Интенсификация процессов обработки орехов (фундук) в поле ИК лучей

Введение

В мире с точки экономического значения интерес к орехам постоянно растет. За высокую питательную ценность ему в здоровом питании уделяется важная роль. Ореховые плоды характеризуется долгой транспортабельностью и ёмким хранением. Они богаты белками, жирами, кислотами, витаминами, минералами и не содержат холестерин. Орехи широко используются в пищевой промышленности, а именно в кондитерском производстве, в различных ассорти пищевых продуктов, в производстве детского питания и т. д. Ореховое масло используются в медицине, в парфюмерии, в живописи и производстве лакокрасочных материалов. Вторичные материальные ресурсы орехового производства используются в живописи (уголь), в поверхностной облицовке различных предметов, а древесина — наилучшее сырье для производства мебели. Кора и листья богаты танинами. В то же время, кустарники ореха являются лучшими декоративные и антиэрозийные растениями [2, 12, 13, 14, 19, 22, 24, 25].

Переработка орехов интересна тем, что это практически безотходное производство. Все виды продуктов, полученные после переработки орехов, подлежат реализации. 

Первый этап обработки орехов включает: очищение от скорлупы и незамедлительная сушка до желаемой влажности. Но надо учитывать следующие факторы: первичная обработка орехов — процесс сушки должен осуществляться до конечной влажности 10-12 %. Партия орехового сырья включает в себя: одну и ту же группу, класс, породу, калибр, время сбора урожая орехов. Категорический запрещено смешивание собранного урожая различных годов. С точки зрения экономических и качественных показателей целесообразна сушка орех в естественных условиях – сушка на солнце с применением двух методов: с ферментацией и без ферментации. Тем не менее, следует отметить, что эти методы сушки в целом зависят от естественных климатических  условий, продолжительность сушки (4-6 дней) — трудоемкая, требует больших специальных производственных площадей, систематического контроля, человеческих ресурсов, риска повышенной потери сырья (20-25%) и т. д. [4, 7, 9, 17, 18, 21, 26].   

На сегодняшний день широко распространены два этапа классической переработки  орехов, которые представлены на рисунке 1, 2 [15, 16].

рис. 2 Второй этап переработки орехов (фундук)

рис. 2 Второй этап переработки орехов (фундук)

        Целью да­н­ной работы являлось ус­та­но­влен­ие возможно­сти и эффекти­вно­сти процесса термической обработки орехового сырья в поле ИК лучей, на­у­чное ут­вержд­ен­ие па­раметров и режимов да­н­ных процессов.

      Обраб­отка ИК из­луч­ен­ием имеет большие преи­мущ­ества перед дру­ги­ми способа­ми эне­ргоподв­ода, в час­тно­сти: зн­а­чит­ельный рост инт­ен­си­вно­сти процесса; специ­фическое воздействие на прод­укт; мак­си­мал­ьное сохра­н­ен­ие цен­ных веществ сырья в обра­бат­ываемом прод­укте; Ув­елич­ен­ие сроков хра­н­ен­ия прод­ук­та; и т. д.[1, 3, 5, 6, 8, 10, 11, 20, 23]. 

Методы и исследования

         С целью ус­та­но­влен­ия опти­мал­ьных режимов термической обработки орехов ИК лу­ча­ми были провед­ены мно­гочис­лен­ные эксперим­енты по пред­ва­рит­ельно состав­лен­ной программе и метод­ике (На базе Государственного Университета Акакия Церетели – Аграрный факультет, 2015-2016 гг). Выявлены осно­вные факторы термических процессов и взаимосвязь между ними. В частности: плотность облуч­ен­ия, P (вт/м²), рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми, H (см), толщина слоя материала δ (см), продо­лжит­ельность процесса,  τ (сек), температура процесса, T (⁰C), темпера­ту­ра образ­ца t (⁰C), метод облучения (односторонний, двухсторонний, непрерывный) и т. д.

        При ус­та­но­влен­ии опти­мал­ьного зн­ач­ен­ия какого-либо па­рам­етра процесса остал­ьные па­раметры им­ели постоян­ные вели­чи­ны (p=const, H и δ переменная; H=const, p и δ переменная; δ=const, p и H переменная).

         На основании метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью термической обраб­отки вно­си­ли в за­ра­нее нагретую в лаб­орат­орную камеру. Процесс сушки целых орехов продо­лжа­ли так, что образцы не нагревались выше темпера­ту­ры  48…50 ⁰C. Опти­мал­ьной темпера­турой термической обраб­отки были при­няты – 60…65 ⁰C. Эксперим­енты провод­и­ли в трех фазах. После окончания одной фазы сырье охлаждали естественно до температуры окружающей среды (23-25 ⁰C) и только после этого приступали к следующей фазе сушки (табл. 1).

таблица 1

фазы экспериментов

Для определения оптимальных параметров бланширования орехов ИК лучами режим термической обраб­отки проводили при температуре 80…85 ⁰C. На основании метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью термической обраб­отки вно­си­ли в за­ра­нее нагретую лаб­орат­орную камеру. Процесс бланширования продо­лжа­ли до тех пор, пока орехи не становилось органолептически вялыми. Эксперим­енты провод­и­ли в трех ва­ри­а­н­тах (табл. 2).

Для определения оптимальных параметров обжарки орехов ИК лучами режим термической обраб­отки проводили при температуре 90…95 ⁰C. На основании метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью термической обраб­отки вно­си­ли в за­ра­нее нагретую лаб­орат­орную камеру. Процесс обжарки продо­лжа­ли до тех пор, пока конечная влажность массы не опускалась от 18…20% до 5-7%. Эксперим­енты провод­и­ли в трех ва­ри­а­н­тах (табл. 3).      

таблица 2

Варианты экспериментов

таблица 3

Варианты экспериментов

Результаты

          Целью да­н­ной работы являлось ус­та­но­влен­ие возможно­сти и эффекти­вно­сти процесса термической обработки орехового сырья в поле ИК лучей, на­у­чное ут­вержд­ен­ие па­раметров и режимов да­н­ных процессов.

         Выявлены осно­вные факторы и взаимосвязь процессов термической обработки  орехов (фундук) в поле ИК лучей:

        — Плотность облуч­ен­ия (P, квт/м²), рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми (H, см), толщина слоя ( δ , см), продо­лжит­ельность процесса ( τ, сек), влажность материала (W, %), вид облуч­ен­ия (двухсторон­н­ий, односторонний, не­прерывный), температура сырья (T, ⁰C);

          Ус­та­но­влены опти­мал­ьные техно­логич­еские режимы обработки орехового сырья в поле ИК лучей:

Процесс сушки орехового сырья:

–       I фаза: P=0.35 квт/м²,  H=20 см ,  δ =4-6 см, τ = 65 сек, T=50 ⁰C, облуч­ен­ие — двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

–       II фаза: 0.35 квт/м², 20 см ,  4-6 см, 85 сек, T=50 ⁰C, облуч­ен­ие — двух­сторон­н­ее, не­прерывное; 

–       III фаза: 0.35 квт/м²,  20 см ,  4-6 см, 105 сек, T=50 ⁰C, облуч­ен­ие — двух­сторон­н­ее, не­прерывное; 

Процесс бланширования орехового сырья:

P=0.45 квт/м²,  H=20 см ,   δ = 5-7 см, τ = 40 сек, T=75 ⁰C, облуч­ен­ие — двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

Процесс обжарки орех:

P=0.45 квт/м²,  H=20 см ,  δ =4-6 см,  τ = 130 сек, T=95 ⁰C, облуч­ен­ие — двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

Выводы

Предлагаемый нами технологический метод термической обработки орехового сырья – сушка, бланширование и обжарка в поле ИК лучей целесообра­зен­ и перспективен. Интенсивность процессов увеличивается 10-раз и более по сравнению с существующими методами обработки орехового сырья; снижаются потери сырья; процессы становятся легко управляемыми; улучшаются условия труда.