Аннотация

Введение. Сушка пищевых продуктов, относящихся к термолабильным и легкоокисляемым, исключает повышение температуры выше допустимого значения. Поэтому ведутся поиски альтернативных энергетических воздействий на высушиваемый материал, способных обеспечить сушку при незначительном увеличении температуры продукта. Одним из таких способов является воздействие ультразвуковыми колебаниями. Целью работы является выявление оптимального диапазона уровней звукового давления для воздействия на высушиваемый материал и разработка конструкций сушильных установок малого объема. Объекты и методы исследования. Процесс сушки картофеля в неподвижном тонком слое в разработанной ультразвуковой лабораторной сушильной установке. Исследования проводились при заданных температуре t = 60 ± 1 °С и скорости потока сушильного агента 0,50 ± 0,03 м/с. Результаты и их обсуждение. Анализ экспериментальных кривых сушки позволил выявить период постоянной скорости при низких уровнях звукового воздействия и его отсутствие при высоком уровне воздействия, начиная со 160 дБ. Это свидетельствует об инициировании процесса ультразвукового диспергирования жидкости с поверхности картофеля. Диспергирование происходит за счет кавитационного распыления жидкости без фазового перехода, что снижает энергозатраты на сушку. Анализ зависимости средней скорости сушки при высоком влагосодержании от уровня звукового давления позволил установить, что повышение уровня звукового давления в диапазоне уровней от 150 до 165 дБ обеспечивает рост скорости сушки до 26 % на 5 дБ. Выявлен оптимальный диапазон ультразвукового воздействия 160–165 дБ. В нем оптимально сочетаются энергозатраты и время сушки. Предложены две конструкции барабанных сушилок горизонтального и вертикального типа с разовой загрузкой в 6 кг, позволяющие равномерно пересыпать высушиваемый материал, подвергая его ультразвуковому воздействию. Выводы. Конвективная сушка картофеля совместно с ультразвуковым воздействием в двух видах разработанных барабанных сушилках обеспечивают сокращение времени сушки на 44–47 % относительно конвективной сушки.

Ключевые слова

Термолабильные продукты питания, обезвоживание, ультразвук, кривая скорости сушки, сушильные установки, звуковое давление, картофель

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Influence of dual-stage sugar substitution pretreatment on drying kinetics and quality parameters of mango / R. A. B. de Medeiros [et al.] // LWT – Food Science and Technology. 2016. Vol. 67. P. 167–173. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2015.11.049.
2. Ultrasound- and microwave-assisted intermittent drying of red beetroot / J. Szadzińska [et al.] // Drying Technology. 2020. Vol. 38. № 1–2. P. 93–107. https://doi.org/10.1080/07373937.2019.1624565.
3. Kowalski S. J. Ultrasound in wet materials subjected to drying: A modeling study // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 84. P. 998–1007. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.086.
4. Omolola A. O., Jideani A. I. O., Kapila P. F. Quality properties of fruits as affected by drying operation // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2017. Vol. 57. № 1. P. 95–108. https://doi.org/10.1080/10408398.2013.859563.
5. Recent developments in high-quality drying of vegetables, fruits and aquatic products / M. Zhang [et al.] // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2017. Vol. 57. № 6. P. 1239–1255. https://doi.org/10.1080/10408398.2014.979280.
6. Снежкин Ю. Ф., Шапарь Р. А. Обоснование режимов низкотемпературной сушки // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе: сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений. Курск, 2015. С. 134–136.
7. Onwude D. I., Hashim N., Chen G. Recent advances of novel thermal combined hot air drying of agricultural crops // Trends in Food Science and Technology. 2016. Vol. 57. P. 132–145. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.09.012.
8. Junqueira J. R. J., Correa J. L. G., Ernesto D. B. Microwave, convective, and intermittent microwave–convective drying of pulsed vacuum osmodehydrated pumpkin slices // Journal of Food Processing and Preservation. 2017. Vol. 41. № 6. https://doi.org/10.1111/jfpp.13250.
9. Ghavidelan M. A., Chayjan R. A. Modeling engineering characteristics of hazelnut kernel during infrared fluidized bed drying // Journal of Food Measurement and Characterization. 2017. Vol. 11. № 2. P. 460–478. https://doi.org/10.1007/s11694-016-9414-0.
10. Musielak G., Mierzwa D., Kroehnke J. Food drying enhancement by ultrasound – A review // Trends in Food Science and Technology. 2016. Vol. 56. P. 126–141. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.08.003.
11. Non-thermal hybrid drying of fruits and vegetables: A review of current technologies / D. I. Onwude [et al.] // Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2017. Vol. 43. P. 223–238. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2017.08.010.
12. Application of power ultrasound on the convective drying of fruits and vegetables: effects on quality / O. Rodrıguez [et al.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. 2018. Vol. 98. № 5. P. 1660–1673. https://doi.org/10.1002/jsfa.8673.
13. Applications of airborne ultrasonic technology in the food industry / C. M. G. Charoux [et al.] // Journal of Food Engineering. 2017. Vol. 208. P. 28–36. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.03.030.
14. Effects of high-intensity ultrasound on drying kinetics and antioxidant properties of passion fruit peel / E. M. G. C. Do Nascimento [et al.] // Journal of Food Engineering. 2015. Vol. 170. P. 108–118. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.09.015.
15. Influence of air velocity and temperature on ultrasonically assisted low temperature drying of eggplant / J. V. Santacatalina [et al.] // Food and Bioproducts Processing. 2016. Vol. 100. P. 282–291. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2016.07.010.
16. Use of ultrasound for dehydration of mangoes (Mangifera indica L.): kinetic modeling of ultrasound-assisted osmotic dehydration and convective air-drying / F. A. N. Fernandes [et al.] // Journal of Food Science and Technology. 2019. Vol. 56. № 4. P. 1793–1800. https://doi.org/10.1007/s13197-019-03622-y.
17. Mendez-Calderon E. K., Ocampo-Castano J. C., Orrego C. E. Optimization of convective drying assisted by ultrasound for mango tommy (Mangifera indica L.) // Journal of Food Process Engineering. 2018. Vol. 41. № 1. https://doi.org/10.1111/jfpe.12634.
18. Розенберг Л. Д. Физика и техника мощного ультразвука: (в 3 кн.). М.: Наука, 1967–1970.
19. Хмелев В. Н., Шалунов А. В., Нестеров В. А. Повышение равномерности амплитуд колебаний анизотропных ультразвуковых дисковых излучателей для газовых сред // Южно-Сибирский научный вестник. 2019. Т. 25. № 1. С. 20–24. https://doi.org/10.25699/SSSB.2019.25.27602.
20. Верболоз Е. И., Николюк О. И. Применение ультразвука при сушке макаронных изделий с белковыми добавками // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017. Т. 79. № 1 (71). С. 50–54. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-1-50-54.
21. Юдин А. В., Верболоз Е. И. Эффективность сушки кипрей-чая с применением ультразвука // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО: Материалы XLVI научной и учебно-методической конференции. СПб, 2017. С. 332–335.
22. Ультразвуковая сушилка: пат. 195247U1 Российская Федерация. № 2019128227 / Хмелев В. Н. [и др.]; заявл. 06.09.2019; опубл. 21.01.2020, Бюл. № 11. 1 с.