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 настоящей 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.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:
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 оптимизированную
энергоемкость сушки мелкокусковых растительных материалов на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом;
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.
Научная новизна. В результате работы:
разработан непрерывный способ сублимационной сушки фруктов и овощей с предварительным измельчением и сортировкой в едином вакуумном цикле;
разработаны математические модели процессов скорозамораживания с последующей сублимационной сушкой и рассчитана оптимизированная энергоемкость сушки мелкокускового материала с комбинированным энергоподводом. Получены аналитические зависимости параметров для квазистационарных условий непрерывного процесса сублимационного обезвоживания с предварительным измельчением и сортировкой;
обоснованы основные технологические параметры и режимы работы установки с комбинированным энергоподводом для непрерывного измельчения, самозамораживания при сортировке и сублимационной сушки кусочков плодов и овощей, ранее не применяемые в сельском хозяйстве.
Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:
разработана математическая модель, которая позволяет рассчитывать установки типа УСС-НД-КЭ-И;
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 опытного образца в учебном процессе.
Реализация результатов исследований
Работа основана на обобщении результатов исследований соискателя, выполненных самостоятельно и в содружестве с инженерами, учеными, технологами и специалистами Научно-исследовательского института вакуумного электронного машиностроения (Ижевск), Специального конструкторского технологического бюро «Продмаш» (Ижевск), ЗАО «Родная Любава» (Ижевск) и ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.
Для разработки исходных требований технологии сублимационной сушки на установках непрерывного действия с комбинированным энергоподводом на кафедре МПСХП ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА был создан опытный образец установки «УСС-НД-КЭ-И-01» и внедрен в производство ЗАО «Родная Любава», на котором соискателем исследована кинетика сублимационной сушки кусочков
фруктов и овощей. После апробации образца и получения положительных результатов, разработана техническая документация на установку «УСС-НД-КЭ-И-02», производительностью 10 кг/ч, и передана на проектирование в ООО «СКТБ-Продмаш» г. Ижевска.
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.
Объем и структура диссертации
Работа изложена на 139 листах основного текста, в своем составе имеет: титульный лист, содержание, введение, 5 разделов, в том числе 41 рисунок и 17 таблиц, общие выводы, список использованной литературы из 177 источников и приложения.
