хліб та інші. Процес сушіння знаходить все більш широке застосування в громадському харчуванні для одержання сухих напівфабрикатів з тіста, швидкорозчинних овочевих і фруктових порошків, сухарів, консервації залишків харчів, тощо.
Сушіння широко застосовується для збереження плодів, ягід, овочів, молока, яєць, риби та інших. При сушінні з харчових продуктів виділяється до 75% і більше вологи, внвслідок чого мікроорганізми не здатні розхвиватися.
Продукти сушать на сонці,в сушарках за допомогою нагрітого до температури 120-140 С повітря, способом контактного сушіння, при якому продукт доторкується з гарачою поверхнею барабанів і висушується (так отримують тільки сухе обезжирене молоко). Застосовується в виробництві сушіння макаронів та сухарів інфрачервоними променями.
Вологу з матеріалів можна видалити різними способами: механічним, фізико-хімічним і тепловим. При механічному способі вологу відтискують у пресах або в центрифугах. Фізико-хімічний спосіб ґрунтується на застосуванні вологовідбірних засобів і використовується переважно в лабораторній практиці. Зневоднювальними засобами є сірчана кислота, хлористий кальцій, силікагель. При тепловому способі волога випаровується з поверхні матеріалу і дифундує в навколишнє повітря, яке виносить вологу із сушарки. Із цього випливає, що сушінням називають термічний процес видалення вологи з матеріалів внаслідок її випаровування і дифузії.
Сушіння є суміщеним тепловим і дифузійним процесом, при якому волога дифундує із середніх шарів матеріалу до його поверхні, переходить крізь примежову плівку, а потім дифундує всередину газової фази, виносячи при цьому з матеріалу значну кількість теплової енергії. Підраховано, що в нашій країні приблизно 15 % палива витрачається на сушіння, при цьому енергетичний ККД багатьох сушильних установок становить лише 30...50 %. Тому підвищення технологічної та енергетичної ефективності процесів сушіння має важливе народногосподарське значення.
Процес сушіння являється, з однієї сторони, дифузійним процесом, а з іншої, - тепловим.
На рисунку зображена схема сушильного процесу.
Принципова схема сушки
В сушарку А надходить вологий матеріал, який доторкується з сухим перегрітим повітрям. Повітря, доторкуючись до матеріалу, нагріває його. За рахунок відданого їм тепла відбувається випаровування вологи з поверхні матеріалу. Волога дифундує в повітря. Останній, відповідно, не тільки охолоджується, але і зволожується і, виходячи з сушарки, виносить вологу. З розглянутого процесу витікає, що сушіння – це термічний процес видалення вологи, що відбувається внаслідок її випаровування та дифузія.
Більшість харчових продуктів є вологими тілами, що містять велику кількість води. Вона входить в склад рослинних і тваринних тканин. Вологий матеріал складається з трьох фаз: твердий скелет (сухі речовини), рідина (вода) і газ (повітря, водяна пара). Більша частина продуктів є пористими тілами, у порах яких знаходиться повітря або водяна пара. Оскільки маса газової фази або повітря порівняно з масою твердого скелету і рідини надто мала, то нею нехтують, вважаючи, що вологі матеріали складаються з абсолютно сухої твердої речовини та вологи.
Процес вилучення вологи з продукту супроводжується порушенням зв'язку вологи з матеріалом, на що витрачається енергія. Від характеру цього зв'язку залежать режими сушіння, що забезпечують найбільш ефективне вилучення вологи.
На сьогодні прийнято класифікацію форм зв'язку вологи з матеріалом, в основу якої покладений енергетичний принцип, тобто оцінюється кількість енергії, необхідної для вилучення вологи з даного матеріалу. Відповідно з цією класифікацією форми зв'язків ділять на три великі групи: хімічну, фізико-хімічну та механічну.
Хімічний зв'язок вологи з матеріалом, що утворюється в результаті хімічної реакції, є найбільш міцним. У цьому випадку вода може бути видалена тільки за рахунок хімічних реакцій або прожарюванням матеріалу. У більшості технологічних процесів ця волога з матеріалу не видаляється.
Фізико-хімічний зв'язок включає такі форми: адсорбційну, осмотичну та структурну. Адсорбційна волога знаходиться у мікропорах і капілярах і міцно зв'язана з матеріалом адсорбційною силою. Щоб усунути адсорбційну вологу, потрібно витратити додаткову енергію для перетворення її в пару, бо тільки в такому стані вона переміщується до поверхні продукту. Осмотична волога знаходиться всередині та між клітками матеріалу, їй відповідає надто мала енергія зв'язку і вона дифундує всередині матеріалу у вигляді рідини через стінки кліток завдяки різниці концентрацій всередині і поза кліткою. Структурна волога потрапляє всередину кліток гелю під час утворення його і міститься в клітках рослинних тканин.
Механічна волога міститься в капілярах тіла - капілярна волога і на його поверхні (поверхнева або волога змочування). Механічно зв'язана волога (інколи її називають вільною або зовнішньою) має надто неміцний зв'язок з матеріалом і легко може бути пидалена з нього механічним способом або випаровуванням.
Залежно від переважної форми зв'язку вологи з матеріалом усі тверді харчові продукти прийнято розподіляти натри групи: капілярно-пористі, колоїдні та капілярно-порнсті колоїдні.
У капілярно-пористих матеріалах волога зв'язана механічно капілярною силою (наприклад, цукор, сіль). Під час сушіння вони робляться крихкими. У процесі сушіння мало стискаються. Під час зволоження добре поглинають будь-яку рідину.
До колоїдних відносяться продукти, в яких переважає адсорбційне і осмотичне зв'язана волога (наприклад, желатин, мучне тісто). Під час сушіння вони не стають крихкими; від висушування сильно стискаються, зберігаючи еластичність. Під час зволоження колоїдні матеріали вбирають тільки близькі за полярністю рідини.
Капілярно-пористі колоїдні матеріали мають різні форми зв'язку вологи (наприклад, зерно, хліб, оіючі та інші продукти). Під час сушіння цих матеріалів спостерігається усадка, а під час зволоження — сильне набухання. У результаті сушіння більшість з продуктів цієї групи набувають крихкості (наприклад, хлібні сухарі).
Властивості вологих матеріалів характеризуються рядом параметрів, у тому числі температурою, вологістю, теплоємністю, теплопровідністю та ін. Загальна маса вологого матеріалу дорівнює^
G = Gc'p + W
де G - маса вологого матеріалу, кт; W - маса води, кг; Gc'p - маса абсолютно сухої речовини, кг.
Зазвичай вологу в матеріалі розподілено нерівномірно. Тому розрізняють середню концентрацію вологи у матеріалі або концентрацію у даній точці.
Процес сушіння продуктів складається з трьох етапів: переміщення вологи всередині об'єкта у напряму до його поверхні, пароутворення і переміщення пари від поверхні матеріалу у навколишнє середовище.
Закономірності процесу сушіння відображає крива кінетики процесу. На початку процесу, тобто коли відбувається підігрівання продукту, лінія сушіння має характер кривої. На цій стадії видаляється незначна кількість вологи. Далі починається період постійного сушіння (І період). Лінія сушіння є прямою. Період постійної швидкості відбувається до точки К1 що показує критичну вологість. При досягненні точки К1 настає II період сушіння. Цей період є періодом падаючої швидкості сушіння і відображається на графіку у вигляді кривої лінії. Закінчується крива сушіння в другій критичній точці КР, що відповідає врівноваженій вологості матеріалу.
3. Види і способи сушіння
Сушіння, що використовується у харчових виробництвах, поділяється на два види: природне і штучне.
Природне сушіння відбувається в атмосфері навколишнього повітря без додаткового підведення теплоти. Природне відбувається на відкритому повітрі без штучного нагрівання і відведення сушильного агента (повітря). Прикладом природного сушіння може бути сушіння солі у відкри тих морських водоймищах. Цей спосіб сушіння характеризується значною тривалістю, причому процес не регулюється, а одержуваний кінцевий матеріал ще досить вологий.
Штучне сушіння здійснюється у спеціальних сушильних установках, що забезпечують інтенсивне видалення вологи з продукту. У харчовій технології майже всюди застосовують штучне сушіння, тобто сушіння нагрітим сушильним агентом (нагріте повітря, димові гази), який після поглинання ним вологи з матеріалу відводять за допомогою спеціальних витяжних пристроїв (вентиляторів). Для більшості харчових виробництв сушіння є одним із основних процесів, мета якого — підвищення стійкості матеріалів під час зберігання, поліпшення якісних показників, консервування, зменшення маси з метою транспортування. У цукробуряковому виробництві сушать цукор-пісок, цукор-рафінад, а також відходи виробництва - жом. У спиртовому виробництві сушать відходи виробництва — барду, харчові та кормові дріжджі. Помітну роль сушіння відіграє у пивоварному ви робництві, де сушать солод, відходи виробництва. У крохмале-патоковому виробництві сушать основний продукт - крохмаль. Сушіння використовують для одержання сухого молока, сухих фруктів і овочів. У хлібопекарському, макаронному і кондитерському виробництві сушать хліб для одержання сухарів, макарони, кондитерські вироби деяких видів.
За способом підведення енергії (теплоти) штучне сушіння буває таких видів:
- конвективне, що відбувається завдяки взаємодії продукту з сушильним агентом (повітрям);
- контактне (кондуктивне), коли тепло до продукту передається через гріючу поверхню;
- радіаційне, що відбувається завдяки теплу, яке передасться інфрачервоним випромінюванням;
- діелектричне, коли продукт нагрівається в електромагнітному колі високої і надвисокої частоти;
Методи сушіння вологих матеріалів розрізняються переважно способом підведення теплоти й зумовлені фізико-хімічними властивостями цих матеріалів, а також формою їх зв'язку з вологою. Найпоширенішим є метод конвективного сушіння, що характеризується безпосереднім контактом матеріалу з потоком нагрітого газу (повітря, димових газів). Волога випаровується за допомогою теплоти нагрітого газу, який одночасно поглинає і виносить із сушарки утворену водяну пару.
Конвективне сушіння продуктів тривале по часу (3-10год.), а температура, що застосовується (+60...+750С) являється оптимальною для ферметів та мікроорганізмів, що приводить до окислення вітамінів, красячих та дубильних речовин, меланоїдоутворенню, погіршенню смаку, аромату і кольору висушеного продукту. Висушені таким чином плоди та овочі погано набухають і готові до споживання тільки при кип’ятінні на протязі 25-30хв.
Значно рідше, але теж застосовують у харчових виробництвах контактний (кондуктивний) метод сушіння, при якому теплота від теплоносія (звичайно водяної пари) до матеріалу передається через металеву стінку, що розділяє їх.
Для сушіння різних металевих пофарбованих виробів, виробів із картону, а також для висушування харчових продуктів у тонкому шарі застосовують терморадіаційний метод, при якому теплота передається інфрачервоним промінням.
Товстолистові матеріали, а також деякі плоди, якщо треба зберегти їхню форму, сушать у полі струмів високої частоти. Такий метод сушіння називають високочастотним.
Для дуже термочутливих матеріалів застосовують сублімаційне сушіння, при якому волога із матеріалу в замороженому стані переходить у парову фазу, минувши рідку (сублімує). Процес здійснюється в глибокому вакуумі.
Суть цього способу заключається в тому, що продукти заморожують в швидкоморозильних апаратах і в такому стані розміщають в вакуумні камери, де з них видаляють вологу, безпосередньо перетворюючи лід в пар, який відсмоктується з камер насосом. На місці, де були кристали льоду, що випарувалися, залишаються пари, тому ці продукти мають велику пористість, володвють доброю набухаємістю в воді, при варінні швидко розварюються. При цьому способі консервування висушені продукти добре зберігають свої початкові властивості: форму, розміри, колір, смак, араомат, вітаміни. Таким чином сушать ягоди, овочі, гриби, м’ясо, птицю, рибу, готові страви з них, сир.
Сушені продукти володіють гігроскопічністю, тому її упаковують у вологонепроникаєму тару і зберігають в сухих приміщеннях. При цій умові вони можуть зберігатися тривалий час.
Вологий продукт попередньо заморожують за температури близько
-15...-18 °С. Для більшої частини харчових продукті;: охолоджування нижче
-18 °С може призвести до незворотних змін білкових речовин. Внаслідок цього погіршується якість продуктів, а також втрачається спроможність поглинати воду під час обводнення, яке проводять для відновлення первісного вигляду, смаку і форми продукту.
З замороженого продукту, який знаходиться на плитах (всередині яких може циркулювати гаряча вода) в субліматорі у високому вакуумі відбувається випаровування льоду і додаткове охолоджування продукту. Коли значну частину вологи у вигляді пари усунено з продукту, включають нагрівання гарячою водою і матеріал досушують за температури близько 30°С.
Продукти, висушені сублімацією, зберігають структуру, колір, смак, запах, живильні властивості, біологічну цінність (білки, вітаміни) і можуть зберігатися довгий час. Цим способом сушать харчоконцентрати, м'ясні і молочні продукти, овочі і плоди, але спосіб є дорогим і складним в апаратурному відношенні. Однак витрати па обладнання і експлуатацію цілком виправдуються високою якістю висушених продуктів.
Зупинимось на деяких перспективних методах сушіння, які не отримали доки широкого розповсюдження.
Суттєвість "вибухового" сушіння полягає в тому, що підготовлену сировину спочатку підсушують до вологості 25...45 % (залежно від виду продукту), а після цього завантажують в спеціальний апарат- "гармату", де піддають його "вибуху". Апарат - це циліндр, що обертається навколо горизонтальної осі. Для його нагрівання є розташовані під ним газові пальники. З одного боку циліндр має глуху кришку, а з другого - герметичну кришку, що закривається із замикаючим пристроєм. У апарат завантажують продукт, закривають кришку, встановлюють циліндр в горизонтальне положення, включають нагрів та привід. Після досягнення тиску в циліндрі близько
1,0..2,5 МПа скидають тиск. Це призводить до миттєвого перетворення частини вологи, що міститься в продукті, в пару, в результаті чого продукт набуває пористої структури (об'єм збільшується в 15...20разів). Час відновлення сушених овочів і картоплі під час означеного способу
обробки становить 5...7 хв. Цей процес не знайшов широкого застосування
внаслідок ряду недоліків апарата: низька продуктивність, періодичність дії, високий рівень шуму під час роботи.
Суть способу сушіння продуктів переробки плодів та овочів (пюре, паст, концентрованих соків) у в спіненому стані з одержанням швидковідновлювальних порошків полягає в тому, що пюреподібний або концентрований рідкий продукт збивають в стійку піну з використанням піностабілізуючнх речовин і висушують до вмісту вологи 2...4 %. Спінювання придає продукту більш жорстку структуру і збільшує його поверхню для прискорення дифузії вологи. З точки зору тепло передачі цей спосіб не ефективний, бо піні притаманна низька теплопровідність. Проте піносушіння - це порівняно швидкий спосіб сушіння (тривалість процесу для різних продуктів складає від 3 до 20 хв.), що не вимагає високої температури. Для стабілізації піни використовують емульгатори (сухе молоко, агар, желатин, крохмаль, метилцелюлозу та ін.), для покращення спінювання через збиту масу в деяких випадках продувають повітря. Сушіння піни здійснюють частіше усього коннективним способом на стрічкових сушарках. Висушений продукт дрібнять, просівають та пакують у герметичну тару. Піносушінню піддають соки та пюре малини, полуниці, яблук, пюре з томатів, картопляне пюре та ін.
4. Устаткування для процесу сушіння
Найбільшого використання у харчових виробництвах набули конвективні і контактні сушарки.
Конвективні сушарки бувають як періодичної, так і безперевної дії. Важливою ознакою підрозділу конвективних сушарок є вид продукту (твердий, рідкий, пастоподібний), що піддається сушінню. Сушарки для твердих продуктів можна підрозділити на наступні основні види: камерні (шафові), стрічкові, барабанні, сушарки для сушіння продукту в псевдозрідженому шарі.
Камерні (шафові) сушарки належать до сушарок періодичної дії. Продукт розташовується на полицях, у камері сушарки гаряче повітря омиває продукт і відносить із собою вологу, що випаровується. Умови сушіння продукту (температура і вологість повітря), розташованого на нижніх полицях, відрізняються від умов сушіння продукту, розташованого на верхніх полицях шафи. У зв'язку з цим для підтримки однакових умов сушіння полиці з продуктом змінюють місцями. Сушарки цього типу малопродуктивні, вони використовуються в громадському харчуванні для сушіння сухарів.
Більшою продуктивністю володіють безперервнодіючі стрічкові сушарки. Продукт у них через бункер надходить на верхній стрічковий транспортер, звідти переходить на нижній і так далі до розвантажувального бункера. Гаряче повітря, обдуваючи продукт, несе із собою вологу, що випарувалася з нього.
Значне поширення для сушіння різних харчових продуктів (зерна, цукру-піску, казеїну) одержали барабанні сушарки. Перспективним є їх використовування для сушіння їжі, що залишається на підприємствах громадського харчування. Вихідний продукт через завантажувальний бункер направляється в обертовий барабан, у який надходить гаряче повітря. За час перебування в барабані продукт багаторазово перемішується і пронизується гарячим повітрям. За рахунок цього здійснюється його сушіння. Відпрацьоване повітря відсмоктується вентилятором і проходить через циклон, де від нього відокремлюються часточки продукту.
Для сушіння залишків їжі в громадському харчуванні успішно можуть бути використані сушарки з застосуванням псевдозрідженого шару. Вони бувають безперервної і періодичної дії. Продукт поміщається на перфоровану перегородку. Гаряче повітря продувається через продукт і «зважує» його, тобто створюється псевдозріджений шар. За рахунок теплоти повітря відбувається випаровування вологи з продукту.
Крива сушіння Схема стрічкової сушарки: Схема су шарки
валкового типу:
1- патрубок для входу 1,7 - приймальні
гарячого повітря; 2 - корпус жолоби для
сушарки; 3 – завантажувальний сухого продукту;
бункер;4 - патрубок для виходу 2,6 - ножі ;3,5- палки;
відпрацьованого повітря; 4 - патрубок для подачі
5 - стрічковий транспортер; вихідного продукту
6 - розвантажувальний бункер
Контактні сушарки застосовують для сушіння як твердих, так і рідких (молоко), а також пастоподібних продуктів. Для сушіння твердих продуктів серед контактних сушарок поширення одержали шафові, працюючі при атмосферному тискові і під вакуумом. В сушарках вакуумного типу на пустотілі плити, у які надходить пара, укладається продукт, що підлягає сушінню. У результаті контакту з поверхнею, що гріє, продукт нагрівається і з нього видаляється волога. Для підтримки вакууму корпус сушарки з'єднується з конденсатором і вакуум-насосом.
Для сушіння рідких і пастоподібних продуктів застосовують сушарки вальцьового типу, які можна підрозділити на двовалкові і одновалкові. Принцип роботи двовалкової сушарки показаний на рисунку.
У внутрішній простір масивних валків надходить пара, а на їхню поверхню наноситься рідкий продукт, що покриває валки плівкою. У результаті теплообміну відбувається інтенсивне випаровування вологи з продукту. Конденсат, що утворився, відводиться через спеціальну грубку. Сухий продукт знімається з валків ножами і потрапляє в прийомні жолоби.
Контрольні запитання:
1. Який процес називають сушінням ?
2. Що є рушійною силою процесу сушіння?
3. Проаналізуйте види зв’язку вологи з матеріалом.
4. Кінетика сушіння матеріалів.
5. Види сушіння, їх характеристика.
6. Проаналізуйте способи сушіння зерна.
7. Охарактеризуйте апарати для сушіння: камерні, барабанні, стрічкові сушарки; схеми апаратів.