Способы сушки овощей и плодов, типы сушилок

Установки, применяемые для сушки, различаются между собой способами подвода тепла к объектам сушки: конвективным, кондуктивным (или контактным), термоизлучением (при помощи инфракрасных лучей) и токами высокой и сверхвысокой частоты. Для сушки плодоовощной продукции применяют также сублимационный метод.

Конвективный способ сушки. При этом способе агент сушки (нагретый воздух, перегретый пар) выполняет функцию теплоносителя и влагопоглотителя. Преимущество способа – возможность регулирования температуры высушиваемого продукта. Установки для этого способа сушки просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Недостатки конвективного способа сушки: градиент температуры направлен в сторону, противоположную градиенту влагосодержания,что тормозит удаление влаги из продукта; относительно низкий коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к поверхности продукта вследствие того, что последний сушится в неподвижном слое, омываясь агентом сушки и отдавая ему влагу.

Сушка во взвешенном состоянии – это более интенсивный конвективный способ сушки. Осуществляется он в аппаратах кипящего (псевдоожиженного) слоя (рис. 1). Сушка во взвешенном слое характеризуется непрерывным хаотическим движением и перемещением частиц в определенном объеме по высоте, высокоразвитой поверхностью соприкосновения продукта с нагретым воздухом, так как при этом способе сушки каждая частица омывается потоком агента равномерно со всех сторон. Это обеспечивает равномерное нагревание продукта и срыв пограничного слоя испаряющейся влаги, что, в свою очередь, позволяет применять повышенные температуры агента сушки в зависимости от вида продукции. При этом значительно сокращается продолжительность сушки, и уменьшаются сроки теплового воздействия на продукт.

Рисунок 1 – Сушилка в кипящем (псевдоожиженном) слое

Для конвективного способа сушки используют распылительные сушильные аппараты (рис.), в которых интенсификация сушки происходит за счет уменьшения размеров частиц, создавая огромную поверхность мелкодиспергированных капель плодового или ягодного сока, пюре и повышая температуру сушильного агента до 200 °С. Наиболее распространены также конвейерные (ленточные) и туннельные сушилки
(рис. 2, 3).

Рисунок 2 – Конвейерная (ленточная ) сушилка

Рисунок 3 – Туннельная сушилка

Кондуктивный способ сушки. Основан на передаче тепла материалу при соприкосновении с горячей поверхностью. Воздух служит только для удаления водяного пара из сушилки и является влагопоглотителем. Коэффициент теплоотдачи кондуктивного способа значительно выше, чем конвективного, однако его применение ограничено, хотя он отличается высокой интенсивностью и экономичностью. На 1 кг испарившейся влаги затрачивается всего 1,3-1,4кг пара.

Этот способ сушки применяется в вальцовых (одновальцовых и двухвальцовых) сушилках (рис.) для сушки плодового пюре, картофельных хлопьев. Продукт с помощью специальных валков наносится тонким слоем на внешнюю стенку барабана. Барабан (валок) сушилки обогревается изнутри с помощью насыщенного пара. После одного оборота барабана уже высушенный продукт в виде пленки снимается с помощью специального ножа.

При теплопередаче часть насыщенного пара конденсируется на стенках барабана. Образовавшийся конденсат непрерывно выводится с помощью специальной трубки, чтобы обеспечить максимально свободную поверхность для конденсации пара. Система нагрева барабана полностью закрыта, чтобы предотвратить соприкосновения теплоносителя с продуктом. Короткое время воздействия на продукт высоких температур снижает риск, связанный с повреждением продукта.

Сушка инфракрасными лучами (термоизлучением). Скорость сушки инфракрасными лучами (ИКЛ) выше по сравнению с интенсифицированными способами конвективной сушки. Это объясняется более высокой скоростью перемещения влаги внутри продукта в инфракрасных сушилках (рис. 4). Для сохранения качества высушиваемого продукта не рекомендуется применять мощные потоки термоизлучения.

Рисунок 4 – Сушка овощей инфракрасными лучами

Сушка токами высокой и сверхвысокой частоты. Способ сушки токами высокой (ВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты основан на том, что диэлектрические свойства воды и сухих веществ продуктов резко различаются, поэтому влажный материал нагревается значительно быстрее, чем сухой.

В процессе сушки с применением ВЧ и СВЧ температура внутренних слоев продукта выше, чем наружных, более обезвоженных. Тепловой поток направлен к периферии продукта, и влагоперенос имеет то же направление, что способствует ускорению сушки.

Преимущества сушки ВЧ и СВЧ по сравнению с конвективной и контактной сушкой – возможность регулирования и поддержания определенной температуры продукта и более интенсивный процесс обезвоживания, что способствует улучшению качества высушиваемых продуктов.

Сублимационная сушка(криогенная сушка с вакуумом). Все большее распространение получает способ сушки пищевых продуктов в замороженном состоянии в условиях глубокого вакуума.

Процесс, при котором твердое вещество (лед) переходит в парообразное состояние, минуя жидкое, называют сублимацией, или возгонкой. При сублимационной сушке отсутствует контакт продукта с кислородом воздуха, так как создается вакуум. Основное количество влаги (75-90 %) удаляется при сублимации льда (температура ниже 0 °С) и только остаточная влага – при нагреве продукта до 40-60 °С.

Продукты (плоды и овощи), высушенные сублимационным способом, отличаются высоким качеством, сохраняют все питательные вещества, обладают повышенной восстанавливающей способностью, имеют незначительную усадку, пористое строение и сохраняют цвет и аромат свежего продукта. Из всех способов сушки с точки зрения сохранения качества сублимационная сушка наиболее совершенна.

Первая технологическая операция при этом способе – замораживание подготовленных продуктов. Для этого применяют либо быстрое замораживание в морозильных камерах, либо самозамораживание в сублиматоре при создании вакуума. В процессе самозамораживания из продукта испаряется 10-15 % всей влаги за счет выделения теплоты плавления льда при замерзании воды. Кристаллы льда образуются путем постепенного углубления зоны кристаллизации. Окончание самозамораживания определяют конкретно для каждого вида продукта при достижении температуры в середине частиц продукта (или слоя продукта) от -5 до -20 °С. Продолжительность самозамораживания 10-15 мин. При удлинении этого процесса возможно образование слишком крупных кристаллов льда, которые могут разрушить клетки тканей продукта и снизить его качество.

Вторая технологическая операция (сублимация) характеризуется постоянной скоростью сушки материала. Сублимация льда происходит путем постепенного углубления зоны испарения, в это время удаляется основная масса влаги (до 60 % и более). Чем больше влага удаляется в этот период, тем лучше сохраняются природные свойства сырья.

Третья технологическая операция – удаление остаточной влаги – характеризуется падающей скоростью сушки. К началу третьей стадии сублимация льда в основном заканчивается, и температура материала становится положительной. В этот период удаляется связанная влага, не замерзшая в продукте. Скорость сушки зависит от интенсивности подвода тепла (инфракрасными лучами или токами СВЧ) и углубления зоны испарения, удаления пара из зоны испарения через высохшие слои поверхности продукта.

В сублимационных сушильных установках (рис. 5) осуществляются все три стадии сублимационной сушки.

Рисунок 5 – Сублимационные сушильные установки