К оценке параметров процесса сушки сока черной смородины

Д-р техн. наук А.А. ЕМЕЛЬЯНОВ, А.Г. ЗОЛОТАРЕВ, В.В. ДОЛЖЕНКОВ, К.А. ЕМЕЛЬЯНОВ
Технологический институт Орловского государственного технического университета

В [1] рассмотрена установка для удаления влаги из жидких пищевых продуктов в вакууме, осуществлено низкотемпературное выпаривание натурального сока черной смородины и получен сухой сок в гранулированном и порошкообразном виде. Технология получения сухого сока включает вакуумное выпаривание сока прямого отжима и последующую досушку концентрированного сока при атмосферном давлении с применением экструзии и размельчения. Удаление влаги, как на стадии вакуумного выпаривания, так и на стадии досушки, осуществляется при температуре, не превышающей 50 ○С. Сушка при пониженных температурах минимизирует потери биологической активности исходного сырья и позволяет получать биологически активные сухие соки. Исследование физико-химического состава сока черной смородины показало его высокую пищевую и биологическую ценность [2].

В настоящей работе с целью оценки параметров процесса сушки рассмотрен процесс влагообмена при выпаривании сока черной смородины.

В сушилках периодического действия сушка является нестационарным процессом. Экспериментальная кривая скорости сушки  , полученная при выпаривании 13 кг сока черной смородины [1], включает периоды постоянной (участок 1) и падающей (участки 2 – 4) скорости (Рис. 1).

В пренебрежении термовлагопроводностью и предположении перемещения влаги в одном направлении с коэффициентом влагообмена  , равномерного распределения влаги по сечению материала и постоянной интенсивности испарения с поверхности уравнение влагообмена для периода постоянной скорости сушки принимает вид:
                                 (1)

где   – влажность материала, определенная отношением массы Gвл, содержащейся в нем влаги, к массе Gс сухого вещества;  ,  ,   − соответственно, первая критическая, поверхностная и равновесная влажности; β – коэффициент влагопроницаемости.
    В результате интегрирования уравнения влагообмена (1) определяется продолжительность сушки первого периода
 ,                        (2)
где   − скорость сушки первого периода.
В период падающей скорости продолжительность сушки выражается через определяемый экспериментально коэффициент K скорости сушки
 .                        (3)
    Интегрируя (3), находим продолжительность сушки каждого из трех участков ( ) второго периода:
 ,                         (4)
 ,                              (5)
                               (6)
где   – начальная скорость i-го участка;   – конечная влажность.
    Общая продолжительность сушки равна сумме продолжительностей сушки участков
 .               (7)
Начальная, критические и конечная влажности, а также начальные скорости участков сушки для кривой  , приведенной на рис. 1, составляют:  ;  ;  ;  ;  ;  ч-1;  ч-1;  ч-1. По перепадам влажности и начальным скоростям сушки рассчитаны коэффициенты скорости участков, ч-1:  ;  ;  , – и продолжительности сушки, ч:  ;  ;  ;  . Общая продолжительность процесса сушки сока черной смородины составила  ч. Результаты расчетов удовлетворяют экспериментальным данным с относительной погрешностью менее 5 %.
Интенсивность испарения влаги  , определяемая средней скоростью испарения с единицы поверхности F, на отдельных участках процесса сушки сока черной смородины составила, кг/(м2∙ч):  ;  ;  ;  . Интенсивность испарения влаги в период постоянной скорости сушки (участок 1) существенно выше интенсивности в период падающей скорости, превышение составляет от 6-кратного на участке 2 до четырех порядков величины на участке 4.

Таким образом, по экспериментальной кривой скорости сушки оценены параметры процесса сушки сока черной смородины. Этап падающей скорости представлен в виде трех участков, отличающихся по интенсивности испарения влаги от этапа постоянной скорости в пределах от 6-кратного до четырех порядков величины.

Л и т е р а т у р а
1. Емельянов А.А., Золотарев А.Г., Долженков В.В., Емельянов К.А. Малогабаритная вакуумная установка для получения порошка из сока черной смородины // Хранение и переработка сельхозсырья. 2008. № 10.
2. Емельянов А.А., Емельянов Д.А., Шалимова О.А. Сухой сок из черной смородины // Пищевая промышленность. 2008. № 7.

Статья опубликована в журнале "Хранение и переработка сельзохсырья", 11/2010, С. 10-11