Сушка овощного и фруктового пюре

Сушка овощного и фруктового пюре может быть организована как кондуктивным, так и конвективным способом.

При кондуктивном способе сушки используют двух- или одновальцовые сушилки, оборудованные вальцами с некорродирующей поверхностью. Непосредственный контакт высушиваемого продукта с горячей поверхностью вальцов обеспечивает большую скорость теплопередачи и очень быстрое высыхание пленки продукта, нанесенной на вальцы. Сушку на вальцовых сушилках можно вести при атмосферном давлении или под разрежением (в последнем случае сушилки называются вакуум-вальцовые). Длительность сушки на вальцовой сушилке измеряется секундами (от 10 до 30) и зависит от начальной влажности высушиваемого материала, влажности получаемого продукта, температуры нагрева вальцов, теплофизической характеристики поступающего на сушку продукта и регулируется частотой вращения вальцов.

При сушке под вакуумом длительность процесса сокращается в связи с понижением температуры испарения и лучшей эвакуацией парогазовой смеси из зоны сушки. Температура продукта на вальцах во время сушки не превышает температуры кипения воды, поэтому в вакуум-вальцовых сушилках она будет ниже и соответствовать достигнутому разрежению. Однако температура высушенной пленки зависит только от температуры вальцов, а не от степени разрежения в камере сушилки. Поэтому при работе на вакуум-сушилках надо стремиться к тому, чтобы съемочные ножи устанавливали возможно точнее на границе зоны окончания сушки.

Некоторые виды сухих порошков, особенно с высоким  содержанием сахара, обладают повышенной термоплас

тичностью, трудно отделяются от вальцов и сильно комкуются. Поэтому перед удалением такого продукта с вальцов рекомендуется обдувать его холодным воздухом; продукт несколько охлаждается, происходит кристаллизация Сахаров, адгезионные свойства продукта ослабевают, и он легко сходит с вальцов.

Конструктивные усовершенствования вальцовых сушилок направлены на создание возможности охлаждения продукта еще до снятия с вальцов и последующей досушки его осушенным воздухом. С этой целью в Западной региональной научно- исследовательской лаборатории Министерства сельского хозяйства США была усовершенствована двухвальцовая сушильная установка.

Сушильная установка (рис. 1) в нижней части расположения вальцов закрыта кожухом и имеет две зоны сбора и досушивания продукта, в которые нагнетается воздух низкой относительной влажности. Между кожухом, облегчающим нижнюю часть вальцов, и вальцами имеется зазор в 2,54 см, по которому со скоростью 5 м/с подается воздух в направлении, противоположном вращению вальцов. Относительная влажность воздуха в зонах сбора продукта 15—20%.

Рис. 1. Модифицированная двухвальцовая сушильная установка:

1 — зоны сбора сушеного продукта; 2 — ролики с индивидуальные приводом; 3 — ножи; 4 — вальцы сушилки; 5 — вытяжное устройство; 6 — устройство для подачи охлажденного воздуха.

Рекомендуемые параметры работы при сушке томатной пасты с содержанием 20% сухих веществ: частота вращения вальцов 3—3 7з об/мин, температура вальцов 137,8° С, зазор  между вальцами, измеряемый в горячем состоянии вальцов 0,0203—0,0254 мм. Влажность продукта, сходящего с вальцов, 6—7%. Обдувка воздухом нижней части вальцов способствует снижению температуры сушки на 6° С и повышает производительность сушильной установки.

Досушка продукта до влажности 2,5—3,0% достигается продуванием через продукт воздуха, нагретого до 35° С, относительной влажностью 6%; скорость движения воздуха 0,35 м/с. Продолжительность досушивания при этом 3—6 ч.

Сравнение томатного порошка (хлопьев), полученного на описанной сушилке, с продуктом, полученным на вальцовых и распылительных сушилках промышленного производства, показало, что он обладал отличным цветом, напоминающим цвет исходного сырья. Восстановление порошка было более полным и быстрым. Продукт сохранял стабильность в течение 6 мес.

Для конвективного способа сушки используют главным образом распылительные сушилки.

Быстрое испарение влаги при температуре продукта ниже 100° С и повышенных температурах воздуха (150—200° С) создает условия, исключающие перегрев продукта, благодаря чему разрушения лабильных биологически активных веществ в процессе собственно сушки незначительны.

Если принять меры к быстрой эвакуации высушенного продукта из зоны с высокой температурой и энергичному охлаждению его, то разрушениями биологически активных веществ практически можно пренебречь.

Основные потери, как это будет показано ниже, происходят при подготовке сырья к сушке и хранении порошка в сушильной башне после сушки.

Работа распылительных сушилок легко автоматизируется и поэтому установки не требуют многочисленного обслуживающего персонала. Однако распылительные сушилки имеют и существенные недостатки, которые иногда ограничивают область их применения. Так, громадное количество воздуха, с которым соприкасается высушиваемый продукт, способствует в некоторых случаях окислению кислородом воздуха легкоокисляюшихся компонентов, например некоторых полифенольных соединений. Интенсивная аэрация ведет также к значительным потерям ароматических' низкокипящих веществ. Сушильные установки имеют большие габариты.

Кроме того, тепло, поступающее в сушилку с воздухом, используется недостаточно полно. Выходящий из сушилки отработавший воздух имеет температуру 105—115° С. Если учесть, что в час через сушильную башню прокачивается да 10—15 тыс. м³ (при средних размерах сушилок, мощностью по испаренной влаге 280—320 кг/ч) воздуха, легко подсчитать, как велики потери тепла. На испарение 1 кг влаги в распылительных сушилках надо затратить 3,2—3,5 кг пара, в то время как в вальцовых сушилках 1,1—1,4 кг (остальное тепло с конденсатом возвращается в парогенератор). И все же распылительные сушилки получили широкое распространение как аппараты с удобными условиями сушки (особенно для термолабильных материалов).

Распылительная установка включает сушильную камеру, распылительный механизм, воздушный фильтр, генератор тепла для нагрева воздуха, очистители отработавшего воздуха и систему нагнетательных и отсасывающих вентиляторов.

По принципу распыления различают сушилки, работающие с пневматическим и центробежным распылением продукта. В первом случае продукт, проходя через форсунку под большим давлением (1,0—1,5 МПа), распыляется в виде факела с конусом, распределяясь по сушильной башне в виде капель, которые, встречаясь с горячим воздухом, мгновенно высыхают и уносятся проходящим воздухом из зоны сушки или падают на дно башни под действием гравитационных сил. Сушилки с таким принципом распыления продукта, как правило, имеют башню с коническим днищем, что облегчает сбор высушенного продукта.

В сушилках с центробежным распылением продукта основным рабочим органом является распылительный диск, установленный на дне башни или подвешенный сверху. Частота вращения диска в современных установках достигает 80 000 об/мин. Для распыления овощного и фруктового пюре достаточна частота вращения 7000—8000 об/мин. Сушилки с таким принципом распыления обычно имеют цилиндрические сушильные камеры. Ввод воздуха организуют так, чтобы он поднимал или опускал факел распыла продукта, не давая ему двигаться перпендикулярно стенкам башни.

По способу подачи сушильного агента различают сушилки прямоточные, в которых продукт и воздух движутся в одну сторону, противоточные с движением продукта и воздуха в разные (противоположные) стороны н комбинированные. По типу очистителей воздуха различают сушилки с циклонами или с мешочными фильтрами.

По генератору тепла различают сушилки с паровыми или с газовыми калориферами для нагрева воздуха. Применяют также электрокалориферы. Наиболее экономичны паровые калориферы, так как неиспользуемое в них для нагрева воздуха тепло собирается (конденсат) и может быть использовано для других целей.

В производстве овощных и фруктовых порошков на распылительных сушилках особое внимание следует обращать на два момента: способ распыления массы и эвакуацию порошка из зоны сушки. Продукт, подаваемый в зону сушки в виде огромной массы капель, должен быть достаточно и равномерно измельчен на частицы, желательно одинакового размера. Как правило, дисковые распылители диспергируют продукт под действием центробежной силы на очень мелкие частицы, тогда как форсуночные распылители, диспергируя продукт под влиянием большого давления, дают капли более крупные. При выборе метода распыления это следует учитывать. По размеру отдельных капель можно судить о работе распылительного устройства. Для определения среднего диаметра капли М. Л. Мальцевым и Е. Н. Таубман предложена формула

Размер капли зависит от вида продукта. Зная уменьшение диаметра капли после сушки в процентах и размер частиц порошка, определяемый ситовым анализом, можно определить размер капель, т. е. картину работы распылителя, и, сообразуясь с общей картиной работы сушильной установки, принимать необходимые меры для регулирования режима сушки. В частности, размеры частиц можно менять, изменяя первоначальное содержание сухих веществ в продукте, вдуванием одновременно с жидкой частью пылевидной фракции порошка в туман, возникающий в процессе распыления. Последнее дает возможность получить так называемый гранулированный порошок, легко растворяющийся в жидкости за счет увеличения размера частиц и значительного снижения сил сцепления между ними.

Овощи и фрукты, как известно, содержат большое количество углеводов, в основном моно и дисахара. При потере воды в процессе сушки этот материал становится термопластичным в основном за счет аморфного состояния. Продукт комкуется, налипает на оборудование и энергично набирает влагу. Резкое снижение температуры приводит к кристаллизации Сахаров и потере сверхнормальной термопластичности продукта. Для снижения температуры продукт охлаждают до 20—22° С обдуванием холодным воздухом с низкой относительной влажностью (около 20%).

Фирма «Ниро Атомайзер» (Дания) сконструировала специальные сушильные камеры с охлаждающей рубашкой, внутри которой циркулирует воздух, и обдувочным устройством, сдувающим продукт со стенок башни. Готовый продукт при выходе из сушилки влажностью 3—3,5% и температурой 45—50° С направляется в специальный герметический шнек, в котором охлаждается ниже 21—22° С воздухом с относительной влажностью 20%. При этой температуре сушеный продукт получается рассыпчатым.

Та же фирма предлагает и метод двойной сушки. Вначале продукт сушат до влажности 3% на распылительных сушилках, а затем после охлаждения и кристаллизации Сахаров досушивают до влажности 2,0—2,5% в сушилках с псевдокипящим слоем. Таким методом рекомендуют сушить томатное пюре.

Желание избавиться от недостатков распылительных установок и сохранить как наиболее целесообразный сам принцип такой сушки приводит к созданию различных комбинированных сушильных устройств.

Уже упомянутая фирма «Ниро Атомайзер» создала сушильную установку. представляющую собой комбинацию распылительной сушилки и сушилки с псевдокипящим слоем жидкого продукта. Устройство для распыления жидкого продукта (медленно вращающийся диск) монтируется на потолке установки таким образом, что капли продукта переводятся в псевдоожиженное состояние и высушиваются нагретым воздухом, поступающим через перфорированную газораспределительную решетку. Эта ступень сушки с фонтанирующим слоем продукта оборудована дополнительно нагревательными панелями, размещенными радиально. Если пылевидный продукт скапливается и налипает на нижней стороне решетки, вращающееся очистительное устройство удаляет его путем сдувания воздухом или азотом.

Для выравнивания влажности и высушивания до низкого остаточного содержания влаги продукт направляется на третью ступень сушки, представляющую собой сушилку с псевдокипящим слоем продукта и направленным перемещением его по спирали. Эта ступень также оборудована нагревательными панелями для прямой передачи тепла от нагретой поверхности к псевдоожиженному слою порошка.

Фирма выпускает различные модели сушилок, предназначенные для сушки продуктов с разными свойствами. Если требуется интенсивная сушка материала до поступления его на стадию псевдоожижения с фонтанирующим перемешиванием частиц, над этой зоной монтируется ряд кольцеобразных нагревательных плит, на поверхность которых наносится продукт для интенсивного контактного обезвоживания. Материал передвигается по нагретым поверхностям с помощью медленно вращающегося скребка.

В ФРГ разработана разновидность метода распылительной сушки, получившая название «способ Бирса», который основан на обезвоживаний при низкой температуре воздуха в башне во время свободного падения распыленного продукта. При этом распыленный продукт и осушенный воздух или инертный газ движутся в башне противоточно в вертикальном направлении.

В данном случае необходимый потенциал сушки создается не повышением температуры воздуха, а снижением его относительной влажности осушением. Сушка этим методом имеет то преимущество, что продукт не претерпевает существенных физико-химических изменений и качество его не ухудшается из-за перегревов в процессе сушки. Сухие частицы продукта представляют собой компактные шарики.

Установка «Бирс Товер» (Швейцария) высушивает жидкие пищевые продукты при температуре не выше 30° С. Сушка проводится в цилиндрических башнях высотой 67 и диаметром 15,2 м воздухом, относительная влажность которого не превышает 3%. Скорость движения воздуха 0,045—0,9 м/с. Отработавший воздух имеет относительную влажность около 80—90%. Увлажненный воздух обезвоживается химическими осушителями и фильтруется. Частицы продукта высушиваются в течение 90 с (время их падения). Содержание влаги в готовом продукте зависит от его вида и колеблется в пределах 3—4%.

Готовый сухой продукт собирается внизу башни в разделенной на три секции камере и упаковывается на трех линиях. В зависимости от диаметра башни ее производительность по испаренной влаге может колебаться от 907 до 4536 кг/ч. Расход пара на 1 кг испаренной влаги составляет 0,5—0,8 кг.

Западногерманская фирма UTAG также выпускает сушильные установки башенного типа для сушки различных пищевых продуктов (картофельного, яблочного, томатного пюре и др.). Сушильная башня выполнена из стали. Внутренний диаметр ее 10, а общая высота 76 м. Снаружи башня изолирована стиролом, внутри покрыта перфолоном.

Высушиваемый продукт распыляется равномерно по поперечному сечению башни и падает мелкими каплями с высоты башни. Снизу сушильной  башни противотоком поступает обезвоженный воздух, обеспечивающий высушивание продукта.

Производительность башенной сушилки по испаренной влаге 400 кг/ч, установленная мощность электродвигателей 305 кВт, потребность в паре 975 кг/ч, в воде 40 м³/ч. Расход тепла на 1 кг испаренной влаги 50,8*10⁶ Дж.

В установке можно сушить последовательно разные продукты, так как за короткое время ее можно полностью очистить и продезинфицировать.

Фирма «Краус—Маффей» (ФРГ) изготовляет оборудование для обезвоживания различных жидких продуктов: фруктовых пульп, томатной пасты с получением порошков высокого качества и др.

Технологическая схема производства порошков на этом оборудовании состоит из следующих основных операций: приготовления пульпы, концентрирования ее вымораживанием влаги (криоконцентрирование) либо выпариванием в специальных аппаратах, распылительной сушки фруктового концентрата, расфасовки и упаковки готового продукта. Можно также комбинировать криоконцентрирование фруктовых соков с сублимационной сушкой. Это обеспечивает получение готовых продуктов высокого качества.