Сушка во вспененном состоянии

Этот способ используется для сушки пюре, паст, пульпы концентрированных соков. Сущность способа состоит в том, что пюреобразный или концентрированный жидкий продукт взбивается в стойкую пену в присутствии пеностабилизирующих веществ и высушивается до низкой остаточной влажности (2-4 %).

Вспенивание придает продукту более жесткую структуру и увеличивается поверхность для диффузии влаги. С точки зрения теплопередачи способ недостаточно эффективен, так как пена имеет низкую теплопроводность. Тем не менее способ не требует высокой температуры и продолжительность его составляет от 3 до 20 мин.

Стойкую пену получают при взбивании с эмульгатором, который добавляют в количестве 1-2 % к массе продукта. В качестве эмульгаторов используют: моностеарат глицерина, метилцеллюлозу, яичный альбумин, желатин, сухое молоко, растворимый крахмал, альгинаты и др.

Сушат пену разными способами: равномерно распределяют тонким слоем на транспортной ленте из нержавеющей стали и сушат встречным потоком воздуха; выдавливают из специальных устройств – экструдеров на ленту в условиях вакуума. При прохождении сушильного агента через пену в ней образуются кратеры, и пена быстро высыхает. Высушенный продукт измельчают и просеивают.

Преимущества способа: обеспечивает быстрое получение полностью восстанавливаемого продукта с максимальным сохранением вкусовых и пищевых достоинств сырья. По качеству способ может конкурировать с сублимационной сушкой, но он значительно дешевле.

Кондуктивный способ сушки

Этот способ сушки широко применяется для обезвоживания фруктовых и овощных пюреобразных продуктов, в том числе и картофельного пюре.

Кондуктивный (контактный) способ основан на передаче теплоты материалу при соприкосновении с горячей поверхностью. Воздух при этом способе служит только для удаления водяного пара из сушилки и является влагопоглотителем. Коэффициент теплоотдачи при этом способе в десятки раз выше, чем при конвективной сушке.

Температура в разных слоях материала различна: наибольшая – у слоя, который контактирует с греющей поверхностью, наименьшая – у наружного слоя. Влагосодержание в процессе сушки данным способом постепенно увеличивается от слоев, соприкасающихся с нагретой поверхностью, к наружным слоям. Горячая поверхность чаще всего обогревается водяным паром, температура которого выше 100 ⁰С, поэтому слои материала, контактирующие с горячей поверхностью, могут достичь этой температуры и происходят местные перегревы. Из-за этого степень растворимости сухих продуктов, полученных по данному способу, составляет 80-85 %. Обязательное условие при данном способе сушки – хороший контакт материала с греющей поверхностью.

Сушка происходит в вальцовых сушильных установках. Продолжительность сушки определяется одним поворотом вальцов.

Продолжительность сушки определяется по формуле 1.26:

τ = (1.26)

где: l – длина пути, пройденного высушиваемой частицей вдоль вальца, м;

n – частота вращения вальца (1 об/мин = 1 мин^-1 = 0,10472 рад/с);

R – радиус вальца, м.

Продукт высушивается в виде тонкого слоя. Толщина пленки высушиваемого материала при условии, что ширина пленки равна длине вальца, определяется по формуле 1.27:

δ = (1.27)

где: М₁ – количество материала, поступающего на сушку, кг/ч;

ρ_м – плотность высушиваемого материала, кг/м³;

L – длина вальца, м.

Схема двухвальцовой сушильной установки приведена на рисунке 1.4.

Эти сушилки непрерывнодействующие. Производительность их составляет 250-500 кг испаренной влаги в час. Имеют два полых цилиндрических вальца (5). Наружная поверхность вальцов шлифуется и полируется. С торца вальцы закрыты съемными крышками и цапфами. Одни цапфы (6) сплошные для привода, другие (8) полые, через них вводится пар и отводится конденсат (по сифонной трубке 9, которая соединяется с конденсатоотводчиком). Давление пара в вальцах 0,3-0,5 МПа. Зазор между вальцами регулируется от 0 до 6 мм (в рабочем положении зазор равен 1-2 мм). Над вальцами расположен вытяжной зонт (4) для удаления испаренной влаги. Вальцы вращаются с одинаковой частотой (4-24 мин^-1) навстречу друг другу. Продукт для сушки поступает либо в специальные желоба (2), которые расположены снаружи посередине обоих вальцов, это позволяет увеличить полезную площадь их поверхности до 85-87 %. В желобах на горизонтальных валах закреплены диски (1). При вращении валов они погружаются в продукт и покрываются его слоем. Для снятия сухого продукта устанавливаются ножи (3). Продукт высушивается в виде тонкой пленки за один оборот вальцов. Продолжительность сушки (одного оборота) составляет от 2,5 до 15 с.

Преимущества способа: интенсивность сушки (из-за высокого коэффициента теплопередачи между греющей поверхностью и материалом), благодаря этому продукт быстро обезвоживается; невысокие затраты энергии; простота; невысокая стоимость оборудования.

Недостатки способа: продукт подвергается механическому воздействию – его срезают ножами, затем размалывают в порошок, поэтому качество ниже, чем при распылительной сушке. При соприкосновении продукта с нагретыми вальцами происходит необратимая тепловая коагуляция белков; термическое разложение сахаров и изменение цвета.

Сушка термоизлучением

Сушка термоизлучением – использование инфракрасных лучей (ИКЛ).

ИКЛ – невидимые тепловые лучи с длиной волны от 0,77 до 340 мкм.

Для сушки пищевых растительных материалов практическое применение нашли коротковолновые инфракрасные лучи с длиной волны около 1,6-2,2 мкм. При этом способе сушки к материалу подводится тепловой поток в 30-70 раз мощнее, чем при конвективной сушке. Скорость сушки увеличивается по сравнению с конвективной, но не пропорционально увеличению теплового потока. Это объясняется тем, что скорость сушки зависит не столько от скорости передачи тепла, сколько от скорости перемещения влаги внутри материала. Для сохранения высоких показателей качества высушенного продукта применение мощных потоков ИКЛ не рекомендуется.

Количество теплоты, переданной инфракрасными лучами (Q), зависит от приведенной степени черноты тела (ε), взаимного расположения поверхности излучения и поглощения (ψ) и от разности абсолютных температур источника излучателя (Т₁) и поглощающего материала (Т₂) и определяется по уравнению 1.28.

Q = ε_1-2*ψ*[(T₁/100)⁴ – (T₂/100)⁴] (1.28)

ε_1-2 = С₁*С₂/С²₀ (1.29)

где: С – коэффициент излучения серого тела, Вт/(м²*К);

С₀ - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,7 Вт/(м²*К);

С₁ и С₂ - коэффициенты излучения, соответственно источника ИКЛ и высушиваемого материала, Вт/(м²*К).

Для ускорения процесса сушки необходимо, чтобы инфракрасные лучи проникали в материал на достаточную глубину. Это зависит от пропускной способности материала и от длины волны ИКЛ: чем меньше длина волны, тем выше проникающая способность инфракрасных лучей. Проницаемость пищевых растительных материалов увеличивается с уменьшением толщины слоя и с понижением влажности материала. Например, проницаемость ИКЛ в сырой картофель составляет 6 мм, в сухой – 15-18 мм.

При сушке материалов с малой проницаемостью может произойти быстрое высушивание поверхностного слоя и высокие градиенты температуры и влажности внутри материала приведут к растрескиванию. При сушке ИКЛ в материале возникают перепады температур, под действием которых влага перемещается по направлению теплового потока внутрь материала.

Для растительных материалов рекомендуется прерывистое облучение. В период прекращения подачи ИКЛ из-за интенсивного испарения температура поверхности резко снижается, температурный градиент меняет свое направление (т.к. температура внутри выше, чем на поверхности) и влага перемещается из центральных слоев к поверхностным, где и испаряется. Параметры сушки ИКЛ приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 – Параметры сушки ИКЛ

Вид овощей	Удельная нагрузка, кг/м^2	Продолжи-тельность сушки, ч	Расход энергии
кВт*ч/м^2	кВт*ч кг сырья
Зеленый горошек		2,16	7,8	0,97
Морковь			10,8	1,08
Капуста		1,5	5,4	0,77
Картофель толщиной: 5 мм 10 мм 20 мм				1,0 0,75 0,75

По характеру ИКЛ различают терморадиационные сушилки с электрическим и газовым обогревом. Сушилки с электрическим обогревом компактны, но высокий расход электроэнергии и неравномерность сушки ограничивает их применение. Сушилки с газовым обогревом более экономичны и обеспечивают более равномерную сушку.