Принципова схема сушки

В сушарку А надходить вологий матеріал, який доторкується з сухим перегрітим повітрям. Повітря, доторкуючись до матеріалу, нагріває його. За рахунок відданого їм тепла відбувається випаровування вологи з поверхні матеріалу. Волога дифундує в повітря. Останній, відповідно, не тільки охолоджується, але і зволожується і, виходячи з сушарки, виносить вологу. З розглянутого процесу витікає, що сушіння – це термічний процес видалення вологи, що відбувається внаслідок її випаровування та дифузія.

2. Властивості матеріалів, кінетика процесу сушіння

Більшість харчових продуктів є вологими тілами, що містять велику кількість води. Вона входить в склад рослинних і тваринних тканин. Вологий матеріал складається з трьох фаз: твердий скелет (сухі речовини), рідина (вода) і газ (повітря, водяна пара). Більша частина продуктів є пористими тілами, у порах яких знаходиться повітря або водяна пара. Оскільки маса газової фази або повітря порівняно з масою твердого скелету і рідини надто мала, то нею нехтують, вважаючи, що вологі матеріали складаються з абсолютно сухої твердої речовини та вологи.

Процес вилучення вологи з продукту супроводжується порушенням зв'язку вологи з матеріалом, на що витрачається енергія. Від характеру цього зв'язку залежать режими сушіння, що забезпечують найбільш ефективне вилучення вологи.

На сьогодні прийнято класифікацію форм зв'язку вологи з матеріалом, в основу якої покладений енергетичний принцип, тобто оцінюється кількість енергії, необхідної для вилучення вологи з даного матеріалу. Відповідно з цією класифікацією форми зв'язків ділять на три великі групи: хімічну, фізико-хімічну та механічну.

Хімічний зв'язок вологи з матеріалом, що утворюється в результаті хімічної реакції, є найбільш міцним. У цьому випадку вода може бути видалена тільки за рахунок хімічних реакцій або прожарюванням матеріалу. У більшості технологічних процесів ця волога з матеріалу не видаляється.

Фізико-хімічний зв'язок включає такі форми: адсорбційну, осмотичну та структурну. Адсорбційна волога знаходиться у мікропорах і капілярах і міцно зв'язана з матеріалом адсорбційною силою. Щоб усунути адсорбційну вологу, потрібно витратити додаткову енергію для перетворення її в пару, бо тільки в такому стані вона переміщується до поверхні продукту. Осмотична волога знаходиться всередині та між клітками матеріалу, їй відповідає надто мала енергія зв'язку і вона дифундує всередині матеріалу у вигляді рідини через стінки кліток завдяки різниці концентрацій всередині і поза кліткою. Структурна волога потрапляє всередину кліток гелю під час утворення його і міститься в клітках рослинних тканин.

Механічна волога міститься в капілярах тіла - капілярна волога і на його поверхні (поверхнева або волога змочування). Механічно зв'язана волога (інколи її називають вільною або зовнішньою) має надто неміцний зв'язок з матеріалом і легко може бути пидалена з нього механічним способом або випаровуванням.

Залежно від переважної форми зв'язку вологи з матеріалом усі тверді харчові продукти прийнято розподіляти натри групи: капілярно-пористі, колоїдні та капілярно-порнсті колоїдні.

У капілярно-пористих матеріалах волога зв'язана механічно капілярною силою (наприклад, цукор, сіль). Під час сушіння вони робляться крихкими. У процесі сушіння мало стискаються. Під час зволоження добре поглинають будь-яку рідину.

До колоїдних відносяться продукти, в яких переважає адсорбційне і осмотичне зв'язана волога (наприклад, желатин, мучне тісто). Під час сушіння вони не стають крихкими; від висушування сильно стискаються, зберігаючи еластичність. Під час зволоження колоїдні матеріали вбирають тільки близькі за полярністю рідини.

Капілярно-пористі колоїдні матеріали мають різні форми зв'язку вологи (наприклад, зерно, хліб, оіючі та інші продукти). Під час сушіння цих матеріалів спостерігається усадка, а під час зволоження — сильне набухання. У результаті сушіння більшість з продуктів цієї групи набувають крихкості (наприклад, хлібні сухарі).

Властивості вологих матеріалів характеризуються рядом параметрів, у тому числі температурою, вологістю, теплоємністю, теплопровідністю та ін. Загальна маса вологого матеріалу дорівнює^

G = G_c'p + W

де G - маса вологого матеріалу, кт; W - маса води, кг; G_c'p - маса абсолютно сухої речовини, кг.

Зазвичай вологу в матеріалі розподілено нерівномірно. Тому розрізняють середню концентрацію вологи у матеріалі або концентрацію у даній точці.

Процес сушіння продуктів складається з трьох етапів: переміщення вологи всередині об'єкта у напряму до його поверхні, пароутворення і переміщення пари від поверхні матеріалу у навколишнє середовище.

Закономірності процесу сушіння відображає крива кінетики процесу. На початку процесу, тобто коли відбувається підігрівання продукту, лінія сушіння має характер кривої. На цій стадії видаляється незначна кількість вологи. Далі починається період постійного сушіння (І період). Лінія сушіння є прямою. Період постійної швидкості відбувається до точки К₁ що показує критичну вологість. При досягненні точки К₁ настає II період сушіння. Цей період є періодом падаючої швидкості сушіння і відображається на графіку у вигляді кривої лінії. Закінчується крива сушіння в другій критичній точці К_Р, що відповідає врівноваженій вологості матеріалу.