Касьянов Геннадий Иванович Краснодар 017 аналитический обзор

3.2 Кинетика процесса дегидратации плодово-ягодного сырья 
при различных режимах тепловой обработки. 
Результаты опытного изучения кинетики процесса сушки наиболее удобно 
анализировать с помощью построения кривых сушки (координаты – влажность 
продукта и время), кривых скорости сушки (координаты – скорость сушки и 
влажность) и температурных кривых (координаты – температура продукта и 
влажность или температура и время). 
Взаимодействие влажного материала с окружающим воздухом может про-
исходить в двух направлениях: 

---

63 
- в случае, когда парциальное давление пара у поверхности материала 
больше, чем парциальное давление в воздухе, будет происходить процесс испаре-
ния (сушка); 
- если парциальное давление у поверхности материала меньше, чем парци-
альное давление пара в воздухе материал будет увлажняться за счѐт поглощения 
пара из окружающего воздуха (сорбция). 
Через некоторое время, когда парциальное давление материала станет равно 
парциальному давлению пара в воздухе, наступает состояние равновесия. Влаж-
ность материала, соответствующая состоянию равновесия, называется равновес-
ной влажностью (А.С. Гинзбург, 1985). 
Статика процесса сушки обычно исследуется сушкой материала до посто-
янной массы, то есть определяются кривые сушки. 
Кривые сушки характеризуют изменение влажности материала 
(W
) 
во времени 
(τ).
Влажность материала обычно рассчитывают по отношению 
к массе абсолютно сухого вещества, остающейся в процессе сушки неизменной. 
Возможен простой переход от влажности, рассчитанной по отношению 
к сухой массе 
(G
с
), к влажности, рассчитанной по отношению к общей массе ма-
териала 
(G
). 
Общая масса влажного материала определяется уравнением: 
G
= 
W
+ 
G
c
, 
(1) 
где 
W
– масса воды, кг; 
G
c
– масса абсолютно сухого материала, кг. 
Влажность материала по отношению к сухой массе (абсолютная влажность, 
W
a
) определяется уравнением: 
100


c
a
G
W
W
, 
(2) 
Влажность материала по отношению к общей массе (относительная влаж-
ность, 
W
o
) определяется уравнением: 
100


G
W
W
o
. 
(3) 

---

64 
Скорость сушки 
dW
d

[%/мин] – изменение влажности материала в единицу 
времени, определяемая методом дифференцирования кривой сушки. При графи-
ческом дифференцировании скорость сушки определяют как тангенс угла наклона 
касательной, проведѐнной через данную точку кривой сушки, соответствующую 
определѐнной влажности материала. 
В конце процесса кривая сушки по асимптотеснижается коси абсцисс, что 
затрудняет проведение касательной к кривой сушки. Поэтому рассчитывают 
среднюю скорость сушки за небольшие промежутки времени. 
К объектам исследований относитсяфруктовая мякоть, представляющая со-
бой коллоидные капиллярно-пористые тело. Анализируя графики скорости суш-
ки,возможно условно выделить период постоянной скорости сушки и падающей 
скорости сушки. 
К особенностям кривых сушки фруктовой мякотиотносится отсутствие пе-
риода постоянной скорости, из-за чегосложно применитьклассические методы 
расчѐта и прогнозирования времени сушки. 
Внесенные в табличную форму кривые сушки абрикосов и хурмы при за-
данных режимах бланширования оптимизировали с помощью метода наименьших 
квадратов, получив уравнение вида: 


b
n
k
k
e
W
W
W
W





, 
(4) 
где 
W
n
– начальная влажность продукта, %; 
τ
– время сушки, ч; 
W
k
– условное значение конечной влажности продукта, при которой достигается 
минимальная погрешность аппроксимации, %; 
b
– константа, зависящая от темпе-
ратуры воздуха и вида продукта. 
Используя уравнение (4) можно в температурном интервале от 60 до 100°C 
рассчитать продолжительность сушки фруктов и ягод при любом еѐ значени. 
Критерий оптимальности можно определить поизменению массы продукта 
G
в течение продолжительности сушки 
τ
и построить графическую зависимость 
вида 
G = f(τ).

---

65 
Если принять значение массы продукта за 
G
i+1
и 
G
i
и в равные промежутки 
времени 
τ
i+1
и 
τ
i
, то можно построить зависимость скорости удаления влаги из 
продукта от времени: 








i
i
i
i
G
G
G



1
1
f(τ)
. 
(5) 
Если проанализировать данную зависимостьто можно отметить, что для ре-
жима сушки совпадающего с температурой сушильного агента 
T
= constп, появля-
ется начальный участок с квазипостоянной скоростью удаления влаги, длина ко-
торого увеличивается по мере снижения температуры. 
Участок квазипостоянной скорости при 100 °С равняется времени 2-2,2 ч, 
по истечении которого скорость удаления влаги снижается и становится меньше 
скорости при температуре 
Т
=90°C. 
В случае сушки продукта при температуре сушильного агента 
T
=100°C и 
более двух часов, процесс будет экономически невыгодным, так как при меньшем 
значении температуры скорость убыли влаги выше. То же самое происходит от-
носительно режимов с температурами 90-60°C. Наиболее протяжѐнный участок 
квазипостоянной скорости убыли влаги можно отнести к реперной точке зависи-
мости продолжительности сушки от температуры и считать ее оптимальной при 
данной температуре. 
Зависимость
 


f
d
dG

подчеркивает целесообразностьступенчатого измене-
ния температуры сушильного агента через определенные интервалы времени. 
Снижая температуру в заданных промежутках времени
τ
100º
, 
τ
90º
и т.д, можно экс-
периментально определить оптимальный режим, соответствующий минималь-
нойпродолжительности сушки 
τ
Σ
.
Примером сушки капиллярно-пористых материалов на рисунке 3.1 служит 
изменение абсолютной влажности нарезанной на ломтики тыквы при различных 
температурах. Графики показывают, что продолжительность сушки при темпера-
туре 90 °C практически в два раза меньше продолжительности сушки при темпе-
ратуре 70 °C. Автором установлено, что несмотря на минимальную продолжи-
тельность сушки, но при повышенной температуре продукт темнеет. Поэтому, как 

---

66 
показано на рисунке 3.2 следует сушить ломтики тыквы при температурах 70 и 80 
°C, при которых высушиваемый продукт получает приятный светлокремовый от-
тенок. Как влияют режимы бланширования на кинетику процесса сушки кубиков 
тыквы показано на рисунке 3.3. Кривые сушки строили с учетом ступенчатого 
изменения температуры. Установлено, что увеличение времени бланширования 
до 4 минут незначительно ускоряет сушку. Отмечена идентичность кривых сушки 
при бланшировании в СВЧ-поле и паром. Но бланширование паром предпочти-
тельней из-за меньшей затратности. На рисунке 3.4 представлены кривые скоро-
сти сушки кубиков тыквы при различном времени бланширования в СВЧ-поле. 
Таблица 3.1 – Кривые сушки тыквы при различных температурах 
Для всех кривых характерно увеличение скорости сушки в момент началь-
ного прогрева высушиваемого материала. Исследование влияния режимов блан-
ширования и способов нарезки яблок показаны на рисунках 3.5 и 3.6 при паровой 
бланшировки и в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. Для сушки гото-

---

67 
вили нарезанные на столбики яблоки 25 мм сечением 4х4 мм, столбиками 35 мм 
сечением 4х4 мм и кубиками с гранью 6 мм. На основании результатов исследо-
ваний сделан вывод о целесообразности обработки и сушки яблок, нарезанных 
кубиками. 
Рисунок 3.2 – Кривые скорости сушки тыквы при различных температурах 
Рисунок 3.3 – Кривые сушки тыквы при различных режимах обработки 
0
10
20
30
40
50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55