Влияние режимов замораживания на кинетику сушки

Условия образования кристаллов оказывают существенное влияние на качественные показатели обезвоженных продуктов и скорость их сушки. При образовании в продукте мелких кристаллов льда одновременно увеличивается поверхность испарения, и интенсивность сушки, казалось бы, должна возрасти. В действительности скорость обезвоживания замороженных пищевых продуктов с крупнокристаллической структурой льда больше скорости обезвоживания быстрозамороженных продуктов. В процессе замораживания происходит количественное и качественное перераспределение связей влаги с каркасом материала. При достижении криоскопической температуры и последующем охлаждении слабосвязанная влага в первую очередь разрывает водородные связи и мигрирует к центру

кристаллизации. Размер кристаллов зависит от темпа охлаждения, скорости движения фронта кристаллизации, специфических особенностей объекта замораживания и его предварительной обработки.

В работах Кротова Е. Г., Елисеева В. Н. и Вишневецкого Е. Д.  показано влияние размера образцов и температуры охлаждающего воздуха на продолжительность замораживания (рис. 1).

Рис. 1. Кривые замораживания картофеля при нагрузке 40 кг/м² в зависимости от размера кусочков и от температуры среды:

а — при t=—50° С, размер грани кубиков: 1 — 2 мм; 2— 15 мм; 3—12 мм; 4— до мм; 5 — 8 мм; 6 — 5 мм; б — размер грани кубиков: 1 — 15 мм; 2—12 мм; 3—10 мм; 4 — 8 мм; 5 — 5 мм; сплошной линией даны кривые замораживания при минус 50 С, пунктиром — при минус 30° С.

В процессе сушки на испарение слабосвязанной влаги, выделившейся в виде кристаллов при замораживании продукта, требуется меньшее количество энергии. С целью поиска наиболее целесообразных режимов замораживания при получении быстровосстанавливаемых овощей и картофеля во ВНИИКОПе проведены специальные опыты. Подготовленный в соответствии с инструкцией по сушке картофель предварительно замораживали со скоростью 0,2 и 0,8 град/мин и затем помещали в сушильную камеру, схема которой показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема экспериментальной сушильной установки.

В рабочую камеру 1 помещается продукт на поверхность решетки 2, приводимой в движение вибратором 3. Частота вибрации регулируется реостатом 4 и системой питания 5 двигателя постоянного тока 6. Под решетку камеры через электрокалорифер 7 вентилятором высокого давления 8 подается воздух, скорость которого регулируется заслоикой 9. Температура воздуха и продукта контролируется термопарами 10 и записывается потенциометром 11 типа КСП-4.

В процессе сушки картофеля параметры процесса поддерживали постоянными: удельная нагрузка на решетку 12 кг/м2, температура воздуха 70° С и скорость его движения 1,5 м/с. Периодически регистрировали убыль влаги по времени, что позволило построить кривые сушки и скорости сушки (рис. 3).

Рис. 3. Кривые сушки а и скорости сушки б предварительно замороженного картофеля.

Установлено, что предварительное замораживание картофеля перед сушкой со скоростью 0,2 град/мин (кривая 1) позволяет сократить длительность сушки продукта до 10—12% влажности на 43%, а со скоростью 0,8 град/мин (кривая 2) — на 29% по сравнению с общепринятым методом сушки (кривая 3).

Наиболее рациональные режимы замораживания, как было показано, характеризуются малой скоростью отвода тепла. Однако пористость продукта определяется количеством вымороженной в нем влаги, которое увеличивается с понижением температуры и при температуре минус 25° С составляет 90%. т. е. основную часть содержащейся в продукте влаги. Эти соображения послужили основой для разработки ступенчатого режима замораживания, предусматривающего предварительное замораживание продукта при температуре, близкой к криоскопической, а затем домораживание продукта для увеличения количества вымороженной влаги .

Исследование кинетики сушки контрольных образцов картофеля и овощей, а также предварительно замороженных и оттаянных показывает, что в процессе замораживания нарушается первоначальная структура объекта и уменьшается его водоудерживаюшая способность. Установлено, что условия замораживания существенно влияют на интенсивность процесса сушки и свойства высушенного продукта, характеризующие его восстанавливаемость (форму, пористость, коэффициент набухания, усадку и др.). Рациональные режимы замораживания целесообразно подбирать путем сопоставления интенсивности процесса сушки и качества получаемых продуктов.