Интенсификация процессов сушки ягод в поле ИК лучей

Intensification of drying processes of berries in the field of infrared rays


УДК 664

28.08.2017
 337

Выходные сведения:
Микаберидзе М.Ш., Чакветадзе Ш. М., Пруидзе М. Р. Интенсификация процессов сушки ягод в поле ИК лучей // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2017. №8 (20). URL: http://aeconomy.ru/science/agro/intensifikatsiya-protsessov-sushki-/

Авторы:
Микаберидзе Малхаз Шотаевич 1, Чакветадзе Шорена Мурманова 2, Пруидзе Маквала Ражденовна 3

1 Академический доктор технических наук, профессор. Государственный Университет Акакия Церетели, департамент Технологии Субтропических Культур. (4600 Грузия, г. Кутаиси. пр. И. Чавчавадзе д.25, кВ. 33(место проживания в данный момент); место прописки - Тержольский р-н, село: Накширгеле).
e-mail:Malkhazi.Mikaberidze@mail.ru .

2 Магистр технологии пищевых продуктов, Докторант Аграрного факультета Государственного Университета Акакия Церетели. (4600 Грузия, г. Очамчыра. Село – Араду (место проживания в данный момент); место прописки – Грузия, Очамчире, Село: Араду.
e-mail: Shorena.chakvetadze.1983@mail.ru

3 Академический доктор технических наук, профессор. Государственный Университет Акакия Церетели, департамент Технологии Субтропических Культур. (4600 Грузия, г. Кутаиси. ул. Гвелесиани дом 15(место проживания в данный момент); место прописки - г. Кутаиси. ул. Гвелесиани дом 15.
e-mail:Makvala.Pruidze@mail.ru .

Authors:
Mikaberidze Malkhaz Shotaevich 1, Chakvetadze Shorena Murmanovna 2, Pruidze Makvala Rajdenovna 3

1 Academic Doctor of Technical Sciences, Professor. Akaki Tsereteli State University, Department of Subtropical Cultures Technology. (4600 Georgia, c. Kutaisi. I. Chavchavadzehr.25, f. 33(Place of residence at the moment); Place of residence - Terzholsky r-n, village: Nakshiregele.
e-mail:Malkhazi.Mikaberidze@mail.ru .

2 Master of technologist, Doctoral Student of Akaki Tsereteli State University. (4600 Georgia, Georgia, Ochamchire, village: Aradu (Place of residence at the moment); Place of residence – Georgia, Ochamchire, village: Aradu.
e-mail: Shorena.chakvetadze.1983@mail.ru

3 Academic Doctor of Technical Sciences, Professor. Akaki Tsereteli State University, Department of Subtropical Cultures Technology. (4600 Georgia, c. Kutaisi. Gvelesiani 15 (Place of residence at the moment); Place of residence - Georgia, c. Kutaisi. Gvelesiani 15.
e-mail:Makvala.Pruidze@mail.ru .

Ключевые слова:
ягоды, сушка, термическая обработка, инфракрасные лучи

Keyword:
Berries, drying, heat treatment, infrared rays

Аннотация: 

Ягоды - многолетние растения, быстро и легко размножаются, рано начинают плодоносить и ежегодно дают высокий урожай. В коммерческом плане наиболее распространены: клубника, ежевика, малина, черника, смородина. Плоды ягод содержат важные для питания человека органические кислоты, углеводы, минеральные соли, витамины и ароматические вещества. Используются  свежие, замороженные и сушеные. Из них готовят варенье, джем, компот, мармелад, напитки и эффективно потребляют для лечения и профилактики.     

Да­н­н­ая статья посвящена инт­ен­си­фи­ка­ции процессов сушки ягод (шелковица, ежевика, малина, черника) в поле инфракрасных (ИК) лучей. Ус­та­но­влены опти­мал­ьные техно­логич­еские режимы сушки ягод (процесс сушки шелковицы -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =24 мм, 42-45 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; процесс сушки ежевики (полевой) -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =20 мм, 40-43 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; процесс сушки ежевики („Честер“) -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =35 мм, 75-78 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; процесс сушки малины -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =12 мм, 65-68 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; процесс сушки черники -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =15 мм, 82-86 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; Построены диаграммы процесса сушки (диаграмма сушки, скорость сушки), сделаны выводы. Провед­енные мно­гочис­лен­ные эксперим­енты сви­де­тельствуют о целесообра­зно­сти и перспекти­вно­сти сушки ягод в поле ИК лучей.

Результаты этой работы нам нужны для следующего этапа в исследовании - разработки рецептуры с высокими антиоксидантными свойствами, которую намерены использовать для обогащения разных сортов чая. 



Annotation: 

Berries perennials easily multiplied, early start to bear fruit every year and give high productivity. In commercial terms the most common are: strawberries, blackberries, raspberries, blueberries, currants. The fruits of berries contain important for human nutrition organic acids, carbohydrates, mineral salts, vitamins and aromatic substances. They are used fresh, frozen and dried. Of these, prepare jam, marmalade, compote, marmalade, drinks and consume effectively for treatment and prevention.

This article is devoted to the intensification of drying processes of berries (mulberry, blackberry, raspberries, blueberries) in the field of infrared (IR) rays. Established their optimal technological regimes of drying (Process of drying mulberry - P=0.25-30 kvt/m2,  H=25 sm ,  =24 mm, 42-45 min, T=115±5 0C, exposure - two-way, continuous;  Process of drying blackberry (field) -  P=0.25-30 kvt/m2,  H=25 sm ,  =20 mm, 40-43 min, T=115±5 0C, exposure - two-way, continuous; Process of drying blackberries ("Chester") - P=0.25-30 kvt/m2,  H=25 sm ,  =35 mm, 75-78 min, T=115±5 0C, exposure - two-way, continuous;  Process of drying raspberries -  P=0.25-30 kvt/m2,  H=25 sm ,  =12 mm, 65-68 min, T=115±5 0C, exposure - two-way, continuous; Process of drying blueberry - P=0.25-30 kvt/m2,  H=25 sm,  =15 mm, 82-86 min, T=115±5 0C, exposure - two-way, continuous; The diagrams are constructed (Drying diagram, drying speed), made by conclusions. The numerous experiments have shown the expediency and prospects of drying berries in the field of infrared rays.

       The results of this work we need for the next stage in the study - for development of a mixture with a high antioxidant property, which they intend to use for the enrichment of different types of tea.

Интенсификация процессов сушки ягод в поле ИК лучей


Введение

       Защита системы человеческого здоровья натуральными антиоксидантами одна из самых актуальных проблем в современной науке. Новизна заключается в том, что употребление химических добавок в пищевых продуктах растет все больше и больше, но при этом интерес и спрос на природные аналогичные соединения все больше увеличивается. Этот процесс становится необратимым и это не удивительно. Современные пищевые продукты, предлагаемые производителями обогащены синтетическими и синергическими антиоксидантами, переработать которые человеческому организму трудно. В то же время, их периодический прием вызывает побочные действия в организме, в том числе аллергические реакции. Фито вещества в природе представлены в абсолютно пригодном для пищеварения виде и безвредны. Эти соединения необходимы для нормального протекания процессов обмена веществ в организмах [6, 7, 26].

        Адаптация организма к неблагоприятным условиям окружающей среды, длительный процесс. А привыкание к этим условиям вызывает функциональные нарушения в организме. В этом процессе здоровое питание приобретает все больше значения, и его роль не следует недооценивать. Использование растительности, в том числе плодового и ягодного сырья для производства продуктов питания с высокими антиоксидантными свойствами, в том числе различных типов напитков, и развитие инновационных технологий - сегодняшняя задача. Это в будущем сыграет ведущую роль в системе профилактики и защиты от многочисленных болезней в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды [8, 24].

         Растительные соединения, повышают иммунную систему организма и предотвращают провоцирование многих заболеваний. Поскольку у большинства населения существенный дефицит эссенционых  микронутриентов, поэтому питательные напитки, полученные из растительного сырья с антиоксидантными свойствами для человека имеют большую питательную и профилактическую ценность [11, 17].

        Ягоды многолетние растения, легко и быстро размножаются, рано начинают плодоносить и ежегодно дают высокий урожай. В коммерческом плане наиболее распространены: клубника, ежевика, малина, черника, смородина. Плоды ягод содержат важные для питания человека органические кислоты, углеводы, минеральные соли, витамины и ароматические вещества. Используются  свежие, замороженные и сушеные. Из них готовят варенье, джем, компот, мармелад, напитки и др. Ягоды эффективно потребляют для лечения и профилактики [9, 10, 12, 15, 18, 20, 22, 25].

        Целью работы является получение сушенных полуфабрикатов с высокими антиоксидантными свойствами из местных ресурсов ягодного сырья (шелковицы, ежевики, малины и черники) с использованием энергий инфракрасного излучения. Следует отметить, что результаты этой работы нам нужны для следующего этапа в исследовании – разработки рецептуры смеси с высокими антиоксидантными свойствами, которую намерены использовать для обогащения разных сортов чая.

               

Методы и исследования

        С целью ус­та­но­влен­ия опти­мал­ьных режимов термической обработки ягод ИК лу­ча­ми были провед­ены эксперим­енты по пред­ва­рит­ельно состав­лен­ной программе и метод­ике (На базе Государственного Университета Акакия Церетели – Аграрный факультет, 2016-2017 гг). Выявлены осно­вные факторы термических процессов и взаимосвязь между ними: плотность облуч­ен­ия, P (вт/м2), рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми, H (см), толщина слоя материала (см), продо­лжит­ельность процесса,  (сек), температура процесса, T (0C), метод облучения (односторонний, двухсторонний, непрерывный) и т. д. [1, 2, 3, 4, 5, 19, 23].

         На основе метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью сушки вно­си­ли в за­ра­нее нагретой лаб­орат­орной камере. Процесс продо­лжа­ли до тех пор, пока конечная влажность массы не опускалась до 10-12%. Эксперим­енты провод­и­ли в трех ва­ри­а­н­тах (табл. 1, 2, 3, 4, 5).   

   

Результаты и обсуждение

          Ус­та­но­влены опти­мал­ьные техно­логич­еские режимы обработки ягод в поле ИК лучей:

- Процесс сушки шелковицы -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =24 мм, 42-45 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

- Процесс сушки ежевики (полевая) -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =20 мм, 40-43 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

- Процесс сушки ежевики (Честер) -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =35 мм, 75-78 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

= Процесс сушки малины -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =12 мм, 65-68 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

- Процесс сушки черники -  P=0.25-30 квт/м2,  H=25 см ,  =15 мм, 82-86 мин, T=115±5 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

        Оказалось, что в поле ИК лучей кинетика процесса сушки ягод характеризуется определенными, своеобразными свойствами, что подтверждается совместным анализом экспериментальных кривых, построенных на оптимальных режимах (рис. 1, 2).

        Указанные кривые показывают, что процесс сушки ягод состоит из трех периодов:

1.                Период прогрева ягод с возрастающей скоростью подсушки (AB). В это время происходит нагревание материала и испарение поверхностной влаги. Скорость сушки достигает максимума (шелковица -Uмак=0,9 %/сек; ежевика - полевая – Uмак=1,0 %/сек; ежевика-„Честер“ – Uмак=0,68 %/сек; малина – Uмак=0,7 %/сек; черника – Uмак=0,6 %/сек.); Возрастает температура плодов (t=78-800C); Этот процесс для плодов длится сравнительно короткое время ( τ=6-8 сек);



1.                Период постоянной скорости сушки ягод (BC). В этом периоде происходит удаление свободной влаги из ягод. Скорость сушки постоянная и не зависит от влажности материала, если не меняются условия сушки. Окончанию свободной влаги соответствует критическая влажность ягод (Wкр= 24-26%). Этот период сушки продолжается   25-40 сек.;

2.                Период снижения скорости сушки ягод (CD). В этом периоде процесс сушки зависит от диффузии внутри материала, его структуры, физико-химических свойств, содержания влаги и ее формы связи с материалом, температуры и др [13, 14, 16, 21]. Во время сушки в указанном периоде из ягод удаляется часть связанной влаги. Скорость сушки постоянно уменьшается (шелковица -Uмак=0,25 %/сек; ежевика - полевая – Uмак=0,3 %/сек; ежевика-„Честер“ – Uмак=0,15 %/сек; малина – Uмак=0,17 %/сек; черника – Uмак=0,12 %/сек; Влажность ягод составляет W2=12%); Температура материала постоянно увеличивается и достигает температуры окружающей среды (Tокр = 110-1150C)  температура плодов (t=78-800C); Продолжительность процесса составляет  =20-50 сек.

         В целом, за три периода ягоды подсушиваются от начальной влажности до необходимой нормы W=65-75 %.

       Эксперименты показали, что с целью равномерного перераспределения в высушенном материале влаги необходим процесс выдержки в течении 15-20 мин. 

 

Выводы

        Предложенный технологический метод термической обработки ягод – сушка в поле ИК лучей, целесообра­зен­ и перспективен. Интенсивность процесса увеличивается 6-8-раз и более по сравнению с существующими методами сушки ягод, снижаются потери сырья, улучшается качество и устойчивость хранения продукта, улучшаются  условия труда и др.



Библиографический список


1. Микаберидзе М. Ш., Кинцурашвили К. M. Технология и технологическое оборудование сушки плодов и овощей. Учебник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2014. 300 с. (на Грузинском языке);
2. Микаберидзе М. Ш. Процессы и машинно-аппаратурные системы пищевых производств. Учебник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2015. 492 с. (на Грузинском языке);
3. Микаберидзе М. Ш. Масообменные процессы в пищевой промышленности. Учебник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2011. 180 с. (на Грузинском языке);
4. Микаберидзе М. Ш. Процессы и машинно-аппаратурные системы пищевых производств. Лабораторный практикум. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2013. 128 с. (на Грузинском языке);
5. Микаберидзе М. Ш. Основы теплотехники. Лабораторный практикум. Изд¬-во Государственный Университет Ака¬кия Церетели, г. Кутаиси, 2015 г. 104 с. (на Грузинском языке);
6. Микаберидзе М. Ш. Основные особенности пищевых продуктов и сырья. Справочник. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2012. 50 с. (на Грузинском языке);
7. Микаберидзе М. Ш. Режимные параметры хранения и обработки плодов и овощей. Издательство - Государственный Университет Акакия Церетели, Кутаиси, 2016. 188 с. (на Грузинском языке);
8. Борисова М. И. Лекарственные свойства сельскохозяйственных растений. Мн.: Ураджай, 1974. 336 с.;
9. Блинова К. Ф. и др. Ботанико-фармакогностический словарь: Справ. пособие . М.: Высш. шк., 1990. 209 с .;
10. Губанов И. А. и др. Малина обыкновенная, или лесная // Иллюстрированный определитель растений Средней России. М.: Т-во науч. изд. КМК, Ин-т технолог. иссл., 2003. Т. 2.. 406 с;
11. Джикия Л. Караия Р. И др Сельскохозяйственные продукты – питательные и лечебные. Из-во: Грузинская Национальная Научная Академия. Тбилиси 2014, 312 с. (на Грузинском языке);
12. Трунов Ю.В., Родионов В.К., Скрипников Ю.Г. и др. Плодоводство и овощеводство: учебник . Москва. “Колос”, 2008. – 464 с.
13. Кавецкий Г., Васильев Б. Процессы и аппараты пищевой технологии, Москва "Колос", 2000, 551 с.;
14. Ильянов С., Красников В. Физические основы инфракрасного облучения пищевых продуктов, Москва, 1978, 359 с;
15. Соколова Т. А. Декоративное растеневодство. Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Садово-парковое и ландшафтное строительство» направления подготовки дипломированных специалистов «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство» Изд. "Академия". Москва. 2004 г. 338 с.;
16. Сажин Б. Основы техники сушки. Москва "Химия",1984, 320 с.;
17. Соколов С. Я., Замотаев И. П. Гл. 7. Лекарственные растения, обладающие послабляющими и закрепляющими свойствами // Справочник по лекарственным растениям. 1991. 414 с ;
18. Скрипников Ю.Г. Технология переработки плодов и ягод. Москва : Агропромиздат, 1988 - 287 с.;
19. Цугленок, Г.И. Методология и теория системы исследований энерготехнологических процессов: монография / Г.И. Цугленок. – Красно-ярск, 2003. – 193 с.;
20. Шашилова В.П., Федина В.Н. Хранение и переработка плодов и ягод'. Москва: Росагропромиздат, 1988 - 64 с.;
21. Mujumdar, A.S. & Devahastin, S. 2008. Fundamental Principles of Drying. In: Mujumdar, A.S. (Ed.).Guide to Industrial Drying−Principles, Equipments and New Developments. Three S Colors Publications, Mumbai, India.2.;
22. Chen, X.D. & Mujumdar, A.S. 2008. Drying Technologies In Food Processing. Wiley-Blackwell, WestSussex, United Kingdom.4.;
23. Chua, K.J., Chou, S.K., Hawlader, M.N.A., Ho, J.C. & Mujumdar, A.S. 2002. On the Study of Time-Varying Temperature Drying - Effect on Drying Kinetics and Product Quality. Drying Technology, 20,1579-1610.16.;
24. Ensminger Audrey H. Foods and Nutrition Encyclopedia: A-H. 1994. P. 215
25. Hill Dennis S. Agricultural Insect Pests of Temperate Regions and Their Control. Cambridge University Press, 1987. P. 228. ;
26. Srivastava A. et al. Effect of anthocyanin fractions from selected cultivars of Georgia-grown blueberries on apoptosis and phase II enzymes. // J Agric Food Chem. 2007 Apr. № 18; 55(8). P. 3180-3185.

References


1.Mikaberidze M. Sh. Kintsurashvili K. M. Technology and technological equipment for drying fruits and vegetables. Textbook. publishing house - Akaki Tsereteli State University, Kutaisi, 2014. 300 p. (In Georgian);
2.Mikaberidze M. Sh. Processes and machine-instrumental system of food production. Textbook. publishing house - Akaki Tsereteli State University, Kutaisi, 2015. 492 p. (In Georgian);
3. Mikaberidze M. Sh. Mass transfer processes in the food industry. Textbook. publishing house - Akaki Tsereteli State University, Kutaisi, 2011.180 p. (In Georgian);
4. Mikaberidze M. Sh. Processes and machine-instrumental system of food production. Directory. publishing house - Akaki Tsereteli State University, Kutaisi, 2013. 128 p. (In Georgian);
5. Mikaberidze M. Sh. Fundamentals of Thermal Engineering. Directory. publishing house - Akaki Tsereteli State University, c. Kutaisi, 2015 y. 104 p. (In Georgian);
6. Mikaberidze M. Sh. Main features of food products and raw materials. Directory. publishing house - Akaki Tsereteli State University, Kutaisi, 2012. 50 p. (In Georgian);
7. Mikaberidze M. Sh. Regime parameters of storage and processing of fruits and vegetables. The publication is the State University of Akaki Tsereteli, Kutaisi, 2016. 188 p. (In Georgian);
8. Borisova M. I. Medicinal properties of agricultural plants. Mn .: Uradzhai, 1974. 336 p;
9. Blinova KF et al. Botanico-pharmacognostic dictionary: Ref. Allowance. Moscow: The Highest. School., 1990. 209 p;
10. Gubanov IA, etc. Malina vulgaris, or forest, // Illustrated determinant of plants of Central Russia. Moscow .: Research Institute. Ed. KMC, Institute of Technology. 2003. T. 2 .. 406 p;
11. Djikia L. Karaya R. Etc. Agricultural products - nutritious and medicinal. From: Georgian National Scientific Academy. Tbilisi 2014, 312 p. (In Georgian);
12. Trunov Yu.V., Rodionov VK, Skripnikov Yu.G. Fruit growing and vegetable growing: a textbook. Moscow. “Kolos”, 2008. - 464 p.
13. Kavetsky G., Vasiliev B. Processes and devices of food technology, Moscow "Kolos", 2000, 551 p ;
14. Ilyanov S., Krasnikov V. Physical basis of infrared irradiation of food products, Moscow, 1978, 359 p;
15. Sokolova T. A. Decorative plant growing. Ministry of Education of the Russian Federation as a textbook for students of higher education institutions studying in the specialty "Landscape and landscape construction"directions for the training of graduates"Forestry and landscape construction"."Academy". Moscow.2004,338 p.;
16. Sazhin B. Fundamentals of drying technology. Moscow"Chemistry", 1984, 320 p;
17. Sokolov S. Ya., Zamotayev I. P. Ch. 7. Medicinal plants with laxative and fixing properties / / Handbook of medicinal plants. 1991. 414 p;
18. Skripnikov Yu.G. Technology of processing fruits and berries. Moscow: Agropromizdat, 1988 - 287 p.;
19. Zuglionok, G.I. Methodology and theory of the system of studies of energy-technological processes: monograph / GI. Zuglionok. - Krasnoyarsk, 2003. - 193 p.
20. Shashilova VP, Fedina V.N. Storage and processing of fruits and berries'. Moscow: Rosagropromizdat, 1988 - 64 p.;
21. Mujumdar, A.S. & Devahastin, S. 2008. Fundamental Principles of Drying. In: Mujumdar, A.S. (Ed.).Guide to Industrial Drying−Principles, Equipments and New Developments. Three S Colors Publications, Mumbai, India.2.;
22. Chen, X.D. & Mujumdar, A.S. 2008. Drying Technologies In Food Processing. Wiley-Blackwell, WestSussex, United Kingdom.4.;
23. Chua, K.J., Chou, S.K., Hawlader, M.N.A., Ho, J.C. & Mujumdar, A.S. 2002. On the Study of Time-Varying Temperature Drying - Effect on Drying Kinetics and Product Quality. Drying Technology, 20,1579-1610.16.;
24. Ensminger Audrey H. Foods and Nutrition Encyclopedia: A-H. 1994. P. 215;
25. Hill Dennis S. Agricultural Insect Pests of Temperate Regions and Their Control. Cambridge University Press, 1987. . 228. P;
26. Srivastava A. et al. Effect of anthocyanin fractions from selected cultivars of Georgia-grown blueberries on apoptosis and phase II enzymes. // J Agric Food Chem. 2007 Apr. № 18; 55(8). P. 3180-3185.

Возврат к списку