Россия
Россия
Саратовская область, Россия
Астрахань, Россия
Представлены новые сведения по рациональной организации процесса сушки рыборастительного фарша с целью получения сухого рыборастительного пищевого концентрата на основе регионального сырья Республики Сьерра-Леоне, полученные в ходе экспериментально-аналитических исследований. В качестве сырья для производства сухого рыборастительного пищевого концентрата обосновано использование филе сардинеллы с добавлением кукурузной муки и измельченных бамии и моркови. С учетом недостаточного индустриального развития, отсутствия пищевого машиностроения и ограниченности использования для промышленных производств энергетических ресурсов в Республике Сьерра Леоне целесообразно рассматривать конвективную сушку как базовый и наиболее простой в организации вариант реализации стадии обезвоживания рыборастительного фарша. Исследован процесс конвективной сушки рыборастительного фарша и выполнен анализ закономерностей его протекания. Результаты комплексных исследований могут быть использованы для научного анализа динамики тепломассообменных процессов, их моделирования, автоматизации и оптимизации с целью энерго- и ресурсосбережения, а также при проектировании сушильной техники. Представлены математическая постановка и решение задачи рационализации сушильного процесса при конвективной сушке рыборастительного фарша. Для расчета рациональных параметров процесса сушки при эксплуатации, пуске/наладке и проектировании сушильной техники установлены функциональные зависимости удельной производительности сушилки и удельной влагонапряженности рабочей поверхности сушильной камеры от влияющих параметров. Для внедрения разработанных режимов на промышленных предприятиях при организации выпуска сухого рыборастительного пищевого концентрата в зависимости от производительности предприятия необходимо применять конвективные конвейерные сушилки или сушильные шкафы.
рыборастительный фарш, конвективная сушка, производительность сушильной камеры, пищевой концентрат
Введение
Современные тенденции и направления организации питания в Республике Сьерра-Леоне свидетельствуют о необходимости создания новых продуктов питания, которые не только удовлетворяют потребности организма в необходимых питательных веществах, но и будут оказывать положительное влияние на здоровье. Востребованными пищевыми продуктами являются концентраты, изготовленные из рыбного и растительного сырья.
Анализируя современные тенденции в пищевой промышленности, нельзя не отметить растущую роль рыбоперерабатывающей отрасли. Рыбопродукция все чаще рассматривается как основа для создания сбалансированного рациона, отвечающего современным требованиям здорового питания [1]. Согласно статистическим данным, за последние годы во всем мире в рационе питания человека потребление рыбы и морепродуктов стабильно растет, замещая традиционные мясные продукты.
Для расширения ассортимента рыбных продуктов и повышения их пищевой ценности активно используются технологии комбинирования рыбного сырья с растительным [2, 3]. Введение овощных наполнителей позволяет не только улучшить вкусовые качества готовых изделий, но и создать продукты с различными функциональными свойствами.
С учетом недостаточного индустриального развития, отсутствия пищевого машиностроения и ограниченности использования для промышленных производств энергетических ресурсов в Республике Сьерра-Леоне, целесообразно рассматривать конвективную сушку как базовый и наиболее простой в организации вариант реализации стадии обезвоживания рыборастительного фарша. Правильный подбор оборудования и рациональных режимных параметров процесса позволяет получить продукт с оптимальными характеристиками [4].
Целью данного исследования является разработка оптимальных режимов конвективной сушки рыборастительного фарша для создания нового функционального продукта питания, отвечающего потребностям населения Республики Сьерра-Леоне.
Объекты и методы исследований
С целью организации промышленного производства сухого рыборастительного концентрата были проведены исследования, направленные на изучение процесса конвективной сушки и диапазонов варьирования параметров, влияющих на удельную производительность промышленных сушильных установок для интенсификации процесса.
На рис. 1 представлена разработанная рецептура рыборастительного фарша, специально созданная для производства пищевого концентрата.
Рис. 1. Рецептура рыборастительного фарша для производства пищевого концентрата [5]
Fig. 1. Formulation of minced fish for the production of food concentrate [5]
Для изучения кинетики сушки был использован сушильный шкаф ПЭ-4610. В качестве образцов выступал рыборастительный фарш, изготовленный из филе сардинеллы, кукурузной муки, измельченной бамии и моркови (сырье из Сьерра-Леоне) согласно технологической инструкции 9268-065-00471704-2023. Начальная влажность фарша составляла 75 кг/кг. Высушивание фарша осуществлялось до влажности Wк ≤ 0,05 кг/кг, которая обоснована при исследовании гигроскопических характеристик рыборастительного фарша.
Для оптимизации процесса сушки рыборастительного фарша, опираясь на результаты исследований [6–9], в качестве критерия оптимизации была выбрана удельная производительность сушильной установки по сухому продукту (P). Этот показатель отражает массу готового продукта с влажностью 0,05 кг/кг, получаемую с единицы площади рабочей поверхности за час:
где M – масса высушенного материала, кг; S – площадь рабочей поверхности сушилки, м2; τ – время сушки, ч.
Чтобы оценить эффективность и целесообразность различных режимов сушки рыборастительного фарша, была исследована зависимость влагонапряженности от таких параметров, как температура сушильного агента, скорость воздуха и толщина слоя материала. Влагонапряженность В, кг/(м²·ч), характеризующая интенсивность процесса сушки:
,
где П – производительность по исходному материалу (рыборастительный фарш), кг/ч; Wн – начальная влажность, кг/кг; Wк – конечная влажность, кг/кг.
Для проведения экспериментальных исследований сушки рыборастительного фарша были выбраны следующие режимные параметры:
– характеристики рыборастительного фарша: начальная влажность Wн = 0,75 кг/кг и исходная температура Тпрод = 278 ± 5 К;
– характеристики высушенного продукта: конечная влажность Wк ≤ 0,05 кг/кг, температура 323–328 К;
– исходная толщина слоя высушиваемого продукта Н = 4–6 мм (уровни варьирования: 4–6 мм);
– конвективный энергоподвод реализуется за счет подачи в сушильную камеру нагретого воздуха с исходной температурой Тс.а = 333–373 К (исходный сушильный агент) при удельном расходе воздуха Qс.а ≥ 40 кг/кг на 1 кг испаренной влаги (уровни варьирования: 333, 353, 373 К), температура отработавшего сушильного агента – воздуха на выходе сушильной установки – 323–333 К.
– время сушки (длительность рабочего цикла) составляет τс = 110–200 мин;
– режим работы – автоматический.
Результаты и обсуждение
Результаты экспериментального определения времени сушки τс по кривым сушки до влажности Wк = 0,05 кг/кг и численные значения рассчитанных параметров процесса сушки представлены в таблице.
Технологические параметры процесса сушки рыбного фарша
Technological parameters of the minced fish drying process
|
№ эксперимента |
Тс.а, К |
Н, мм |
τс, мин |
τс, ч |
М, кг |
П, кг/(м2·ч) |
В, кг/(м2·ч) |
Р, кг/(м2·ч) |
|
1 |
333 |
4 |
140 |
2,333 |
3,8 |
1,000 |
0,571 |
0,428571 |
|
2 |
353 |
125 |
2,0833 |
0,520 |
0,48 |
|||
|
3 |
373 |
105 |
1,75 |
0,429 |
0,571429 |
|||
|
4 |
333 |
5 |
165 |
2,75 |
4,75 |
1,250 |
0,795 |
0,454545 |
|
5 |
353 |
140 |
2,333 |
0,714 |
0,535714 |
|||
|
6 |
373 |
120 |
2 |
0,625 |
0,625 |
|||
|
7 |
333 |
6 |
195 |
3,25 |
5,7 |
1,500 |
1,038 |
0,461538 |
|
8 |
353 |
170 |
2,833 |
0,971 |
0,529412 |
|||
|
9 |
373 |
150 |
2,5 |
0,900 |
0,6 |
Установлены эмпирические аппроксимирующие функциональные зависимости удельных производительности и влагонапряженности рабочей поверхности сушильной камеры от влияющих параметров, а также для анализа построены поля значений данных параметров процесса (рис. 2, 3):
Рис. 2. Область значений удельной производительности рабочей поверхности сушильной камеры
по высушенному продукту
Fig. 2. The range of values of the specific productivity of the working surface of the drying chamber
for the dried product
Рис. 3. Область значений влагонапряженности рабочей поверхности сушильной камеры
Fig. 3. The range of moisture stress values of the working surface of the drying chamber
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что повышение температуры сушильного агента Тс.а оказывает положительное влияние на скорость удаления влаги из рыборастительного фарша, что, в свою очередь, ведет к увеличению производительности процесса P (см. рис. 2, 3). Экспериментально установлено, что варьирование температуры сушильного агента в пределах 333–373 К при начальной температуре продукта 278 ± 5 К обеспечивает получение сухого продукта требуемого качества с производительностью, соответствующей промышленным установкам. Перегрев материала исключается.
Увеличение начальной толщины слоя материала (H = 4–6 мм) приводит к увеличению площади контакта материала с теплоносителем, что способствует интенсификации процесса сушки и, как следствие, росту производительности P. Анализ результатов предварительных экспериментов показал, что толщина слоя фарша оказывает существенное влияние на качество конечного продукта. Для предотвращения нежелательных эффектов, таких как подгорание, был определен оптимальный диапазон толщины слоя, в пределах которого обеспечиваются равномерная сушка и высокое качество продукта.
На основе выполненных исследований и с использованием полученных аппроксимирующих зависимостей (2) и (3) установлено, что внедрение разработанных режимов сушки позволит существенно увеличить количество производимого сухого продукта с единицы площади сушильной камеры: Р = 0,423–0,625 кг/(м2·ч); удельная влагонапряженность рабочей поверхности сушильной камеры В = 0,429–1,038 кг/(м2·ч); удельная производительность по исходному рыборастительному фаршу, подаваемого в зону сушки, П = 1–1,5 кг/(м3·ч).
Установленные зависимости (1)–(3) позволяют оперативно определять производительность технологических промышленных установок для сушки рыборастительного фарша при изменении технологических режимов на производстве.
Высокая гигроскопичность сухого рыборастительного концентрата обуславливает необходимость разработки специальных технологических решений для фасовки, упаковки и транспортировки с целью предотвращения поглощения влаги из окружающей среды.
С целью предотвращения поглощения влаги из воздуха и сохранения качества продукта измельченный сухой концентрат необходимо упаковывать в герметичные контейнеры и хранить в складских помещениях с контролируемыми параметрами микроклимата.
Заключение
Целью данного исследования была разработка оптимальных режимов конвективной сушки рыборастительного фарша для создания нового функционального продукта питания, отвечающего потребностям населения Республики Сьерра-Леоне. В результате проведенных исследований определены оптимальные параметры процесса сушки, установлены значения температуры, скорости воздушного потока и толщины слоя материала, обеспечивающие максимальную производительность и высокое качество конечного продукта, разработаны математические модели, определены требования к упаковке и хранению. Полученные результаты открывают перспективы для создания новых видов пищевых продуктов на основе рыбного и растительного сырья, адаптированных к потребностям населения Сьерра-Леоне. Разработанные режимы сушки могут быть использованы для организации промышленного производства сухих рыборастительных концентратов.
1. Абрамова Л. С. Поликомпонентные продукты питания на основе рыбного сырья. М.: Изд-во ВНИРО, 2005. 175 с.
2. Григоренко С. П., Эксузьян Т. Н. Рыбораститель-ные фарши как многофункциональные продукты пита-ния // Изв. высш. учеб. заведений. Пищевая технология. 2004. № 2-3 (279–280). С. 126–127.
3. Дряхлов А. О. Формирование улучшенных потребительских свойств рыборастительных фаршей и кулинарных изделий на их основе: дис. … канд. техн. наук. М., 2013. 213 с.
4. Алексанян И. Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения: дис. … д-ра техн. наук. Астрахань, 2001. 266 с.
5. Золотокопова С. В., Корома И. В., Неваленная А. А., Миронов А. И. Влияние растительных ингредиентов на качество сухих рыборастительных пищевых концентратов // Вестн. Воронеж. гос. ун-та инженер. технологий. 2024. Т. 86. № 1 (99). С. 207–211. DOI:https://doi.org/10.20914/23101202-2024-1-207-211.
6. Цибизова М. Е., Аверьянова Н. Д., Язенкова Д. С. Влияние предварительной технологической обработки на структурно-механические характеристики фаршевых систем из рыбного сырья // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. 2010. № 1. С. 168–175.
7. Алексанян А. И. Совершенствование процессов получения замороженных рыбных фаршевых гранули-рованных смесей: дис. … канд. техн. наук. Астрахань, 2018. 215 с.
8. Нугманов А. Х. Х., Максименко Ю. А., Алексанян А. И., Алексанян О. А. Исследование физико-химических свойств рыбных фаршей, сухих растительных премиксов и их смесей // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. 2018. № 2. С. 135–148. DOI:https://doi.org/10.24143/2073-5529-2018-2-135-148.
9. Шокун Ю. Г. Разработка основ рациональной сушки рыбных фаршей при производстве пищевой крупки: дис. … канд. техн. наук. Владивосток, 1983. 185 с.
