Результаты исследования процесса сушки окуня

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результаты исследования процесса сушки окуня

А.Э. Суслов, Ю.А. Фатыхов

Разработаны экспериментальная установка для сушки сырья и методика проведения опытов. Получены данные по кинетике сушки окуня в зависимости от различных параметров процесса. При сушке влияющими факторами являются температура и влагосодержание воздуха в установке. Методом планирования эксперимента получена их взаимосвязь с темпом обезвоживания окуня в виде полинома второго порядка

Сушка рыбы, планирование эксперимента, темп обезвоживания

RESEARCH RESULTS DRYING PROCESS OF THE PEACH

A.E. Suslov, Y.A. Fatihov

Experimental unit for drying of material and experiments carrying out method have been exhausted. Data for kinetics of perch fish drying depending on different process parameters have been obtained. During the process of drying the influence factors are: the temperature and moisture content of air inside the unit. By means of planning experiment there were obtained their interconnection with the dehydration rate of perch fish in the mode of the second order polynomial

fish drying, planning experiment, dehydration rate of perch

ВВЕДЕНИЕ

Процесс сушки является одним из основных этапов в технологии приготовления копченой и вяленой рыбопродукции. Факторы, воздействующие на внутренний массоперенос в рыбе и внешний массоперенос от рыбы к сушильному агенту, в значительной степени влияют на продолжительность процесса и его энергоемкость, а также определяют органолептические показатели готовой продукции и сроки ее хранения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Исследования процесса сушки окуня для оптимизации параметров воздуха при вялении и холодном копчении проводились на экспериментальной установке, позволяющей поддерживать в течение длительного времени постоянные параметры воздуха: температуру, влажность и скорость. Схема установки представлена на рис.1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Мышечные ткани рыбы относятся к влажным коллоидным капиллярно-пористым телам [1]. Движущими силами удаления влаги при сушке таких тел являются градиенты влагосодержания, температуры и нерелаксируемого давления, а кинетика внутреннего массопереноса в общем случае может быть описана уравнением

?U /?ф=б_m² U+ б_mд²И+k_p/с₀ ²p, (1)

где U-влагосодержание тела; И - перепад температур в теле; р - общее давление влажного воздуха в теле; б_m - коэффициент диффузии; д - относительный коэффициент термодиффузии; k_p - коэффициент молярного фильтрационного переноса влаги; с₀ - плотность абсолютно сухого тела; ² - оператор Лапласа.

Уравнение (1) описывает скорость изменения влажности в любой точке тела. Известно, что массоперенос под влиянием общего давления влажного воздуха в теле (градиента нерелаксируемого давления) достигает существенных величин при температуре в продукте, близкой к 100 ⁰С. При такой температуре, наряду с повышением давления вследствие увеличения удельного объема защемленной в порах и капиллярах влаги, происходит интенсивное парообразование по всему объему влажного тела, что характерно для таких процессов, как обжаривание, сушка токами высокой частоты и др. Поскольку процесс сушки рыбы осуществляют при температурах не выше 35 ⁰С, влияние градиента нерелаксируемого давления незначительно и его можно не учитывать.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - вентилятор; 2 - сушильная камера; 3 - воздухоохладитель; 4 - электрический воздухонагреватель; 5 - увлажнитель; 6 - парогенератор

Fig. 1. Experimental installation scheme fan; 2 - drying chamber; 3 - air cooler; 4 - electrical air heater; 5 - fumigator; 6 - steem generator

Рис. 2. Зависимость температуры в теле рыбы от времени сушки:

1 - на поверхности рыбы; 2, 3 - в теле рыбы; 4 - в центре тела рыбы

Fig. 2. Depending of temperature in fish body on drying time: 1 - on the surface of fish; 2,3 - inside fish body; 4 - in the centre of fish body

Таким образом, массоперенос при вялении и холодном копчении рыбы математически может быть описан первым слагаемым уравнения (1):

?U /?ф=б_m ² U. (2)

Экспериментально установлено, что прогрев тканей рыбы в процессе сушки до температуры сушильного агента в зависимости от толщины рыбы длится от 0,1 до 0,8 ч (см. рис. 2), что составляет сравнительно небольшую величину от общей продолжительности сушки. За это время температура выравнивается и остается постоянной в различных точках по толщине тела рыбы, т. е. градиент температуры стремится к нулю. Это указывает на незначительное влияние термовлагопроводности на скорость сушки.

При исследовании процесса сушки рыбы рассматривалось влияние скорости воздуха на скорость сушки рыбы. По литературным данным рекомендуемая скорость воздуха в установках для вяления рыбы находится в пределах 1-3 м/с и зависит от относительной влажности воздуха [2]. Результаты экспериментальных исследований влияния скорости воздуха на скорость сушки представлены на рис. 3. Как видно из графика, скорость воздуха в интервале 1-3 м/с оказывает практически незначительное влияние на скорость сушки рыбы и зависит в большей степени от вида рыбы.

Рис. 3. Зависимость скорости сушки от скорости воздуха:

1 - салака, мойва; 2 - окунь

Fig. 3. Depending of drying speed on air velocity:

1 - sprat, capelin; 2 - peach

окунь сушка температура влагосодержание

Тепловые расчеты сушильных установок обычно сводятся к определению расхода тепла на сушку при значениях параметров сушильного агента, рекомендуемых технологическими инструкциями. При этом не учитываются закономерности переноса влаги между рыбой и сушильным агентом. Рабочим агентом в сушильной камере является смесь сухого воздуха и водяного пара, доля которого в смеси характеризуется величиной его парциального давления. При этом парциальное давление пара в пограничном слое около влажного материала всегда больше, чем в основной массе воздуха. Под действием разности этих давлений происходит диффузия пара от материала в воздух. При прочих равных условиях скорость выделения пара с поверхности материала зависит от парциального давления пара в воздухе или от его влагосодержания d.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования для оптимизации параметров воздуха в процессе сушки при вялении и холодном копчении рыбы был выбран окунь речной, являющийся объектом промысла в Калининградской области (Куршский и Калининградский заливы), используемый как для вяления, так и для холодного копчения.

Рыбу солили смешанным посолом, отмачивали, измеряли её начальную влажность, развешивали на прутках в установке, которую запускали в работу. Замеры промежуточной влажности рыбы в процессе сушки проводили каждые 8 ч, температура, влажность воздуха поддерживались постоянными в течение всего эксперимента. Скорость воздуха была постоянной во всех экспериментах (2,2 м/с), с учетом того, что, как было показано выше, ее влияние на скорость сушки незначительно. В конце процесса сушки замеряли конечную влажность рыбы.

На рис. 4 представлены кривые сушки окуня, построенные по экспериментальным данным для различных значений температуры и влажности воздуха в сушильной установке. Значения текущей влажности рыбы W^с вычисляли по отношению массы влаги в продукте к массе абсолютно сухого вещества.

Из рис. 4 видно, что исследуемые зависимости имеют вид, характерный для коллоидных капиллярно-пористых тел, к которым относится большинство пищевых продуктов.

Влияние температуры воздуха на обезвоживание продукта видно из сопоставления кривых 1 и 3 (рис. 4), при t = 20С процесс сушки рыбы характеризуется низкой интенсивностью (кривая 1), что объясняется недостаточным потенциалом термовлагопроводности. Повышение температуры воздуха до 30С (кривая 3) интенсифицирует процесс, но также приводит к ухудшению условий сушки (кривые 3 и 4), так как пересушивание поверхностных слоев способствует образованию «корки», препятствующей термовлагодиффузии.

Изменение влагосодержания воздуха в сушильной установке (от 10,8 до 7,4 г_вл/кг _{сух.возд}) также приводит к интенсификации процесса сушки (кривые 1 и 2, 3 и 4), поэтому значения влияющих факторов температуры и влажности воздуха следует считать рациональными (близкими к оптимальным) для процесса.

Естественно, что кривая кинетики сушки имеет характер зависимостей, аналогичный данным рис. 4. При этом для них справедливы те же рассуждения о происходящей физике процесса обезвоживания. Кривые 3 и 4 (рис. 5) более наглядно отображают характерные периоды обезвоживания материала. В начальный период скорость сушки достаточно высока, так как удаляется поверхностная влага и влага из поверхностных слоев рыбы, нет поверхностной «корки», препятствующей термовлагодиффузии. Во втором периоде скорость обезвоживания падает, что объясняется образованием «корки», препятствующей термовлагодиффузии. Период постоянной скорости обезвоживания, для которого

1 - t=20С, d= 7,4 гвл/кг сух.возд; 2 - t=20С, d= 10,8 гвл/кг сух.возд;

3 - t=3С, d= 10,8 гвл/кг сух.возд; 4 - t=30С, d= 7,4 гвл/кг сух.возд

Рис. 4. Кривые обезвоживания при сушке окуня

Fig. 4. Dehydration curves at peach drying

3 - при t = 20С d= 10,8 г_вл/кг _{сух.возд}, 4 - при t = 30С d= 7,4 г_вл/кг _{сух.возд}

Рис. 5. Кривые скорости сушки окуня

Fig. 5. Speed curves at peach drying

, наступает при t = 20С и d= 10,8 г_вл/кг _{сух.возд} в интервале влажности окуня от 130 до 100%, что объясняется его структурой (толщиной и плотностью кожного покрова, размером чешуи) и свойствами объекта обработки (начальной влажностью, соленостью и жирностью).

При режиме сушки t = 30С, d= 7,4 г_вл/кг _{сух.возд} в начальный период скорость сушки достаточно высока, так как в это время удаляется поверхностная влага и влага из поверхностных слоев рыбы, нет «корки», препятствующей термовлагодиффузии. Далее скорость сушки постоянно падает (при значениях, соответствующих влажности окуня 105%), что объясняется более высокой температурой и более низкой влажностью воздуха, образованием «корки», препятствующей термовлагодиффузии. В данном случае параметры, соответствующие кривой 4, характеризуют более интенсивный режим обезвоживания материала. Период падающей скорости обезвоживания (левая часть рис. 5) имеет вид, присущий однородному капиллярно-пористому телу [3].

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В процессе сушки при вялении и холодном копчении рыбы влияющими факторами процесса являются температура и влажность воздуха в сушильной установке.

В качестве параметра оптимизации выбрана скорость обезвоживания продукта, характеризующая скорость удаления влаги за процесс:

, (3)

где , ? начальная и конечная влажность продукта, отнесенная к сухой массе, %; ? продолжительность сушки, ч.

При этом ставилась задача определить, при каких параметрах процесса будут обеспечены минимальная его продолжительность и максимальная производительность установки по готовому продукту. Ограничением являются конечная влажность продукта по ГОСТ и его качество.

При определении вида уравнения регрессии исходили из предпосылки, что если поверхность, на которой находится искомая точка оптимального соотношения режимных параметров сушки, криволинейна, то, варьируя факторами, можно получить возможность с минимальной ошибкой аппроксимировать эту поверхность полиномом второго порядка [4]:

, (4)

где y ? обобщенный параметр оптимизации; b₀, b_i, b_il, b_ii ? коэффициенты регрессии; x_i, x_l ? кодированные значения факторов.

В соответствии с известным методом планирования был реализован центральный композиционный план эксперимента второго порядка. Уровни и интервалы варьирования факторами представлены в табл. 1, матрица планирования и результаты опытов -- в табл. 2.

Реализация плана экспериментов и обработка полученных данных, проведенная с помощью компьютерной программы DataFit Ver. 9.0.59, позволили получить следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие влияние факторов на темп вакуумной сушки.

Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования факторами

Table 1. Levels and intervals of factors varying

Таблица 2. Результаты опытов по сушке окуня

Table 2. Experiments results of peach drying

Рис. 6. Поверхности функции отклика у(х₁;х₂) в выбранной области факторного пространства для окуня

Fig. 6. Surface of functions response у(х₁;х₂) in a chosen air of factor space for peach

В натуральных значениях факторов для окуня уравнение имеет вид:

V = -11,207 + 0,4376 t + 1,5165 d + 0,0064 t d - 0,0081 t² - 0,0965d². (5)

Полученное уравнение регрессии позволяет не только предсказать значение функции отклика для заданных условий реализации процесса сушки окуня, но и дает информацию о форме поверхностей отклика, которые представлены на рис. 6.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана экспериментальная сушильная установка для сушки рыбы. Обоснована методика проведения экспериментов на ней.

Получены и обработаны экспериментальные данные по кинетике сушки окуня. Установлены рациональные параметры процесса сушки исследуемого объекта.

Получено уравнение регрессии, описывающее влияние режимных параметров сушки на темп обезвоживания продукта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Воскресенский, Н.А. Посол, копчение и сушка рыбы / Н.А. Воскресенский. - М.: Пищевая промышленность, 1966.- 563 с.

2. Никитин, Б.Н. Основы теории копчения рыбы / Б.Н. Никитин. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 240 с.

3. Баранов, В.В. Технология рыбы и рыбных продуктов / В.В. Баранов [и др.]; под ред. А.М. Ершова. - СПб.: ГИОРД, 2006.- 944 с.

4. Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов / А.А. Спиридонов, Н.Г. Васильев. - Свердловск: УПИ им. Кирова, 1975.- 140 с.

Размещено на Allbest.ru