ВЛИЯНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПАРАМЕТРОВ  НА  ПРОЦЕСС  СУШКИ  И  КАЧЕСТВЕННЫЕ  ПОКАЗАТЕЛИ  ПРОДУКТА

Хазимов  Канат  Мухатович

докторант,  Казахский  национальный  аграрный  университет,

Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail: 

Хазимов  Жанат  Мукатович

магистр,  Казахский  национальный  аграрный  университет,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail: 

Сагындыкова  АкмаралДанабековна

магистр,  Казахский  национальный  аграрный  университет,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E -mail:  Sagyndykova.akmaral@mail.ru

Хазимов  Марат  Жалелович

канд.  техн.  наук,  профессор  Казахского  национального  аграрного  университета,  Республика  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail: 

INFLUENCE  OF  TECHNOLOGICAL  PARAMETERS  ON  THE  DRYINH  PROCESS  AND  QUALITY  INDICATORS  OF  THE  PRODUCT

Kanat  Hazimov

postdoctoral  student,  Kazakh  National  Agrarian  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Janat  Hazimov

master,  Kazakh  National  Agrarian  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Akmaral  Sagyndykova

master,  Kazakh  National  Agrarian  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

Marat  Hazimov

candidate  of  Technical  Sciences,  Professor,  Kazakh  National  Agrarian  University,  Republic  of  Kazakhstan,  Almaty

АННОТАЦИЯ

Проведен  многофакторный  эксперимент  по  определению  влияния  температуры,  времени  выдержки  и  размера  частицы  сырья  на  влажность  и  состав  конечного  продукта  в  гелиосушильной  установке.  По  результатам  исследования  получены  линейные  модели  процесса  сушки  яблок,  баклажан  и  перца.  В  качестве  функции  представлены  влажности  конечных  продуктов  и  изучена  динамика  сушки  от  времени.  Проведен  химический  анализ  продуктов  до  и  после  сушки.

ABSTRACT

Complex  experiment  of  determining  the  effect  of  temperature,  exposure  time,  the  particle  size  of  the  raw  material  on  humidity,  and  the  composition  of  the  final  product  in  the  helio-dryer  installation  is  conducted.  According  to  the  study,  linear  models  of  drying  process  of  apples,  eggplant  and  peppers  are  received.  As  a  function,  final  products  humidity  is  presented,  and  the  dynamics  of  drying  from  time  is  under  study.  Chemical  analysis  of  the  product  before  and  after  the  drying  is  carried  out. 

Ключевые  слова:  солнечная  сушилка;  толщина  нарезки;  динамика  сушки;  химический  анализ.

Keywords:  solardrier;  cutting  thickness;  drying  dynamics;  chemical  analysis

В  настоящее  время  в  мировой  практике  в  связи  с  дефицитом  энергоносителей,  а  также  их  дороговизной  широкое  распространение  получает  использование  возобновляемых  источников  энергии,  ветровых,  солнечных  и  др.  В  Республике  Казахстан,  и  в  особенности  в  сельской  местности,  где  стоимость  энергоносителей  обходится  дорого  товаропроизводителям,  данная  проблема  имеет  исключительно  большое  значение.  Удорожание  топливно-энергетических  ресурсов  приводит  к  использованию  автономных  средств  на  основе  использования  возобновляемых  источников  энергии,  как,  например,  реализация  возможностей  комплексного  использования  солнечной  энергии  для  сушки  плодоовощной  продукции. 

Фрукты  и  овощи,  как  правило,  содержат  до  90  %  воды,  9,5  %  различных  органических  соединений  и  0,5  %  минеральных  веществ.  Высокое  содержание  влаги  приводит  к  тому,  что  фрукты  и  овощи  легко  поражаются  фитопатогенными  микроорганизмами,  и  сохранность  урожая  является  сложной  задачей.  Ежегодные  потери  урожая  овощей  на  стадии  заготовки  и  хранения  в  среднем  составляют  20—25  %,  фруктов  —  15—18  %,  поэтому  сушка  плодов  и  овощей  как  способ  сбережения  урожая  находит  все  большее  применение  [1].

Для  повышения  эффективности  и  производительности  сушильной  установки  и  интенсификации  технологии  производства  сушеных  продуктов  растительного  происхождения  с  использованием  солнечной  энергии  более  важным  является  определение  влияния  таких  технологических  параметров  процесса  сушки,  как  температурный  режим,  время  сушки  и  размеры  и  формы  сырья,  подвергаемого  к  сушке.

Цель:  Определение  влияния  технологических  параметров  на  влажность  и  качество  сушеной  продукции  овощей  и  фруктов  в  солнечной  сушилке  шахтного  (вертикального)  типа.  Для  достижения  данной  цели  в  исследовании  необходимо  было  решить  следующие  задачи:

·     -  получить  модель,  описывающую  влияние  температурного  режима,  время  выдержки  и  размеры  нарезки  плодоовощной  продукции  для  сушки  в  сушилке  с  камерой  шахтного  типа;

·     -  изучить  динамику  сушки  плодоовощной  продукции  в  солнечной  сушилке  с  камерой  шахтного  типа;

·     -  определить  химический  состав  высушенной  продукции  в  зависимости  от  способа  нарезки  плодоовощной  продукции.

Материалы  и  методы:  Известные  работы  [3—5]  ряда  авторов  показывают,  что  при  изучении  процесса  сушки  важным  показателем  является  экспериментальное  исследование.  Поэтому  основное  внимание  при  изучении  процесса  сушки  уделялось  отдельному  изучению  влияния  технологических  факторов  на  интенсивность  выделения  влаги.  Исходя  из  этого,  определялись  режимы  работы  рассматриваемых  (изучаемых)  установок  и  пути  совершенствования  как  конструкции  установок,  так  и  методов  сушки.  Исследования  проводились  в  солнечной  сушильной  установке  с  камерой  шахтного  типа  [2]на  базе  учебно-производственного  центра  «Агротехсервис»  Казахского  национального  аграрного  университета.  Для  проведения  исследований  подбиралось  место  на  специально  подготовленной  площадке,  с  целью  обеспечения  непрерывного  поступления  солнечных  лучей  в  воздухонагреватель  солнечной  сушилки.

Для  ведения  опытов  по  многофакторному  эксперименту  была  принята  методика  планирования  эксперимента  по  рототабельному  плану  второго  порядка.

Выбор  независимых  переменных  был  обусловлен  основными  закономерностями  технологического  процесса  сушки,  где  основную  роль  при  обезвоживании  играли:  температурная  зона  нахождения  массы,  время  ее  выдержки  при  заданной  температуре,  и  третьим  переменным  был  выбран  средний  размер  толщины  долек,  который  оказывал  существенное  влияние  на  интенсивность  выделения  влаги.  Интервалы,  уровни  варьирования  независимых  переменных  и  матрица  плана  эксперимента  приведены  ниже.

Таблица  1. 

Значения  уровней  и  интервалов  варьирования  факторов

Влияние  толщины  нарезки  на  процесс  сушки.   Каждая  культура  сушилась  отдельно,  так  как  на  процесс  сушки  влияют  теплофизические  свойства  сырья,  и  эти  показатели  между  собой  отличаются  в  больших  пределах  [6].  Подготовка  сырья  проводилась  путем  мойки  продукции,  нарезки  кружочками  и  дольками  разной  толщины:  кружочки  5  мм,  дольки  5  мм  (для  этого  подбирались  плоды  одинаковых  размеров).  Нарезанные  на  кружочки  или  дольки  разной  толщиной  яблоки,  баклажаны  и  перец  помещались  в  сушильную  камеру.  В  ходе  сушки  непрерывно  измерялись  значения  температуры  в  сушилке  и  снаружи  цифровыми  автономными  программируемыми  регистраторами  FLUKE  54  2B,  устанавливаемыми  на  длительное  время  в  корпусе  сушилки  в  начале,  в  середине  и  в  конце  корпуса.  Исследуемые  образцы  укладывались  на  стеллаж  только  в  одном  уровне,  так  как  при  расположении  нескольких  уровней  термодинамические  параметры  в  каждом  уровне  будут  отличаться.  По  каждому  варианту  согласно  плану  исследования  определялось  время  сушки.

Полностью  высушенные  продукты  подвергались  химическому  анализу  по  следующим  методам:

·     содержание  сухих  веществ  (методом  высушивания), 

·     общего  сахара  —  по  Бертрану,  извлечение  проводили  дистиллированной  водой  при  температуре  80  ⁰С,  последующей  инверсией  соляной  кислотой.  Готовый  раствор  исследовали  при  помощи  фотоэлектроколориметра  (ФЭК).  Светофильтр  №  8.

·     витамина  С  —  по  Мурри,  (извлечение  витамина  С  проводили  1  %  соляной  кислотой  с  последующим  титрованием  краской  Тильманса  —  2,6  дихлорфенолиндофенол).

·     общей  кислотности  —  методом  титрования  (извлечение  органических  кислот  проводили  дистиллированной  водой  при  температуре  80  ⁰С,  с  последующим  титрованием  0,1  гидроокисью  калия  в  присутствии  индикатора  фенолфталеина). 

·     нитратов  —  потенциометрическим  методом  с  использованием  ионоселективных  электродов.

Результаты  исследований.  В  результате  исследований  установлено,  что  изменение  влагосодержания  в  продуктах  сушки  зависло  от  толщины  нарезки,  продолжительности  обработки  и  температуры.  На  основе  многофакторного  эксперимента  с  варьированием  этих  факторов  получено  множественное  уравнение  регрессии  первого  порядка  соответственно  для  яблок,  баклажан  и  перца:

W   =  166,14  –  0,73T  –  2,79τ  –  0,08a  (1)

W   =  159,68  –  0,69T  –  1,83τ  –  0,05a  (2)

W   =  149,76  –  0,  59T  –  0,92τ  –  0,01a  (3)

Варьируемые  значения  параметров  по  условиям  эксперимента  были  приняты  одинаковыми.  Проверка  значимости  коэффициентов  регрессии  в  полученной  модели  по  критерию  Стьюдента  показала,  что  все  коэффициенты  являются  значимыми.  Однако  полученные  зависимости  для  всех  видов  продуктов  являются  линейными.  Скорее  всего,  эти  пределы  изменения  факторов  имеют  небольшой  диапазон,  сушка  проходит  в  мягком  режиме,  как  режимы  гелиосушилки.  В  уравнении  (1)  свободный  член  имеет  большее  значение,  чем  в  (2)  и  (3),  это  связано  с  количеством  влаги  в  исходном  материале:  для  яблок  оно  наивысшее,  далее  идет  баклажан,  и  самую  низкую  влажность  имеет  перец.  Более  значимым  фактором  является  температурный  режим  во  всех  трех  моделях,  также  этот  фактор  меняется  в  зависимости  от  влажности  материалов,  самое  высокое  значение  у  яблок  и  низшее  у  перца,  и  такой  закономерности  подчиняется  влияние  других  факторов.  Следует  отметить,  что  среди  всех  факторов  незначимыми  являются  размеры  частицы  (толщина  нарезки).  Самое  низкое  влияние  размеров  перца  на  процесс  сушки  можно  объяснить  тем,  что  структура  болгарского  перца  имеет  другие  отличительные  особенности,  чем  у  яблок  и  баклажанов,  и  более  влажная  часть  находится  в  кожуре,  которая  имеет  толщину  максимально  до  5  мм.  Поэтому  поверхность  теплообмена  баклажанов  больше,  чем  у  других  «участников»  эксперимента.

Из  графиков,  характеризующих  динамику  и  продолжительность  сушки  плодов  и  овощей  в  зависимости  от  способа  и  толщины  нарезки  (рисунок  1),  видно,  что  наиболее  оптимальной  является  нарезка  яблок  дольками  толщиной  10  мм,  баклажанов  дольками  толщиной  5  мм,  перца  болгарского  толщиной  10  мм  и  квадратиками  20х20  мм.

Рисунок  1.  Динамика  сушки  плодов  и  овощей  в  зависимости  от  способа  и  толщины  нарезки

Проведенные  химические  анализы  исходных  (таблица  2)  и  высушенных  продуктов  (таблицы  3  и  4)  дали  следующие  результаты.

Таблица  2.

Химический  анализ  сырья  до  сушки

Таблица  3. 

Химический  анализ  сырья  после  сушки  нарезанных  кружочками

Таблица  4.

Химический  анализ  сырья  после  сушки  нарезанных  дольками

Химически  анализ  проводился  по  5  показателям:  содержанию  витамина  С,  сахара,  сухих  веществ,  нитратов  и  кислотности  продукта.  Как  видно,  по  содержанию  витамина  С  перец  многократно  превышает  остальные  культуры  (яблоко  и  баклажан)  как  в  свежем  состоянии,  так  и  в  сушеном  виде.  По  содержанию  сахара  все  представленные  виды  культур  в  сухом  виде  содержат  его  больше  чем  в  3  раза,  чем  в  свежем  виде.  Среди  них  сушеное  яблоко  содержит  в  несколько  раз  больше  сахара,  чем  остальные  продукты.  Что  касается  кислотности,  все  3  культуры  имеют  показатели  ниже,  чем  0,6  %,  как  и  в  свежем,  так  и  в  сухом  виде.  Сухие  вещества  в  процентном  соотношении  в  порядке  два  раза  содержатся  в  свежем  яблоке,  чем  в  других  культурах.  Нитраты  свежий  перец  содержит  больше  в  2  раза,  чем  другие  культуры,  в  сухом  состоянии  этот  показатель  у  сушенного  перца  возрастает  почти  до  10  раз  больше,  чем  у  остальных  культур.

Выводы 

Установлены  математические  зависимости  первого  порядка  изменения  влажности  обрабатываемых  материалов,  таких  как  яблоко,  баклажан  и  перец,  от  температуры  сушки,  продолжительности  тепловой  обработки  и  размеров  высушиваемого  материала.  Более  существенным  параметром  являлся  температурный  режим,  и  менее  существенным  —  размеры  частиц.  По  динамике  сушки  и  по  продолжительности  сушки  наиболее  оптимальной  является  нарезка  яблок  дольками  толщиной  10  мм,  баклажанов  —  дольками  толщиной  5  мм,  перца  болгарского  —толщиной  10  мм  и  квадратиками  20х20  мм.

Способ  нарезки  продукции  влияет  также  на  его  полезные  свойства  и  химический  состав.  По  содержанию  питательных  показателей,  в  частности  по  содержанию  витаминов,  перец  имеет  очень  высокий  показатель  по  сравнению  с  яблоками  и  баклажанами.

Список  литературы:

1.Тажибаев  Т.С.  Технология  переработки  и  хранения  овощей  и  фруктов.  Пособие  для  высших  учебных  заведений.  Алматы,  2010.  —  281  c.

2.Хазимов  К.М.  Подбор  типа  полиэтиленовой  пленки  в  качестве  экрана  в  солнечной  сушилке  для  сушки  овощей  //11^thConference  “European  Applied  Sciences:  modern  approaches  in  scientific  researches”.  2014.  —  c.  61—68.

3.Muhhlbaner  W.  Getreide  und  Maistocknung  mit  onnenenergie  //  Agrartech.  Internat.  —  1977.  —  Bd.  57,  —  №  5.  —  S.  58—60.

4.Jona  feat  fruit  Patent.  USA.-1979.  4  157  620.

5.Raise  in  raincoats  beat  the  heat  //  American  fruit  Grower.  —  1985.  —  №  5.  —  P.  22—32.

6.Ultanova  I.B.,  Khazimov  K.M.,  Khazimov  M.Zh.  Determination  of  thermal  performance  the  fruits  pulp  of  melons//  Agroinžineriair  energetika.  2014.  —  c.  121—127  c.