14. Тема :”Сублімаційна сушка.”

При сублімаційному сушінні волога випаровується при температурах нижче температури замерзання води, тепло передається вологому матеріалу кондуктивним шляхом, або шляхом термовипромінювання волога евакуюється за рахунок штучно створюваного перепаду тисків водяної пари. Сублімаційне сушіння застосовують при неможливості забезпечити іншими методами і способами сушіння продукт зі строго визначеними якісними показниками.(4)

В процесі сублімаційного сушіння осмотична і капілярна волога виділяється при температурі нижче крапки замерзання вологи, що утримується в матеріалі. Тому термолабільні речовини не перетерплюють істотних змін, а мікробіальні процеси гальмуються. Виморожена волога не міститьрозчинних у ній речовин. Внаслідок цього внутрішній перенос розчинних речовин відсутній, а сублімація льоду сполучена з помітним віднесенням з паром розчинних летучих складових частин продукту. Сублімація попередньо вимороженої вологи не супроводжується істотною усадкою матеріалу і значних змін його структури і колоїдних властивостей складових частин. Завдяки цьому сухий продукт легко обводнюється і після обводнювання по своїй структурі, складовим і властивостям близький до вихідного.

Кінцева вологість продукту, що зневоднюється методом сублімації, визначається впливом залишкової вологи на ті небажані зміни його, що можливі при тривалому збереженні. У більшості випадків чим менше залишається вологи в продукті, тим краще.(3,4)

У м’ясній промисловості сублімаційне сушіння знаходить застосування для зневоднювання лікувальних препаратів із кров’яної сироватки, ендокринних і ферментних препаратів (наприклад, пепсину); вона починає набувати широке поширення і для одержання сухого м’яса і сухих продуктів, вироблюваних з м’яса. Сублімаційне сушіння служить радикальним способом консервування ендокринно-ферментативної сировини.

Недолікисублімаційного сушіння — велика тривалість процесу, складність апаратури і труднощі здійснення сушіння в безперервному потоці.

Механізм сушіння. При досить низьких тисках опір навколишнього середовища настільки незначно, що кристалічні решітки часток льоду легко розпадається і вода переходить із твердої безпосередньо в пароподібну фазу. Параметрична рівновага лід — пар води настає при тиску пари 4,58 мм рт. ст. і температурі 0,0098° С.(2)

Тому явище сублімації для чистої води можливо при більш низькому значенні цих параметрів.

Такі умови можуть бути створені як при атмосферному тиску, так і під вакуумом. Однак у першому випадку не виключаються окисні зміни продукту під дією кисню повітря. Внаслідок цього сублімаційне сушіння харчових продуктів при атмосферному тиску не одержало поширення. Але в технологічній практиці такі випадки можуть зустрічатися. Прикладом може служити усихання морожених м’ясопродуктів при збереженні.

Тому що у воді, що утримується в м’ясопродуктах, розчиненадеяка кількість різних речовин, параметрична рівновага настає при більш низькомузначенні температури, чим для чистої води, а саме при кріоскопічній температурі тихорєцької рідини. Цій температурі відповідає тиск насиченої пари 4,2 мм рт. ст. Але при —1,2° С вимерзає тільки близько 30% вологи, щоутримується в тканинах, і лише при —15°С воно більш 85%. Цій температурі відповідає тиск насиченої пари 1,24 мм рт. ст. Тому що якість висушеного продукту залежить від часткивологи, що видаляється шляхом сублімації, то по технологічних розуміннях сублімаційне сушіння варто вести при тиску, близькому до 1 мм рт. ст.(1,4,6)

Якщо сублімаційне сушіння виробляється без попереднього заморожування продукту, процес протікає в три фази: самозаморожування продукту внаслідок бурхливого випару частини вологи, що знаходиться в рідкому стані, сублімація льоду, видалення залишкової незамерзаючої частини вологи.

При самозаморожуванні, що триває близько 10 хв, температура продукту спочатку знижується приблизно в лінійній залежності від часу. Відбувається переохолодження продукту. Потім температура стрибкоподібно підвищується унаслідок виділення теплоти кристалізації, утримуючись якийсь час на постійному рівні, після чого знову знижується. Механізм переносу вологи у фазі самозаморожування не відрізняється від переміщення при звичайному вакуумному сушінні і залежить від способу нагрівання.

У фазі самозаморожування виділяється 10—15% вологи продукту. Це підвищує економічність сублімаційного сушіння. Вимерзає волога швидко і рівномірно, кристали льоду виходять невеликих розмірів і не викликають істотних руйнувань тканин. Теплота, що виділяється при самозаморожуванні, кристалізації витрачається на випарі частини вологи, що утримується в матеріалі.(1,6)

Однак у деяких випадках бурхливе паротворення в період самозаморожування супроводжується явищем, що нагадує вспінювання матеріалу, якщо часткакапілярів у його структурі невелика (наприклад, при самозаморожуванні печінки, підшлункової залози). Але в найбільшій мері негативне значення самозаморожування виявляється в тім, що в цій фазі випар вологи походить з рідкого стану. Це частково зводить нанівець переваги сублімаційного сушіння, тому що приводить до погіршення якості збезводненого продукту. Наприклад, при заморожуванні м’яса, що піддається сушінню,, губиться близько 20% загальної кількості компонентів, що впливають на аромат і смак. Погіршується гідратація м’яса. Але м’ясо, заморожене попередньо при —40° С протягом 1г, добре обводнюється після збереження. Обводненність м’яса, зневодненого із самозаморожуванням, не перевищує 50% . У більшості випадків тому сублімаційне сушіння м’ясопродуктів рекомендується робити після попереднього заморожування.(3,4,5)

Слідом за фазою заморожування починається власне сублімація. У випадку попереднього заморожування продукту сублімація стає першою фазою сушіння. Механізм переносу вологи у фазі власне сублімації має свої особливості. Випар вологи відбувається на гранях кристалів. Тому чим більше кристалів і дрібніше їхній розмір, тим більше поверхня випару, а значить тим інтенсивніше сублімація.

Видалення вологи з продукту супроводжується поглибленням зони випару. Перенос пари, що утворилися, відбувається по капілярах і каналам через збезводнений шар продукту, товщина якого зростає в міру зневоднювання матеріалу. Таким чином, опір внутрішньому переносузалежить від розмірів звільняючих від вологи капілярів і каналів, а також їхнього числа і наростає в міру зневоднювання продукту.(4)

Випар вологи в глибокому вакуумі супроводжується різким збільшенням її обсягу (при тиску 4 мм рт. ст. у 200 тис. раз, при 0,1 мм рт. ст. — у 10 млн. раз). Молекули пари тому вільно переміщуються в зовнішнє середовище.

При тих тисках, що застосовуються в сублімаційних сушарках, величинавільного пробігу молекул водяної пари складає 10~3—3-Ю’3 див. Діаметр більшості пір і капілярів харчових продуктів лежить у границях 10~3— 10 13, тобто менше довжини шляху вільного пробігу молекул пари або дорівнює йому. Тому внутрішній перенос води відбувається не дифузійним, а еффузійним шляхом, рух молекул пари відбувається незалежно друг від друга у виді молекулярного пучка. Середня швидкість руху дорівнює швидкості, що молекули набувають при відриві від кристалів льоду.(6,7)

Тому що тиск насиченої пари поверхні матеріалу — функція її температури, а тиск насиченого пару, на поверхні конденсатора —функція температури цієї поверхні, інтенсивність сушіння пропорційна різниці цих температур. Її можна підвищити підвищуючи температуру матеріалу, або знижуючи температуру в конденсаторі. За технологічними по міркуваннями перевагах другий шлях.

Питання для самоперевірки

1.При яких температурах випаровується волога при сублімаційному сушінні?

2.При яких температурах виділяється осмотична і капілярна волога при сублімаційному сушінні?

3.Чим обумовлена кінцева вологість продукту?

4.Де застосовується сублімаційне сушіння?

5.Недоліки сублімаційного сушіння.

6.Механізм сублімаційного сушіння

Рекомендована література

1. Большаков А., Фомин А. Исследование влагосвязующей способности свинины при посоле. Мясная индустрия СССР, 1962. №4.

2. Большаков А., Фомин А. Накопление редуцирующих углеводов и значение рН свиной мышечной ткани автолизирующей в рассоле. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология 1963, №31

3. Соколов А. А., Павлов Д. В., Большаков А. С., Журавская Н. К., Шопенский А. П., Диклоп Э. П. Технология мяса и мясопродуктов. – М.: Пищепромиздат, 1960. – 670с.

4. Заяс Ю. Ф. Качество мяса и мясопродуктов. – М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1981. – 480с.

5. Фалеев Г. А. Оборудование предприятий мясной промышленности. – М.: Пищепромиздат, 1979. – 479с.

6. Тимощук Н. Н., Ясевич А. Н. Справочник технолога мясоперерабатывающего предприятия. К.: «Урожай», 1986. – 158с.