Усушка продуктов

Сушку продуктов можно определить как процесс удаления влаги из твердых, жидких и пастообразных материалов. Сушка является неотъемлемым способом переработки сырья в современной пищевой промышленности. Целью высушивания пищевых продуктов, как правило, является продление срока их хранения с максимально возможным сохранением исходных питательных свойств, также её используют для снижения балластных свойств материалов, что позволяет оптимизировать технико-экономические показатели хранения и транспортировки.

Пролонгационная составляющая пригодности продукта в сушильном процессе имеет следующее обоснование. В следствии удалении влаги происходит увеличение концентрации сухих веществ и перевод его из гипотонического состояния в гипертоническое. Осмотическое давление повышается до пределов, которые делают невозможным существование одноклеточных микроорганизмов во внутренней среде, поскольку практически исключается процесс всасывания ими жидкости.

Необходимо заметить, что наряду с положительными эффектами сушильного процесса имеют место и негативные. Усушка продуктов приводит в итоге к изменению физико-химических свойств исходного сырья. В процессе сушки происходит усадка пищевых продуктов, что даёт не только потерю объёма и массы, но также имеет место коррозия структуры, образование пустот, отвердевание наружных слоёв, потеря витаминных и энергетических свойств, изменение цвета и потеря вкусовых качеств, регидратационных свойств и вынос ценных летучих фракций, которые удаляются вместе с жидкостью.

На степень усушки продуктов влияет множество различных факторов. В первую очередь свойства самого материала, мясные продукты, зерновые культуры, ягоды, фрукты, овощи, макаронные изделия и многие другие имеют разнообразную степень изменения исходных свойств. Даже в пределах одного и того же пищевого продукта при использовании одинакового способа сушки итог может варьироваться в зависимости от степени и типа измельчения, исходной консистенции и интенсивности обработки. Также на конечный результат, безусловно, влияет выбор способа процесса сушки, типа используемого сушильного агрегата и определенных термических и скоростных параметров. Для нестойких исходных материалов обычно используют более щадящие режимы, которые сводят до минимума механическое и термическое воздействие на продукты и уменьшают граничные перепады температур сушки, например, в системах с обратной связью, возвращающееся сырьё проходит дополнительный нагрев в рециркуляционной шахте. Также в некоторых случаях возможно применение предварительной гигротермической обработки, что улучшает выходные характеристики продуктов.

Усушка продуктов является прогнозируемым и научно-обоснованным процессом, позволяющим в пределах расчётной погрешности определить исходящую осушенную плановую массу и объём сырья.

Для расчёта объёмной усадки используется общая формула с линейной зависимостью от показателя влагосодержания материала:

;

V – объём частицы пищевого растительного материала при сушке, см³;
V_c - объём частицы пищевого растительного материала в абсолютно сухом состоянии, см³;
B_v – коэффициент объёмной усадки в зависимости от типа материала;
w - количество влаги, удаляемой из материала при сушке, кг/с.

Некоторые показатели коэффициента Bv (в случае круп рассчитан для вареного материала):

* Мясо мидии – 0,409;
* Горох – 0,15;
* Пшенной крупы – 0,17;
* Гречневой крупы – 0,919;
* Пшеничной крупы – 0,948;
* Перловой крупы – 0,45;
* Кукурузы – 0,25;
* Картофеля нарезанного в форме куба со сторонами 8 мм – 0,625.

Надо заметить, что овощи и фрукты, как капиллярно-пористые материалы имеют значительный показатель объёмной усадки, достигающий 25% от исходного объёма. Значительно влияние на степень усадки оказывает исходное влагосодержание и температурный режим сушки.

Объёмная усадка ягод наиболее точно подчиняется экспоненциальным законам и рассчитывает по формуле:

;

где X₀ – исходная влажность материала в процентах;
X_p – влажность в процентах после сушки;
t – время сушки ягод, мин;
a и b – корректирующие коэффициенты уравнения в зависимости от типа ягод, характера протекания процесса и температуры сушки.

Приводим некоторые значения коэффициентов a и b при использовании принудительной конвекции и температуре сушки в 90 градусов:

* Крыжовник: а = 0,00054; b = 1,99;
* Черная смородина: а = 0,00076; b = 1,89.

Для расчёта усушки массы зерновых, зернобобовых, а также масличных культур в процессе их обезвоживания используется следующая общая формула:

;

где X – искомый процент снижения массы зерновых культур после сушки.
а – процент исходной влажности зерновой культуры.
b – процент влажности зерна после сушки.

Необходимо заметить, что процентная убыль массы зерна всегда выше, чем потерянный процент влажности.

Также ожидаемую массу просушенного зерна и других подобных культур можно рассчитать для различных зерносушилок, исходя из плановой влагопотери исходного сырья:

;

Где M_pl – итоговая масса зерна на выходе зерносушилки.
M_F – масса зерна загруженного в зерносушильный агрегат в тоннах.
K_b – коэффициент корректировки усушки в контексте процента входной и выходной влажности сырья. Этот параметр подбирается исходя из наиболее близких соответствий реальным свойствам зерносушилки.
K_k – коэффициент корректирующий функцию в зависимости от типа и назначения зерновых культур.
Следует учесть, что эта формула не применяется для расчёта усадки зерна и других культур при высушивании для семенных целей.

В зависимости от стартового и финишного процента влажности коэффициент K_b составляет:

* (19,5%/12,5%) – K_b = 0,97;
* (19%/12%) – K_b = 0,92;
* (18,5%/11,5%) - K_b = 0,86;
* (18%/11%) - K_b = 0,8;
* (17,5%/10,5%) - K_b = 0,73;
* (17%/10%) - K_b = 0,67;
* (16,5%/9,5%) - K_b = 0,6;
* (16%/9%) - K_b = 0,54.

Значения коэффициент K_k по типу высушиваемых культур:

* Для гречихи – 0,8;
* Для ячменя, пшеницы, подсолнечника и овса – 1,0;
* Для проса – 1,25;
* Для кукурузы – 1,54;
* Для гороха и сои – 2,0;
* Для риса – 2,5.

Следует заметить, что зерновые культуры предполагают достаточно длительное время высушивания, а также необходимость регулировки интенсивности сушки. Объяснить это можно за счёт присутствия у них плотной оболочки, воздух, находящийся под ней предоставляет зерну дополнительные термоизолирующие характеристики. Слишком быстрое обезвоживание и резкое охлаждение приводят к неравномерной усадке тканей снаружи и внутри, как следствие ядро зерна растрескивается. Поэтому при сушке зерна с целью последующей выработки крупы в прямоточных сушилках рекомендуется снижение влажности за один проход в пределах 2 - 3%, в остальных случаях ориентировочно 6% - 7%.