автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научное обеспечение процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром при комбинированных гидродинамических режимах

На правах рукописи

ШЕВЦОВ Сергей Александрович

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ГРИБОВ ПЕРЕГРЕТЫМ ПАРОМ ПРИ КОМБИНИРОВАННЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты

пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2004

Работа выполнена в ГОУ ВПО Воронежской государственной технологической академии (ВГТА).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Остриков Александр Николаевич

Официальные оппоненты - Заслуженный деятель науки РФ,

академик РАСХН,

доктор технических наук, профессор Панфилов Вяктор Александрович

доктор технических наук, профессор Валуйский Владимир Яковлевич

Ведущая организация - Воронежский государственный

аграрный университет им. К.Д. Глинки

Защита диссертации состоится 20 января 2005 г. в 13ч 30м на заседании диссертационного совета Д 212.035.01 при Воронежской государственной технологической академии по адресу: 394000, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГТА.

Автореферат разослан 18 декабря 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета4-^ А.А. Шевцов

-4

mmi

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обладая высокой пищевой ценностью, сушеные грибы «Вешенки» и «Шампиньоны», как важнейший компонент, входят в состав первых и большинства вторых обеденных блюд, пиццы, фаготини и других видов продуктов. Этим объясняется их большой спрос на рынке.

Потребительские свойства сушеных грибов (их аромат и специфический вкус) формируются в процессе сушки. Новые физические, вкусовые и ароматические свойства грибов, образующиеся при сушке, обусловлены существенными изменениями состава сырья, происходящими в результате биохимических реакций. При производстве сушеных грибов очень важно соблюдать параметры, которые способствуют прохождению биохимических процессов, направленных на создание продукта с высокими пищевыми достоинствами, сильным ароматом и приятным вкусом.

Однако традиционная сушка грибов воздухом сопряжена со значительными энергозатратами и низким качеством готового продукта.

Необходима разработка новых сушильных установок с комбинированными гидродинамическими режимами, а также использование в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления, с помощью которого достигаются максимальные возможности рекуперации теплоты. При этом повышается энергетический КПД процесса, что обусловлено возможностью использования вторичного пара за счет применения рециркуляции. Создание таких высокоэффективных установок, обеспечивающих полную автоматизацию и механизацию технологических процессов, позволит изготовить поточно-механизированные линии, обеспечивающие значительное повышение производительности труда, безотходную переработку культивируемых грибов и улучшение их качества.

Теоретические основы тепломассообмена в процессах сушки пищевого растительного сырья и их аппаратурное оформление отражены в работах A.B. Лыкова, A.C. Гинзбурга, Б.С. Сажина, В.И. Муштаева, В.В. Куцаковой, Б И. Леончика, Ю.А. Михайлове НАЦИОНАЛЬНА'» БИБЛИОТЕКА I С. Петербург V J -3

ОЭ Wykt* Г )

ва, Ю.Т. Жука, А.Н. Острикова, О. Кришера, Т. Хиодо, Р. Тоеи, Т. Масазуку, Т. Сигеру и др.

Развитие теории, техники и технологии тепломассообмен-ных процессов подготовило условия для научного подхода к разработке новых способов сушки культивируемых грибов и рациональных конструкций сушильных установок, обеспечивающих наименьшие потери теплоты и электроэнергии.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств Воронежской государственной технологической академии по теме «Исследование гидродинамики, тепло- и массообмена в системах: твердое тело - жидкость, твердое тело - газ при течении в каналах разной геометрической формы» (№ гос. регистрации 01.960.006217).

Цель и задачи диссертационной работы: научное обеспечение способа сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах; повышение эффективности процесса за счет разработки нового способа сушки и сушильных установок для его реализации, обеспечивающих экономию теплоэнергетических ресурсов при требуемом качестве готовой продукции.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучение грибов как объекта исследования; систематизация полученных данных и формулировка теоретических предпосылок и рабочих гипотез по использованию в производстве.

2. Изучение механизма и основных гидродинамических и кинешческих закономерностей сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах.

3. Экспериментальное исследование процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах с целью определения рациональной области изменения технологических параметров.

4. Изучение информации о кинетике процесса термолиза культивируемых грибов, полученной методом дифференциально-термического анализа; выявление температурных зон, соответствующих испарению влаги с различной энергией связи и термиче-

скому разложению белково-углеводного комплекса.

5. Комплексная оценка качества культивируемых грибов, высушенных перегретым паром атмосферного давления.

6. Разработка математической модели процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах.

7. Разработка способа производства сушеных грибов и конструкций сушильных установок периодического и непрерывного действия для его осуществления. Проведение промышленной апробации предлагаемого способа и конструкций сушильных установок

Научная новизна. Обоснована целесообразность использования комбинированных гидродинамических режимов для сушки культивируемых грибов.

Определены гидродинамические характеристики псевдо-ожиженного слоя культивируемых грибов, позволяющие обеспечить равномерную обработку продукта.

Установлены кинетические закономерности процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах.

Выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной энергией связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.

Разработана математическая модель процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных в сферических координатах, описывающая процессы тепло- и массопереноса.

Практическая ценность. Разработано программное обеспечение процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах.

Предложены способ сушки культивируемых грибов и оригинальные конструкции сушильных установок для их реализации.

Проведено комплексное исследование качественных показателей культивируемых грибов, высушенных перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах. Установлено, что грибы «Вешенки» и «Шампинь-

оны», высушенные перегретым паром атмосферного давления, обладают хорошими потребительскими свойствами и имеют высокую пищевую ценность.

Разработан инженерный метод расчета сушильных установок для культивируемых грибов.

Новизна технических решений защищена патентом РФ № 2241926 и двумя положительными решениями о выдаче патента РФ.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2002 по 2004 г.г.); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003 г.); межрегиональной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань. 2004 г.); всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, 2004 г.); научно-практической конференции «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (Углич, 2004 г.); IV международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2004 г.).

Работа отмечена стипендией администрации Воронежской области за 2004-2005 г.г.

Результаты работы демонстрировались на 17-й межрегиональной выставке «Продторг» (22-24 октября 2003 г.), выставке «Центрагромаш» (14 ноября 2003 г.), IV московском международном салоне инноваций и инвестиций и награждены дипломами. Соискатель принял участие в конкурсе инновационных проектов в рамках 17-й межрегиональной выставки и награжден дипломом.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе получены один патент РФ и 2 положительных решения о выдаче патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 208 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков и 21 таблицу. Список литературы включает 116 наименований, в том числе 11 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 52 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние производства грибов; обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе систематизированы литературные данные о современном состоянии техники и технологии процесса сушки грибов, об основных направлениях совершенствования оборудования и технологии сушки грибов. Приведен обзор аппаратов для сушки грибов, и представлены их конструкции, выпускаемые в России и за рубежом. Дан анализ достоинств и недостатков математических моделей процессов сушки грибов. На основании проведенного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы задачи диссертационной работы и определены методы их решения.

Во второй главе изложено описание экспериментальной установки для исследования процесса сушки грибов, включающей станину, рабочую камеру с газораспределительной решеткой, парогенератор, парораспределитель, вытяжной диффузор, ротационные дозаторы с регулируемым приводом, переходник, вентилятор с циркуляционным трубопроводом, шкаф управления.

В качестве объекта исследования использовали культивируемые грибы «Вешенки» и «Шампиньоны». Предварительно очищенные и мытые грибы разрезали на пластинки (толщиной не более 5 мм) и кубики (с размером сторон от 5 до 8 мм).

Процесс сушки грибов паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах исследовали в следующих диапазонах изменения технологических параметров: температура перегретого пара - 393...443 К; скорость потока пара на входе в слой - 0,8...8,0 м/с; удельная нагрузка продукта на решетку - 15...30 кг/м".

Слой измельченных грибов представляет собой систему с весьма сложными и многообразными геометрическими характеристиками. Анализ изменения гидравлического сопротивления слоя культивируемых грибов в процессе сушки (рис. 1, 2) указывает на экспоненциальное уменьшение АР, которое обусловлено снижением влажности продукта.

1} Ч"1 121)

ш

* ,0

г ■»М» Т ¡Г

1Ши 1Ш 1МЯ1 21М1 На

; Р4*^ Ятыи» 1 /(укпгюю)

"""

Л 1

Рис. 1. Зависимость изменения гидравлического сопротивления

слоя фибов «Вешенки» от времени при различных значениях температуры перегретого пара, К: а - 403; б - 413; в - 423; г - 433;

= 17,5 кг/м2

Рис. 2. Зависимость изменения гидравлического сопротивления слоя грибов «Шампиньоны» от времени при различных значениях

температуры перегретого пара, К: а - 403; б - 413; в - 423; = 17,5 кг/м2

Отмечено наличие участка (с 1440 до 2160 с - для грибов «Вешенки»; с 1980 до 2880 с - для грибов «Шампиньоны») с незначительным изменением гидравлического сопротивления слоя продукта. Это обусловлено тем, что в этот момент времени уменьшение влажности продукта незначительно, так как интенсивного испарения влаги из грибов уже не наблюдается. Уменьшение АР связано с изменением порозности слоя, влажности и усадкой частиц продукта.

Установлено также, что коэффициент гидравлического сопротивления слоя частиц продукта X зависит в основном от скорости перегретого пара и практически не зависит от величины удельной нагрузки слоя грибов на решетку (рис. 3,4).

0.090 0,080

0,070 0,065 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035

0 020

о - 1

• -3 п-4

X

0,090 0,080

0 070 0,065 0,060 0.055 0,050

0 044

0,035

I О / 7

к 0 + - J

-- - -

- V

\ V

- \ 9 \

- О \ о® \

600 700 800 900 1000 1200 1600 Ле--

Рис. 3. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления слоя грибов «Вешенки» от критерия Ке при различных значениях температуры перегретого пара, К: 1 - 403; 2 -413; 3 - 423; 4 - 433; V» = 0,8. ,8,0 м/с

700 800 т 1000

Рис. 4. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления слоя грибов «Шампиньоны» от критерия Re при различных значениях температуры перегретого пара, К: 1 - 423; 2 -413; 3 - 403; v =0,8...8,0 м/с

Обработка экспериментальных данных позволила определить эту зависимость в виде

Я-А / Ие", (1)

где для грибов «Вешенки» - А = 192,37 и п = 1.222; а для грибов «Шампиньоны» -А = 865,13 и п = 1,05.

Отклонение расчетных данных по формуле (1) от экспериментальных составило 24,1 % (рис. 3) и 4,8 % (рис. 4).

С повышением температуры перегретого пара относительная усадка возрастает, что объясняется увеличением градиента влагосодержания внутри материала, которое обусловлено достижением продуктом более высокой температуры.

Если построить зависимость относительной усадки 3 от влагосодержания и при различных значениях температуры перегретого пара в логарифмической анаморфозе (рис. 5, 6), то отчетливо видны два участка.

о!б------а_2-------------------

0.3 mi f f___________i_______IL__

0,1 0,2 0,4 0,4 0,5 0,7 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 кг/кг 11,0

и -

Рис. 5. Зависимость усадки грибов «Вешенки» от их влагосодержания при Т,„ К: 1 - 403; 2 -413; 3 - 423; 4 - 433

1.

t0'

>

о,

0,1 0.2 0,3 0,4 0,5 0,7 1,0 2.0 3,0 4,0 5,0 кг/ш 11,0

Рис. 6. Зависимость усадки грибов «Вешенки» от их вла! осодержания при Т„, К: 1 - 423; 2 -413; 3 - 403

На первом участке увеличение усадки весьма значительно (для грибов «Вешенки» - и ~ 11,0... 1,8 кг/кг и для грибов «Шампиньоны» -и - 10,8... 3,8 кг/кг), а на втором участке усадка изменяется незначительно (для грибов «Вешенки» - и = 1,8...0,1 кг/кг и для грибов «Шампиньоны» - и = 3,8...0,1 кг/кг). Это объясняется замедлением процесса нарушения капилляров продукта, что существенно уменьшает скорость сушки и развитие объемно-напряженного состояния.

Грибы, высушенные перегретым паром, по сравнению с заводскими образцами имели меньшую усадку, более развитую микропористую структуру за счет чего время развариваемости уменьшилось на 15...25 %.

Математическая обработка экспериментальных данных позволила получить зависимость величины усадки 5 от текущего влагосодержания U для различных температур перегретого пара t„ с соответствующими средними квадратичными отклонениями:

1) для грибов «Вешенки»:

¿>=0,99le 0<m' " при t„ = 130 °С; сгпо = 2,30 %; (2) ó"=1,007е 0 07,2 " при /„ = 140 °С; (T¡4o = 5,51 %; (3)

k—£., L. 1 i ,1, I

- - - - 1 _ о- / - — — о П

1

- □ - 2 .-3 1-4 Г" - J ■

-- — - | л

1 ■ - -

I I | 1 с с

-- NfH - л. тг-* -i-1

о - / 1 1

I - - - v -2 + -3- - *

< *

г

I L

J=0,923e~0 0881 " при tn = 150 °C; o)w = 2,25 %; 8=0,902e-° °657 " при t„ = 160 °C; <rjeo = 3,39 %. Обобщенное регрессионное уравнение:

<S=0,964e~° 0793 " 000,47 '» , er = 5,12 %; 2) для грибов «Шампиньоны»:

5=1,007г~° " при t„ = 130 °С; сг;,„ = 2,30 %; S=0,97e'° 069 " при i„ = 140 °С; = 5,51 %;

<У=0,988е~

при t„ = 150 °С; о)„, = 2,25

(4)

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

(10)

Уравнения (2)-(10) с достаточной для инженерных расчетов точностью описывают характер изменения усадки грибов.

Кинетические закономерности процесса сушки кубиков культивируемых грибов «Вешенки» и «Шампиньоны» представлены кривыми сушки, кривыми скорости сушки, термограммами и температурными кривыми процесса (рис. 7-10).

Из анализа кривых (рис. 7, 8) видно, что имеют место три периода: прогрева, постоянной и убывающей скорости сушки. Период прогрева характеризуется конденсацией пара на поверхности грибов и их быстрым нагревом до температуры насыщения.

Обобщенное регрессионное уравнение:

¿>=2,098е~0,062 " е^0 0055 '", а= 4,7 %.

Рис. 7. Кривые сушки и кривые Рис. 8. Кривые сушки и кривые скорости сушки вешенок при Т„, К: скорости сушки шампиньонов при

1 - 433; 2 - 423; 3 - 413; 4 - 403; А<, = 6-10 2 м; q„ - 17,5 кг/м2

Т„, К: 1 - 423; 2 - 413; 3 403; А, , = 7-105 м; q„ = 17,5 кг/м:

Рис. 9 Температурные кривые и термограммы процесса сушки грибов «Вешенки» при Т„, К: 1 - 433;

2 - 423; 3-413; 4 -403; ^ /г(, = 6-102 м; q,l = 17,5 кг/м:

Рис. 10. Температурные кривые и

термограммы процесса сушки грибов «Шампиньоны» при Т,п К: 1 - 423; 2 - 413; 3 - 403; = 7-Ю"2 м; q,l = 17,5 кг/м2

За счет того, что градиенты температуры и влажности совпадают и направлены к центру частиц, влага интенсивно перемещается внутрь продукта.

Продолжительность периода постоянной скорости сушки значительно сокращается из-за быстрого прогрева грибов до высоких температур. Вследствие высоких коэффициентов теплообмена при конденсации пара на поверхности кубиков грибов в периоде прогрева очень быстро повышается температура (рис. 9, 10), и влага удаляется из продукта в виде пара.

При использовании в качестве теплоносителя перегретого пара между ним и высушиваемым продуктом не образуется, как при сушке воздухом, газового слоя, препятствующего выходу влаги из продукта. Испаряемый пар турбулизирует пограничный слой, повышая интенсивность тепло- и массообмена.

В третьей главе предложено математическое описание процесса сушки культивируемых грибов при таких допущениях: частицы грибов рассматриваем в виде шара с радиусом интенсивность процесса теплообмена описываем законом Ньютона -Рихмана: я=а(Т(Мл^ геометрическая форма высушивае-

мого продукта постоянна, теплофизические и массообменные па-

раметры усреднены; начальное распределение температуры и вла-госодержания по объему высушиваемого продукта постоянны.

Процесс сушки представлен системой дифференциальных уравнений в частных производных в сферических координатах, состоящей из дифференциальных уравнений тепло- и массопе-реноса для частицы продукта:

дг _ к дт рас

дг1 г дг

1 дХ д/ ег, ди +---+ -

ра с дг дг с дт

сЫ дт'

&и | 2 ди дг2 г дг

дат ди _ + —-— + ат д дг дг т

а2? 2 дг_

дг2 + Г дг

да„, д8 5 —!!!-+ат — дг дг

с начальными условиями

1(0, г)=гп , и(О, г)=и„ ,

(Н)

,(12)

(13)

граничными третьего рода, отображающими теплообмен

-Л\Щ +а(1с-{и{г))-г1{1-е)РрЛиЛт)-»г) = 0, (I4)

" ^ г = Л

дг

и массообмен между поверхностью тела и окружающей средой

+ р{ия(т)-иР) = 0, (15)

'ди"

+ а„ 5

и симметрии

дг_ дг

= 0

ди дг

= 0.

(16)

Задача (11)-(14) решается если граница подвижна и перемещение ее задается функцией я(т):

0<г<Я(т), [я(о) = Д„], г>0. (17)

Система уравнений (11)-(16) приведена к критериальному

виду:

дт д2Т 2 дт Э1/

-=-+---е Ко-;

дРо дХ2 X дХ дРо

ди

дРо

-Ьи

д2У 2 ди 2 X дХ

дХ2

- ¿и Рп

д2Т 2 дТ +

дхг х дх

дТ(Х,Ро) дХ

Т(Х, Ро),„.0 = о, щх, Ро),и=а = о; - В1Ч [1 - 7 (1, Ро)]+(!- е)Ко ¿и Ксп1 = 0;

(18)

(19)

(20) (21)

DU(XJ'o)

дх

+ 1>п

dT(X,Fo)

\ i (7,l(X.ho)

дХ

дх

\ -I

dU(X.Fo)

дХ

+ к,т = о; = о.

(22) (23)

Решение (18)—(23) получено в следующем виде:

sinjv, /лк х) X

Г(А. Fo) = l+ Z ic/^^eyt-^Fo); (24)

.(Л, /„) = ■ L- £ ¿f„, (. - Fo); (25)

где

—^—А»А',)А»„2 +СКО QII2]; Рп V,,

2 +£KoKi„,Q„,];

= 4,1 /',2+^2 0,1 ~V2 4,2 -"l £,2 ; 1

(26)

(27)

(28)

(29)

(l - v-)a', sin{v, v, M„ cos(v, ц„) ;

J Bl<i

I'm =('~v,2) sw(v, ^ ''^д £K"Pniy, цп COi(v, fj,,)-sin{v, //„)); (30)

4„ = [' + (' - ^г) I"»!1"', p„) - M„ MK И,) : (31)

Bl4

!i„, = (' - К ) {v, //„ ) - (' j + gAo/я ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

где //„ - корни характеристического уравнения

- i'i,2 Qni = о, (33)

Л. - число: к, --——.

е В1Ч

Усредненные потенциалы тепломассопереноса рассчитываются по формулам

í(/•,;)=! + £ «pf-//»2^);

и 1 , - !

í/(ho) = 1—L-£ (| - Fo);

l ho „ I, I

Ml,)2

(34)

(35)

Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных (рис. 11, 12) показывал хорошую сходимость: отклонения расчетных от экспериментальных данных не превышало 12,6 %.

Рис. 11. Сравнение расчетной Рис , 2 Сравнение расчетной (--) и

(_ ) и экспериментальной (о) экспериментальной (о) гермограммы

кривой процесса сушки грибов процесса грибов «Шампиньоны»

«Шампиньоны» перегретым паром перегретым паром

В четвертой главе проведены исследования комплексной оценки качества сушеных культивируемых грибов по оргаиолепги-ческим и физико-химическим показателям; а также исследования по составу минеральных веществ, витаминов группы В и аминокислот. Установлено, что культивируемые грибы, высушенные перегретым паром атмосферного давления соответствуют требованиям ГОСТ и обладают высокой пищевой ценностью.

Для получения информации о кинетике процесса термолиза грибов был использован дифференциально-термический анализ. Де-риватограммы грибов имели характеристические температуры ступеней дегидратации, деструкции веществ и температурные интервалы устойчивости промежуточных соединений, определяемые пиками эндотермических эффектов, сопровождающихся испарением влаги и возможным отделением газообразных фракций (таблица).

Кинетические температурные характеристики процесса

Характерные температурные интервалы Шампиньоны Вешенки

Температура начала эндотермического эффекта, К 343 .355 342. 358

Температура пика эндотермического эффекта, К 410 410

Температура окончания эндотермического эффекта, К 463. .473 445 . 455

Для получения данных о механизме влагоудаления, определения температурного интервала и количества влаги, десорбируе-мой примерно с одинаковой скоростью, использовали кривую в координатах «(-/#«) - (1(?/Т)» (рис. 13).

Рис. 13. Зависимость-/^а от величины ЗОУГдля исследуемых видов грибов: 1 -«Шампиньоны»; 2 - «Вешенки»

Каждой из четырех ступеней дегидратации (см. рис. 13) характеризуется испарением воды с различной энергией связи с материалом. На первой ступени (участок АВ) происходит нагрев и удаление слабосвязанной воды. На второй ступени (участок ВС) осуществляется разрушение осмотически связанной влаги. Третья ступень дегидратации (участок СО) соответствует удалению адсорбционно связанной влаги. На четвертой ступени (участок ОЕ) наблюда-

ется разложение веществ с выделением газообразных составляющих, а также начало удаления химически связанной воды.

В пятой главе по результатам экспериментальных и аналитических исследований предложена методика инженерного расчета су-шапок для культивируемых грибов, позволяющая определять их конструктивные размеры, производительность и удельные энергозатраты. Разработаны способ сушки культивируемых грибов (рис. 14, 15) и оригинальные конструкции сушильных установок (рис. 16, 17), обеспечивающие рациональные режимы сушки грибов при минимальных материальных и энергетических затратах.

Рис 14 Способ сушки вешснок при Рис 15 Способ сушки шампиньонов при рациональных режимных параметрах рациональных режимных параметрах

Н ш я ныи п/мпЪ*'

Теп нт ч

Рис. 16. Каскадная сушилка: 1 - корпус; 2,6- бункеры, 3 - питатель, 4,5 ~ патрубки; 7 - лета; 8 - привод: 9,10 - ролики: 11 - механизм; 12,13 - барабаны

Рис 17. Сушилка 1 - корпус. 2,8 - барабаны; 3 - пшатель 4,10 - бункер; 5 - отверстие, '-двшатель. 7- лета, 9,11 ~ пагрубки,

12 - пазы; 13,16,18 - заслонки; 14 - сетка; 15 - стенки; 17- крышка

Основные выводы и результаты

1. Проведены на основании системного подхода комплексные теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых разработана энергосберегающая технология сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах, основанная на использовании перегретого пара атмосферного давления в качестве теплоносителя и обеспечивающая высокую эффективность процесса, экономию теплоэнергетических ресурсов и хорошее качество готовой продукции.

2. Исследованы основные гидродинамические закономерности процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах с использованием в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления. Установлено, что коэффициент гидравлического сопротивления зависит в основном от скорости перегретого пара и практически не зависит от величины удельной нагрузки слоя грибов на решетку.

3. Изучен механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах. Выявлено, что основными

факторами, влияющими на протекание процесса сушки грибов, являются: температура перегретого пара, скорость перегретого пара и частота пульсаций потока пара.

4. Разработана математическая модель процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных в сферических координатах, описывающая процессы тепло-и массопереноса.

5. Определены следующие рациональные режимы сушки грибов: температура перегретого пара 413...423 К; скорость перегретого пара 1,0...8,0 м/с; эквивалентный диаметр 8,7-Ю'1 м.

6. Проведено комплексное исследование качественных показателей культивируемых грибов, высушенных перегретым паром атмосферного давления, при комбинированных гидродинамических режимах. Установлено, что грибы «Вешенки» и «Шампиньоны» обладают хорошими потребительскими свойствами и имеют высокую пищевую ценность.

7. Исследована кинетика процесса термолиза культивируемых грибов, что позволило выявить температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной энергией связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.

8. Предложены оригинальные конструкции аппаратов для сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления. Проведены производственные испытания способа сушки культивируемых грибов перегретым паром на СГ1К «Воронежский тепличный комбинат», которые подтвердили высокую эффективность разработанных технологических режимов. Ожидаемый экономический эффект от его промышленного внедрения составит 112,3 тыс. р./год.

Условные обозначения:

Г, г„, Т„, Т3 - температура продукта, начальная, перегретого пара и насыщения, К; с - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг- К); е - критерий фазового превращения; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); критерии: Рг - Прандтля, Яе - Рейнольдса, Ро - Фурье, Ьи - Лыкова, Рп - Поснова, Ко - Косовича, В1Ч - Био тешюобменный, Шт - Био массо-обменный, К1,„ - Кирпичева массобменный; V, и„ - влагосодержание продукта текущее, начальное, кг/кг; ЛР - перепад давления, Па; V - скорость, м/с: г - время, с; Д (1 - диаметр, м; р - плотность, кг/м1; ц- коэффициент динамической вязкости, Па с; а - коэффициент температуропроводности, м"/с, К; рп - плотность высушиваемого продукта, кг/м ; гс - удельная теплота парообразования, кДж/кг; 5 - относительный коэффициент тер-

модиффузии влажного материала, кг/(кг-К); ат - коэффициент диффузии влаги, м2/с; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К); р - коэффициент массоотдачи, м/с; г - координата, м; X - безразмерная координата; Г - безразмерная температура; и - безразмерное влагосодержание; гс щ - фиксированные значения температуры и влагосодержания соответствующие значению температуры среды и равновесному значению влагосодержания; Я - радиус частицы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Остриков, А. Н. Аппроксимация кривых сушки грибов [Текст] / А. Н. Остриков, И. О. Павлов, С. А. Шевцов // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: материалы II Международной научно-технической конференции: в 2 ч. - Воронеж: ВГТА, 2004. - Ч. 2. - 237 с. - С. 242-244.

2. Остриков, А. Н. Исследование аминокислотного состава при сушке культивируемых грибов перегретым паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Пища. Экология. Качество: труды IV международной научно-практической конференции. - Новосибирск: РАСХН, Сибирское отделение, ГНУ СибНИПТИП, 2004. - 559 с. - С. 69-72.

3. Остриков, А. Н. Исследование гидродинамики процесса сушки грибов перегретым паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов II Хранение и переработка сельхозсырья. - 2004. - № 2. - С. 24-25.

4. Остриков, А. Н. Исследование грибов методом дифференциально-термического анализа [Текст] / А. Н. Остриков, И. В. Кузнецова, С. А. Шевцов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2004. - № 2. - С. 143-146.

5. Остриков, А. Н. Исследование изменения высоты слоя грибов в процессе сушки перегретым паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Научные подходы к решению проблем производства продуктов питания: межвузовский сборник научных трудов. - Ростов н/Д: изд-во Рост, ун-та. - 2004. - № 4. - 392 с. - С. 232-233.

6. Остриков, А. Н. Исследование кинетики процесса сушки грибов перегреть™ паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов Н Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2004. - № 5. - С. 81-82.

7. Остриков, А. Н. Исследование процесса сушки грибов при комбинированных гидродинамических режимах и разработка конструкции каскадной сушилки [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России: материалы всероссийского семинара. -Орел: ОрелГТУ, 2004. - 237 с. - С. 194-197.

8. Остриков, А. Н. Исследование сушки грибов перегретым паром атмосферного давления [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России: материалы всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: БГАУ, 2003. - 481 с. - С. 201-203.

9. Остриков, А. Н. Исследование усадки при сушке грибов перегретым паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2004. - № 4. - С. 62-63.

V-lSl

№

2006-4 2073

10. Остриков, A. H. К расчету усадки слоя грибов «Шампиньоны» в процессе сушки перегретым паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Пищевые технологии: межрегиональная конференции молодых ученых. - Казань: КГТУ, 2004. - 180 с. - С. 50-51.

11. Остриков, А. Н. Каскадная установка с перфорированной лентой для сушки пищевого растительного сырья [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: материалы И Междунар, научно-технической конференции: в 2 ч. - Воронеж: ВГТА, 2004. Ч. 2, 237 с. - С. 246-247.

12. Остриков, А. Н. Кинетические закономерности процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах [Текст] / А. Н. Остриков, С.А. Шевцов // Материалы XLÍI отчетной научной конференции за 2003 год: в 3 ч. - Воронеж: ВГТА, 2004. Ч. 2.268 с. - С. 51-54.

13. Остриков, А. Н. Разработка технологий, сушки пищевого растительного сырья перегретым паром [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов, И. А. Зуев // Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов: матер, науч.-практ. конф.: в 2 ч. - Углич: Россельхозакадемия, 2004, - Ч. 2. - 292 c¡ - С. 17-21.

14. Остриков, А. Н. Сушка грибов перегретым паром атмосферного давления [Текст] / А. Н. Остриков, Е. С. Шенцова, С. А. Шевцов // Пищевая промышленность. - 2004. - № 7. - С. 64-65.

15. Остриков, А. Н. Энергетическая оценка процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления [Текст] / А. Н. Остриков, С. А. Шевцов // Современные наукоемкие технологии - 2004. - № 2. с. - С. 88-89.

16. Пат. 2241926 Российская федерация, МПК' F 26 В 17/04. Сушилка [Текст] / Остриков А. Н., Шевцов С. А.; заявитель и патентообладатель Воронежская государственная технологическая академия. -№ 2003112746, заявл. 29.04.2003; опубл. 10.12.2004, Бюл. № 34.

17. Положительное решение на выдачу Патента РФ МПК7 А 23 В 7/02. Способ производства сушеных грибов [Текст] / Остриков А. Н., Шевцов С. А.; заявитель и патентообладатель Воронежская государственная технологическая академия. -№ 2003138183/13, заявл. 31.12.2003.

18. Положительное решение на выдачу Патента РФ МПК7 F 26 В17/04. Каскадная сушилка [Текст] / Остриков А. Н., Шевцов С. А.; заявитель и патентообладатель Воронежская государственная технологическая академия. -№ 2003122380/06, заявл. 17.07.2003.

Подписано в печать 17.12.2004. Формат 60x84 '/,6.

Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Ризография.

Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100экз. Заказ S2.9

Воронежская государственная технологическая академия {ВГТА) Участок оперативной полиграфии Адрес академии и участка оперативной полиграфии 394000 Воронеж, пр. Революции, 19

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Современное состояние теории, техники и технологии сушки грибов.

1.1. Комплексная оценка культивируемых грибов как объекта исследования.

1.1.1. Характеристика и пищевая ценность вешенки.

1.1.2. Характеристика и пищевая ценность шампиньонов.

1.2. Краткий обзор техники и технологии сушки грибов.

1.2.1. Кинетика процесса сушки грибов.

1.2.2. Теоретические предпосылки моделирования процесса сушки культивируемых грибов.

1.2.3. Влияние сушки на потребительские свойства грибов.

1.2.4. Сохраняемость сушеных грибов.

1.2.5. Технология и техника сушки грибов.

1.2.5. Перспективы применения перегретого пара атмосферного давления для сушки культивируемых грибов.

1.2.6. Обоснование использования импульсного псевдо-ожиженного слоя для сушки культивируемых грибов.

1.3. Анализ литературного обзора и задачи исследования.

Глава 2. Исследование процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления.

2.1. Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов.

2.2. Исследование гидродинамики слоя культивируемых грибов, продуваемого перегретым паром.

2.2.1. Исследование усадки слоя культивируемых грибов при сушке перегретым паром.

2.3. Исследование кинетики процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления.

Глава 3. Математическое моделирование процесса сушки грибов перегретым паром.

3.1. Математическая модель процесса сушки грибов.

3.2. Уравнения тепло - массопереноса с постоянными коэффициентами.

I Глава 4. Комплексная оценка качества культивируемых грибов

Вешенки» и «Шампиньоны».

4.1. Исследование показателей качества сушеных культивируемых грибов.

4.2. Исследование культивируемых грибов методом дифференциально-термического анализа.

Глава 5. Разработка конструкций аппаратов и рациональных режимов процесса сушки грибов.

5.1. Методика расчета сушилки для культивируемых грибов.

5.2. Разработка конструкций аппаратов для сушки культивируемых грибов.

5.3. Разработка рациональных режимов процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром.

5.4. Расчет ожидаемого экономического эффекта от использования сушилки для культивируемых грибов.

Стабильное снабжение населения Российской Федерации высококачественными, биологически полноценными, экологически безопасными продуктами питания можно обеспечить, развивая производственный потенциал пищевой промышленности [33, 42, 94].

В улучшении обеспечения населения продуктами питания важная роль принадлежит пищеконцентратной промышленности.

Пищевые концентраты имеют все большее значение в питании населения. Этому способствуют малые массы и объем, большая концентрация сухих веществ, быстрая растворимость и хорошая сохраняемость продуктов. Пищевые концентраты вырабатывают из высококачественных продуктов растительного и животного происхождения с применением технологии, способствующей получению продуктов, содержащих в своем составе необходимые для организма количества белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов. Одним из существенных отличий концентратов от свежих и консервированных продуктов является малое содержание в них влаги, которое колеблется от 3 до 13 % [20, 36].

Основное отличительное свойство пищевых концентратов - их наиболее полная кулинарная подготовка, что позволяет тратить минимум времени и энергии на приготовление пищи. Создание на основе пищеконцентратов комплексных рационов питания человека в обычных и экстремальных условиях позволит добиться лучшей сбалансированности в организации питания.

За последние годы существенно расширился ассортимент продукции [100], появились новые виды пищевых концентратов, в состав которых все чаще включают грибы, в том числе, и культивируемые. Культивируемые грибы обладают высокой пищевой ценностью и пользуются устойчиво высоким спросом на рынке. Сушеные грибы входят в состав многих деликатесных блюд.

Ученые считают, что в ближайшее время растительный белковый продукт культивируемых грибов сыграет важную роль в существенном увеличении ресурсов белка в мире [22,24-28].

Выращивание грибов, по сравнению с другими отраслями сельского хозяйства позволяет получить значительно больший выход товарной продукции с 1 м полезной площади. Оно является практически безотходным производством, использующим отходы растениеводства и животноводства. Кроме того, употребление в пищу лесных грибов в последние годы, вследствие сильного загрязнения окружающей среды, может оказаться смертельно опасным. А искусственно выращенные грибы являются экологически чистым продуктом, исключающим возможность отравления. При правильном подходе переработка грибов является производством с довольно высоким уровнем рентабельности. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что рентабельность современного производства грибов составляет 100. 120 % [22,29].

Грибы выращивают более чем в семидесяти странах мира. Высокий уровень развития грибоводства наблюдается в Китае, Нидерландах, Англии, Франции, Италии. Среди производителей шампиньонов лидирует Польша, а среди производителей вешенки - Венгрия. В мировом производстве грибов -первенство за США [53, 54].

За последние годы производство искусственно выращиваемых грибов в Российской Федерации стабильно увеличивается [33] (табл. 1).

Таблица 1

Динамика производства грибов в России 1994-2001 годы (тонны)

Год Шампиньоны Вешенки Итого Общий прирост Темп роста (%)

1994 2483 100 2483

1995 3179 200 3379 796 31

1996 4450 300 4750 1371 41

1997 5500 450 5950 1200 25

1998 6034 751 6785 835 14

1999 6420 1213 7633 848 12

2000 6992 1240 8232 599 8

2001 7300 1800 9100 868 11

В России выращивают не только шампиньон, но и другие грибы. Все более популярными становятся вешенки. Их доля в общем производстве грибов в 2001 году составила 18 % (табл. 2).

Таблица 2

Структура производства грибов в России (%)

Год Шампиньоны Вешенки

1994 96,1 3,9

1995 94,1 5,9

1996 93,7 6,3

1997 92,4 7,6

1998 88,9 11,1

1999 84,1 15,9

2000 85,4 14,6

2001 82 18

К сожалению, российские грибоводы даже при постоянном увеличении производства грибов, не могут пока удовлетворить растущий спрос на свою продукцию. В основном это касается шампиньонов. Импорт именно этих грибов неуклонно продолжает свой рост (табл. 3).

Таблица 3

Импорт свежих грибов в Россию в 2001 году (тонны)

Импорт свежих грибов 2000 2001 Прирост Темп роста, %

Голландия 1000 1200 200 11%

Польша 3000 4500 1500 50%

Остальные 100 200 100 100%

Всего 4100 5900 1800 44%

Общий темп роста импорта свежих шампиньонов на 2001 г. составил 44 %, что почти в 10 раз больше, чем рост их российского производства. Отечественные производители не успевают обеспечивать растущий спрос на эти грибы.

Российские предприятия продолжают очень мало уделять внимания переработке грибов. В 2001 году переработано не более 5 % российских культивируемых грибов. Из них сушатся лишь 1,5 %.

Все это позволяет иностранной продукции почти полностью оккупировать полки супермаркетов крупных российских городов. Китайские, польские, французские, голландские, немецкие, испанские, украинские консервированные шампиньоны не встречают никакого сопротивления со стороны наших производителей. По оценке в 2001 году в Россию было завезено около 12000 тонн консервированных культивируемых грибов. Объем импорта замороженных грибов - около 8500 тонн [33].

Только каждый четвертый килограмм культивируемых грибов, съеденный в 2001 году россиянами, был российским. 33 % всех грибов было потреблено после вскрытия консервных банок, 24 % - после разморозки (табл. 4).

Таблица 4

Потребление грибов в России в 2001 году

Наименование продукции тонны %

Свежие российские грибы 9100 26

Свежие импортные грибы 5900 17

Замороженные импортные грибы 8500 24

Консервы импортные грибные 12000 33

Всего 35500 100

Если в развитых странах годовое потребление выращиваемых грибов составляет около четырех килограммов на одного человека, то в Российской Федерации оно не превышает 100 г. Очевидно, что производство культивируемых грибов в целом не удовлетворяет спрос нашего населения на такой ценный продукт. Эта отрасль во многих хозяйствах убыточна, что не способствует популярности и широкому ее развитию. Во многом это связано с отсутствием прогрессивных технологий, обеспечивающих высокое качество готовой продукции на основе внедрения новой техники, способствующей экономии исходного сырья, энергии, материалов; высоко эффективных машин и аппаратов, обеспечивающих полную автоматизацию и механизацию технологических процессов [40, 42, 46, 49, 71-73].

Актуальность работы. Обладая высокой пищевой ценностью, сушеные грибы «Вешенки» и «Шампиньоны», как важнейший компонент, входят в состав первых и большинства вторых обеденных блюд, пиццы, фаготини, и других видов продуктов. Этим объясняется их большой спрос на рынке.

Потребительские свойства сушеных грибов (их аромат и специфический вкус) формируются в процессе сушки [24, 26]. Новые физические, вкусовые и ароматические свойства грибов, образующиеся при сушке, обусловлены существенными изменениями состава сырья, происходящими в результате биохимических реакций. При производстве сушеных грибов очень важно соблюдать параметры, которые способствуют прохождению биохимических процессов, направленных на создание продукта с высокими пищевыми достоинствами, сильным ароматом и приятным вкусом.

Однако традиционная сушка грибов воздухом сопряжена со значительными энергозатратами и невысоким качеством готового продукта [98, 99].

Необходима разработка новых сушильных установок с комбинированными гидродинамическими режимами, а также использование в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления, с помощью которого достигаются максимальные возможности рекуперации теплоты [3, 34-36, 41, 50, 70, 72, 76, 105, 113]. При этом повышается энергетический КПД процесса, что обусловлено возможностью использования вторичного пара за счет применения рециркуляции [34, 55]. Создание таких высокоэффективных установок, обеспечивающих полную автоматизацию и механизацию технологических процессов, позволит изготовить поточно-механизированные линии, обеспечивающие значительное повышение производительности труда, безотходную переработку культивируемых грибов и ууулучшение их качества.

Теоретические основы тепломассообмена в процессах сушки пищевого растительного сырья и их аппаратурное оформление отражены в работах A.B. Лыкова, A.C. Гинзбурга, Б.С. Сажина, В.И. Муштаева, В.В. Куцаковой, Б.И. Леончика, Ю.А. Михайлова, Ю.Т. Жука, А.Н. Острикова и др.

Из зарубежных исследователей, работающих в этом направлении, следует отметить О. Кришера, Т. Хиодо, Р. Тоеи, Т. Масазуку, Т. Сигеру и др.

Развитие теории, техники и технологии тепломассообменных процессов подготовило условия для научного подхода к разработке новых способов сушки культивируемых грибов и рациональных конструкций сушильных установок, обеспечивающих наименьшие потери теплоты и электроэнергии.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств Воронежской государственной технологической академии по теме «Исследование гидродинамики, тепло- и массообмена в системах: твердое тело - жидкость, твердое тело -газ при течении в каналах разной геометрической формы» (№ гос. регистрации 01.960.006217).

Цель диссертационной работы: научное обеспечение процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах; повышение эффективности процесса за счет разработки нового способа сушки и сушильных установок для его реализации, обеспечивающих экономию теплоэнергетических ресурсов при требуемом качестве готовой продукции.

Научная новизна. Обоснована целесообразность использования комбинированных гидродинамических режимов для сушки культивируемых грибов.

Определены гидродинамические характеристики псевдоожиженного слоя культивируемых грибов, позволяющие обеспечить стабильное поддержание заданных технологических режимов.

Установлены кинетические закономерности процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах.

Выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной энергией связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.

Разработана математическая модель процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных в сферических координатах, описывающая процессы тепло- и массопереноса.

Практическая ценность. Разработано программное обеспечение процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах.

Предложен способ сушки культивируемых грибов и оригинальные конструкции сушильных установок для его реализации.

Проведено комплексное исследование качественных показателей культивируемых грибов, высушенных перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах. Установлено, что грибы «Вешенки» и «Шампиньоны», высушенные перегретым паром атмосферного давления, обладают хорошими потребительскими свойствами и имеют высокую пищевую ценность.

Разработан инженерный метод расчета сушильных установок для культивируемых грибов.

Новизна технических решений защищена тремя положительными решениями о выдаче патента РФ.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2002 по 2004 г.г.); II международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2002 г.); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003 г.); межрегиональной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2004 г.); всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, 2004 г.); научно-практической конференции «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (Углич, 2004 г.).

Работа отмечена стипендией администрации Воронежской области за

2004-2005 г.г.

Результаты работы демонстрировались на 17-й межрегиональной выставке «Продторг» (22-24 октября 2003 г.), выставке «Центрагромаш» (14 ноября 2003 г.), IV московском международном салоне инноваций и инвестиций и награждены дипломами. Соискатель принял участие в конкурсе инновационных проектов в рамках 17-й межрегиональной выставке «Продторг» и награжден дипломом.

Представленная диссертационная работа обобщает новые результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления при комбинированных гидродинамических режимах, проведенных непосредственно автором под научным руководством д. т. н. профессора А.Н. Острикова.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведены на основании системного подхода комплексные теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых разработана энергосберегающая технология сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах, основанная на использовании перегретого пара атмосферного давления в качестве теплоносителя и обеспечивающая высокую эффективность процесса, экономию теплоэнергетических ресурсов и хорошее качество готовой продукции.

2. Исследованы основные гидродинамические закономерности процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах при использовании в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления. Установлено, что коэффициент гидравлического сопротивления зависит в основном от скорости перегретого пара и практически не зависит от величины удельной нагрузки слоя грибов на решетку.

3. Изучен механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки культивируемых грибов при комбинированных гидродинамических режимах. Выявлено, что основными факторами, влияющими на протекание процесса сушки грибов, являются: температура перегретого пара, скорость перегретого пара и частота пульсаций потока пара.

4. Разработана математическая модель процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных в сферических координатах, описывающая процессы тепло- и массопереноса.

5. Определены следующие рациональные режимы сушки культивируемых грибов: температура перегретого пара 413.423 К; скорость перегретого пара 1,0.8,0 м/с; эквивалентный диаметр 8,7-10" м.

6. Проведено комплексное исследование качественных показателей культивируемых грибов, высушенных перегретым паром атмосферного давления, при комбинированных гидродинамических режимах. Установлено, что грибы «Вешенки» и «Шампиньоны обладают хорошими потребительскими свойствами и имеют высокую пищевую ценность.

7. Исследована кинетика процесса термолиза культивируемых грибов, что позволило выявить температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной энергией связи и термическому разложению белково-углеводного комплекса.

8. Разработаны оригинальные конструкции аппаратов для сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления. Проведены производственные испытания способа сушки культивируемых грибов перегретым паром на СПК «Воронежский тепличный комбинат», которые подтвердили высокую эффективность разработанных технологических режимов. Ожидаемый экономический эффект от его промышленного внедрения составит 112,3 тыс. р./год.

1. Антипов, С. Т. Технологическое оборудование для сушки пищевых продуктов Текст. / С. Т. Антипов, В. Я. Валуйский, И. Т. Кретов: Учеб. пособие - Воронеж, 1989. - 80 с.

2. Аэров, М. Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы Текст. / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. Л.: Химия, 1979. - 176 с.

3. Бойсан Хустис, М. А. Сушка перегретым паром в кипящем слое Текст. / М. А. Бойсан Хустис // материалы международной конференции по сушке 2-го международного форума по тепло- и массообмену. Киев, 1992. - С. 20-27.

4. Болотских, А. С. Культивируемые шампиньоны экологически безопасный продукт Текст. / Александр Степанович Болотских, Виктор Да-выдович Вольвский. - Харьков, 1997 - 34 с.

5. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике Текст. / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М.: Наука, 1986. - 544 с.

6. Броунштейн, Б. И. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах Текст. / Б. И. Броунштейн, Г. А. Фишбейн Л.: Химия, 1977. - 279 с.

7. Гамаюнов, Н. И. Изменение структуры коллоидных капиллярно-пористых тел в процессе тепломассопереноса Текст. / Н. И. Гамаюнов, С. Н. Гамаюнов // Инженерно-физ. журн. 1996, т. 69, № 6, С. 954 - 957.

8. Ганжа, В. Л. Тепломассоперенос в зоне конденсации фильтрующегося в дисперсном слое пара Текст. / В. Л. Ганжа, Г. И. Журавский // ИФЖ. -1984. Т. 46. - № 3. - С. 438-441.

9. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов Текст.: СанПиН 2.3.2.560-96. М.: Изд-во стандартов, 1996. - 269 с.

10. Гинзбург, А. С. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов Текст. / А. С. Гинзбург, И. М. Савина М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. - 280 с.

11. Гинзбург, А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов Текст. / А. С. Гинзбург М.: Пищевая пром-сть, 1973. - 528 с.

12. Гинзбург, А. С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности Текст. / А. С. Гинзбург. М.: Агропромиздат. -1985. - 336 с.

13. Гинзбург, А. С. Теплофизические характеристика пищевых продуктов: Справочник Текст. / А. С. Гинзбург, М. А. Громов, Г. И. Красовская. -М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.

14. Глинский, В. А. Экспериментальное исследование крупномасштабных пульсаций псевдоожиженного слоя Текст. / В. А. Глинский, И. О. Протодьяконов, Ю. Г. Чесноков // Журнал Прикладной химии. 1980. - Т. 53. - № И.-С. 2466-2471.

15. Горлов, И. Ф. Грибы вешенки экологически чистая добавка Текст. / И. Ф. Горлов, Е. В. Шиидялова, А. М. Абдрахманова // Пищевая промышленность. - 1998. - № 7. - С. 84-85.

16. Грачев, Ю. П. Моделирование и оптимизация тепло- и массообмен-ных процессов пищевых производств Текст. / Ю.П. Грачев, А.К. Тубольцев, В.К. Тубольцев М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 216 с.

17. Гринберг, Г. А. О движении поверхности раздела фаз в задачах сте-фановского типа Текст. / Г. А. Гринберг, О. М. Чекмарева. Журн. техн. физики. - 1970. - Т. 40. - № 10. - С. 2025-2031.

18. Гришин, М. А. Закономерности изменения температуры плодового тела съедобных грибов при сушке Текст. / М. А. Гришин, Ю. Т. Жук // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 1975. - № 9. - С. 68-69.

19. Гуляев, В. Н. Технология крупяных концентратов Текст. / В. Н. Гуляев, В. И. Кондратьев, Т. С. Захаренко, Т.Ф. Роенко. М.: Агропромиздат, 1989. - 200 с.

20. Гухман, А. А. Обобщенный анализ Текст. / А. А. Гухман, А. А. Зайцев. М.: Факториал, 1998. - 304 с.

21. Девочкин, Л. А. Шампиньоны Текст. / Леонид Александрович Де-вочкин. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1989. - 174 с.

22. Долинский, А. А. Сопряженный тепломассообмен в непрерывных процессах конвективной сушки Текст. / А. А. Долинский, А. Ш. Длрфман, Б. В. Давыденко // Междунар. журн. Тепло- и массоперенос. 1991, - Т.34, №11. -С. 2883-2889.

23. Жук, Ю. Т. Консервирование и хранение грибов (биохимические основы) Текст. / Юрий Тимофеевич Жук. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 144 с.

24. Жук, Ю. Т. Меланоидинообразование и изменения в составе свободных аминокислот при сушке грибов Текст. / Ю. Т. Жук, И. Э. Цапалова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. -1977. № 6. - С. 74-75.

25. Жук, Ю. Т. Физико-химические изменения в сушеных грибах при хранении Текст. / Ю. Т. Жук, И. Э. Цапалова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 1975. - № 2. - С. 94-95.

26. Захарич, Ф. Ф. Пищевые грибы Белоруссии Текст. / Ф. Ф. Захарич. -Минск, 1950.-84 с.

27. Зименко, А. В. Влияние субстрата на урожайность, пищевую ценность и длительность хранения грибов вешенка обыкновенная Текст.: Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.18.03 / А. В. Зименко. -М.: Изд-во , 1997. 18 с.

28. Ида, А. А. Разработка технологии комплексной переработки лесных грибов Текст.: автореферат дисс. . канд. техн. наук: 05.18.04, 05.18.12 / Ида Анна Анатольевна. СПб., 2003. - 16 с.

29. Идельчик, И. Е. Аэродинамика технологических аппаратов (Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов) Текст. / И. Е.

30. Идельчик М.: Машиностроение, 1983. - 351 с.

31. Исаченко, В. П. Теплообмен при конденсации Текст. / В. П. Исаченко М.: Энергия, 1977. - 240 с.

32. Казенин, Д. А. Осцилирующие режимы сушки влажных капиллярно-пористых коллоидных тел Текст. / Д. А. Казенин, С. П. Карлов, А. М. Кутепов, Е. С. Шитиков // Теоретические основы хим. технологии, 1995. Т.29, № 6. - С. 601-606.

33. Кайшев, В. Г. Пятилетие роста: пищевая и перерабатывающая промышленность в 1999-2003 гг. Текст. / В. Г. Кайшев // Пищевая промышленность. 2004. - № 2. - С. 32-41.

34. Калабухов, В. М. Разработка и научное обоснование тепловлажност-ной обработки пищевого растительного сырья в импульсном псевдоожиженном слое Текст.: дисс. канд. техн. наук: 05.18.12 / Калабухов Владимир Михайлович. Воронеж, 2003. - 193 с.

35. Калашников, Г. В. Развитие процессов влаготепловой обработки пищевого растительного сырья (теория, технология и техника) Текст.: дисс. . докт. техн. наук: 05.18.12: в 2 т / Калашников Геннадий Владиславович. -Воронеж, 2004.

36. Калашников, Г. В. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов Текст. / Г. В. Калашников, А. Н. Остриков Воронеж: ВГУ, 2001. - 355 с.

37. Карташов, Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел Текст. / Э. М. Карташов. М.: Высшая школа, 1985. - 480 с.

38. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии Текст. / А. Г. Касаткин. М.: Химия, 1971. - 784 с.

39. Кафаров, В. В. Анализ и синтез химико-технологических систем Текст. / В. В. Кафаров, В. П. Мешалкин М.: Химия, 1991. - 431 с.

40. Кравцов, С. А. Зарубежный и отечественный опыт производства вешен-ки Текст. / Сергей Алексеевич Кравцов. М.: ВНИИТЭИагропром., 1990. - 44 с.

41. Кравченко, В. М. Научное обеспечение процессов тепловой обработки пищевого растительного сырья перегретым паром Текст.: дисс. докт. техн.наук: 05.18.12 / Кравченко Владимир Михайлович. Воронеж, 2004. - 316 с.

42. Красников, В. В. Моделирование качества продуктов и управления условиями их термообработки и хранения Текст. / В. В. Красников // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1994.- № 2. - С. 57-60.

43. Куницына, М. Справочник технолога плодоовощного производства Текст. / М. Куницына С.-Пб.: ПрофиКС, 2001. - 478 с.

44. Кутателадзе, С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Текст.: Справ, пособие. / С. С. Кутателадзе. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 365 с.

45. Куцакова, В. Е. Интенсификация тепло- и массообмена при сушке пищевых продуктов Текст. / В. Е. Куцакова, А. Н. Богатырев. М.: Агро-промиздат, 1987. - 236 с.

46. Лилконян, Р. Г. Ресурсосбережение и ресурсосберегающие технологии Текст. / Р. Г. Лилконян // Химическая пром-сть. 1994. - № 6. - С. 407-410.

47. Лыков, А. В. Теория сушки Текст. / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968. - 470 с.

48. Лыков, А. В. Тепломассообмен Текст. / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1978.-479 с.

49. Машины и аппараты пищевых производств Текст.: учеб. для вузов: в 2 т / С. Т. Антипов, И. Т. Кретов, А. Н. Остриков и др.; под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова. М.: Высш. шк., 2001.

50. Михайлов, Ю. А. Сушка перегретым паром Текст. / Ю. А. Михайлов М.: Энергия, 1967. - 200 с.

51. Модель массопереноса при сушке грибов горячим воздухом Текст. / Wang Jan, Wang Jianping, Zhang Jinjping // Zhijiang nongye daxue xuebaao: J.

52. Zhejiang Agr. Univ. 1998. - № 4 - C. 367-368. - Кит.

53. Морозов, А. И. Выращивание вешенки Текст. / А. И. Морозов. -Донецк.: Сталкер, 2001. - 48 с.

54. Морозов, А. И. Выращивание шампиньонов Текст. / А. И. Морозов. Донецк.: Сталкер, - 2001. - 48 с.

55. Муштаев, В. И. Сушка дисперсных материалов Текст. / В. И. Муш-таев, В.М. Ульянов М.: Химия, 1988. - 352 с.

56. Накорчевский, А. И. Математическое моделирование конвективного тепломассопереноса при сушке твердых частиц в слое Текст. / А. И. Накорчевский, А. Н. Вылегжанин, И. В. Гаскевич // Инженерно-физ. журн. -1994.-т. 67, № 1-2, С. 48-53.

57. Неймане, В. П. Качество свежих грибов с разных растительных формаций Латвийской ССР и сушеных теневым и сублимационным способами Текст.: автореферат дисс. . канд. техн. наук: 05.18.15 / Неймане Велта Павловна. М., 1978. - 23 с.

58. Остапчук, Н. В. Основы математического моделирования процессов пищевых производств Текст. / Н. В. Остапчук. Киев: Выща школа, 1991. - 368 с.

59. Остриков, А. Н. Исследование гидродинамики процесса сушки грибов перегретым паром Текст. / Александр Николаевич Остриков, Сергей Александрович Шевцов // Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. - № 2. - С. 24-25.

60. Остриков, А. Н. Исследование грибов методом дифференциально-термического анализа Текст. / А. Н. Остриков, И. В. Кузнецова, С. А. Шевцов // Вестник Оренбургского государственного университета. 2004. - № 2. - С. 143-146.

61. Остриков, А. Н. Исследование кинетики процесса сушки грибов перегретым паром Текст. / Александр Николаевич Остриков, Сергей Александрович Шевцов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. -2004.-№5.-С. 81-82

62. Остриков, А. Н. Исследование усадки при сушке грибов перегретым паром Текст. / Александр Николаевич Остриков, Сергей Александрович Шевцов // Изв. вузов. Пищевая технология. 2004. - № 4. - С. 62-63.

63. Остриков, А. Н. Обоснование выбора прибыльных технологий сушки с использованием перегретого пара Текст. / А. Н. Остриков, А. А. Шевцов // Вестник ВГТА. 1998. - № 3. - С. 65-71.

64. Остриков, А. Н. Оптимизация процесса сушки термолабильных продуктов Текст. / А. Н. Остриков, А. А. Шевцов // Изв. вузов. Пищевая технология.-1991.-№ 1-3.-С. 127-129.

65. Остриков, А. Н. Развитие научных основ и разработка способов тепловой обработки пищевого растительного сырья с использованием перегретого пара Текст.: дисс. . докт. техн. наук: 05.18.12 / Остриков Александр Николаевич. Воронеж, 1993. - 350 с.

66. Остриков, А. Н. Сушка грибов перегретым паром атмосферного давления Текст. / Александр Николаевич Остриков, Евгения Сергеевна Шен-цова, Сергей Александрович Шевцов // Пищевая промышленность. 2004. -№7.-С. 64-65.

67. Остриков, А. Н. Энергетическая оценка процесса сушки культивируемых грибов перегретым паром атмосферного давления Текст. / Александр

68. Николаевич Остриков, Сергей Александрович Шевцов // Современные наукоемкие технологии 2004. - № 2 - С. 88-89.

69. Остриков, А. Н. Энергосберегающие технологии и оборудование / для сушки пищевого сырья Текст. / А. Н. Остриков, И. Т. Кретов, А. А. Шевцов, В. Е. Добромиров / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 1998. - 344 с.

70. Пат. 2173531 Российская федерация, МПК7 А 23 Ь 1/28, 3/40, 1/40.

71. Способ переработки съедобных грибов Текст. / Васильченко Р. Б., Яук Л. А., Яук Э. Ф.; заявитель и патентообладатель Федер. гос. унит. предпр. «Научно-исслед. инст. полупров. приборов». -№ 99118121/13, заявл. 18.08.1999; опубл. 20.09.2001.

72. С. А., Львовский Ф. С., Приворотский Б. Л. № 93025172/13, заявл. 05.05.1993; опубл. 20.01.1997.

73. Перминов, С. М. Сушилка для высоковлажных сельскохозяйственных продуктов Текст. / С. М. Перминов, И. Б. Шкурихин, Ю. В. Котельников,

74. A. Ф. Куфтов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. -1994. -№ 1.-С. 60-61.

75. Пивень, И. А. Выращивание шампиньонов и вешенки Текст. / Иван Онуфриевич Пивень, Валентина Николаевна Ермолаева. Львов.: Каменяр, 1988.-92 с.

76. Ранчева, Ц. Интенсивное производство шампиньонов Текст. / Ц. Ранчева; перевод с болг. Г. В. Карасева; под ред. и с предисл. Л. А. Девочкина. М.: Агропромиздат, 1990 - 189 с.

77. РСТ РСФСР 608-79. Грибы шампиньоны свежие культивируемые. Технические условия Текст. Введ. 1979-04-19. - М.: Республиканский стандарт: Изд-во стандартов, - 1990. - 5 с.

78. Рудобашта, С. П. Массоперенос в системах с твердой фазой Текст. / С. П. Рудобашта. М.: Химия, 1980. - 248 с.

79. Сажин, Б. С. Основы техники сушки Текст. / Б. С. Сажин. М.: Химия, 1984.-315 с.

80. Система научного и инженерного обеспечения пищевых и перерабатывающих отраслей АПК России Текст. / А. Н. Богатырев, В. А. Панфилов,

81. B. И. Тужилкин и др. М.: Пищевая промышленность. 1995. - 528 с.

82. Скурихин, И. М. Все о пище с точки зрения химика Текст.: Справ, издание / И. М. Скурихин, А. П. Нечаев. М.: Высш. шк., 1991. - 288 с.

83. Слободняк, И. П. Выбор оптимальных параметров сушки фруктов и овощей Текст. / И. П. Слободняк, Е. А. Селезнева, О. И. Голощапов // Изв. вузов. Пищевая технология. 1995. - № 3-4. - С. 59-61.

84. Соболь, И. М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями Текст. / И. М. Соболь, Р. Б. Статников. М.: Наука, 1981. - 110 с.

85. Справочник технолога пищеконцентратного и овощесушильного производства Текст. / В. Н. Гуляев, Н. В. Дремина, 3. А. Кац и др.; под ред. В. Н. Гуляева. М.: Легкая и пищевая пром-ть, 1984. - 488 с.

86. Технология сушки грибов Текст. / ТвиЬоп Мавакаги // Кнут. 1998. - № 3 - С. 18-19.-Яп.

87. Трояк, 3. А. Новые виды грибных консервов Текст. / 3. А. Троян, Л. А. Русанова, Н. Н. Корастилева, Н. В. Юрченко // Пищевая промышленность. 2001. - № 6. - С. 55.

88. ТУ 9164007-0056310-98. Грибы культивируемые сушеные. Технические условия Текст. Введ. 1998-03-11. - М. - 1998. - 12 с.

89. ТУ 9735-007-004928994-99. Грибы вешенка обыкновенная свежая. Технические условия Текст. Введ. 1999-10-01. - Воронеж, - 1999. - 11 с.

90. Фролов, В. Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов Текст. / В. Ф. Фролов // Теоретические основы хим. технологии, 1993. Т.27, № 1. - С. 56-63.

91. Харин, В. М. Объемная усадка и изменение плотности влажных материалов при сушке Текст. / В. М. Харин, Ю. И. Рудаков // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. - № 10. - С. 20-21.

92. Цапалова, И. Э. Биохимические и товарные свойства некоторых видов свежих и сушеных грибов Западной Сибири Текст.: автореферат дисс. . канд. техн. наук: 05.18.15 / Цапалова И. Э. М. 1971. - 25 с.

93. Чекмарева, О. М. Решение задачи Стефана, когда движение поверхности фазового перехода происходит по закону + Вт + С Текст./О. М. Чекмарев. Журн. техн. физики. - 1974. - Т. 44. - № 10. - С. 2043-2050.

94. Экономически эффективная сушка грибов Текст. / Танака Сигеру // Kinjin. -1998. № 3 - С. 20-25. - Яп.

95. Frites: les premiers pas duneligne modele Text. / Haxaire L. // Process: Magazine des technologies alimentaires. 2001. - № 1174. - P. 18-20.

96. Gurta Es Seyhan, F. Low temperature mushroom (A. bisporus) drying with desiccant dehumidifiers Text. / F. Gurta Es Seyhan, O. Evranuz // Drying Technology. 2000. - № 18. - C. 433-445.

97. Methode rapide de mesure de la nuance colorante du rouge de betterave Text. / Jqnne V., Megard D. // Ind. alim. et agr. 1999. - 116, 9. - P. 13-20.

98. Optimum operating conditions in drying foodstuffs with superheated steam Text. / Elustondo D.M., Mujumdar A.S., Urbicain M. J. // Drying Technol. -2002. 20, №2.-P. 381-402.

99. Oscarson M. Composition and microstructure of waxy, normal and high amilose barley samples Text. / M. Oscarson, T. Parkkonen, К. Autio, P. Aman // J. Cereal Sei. 1997. № 26. - P. 259-264.

100. Rudiger R. Die energetische Bedeutung der Trocknung. «Energieanwendung» Text. / R. Rudiger 1983. - 32, № 5. - S. 165-166.

101. Viscoelastic behaviour of dehydrated products during rehydration Text. / Krokida M. K., Kiranoudis С. Т., Maroulis Z. В. // J. Food Eng. 1999. - 40. - № 4.-P. 269-277.