Скачать статью в pdf.

УДК 631.365.34:001.8

DOI: 10.15507/2658-4123.033.202303.417-434

 

Исследование влияния режимных параметров ленточной ИК-сушилки на кинетику процесса сушки моркови

 

Гаврилов Александр Викторович
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Агротехнологической академии Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского (295492, Российская Федерация, г. Симферополь, пос. Аграрное), ОRCID: https://orcid.org/0000-0003-3382-0307, Researcher ID: AAH-5137-2019, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гербер Юрий Борисович
доктор технических наук, профессор, заместитель директора по учебной работе, профессор кафедры технологии и оборудования производства и переработки продукции животноводства Агротехнологической академии Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского (295492, Российская Федераци, г. Симферополь, пос. Аграрное), ОRCID: https://orcid.org/0000-0003-3224-6833, Researcher ID: B-6690-2019, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. При конвективной сушке возникает противоречие между скоростью сушки и энергоэффективностью. Одно из решений этого противоречия ‒ использование адресного подведения энергии к продукту. Таким методом адресного подвода энергии является применение в процессе сушки электромагнитного излучения. ИК-излучение позволяет передать энергию непосредственно к продукту, избегая нагрева больших объемов промежуточного теплоносителя (сушильного агента).
Цель статьи. Получить коэффициенты логарифмической модели для расчета производительности ленточной ИК-сушильной установки для сушки моркови.
Материалы и методы. Исследования проводились на модульной ленточной ИК-сушилке с возможностью регулирования скорости ленты и мощности излучателей. Для описания процесса использованы стандартные модели зависимости относительного влагосодержания от времени сушки.
Результаты исследования. Анализ кривых скорости сушки показал наличие влияния экстремального характера скорости ленты на скорость сушки. При скоростях ленты выше 10 мм/с увеличение скорости приводит к увеличению продолжительности процесса сушки. Для описания кинетики процесса сушки при значениях мощности ИК-излучения 170, 300 и 450 Вт была использована логарифмическая модель, как наиболее адекватно описывающая экспериментальные данные.
Обсуждение и заключение. Рекомендуется использовать в сушилке данного типа скорость ленты около 10 мм/с. Полученные коэффициенты логарифмической модели используются для расчета производительности установки. Целесообразно получить аналогичные данные для определения рациональных параметров процесса сушки схожего плодово-овощного сырья и исследовать комбинированное влияние ИК- и СВЧ-излучения на кинетику и энергетику процесса сушки.

Ключевые слова: инфракрасная сушка, коэффициент диффузии, влагосодержание, ленточная сушилка, скорость ленты, кинетика процесса сушки

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Гаврилов А. В., Гербер Ю. Б. Исследование влияния режимных параметров ленточной ИК-сушилки на кинетику процесса сушки моркови // Инженерные технологии и системы. 2023. Т. 33, № 3. С. 417–434. https://doi.org/10.15507/2658-4123.033.202303.417-434

Заявленный вклад соавторов:
А. В. Гаврилов – общая идея, обоснование цели и задач проведения эксперимента, проведение исследований.
Ю. Б. Гербер – техническое обеспечение проведения экспериментов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 18.04.2023; одобрена после рецензирования 30.05.2023;
принята к публикации 30.06.2023.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Electrodynamic Processes as an Effective Solution of Food Industry Problems / O. G. Burdo [et al.] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2021. Vol. 57, Issue 3. P. 330‒344. https://doi.org/10.3103/S1068375521030030

2. Thamkaew G., Sjöholm I., Galindo F. G. A Review of Drying Methods for Improving the Quality of Dried Herbs // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2021. Vol. 61, Issue 11. P. 1763–1786. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1765309

3. Boateng I. D., Yang X. M., Li Y. Y. Optimization of Infrared-Drying Parameters for Ginkgo Biloba L. Seed and Evaluation of Product Quality and Bioactivity // Industrial Crops and Products. 2021. Vol. 160. Article no. 113108. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.113108

4. Infrared Drying of Food Materials: Recent Advances / P. Sakare [et al.] // Food Engineering Reviews. 2020. Vol. 12, Issue 3. P. 381–398. https://doi.org/10.1007/S12393-020-09237-W

5. Mohammadi Z., Kashaninejad M., Ziaiifar A. M. Peeling of Kiwifruit Using Infrared Heating Technology: A Feasibility and Optimization Study // LWT. 2019. Vol. 99. P. 128–137. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.09.037

6. Омаров М. М., Исламов М. Н., Абду З. А. Сушка моркови с использованием инфракрасных излучателей СФ-4 // Пищевая промышленность. 2009. № 8. C. 18‒19. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sushka-morkovi-s-ispolzovaniem-infrakrasnyh-izluchateley-sf-4 (дата обращения: 30.03.2023).

7. Drying Kinetics of Food Materials in Infrared Radiation Drying: A Review / D. S. Delfiya  [et al.] // Journal of Food Process Engineering. 2022. Vol. 45 , Issue 6. Article no. e13810. https://doi.org/10.1111/JFPE.13810

8. Желтоухова Е. Ю., Каданцев А. А., Яницкий В. И. Исследование радиационно-конвективной сушки картофеля при переменном теплоподводе // Вестник ВГУИТ. 2017. T. 79, № 1. С. 46–49. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-radiatsionno-konvektivnoy-sushki-kartofelya-pri-peremennom-teplopodvode/viewer (дата обращения: 16.04.2023).

9. The Effectiveness of Combined Infrared and Hot-Air Drying Strategies for Sweet Potato. D. I. Onwude [et al.] // Journal of Food Engineering. 2019. Vol. 241. P. 75–87. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.08.008

10. Modelling the Mid-infrared Drying of Sweet Potato: Kinetics, Mass and Heat Transfer Parameters, and Energy Consumption / D. I. Onwude [et al.] // Heat and Mass Transfer/Waerme- Und Stoffuebertragung. 2018. Vol. 54. P. 2917–2933. https://doi.org/10.1007/S00231-018-2338-Y

11. Afzal T. M., Abe T. Diffusion in Potato During Far Infrared Radiation Drying // Journal of Food Engineering. 1998. Vol. 37, Issue 4. P. 353–365. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0260877498001113?via%3Dihub (дата обращения: 16.04.2023).

12. Afzal T. M., Abe T. Some Fundamental Attributes of Far Infrared Radiation Drying of Potato // Drying Technology. 1999. Vol. 17, Issue 1/2. P. 138–155. https://doi.org/10.1080/07373939908917522

13. Afzal T. M., Abe T., Hikida Y. Energy and Quality Aspects During Combined FIR–Convection Drying of Barley // Journal of Food Engineering. 1999. Vol. 42, Issue 4. P. 177–182. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(99)00117-X

14. Study of Interval Infrared Airflow Drying: A Case Study of Butternut (Cucurbita Moschata). C. Rekik [et al.] // LWT, 2021. Vol. 147. Article no. 111486. https://doi.org/10.1016/J.LWT.2021.111486

15. Мелякова О. А. Энергоэффективные режимы сушки овощей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 169‒172. URL: https://globalf5.com/Zhurnaly/Ekonomika-i-menedzhment/Izvestiya-Orenburgskogo-GAU/vypusk-2020-4?article=282539 (дата обращения: 16.04.2023).

16. Григорьев И. В., Рудобашта С. П. Импульсная инфракрасная сушка семян овощных культур // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ «Агроинженерия». 2009. № 4 (35). С. 7‒10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/impulsnaya-infrakrasnaya-sushka-semyan-ovoschnyh-kultur (дата обращения: 24.08.2023).

17. Алтухов И. В. Применение дискретного ИК-энергоподвода в технологии сушки сахаросодержащих корнеплодов // Вестник ИрГСХА. 2013. № 55. С. 100‒105. URL: http://vestnik.irsau.ru/files/v55.pdf (дата обращения: 24.08.2023).

18. Алтухов И. В., Цугленок Н. В. Особенности работы импульсных ИК-излучателей в технологии сушки корнеклубнеплодов // Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 4 (126). 2015. С. 109–114. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-raboty-impulsnyh-ik-izluchateley-v-tehnologii-sushki-korneklubneplodov/viewer (дата обращения: 16.04.2023).

19. Алтухов И. В., Цугленок Н. В., Очиров В. Д. Влияние импульсной инфракрасной сушки на сохранность активно действующих веществ // Вестник АПК Ставрополья. 2015. № 1. С. 7–10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-impulsnoy-infrakrasnoy-sushki-na-sohrannost-aktivnodeystvuyuschih-veschestv/viewer (дата обращения: 16.04.2023).

20. Алтухов И. В. Обоснование режимов сушки сахаросодержащих корнеплодов ИК-излучением // Вестник ИрГСХА. 2013. № 56. С. 87‒97. URL: http://vestnik.irsau.ru/files/v56.pdf (дата обращения: 16.04.2023).

21. Остриков А. Н., Желтоухова Е. Ю. Радиационно-конвективная сушка грушевых чипсов при импульсном энергоподводе // Известия вузов. Пищевая технология. 2012. № 1. С. 83‒86. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/radiatsionno-konvektivnaya-sushka-grushevyh-chipsov-pri-impulsnom-energopodvode/viewer (дата обращения: 16.04.2023).

22. Остриков А. Н., Желтоухова Е. Ю. Изучение кинетики радиационно-конвективной сушки персиков при импульсном энергоподводе // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания. 2014. № 1. С. 114–118. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/izuchenie-kinetiki-radiatsionno-konvektivnoy-sushki-persikov-pri-impulsnom-energopodvode/viewer (дата обращения: 16.04.2023).

23. Effects of Catalytic Infrared Drying in Combination with Hot air Drying and Freeze Drying on the Drying Characteristics and Product Quality of Chives / C. Gu [et al.] // LWT. 2022. Vol. 161. Article no. 113363. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113363

24. Effect of Hot Air and Infrared Drying on the Retention of Cannabidiol and Terpenes in Industrial Hemp (Cannabis Sativa L.) / C. Chen [et al.] // Industrial Crops and Products. 2021. Vol. 172. Article no. 114051. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114051

25. EL-Mesery H. S., Kamel R. M., Emara R. Z. Influence of Infrared Intensity and Air Temperature on Energy Consumption and Physical Quality of Dried Apple Using Hybrid Dryer // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 27. Article no. 101365. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101365

26. Drying of Green Bell Pepper Slices Using an IR-assisted Spouted Bed Dryer: An Assessment of Drying Kinetics and Energy Consumption / M. Moradi [et al.] // Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2020. Vol. 60. Article no. 102280. https://doi.org/10.1016/J.IFSET.2019.102280

27. Studying the Operation of Innovative Equipment for Thermomechanical Treatment and Dehydration of Food Raw Materials / O. Burdo [et al.] // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 5, no. 11. P. 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.178937

28. Characteristics and Multi-objective Optimization of Carrot Dehydration in a Hybrid Infrared / Z. Geng [et al.] // LWT. 2022. Vol. 172. Article no. 114229. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.114229

29. Hybrid Microwave-hot Air Drying of the Osmotically Treated Carrots / A. U. Souza [et al.] // LWT. 2022. Vol. 156. Article no. 113046. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.113046

30. Drying Kinetics of Paddy Drying with Graphene Far-infrared Drying Equipment at Different IR Temperatures, Radiations-distances, Grain-flow, and Dehumidifying-velocities / Y. Du [et al.] // Case Studies in Thermal Engineering. 2023. Vol. 43. Article no. 102780. https://doi.org/10.1016/J.CSITE.2023.102780

31. Arslan A., Soysal Y., Keskin M. Mathematical Modeling, Moisture Diffusion and Color Quality in Intermittent Microwave Drying of Organic and Conventional Sweet Red Peppers // AgriEngineering. 2020. Vol. 2, Issue 3. P. 393–407. https://doi.org/10.3390/AGRIENGINEERING2030027

32. Selvi K. Ç. Investigating the Influence of Infrared Drying Method on Linden (Tilia Platyphyllos scop.) leaves: Kinetics, Color, Projected Area, Modeling, Total Phenolic, and Flavonoid Content // Plants. 2020. Vol. 9, Issue 7. Article no. 916. https://doi.org/10.3390/PLANTS9070916

33. Mathematical Modelling of Far-infrared Vacuum Drying of Apple Slices / V. Mitrevski [et al.] // Thermal Science. 2019. Vol. 23. P. 393–400. https://doi.org/10.2298/TSCI180205143M

34. Doymaz I., Kipcak As., Piskin S. Microwave Drying of Green Bean Slices: Drying Kinetics and Physical Quality // Czech J. Food Sci. 2015. Vol. 33, Issue 4. P. 367‒376. https://doi.org/10.17221/566/2014-CJFS

35. Minaei S., Motevali A., Ahmadi E. Mathematical Models of Drying Pomegranate Arils in Vacuum and Microwave Dryers // Journal of Agricultural Science and Technology. 2012. Vol. 14. P. 311‒325.

36. Гаврилов А. В. Анализ современных энерготехнологий переработки растительного сырья // Агроинженерия. 2019. № 5 (93). С. 31‒39. https://doi.org/10.34677/1728-7936-2019-5-31-39

37. Система инновационных энерготехнологий обезвоживания пищевого сырья / О. Бурдо [и др.] // Problemele Energeticii Regionale. 2020. Vol. 2 (46). P. 92‒107. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/zenodo.3898317

38. Electrodynamic Processes as an Effective Solution of Food Industry Problems / O. G. Burdo [et al.] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2021. Vol. 57, Issue 3. P. 330–344. https://doi.org/10.3103/S1068375521030030

39. Salehi F., Satorabi M. Influence of Infrared Drying on Drying Kinetics of Apple Slices Coated with Basil Seed and Xanthan Gums // International Journal of Fruit Science. 2021. Vol. 21, Issue 1. P. 519–527. https://doi.org/10.1080/15538362.2021.1908202

40. Evaluation of Exergy Performance and Onion Drying Properties in a Multi-stage Semi-industrial Continuous Dryer: Artificial Neural Networks (ANNs) and ANFIS models / M. Kaveh [et al.] // Food and Bioproducts Processing. 2021. Vol. 127. P. 58–76. https://doi.org/10.1016/J.FBP.2021.02.010

41. Batista A. S., Souza M. F. F., Prado M. M. Moisture Diffusion in Passion Fruit Seeds under Infrared Drying // Diffusion Foundations and Materials Applications. 2022. Vol. 30. P. 25–32. https://doi.org/10.4028/P-W52H5B

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.