Обоснование технологии и параметров установки инфракрасной сушки высоковлажного биологического сырья на примере томата

Во введении обоснована актуальность темы, указаны степень разработан-
ности темы, цель, задачи, объект, предмет, научная новизна и практическая цен-
ность исследования, теоретическая и практическая значимость, методология и ме-
тоды исследования, степень достоверности и апробация результатов, изложены
основные положения, выносимые на защиту, и общая характеристика работы.
В первой главе «Современное состояние вопроса сушки высоковлажного
биологического сырья (на примере томатов)» отражен анализ работ отече-
ственных и зарубежных ученых в области методов и средств сушки высоко-
влажного сырья.
Объектом исследования сушки был выбран томат как наиболее сложный
представитель высоковлажного сырья. Среднее содержание воды в томате со-
ставляет 93 %, при этом он обладает термолабильностью и способностью раз-
вития реакции Майяра при термовоздействии. Это накладывает определенные
условия на процесс сушки, сохранность биологически активных веществ, важ-
нейшими из которых являются аскорбиновая кислота и ликопин.
Анализ способов сушки томатов показывает, что самым распространен-
ным из них считается естественная сушка, однако ряд отрицательных факторов,
связанных с низким качеством конечного сухопродукта, большими затратами
на площади размещения высушиваемого материала и зависимостью от клима-
тических условий, делает его бесперспективным.
Способы искусственной сушки весьма разнообразны, самыми распростра-
ненными из них считаются конвективные, кондуктивные, вакуумные, сублимаци-
онные, радиационные. У каждого из предложенных видов есть свои достоинства
и недостатки. К примеру, простота обслуживания, но вместе с тем низкое качество
конечного сухопродукта; высокое качество, но при этом высокая металлоемкость
и необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала. Поэтому
перед разработчиками постоянно стоит задача поиска рациональных решений по-
лучения качественного продукта сушки при минимизации затрат. Перспективным
становится использование для сушки ИК-излучения. Данный способ при согласо-
вании оптических свойств ИК-излучателя со спектральными характеристиками
высушиваемого сырья позволяет в щадящем режиме удалять избыточную влагу,
сохраняя при этом максимальное содержание биологически активных веществ.
Однако применение данного способа всегда было сопряжено с рядом трудностей:
обеспечение высокой плотности потока при снижении температуры поверхности
излучателя, расположение излучателей относительно продукта, сохранение каче-
ства сухопродукта, повышения равномерности сушки и др.
Учеными получен результат энергетической эффективности сушки тома-
тов ИК-излучением по показателю затраченной энергии на 1 кг испаренной
влаги, равный 1,82 кВт·ч, при том, что по законам термодинамики этот показа-
тель равен 0,6 кВт·ч, остается резерв для дальнейшего совершенствования тех-
ники, что говорит об актуальности исследования сушки томатов и высоковлаж-
ного биологического сырья в целом.
На основе проведенного анализа сформулировали гипотезу исследования,
на основе которой была поставлена цель, определены задачи, объект и предмет
исследования.
Во второй главе «Теоретические исследования связи спектральных ха-
рактеристик и оптических свойств системы «облучатель-объект» с обосно-
ванием цилиндрической конструкции сушильной установки» рассмотрены об-
щие принципы проектирования сушильных ИК-установок, которых следует
придерживаться при их разработке, а именно: компактности и удобства обслу-
живания, универсальности, гигиеничности и безопасности условий труда. Ге-
нераторы ИК-излучения необходимо располагать в сушильном аппарате таким
образом, чтобы площади заполнения обрабатываемого сырья были максималь-
ными, а теневые зоны минимальными.
Немаловажную роль при разработке сушильных ИК-установок играет со-
гласование спектральных характеристик и оптических свойств системы «облу-
чатель-объект». Для этого необходимо выбрать целевые компоненты из состава
томата (вода, глюкоза, аскорбиновая и лимонная кислоты) по наибольшему их
содержанию, важности их сохранения или удаления из высушиваемого сырья.
В качестве генератора ИК-излучения выбран гибкий нагреватель элек-
трический пленочный (НЭП), длина волны его излучения 8,50–9,50 мкм, что
соответствует условиям термолабильности томата.
По методике, предложенной В.А. Афонькиной, теоретически получены
спектральные характеристики выбранных целевых компонентов томата. Далее
путем их наложения и выделения диапазона рабочих длин волн облучателя по-
лучена генерализованная спектральная характеристика (рисунок 1), из которой
следует, что для сушки томатов с применением НЭП необходимо, чтобы длина
волны излучения составляла 8,80–8,94 мкм. Согласно закону прямого смещения
Вина, это соответствует температуре поверхности излучателя 51–56 °С. В этом
случае максимумы поглощения излучения водой в единицу времени соответ-
ствуют максимальному значению коэффициентов пропускания глюкозы,
аскорбиновой и лимонной кислот.

Рисунок 1 – Генерализованная спектральная характеристика целевых компонентов томата

Законы теплового излучения Планка, Вина, Стефана-Больцмана и др.
применительно для разработки сушильных установок позволяют рассмотреть
лучистый теплообмен между стенками с расположенными на них выбранными
гибкими пленочными электронагревателями. Отсюда следует, что угловые ко-
эффициенты φ являются исключительным признаком, характеризующим гео-
метрию излучающей системы, так как определяются геометрической формой
стенок и расположением их в пространстве.
Для вычисления коэффициентов облученности и взаимных поверхностей
в типичных случаях теплообмена излучением для разного расположения, а так-
же количества и формы тел существуют формулы Поляка. Случай для двух по-
верхностей, образующих замкнутую систему, где меньшая поверхность не имеет
вогнутостей (φ1,2 = 1; φ2,1 = F1/F2; H = F1), позволяет выбрать для разработки
конструкции сушильной установки систему концентрических цилиндров абсо-
лютно правильной формы (рисунок 2).
На стенках расположены гибкие НЭПы, для цилиндра меньшего диаметра
на его внешнюю сторону (площадь поверхности F1), а для большего на внут-
реннюю (F2). В этом случае элементарный угловой коэффициент (рисунок 2а)
имеет вид:
d ϕ1,2 = 2 dF2 ; d ϕ2,1 = 2 dF1.(1)
πrπr

Рисунок 2 – Система двух концентрических цилиндров

Из выражения (1) видно, что важными величинами при нахождении ра-
циональных конструктивных параметров сушильной установки цилиндриче-
ского типа являются площади (F1) и (F2) и расстояние от стенки внутреннего
цилиндра до стенки внешнего (r).
Принимая во внимание, что стенки двухцилиндрической сушильной
установки абсолютно черные (ε1 = 1), рассмотрим случай, когда между ними
располагается экран в виде цилиндра (FЭ), показанный на рисунке 2б, облада-
ющий свойством абсолютно черного тела (ε2 = 1), предполагая, что данный
экран на практике будет являться высушиваемым продуктом, расположенным
между стенками цилиндров на расстоянии (r/2) от каждой.
В этом случае, зная температуру поверхности стенок (Т1) и температуру
поверхности экрана (ТЭ), можно посчитать удельную поверхностную мощность
идеального электронагревателя Руд.ид.н:

 T1  4  TЭ  4  T1  4  TЭ  4 
Pуд.ид.н= 1,16cS  −=  5,7  − ,(2)
 100   100   100   100  

где сS = 4,9 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела
(ккал/м2∙ч∙°К).
Предположим, что выбранный НЭП обладает свойствами идеального элек-
тронагревателя, тогда по выражению (2), с учетом полученного температурного
диапазона для сушки томатов, удельная поверхностная мощность будет в преде-
лах 140–175 Вт/м2. То есть в этом случае с единицы площадей (F1) и (F2) на про-
дукт (FЭ) в единицу времени будет воздействовать именно такая энергия.
Величина объема загрузки как следствие производительности напрямую
зависит от параметра (r) и от высоты цилиндров (h). Параметр (h) зависит от
типоразмерного ряда гибких пленочных электронагревателей, предлагаемых
производителем, поэтому принимаем его за const. Параметр (r) можно найти
как разницу радиусов большого и малого цилиндра. Именно в этот объем будет
загружен продукт, и он не может быть неограниченным, так как с его увеличе-
нием будет уменьшаться величина переносимой энергии.
Рассмотрим закон Бугера – Ламберта – Бера (3), который описывает сни-
жение потока излучения в зависимости от величины слоя среды (l) и спектраль-
ного коэффициента поглощения (x):

I = I 0e − xl ,(3)

где I – интенсивность потока излучения, Вт/м2;
I0 – интенсивность потока излучения, падающего на поверхность экрана, Вт/м2;
l – толщина слоя среды, в нашем случае (r/2), м;
x – спектральный коэффициент поглощения, 1/м.
Спектральный коэффициент поглощения:

4πϑ
x=,(4)
λ
где ϑ – спектральный показатель поглощения, его измеряют по специальным
методикам либо рассчитывают по известным значениям электропроводности γ
и диэлектрической постоянной ζ(λ);
λ – длина волны излучения.
Для условной классификации спектрального коэффициента поглоще-
ния (x) существует определенный критерий: если х > 1, то среда, через которую
проходит луч, обладает слабым поглощением; если х < 1, это считается призна- ком сильного поглощения излучения средой. В любой точке (FЭ) выбранной системы двух концентрических цилиндров (рисунок 2б) будет абсолютно одинаковое воздействие потока излучения, исхо- дящего от стенок цилиндров. С учетом приведенного выше критерия спектрального коэффициента поглощения возьмем плотность потока излучения идеального электронагревателя по нижней границе I0 = 140 Вт/м2, которая будет исходить с площади электро- нагревателя F1 = 0,01 м2 и попадать на площадь экрана FЭ = 0,01 м2, построим зависимость I(x) по выражению (3), при l1 = 0,05 м; l2 = 0,1 м; l3 = 0,2 м; l4 = 0,3 м (рисунок 3). Из рисунка 3 следует, что при увеличении толщины слоя среды плотность потока излучения снижается при одинаковых значениях спектрального коэф- фициента поглощения. То есть (рисунок 2б) с увеличением расстояния r/2 ис- пускаемая мощность с поверхностей (F1) и (F2) к поверхности (FЭ) будет уменьшаться, за исключением случая, когда х = 0. 1,6 1,4 I(х), Вт/м2 1,2 12l1=0,05 0,8l2=0,1 0,63 l3=0,2 0,44 l4=0,3 0,2 012345678910х Рисунок 3 – Зависимость плотности потока излучения от спектрального коэффициента поглощения при разной толщине слоя среды С учетом согласования системы «облучатель-объект» и обоснования рас- стояния от излучателя до продукта (рисунок 3), зная геометрические и технологи- ческие характеристики томата формы 5×5,2 см, средней массой одного плода 80 г, рассчитаем объем загрузки свежих томатов четвертинками m = 10 кг. Вид четвертинок, уступая 10 % восьмушкам по площади влагоиспарения, все же наиболее предпочтителен в технологическом плане, так как держит свою форму, препятствует вытеканию плаценты, снижая потери БАВ; менее трудо- емок при резке. Объем одной четвертинки томата Vч = 1,7·10–5 м3; масса одной четвертинки mч = 2·10–2 кг. Из чего следует, что чтобы разместить m = 10 кг четвертинок, необходимо занять объем VЭ = 8,5·10–3 м3, а расположены они бу- дут в объеме V2 – V1 = V21, где h = 0,5 м (рисунок 4). Рисунок 4 – Система двух концентрических цилиндров с экраном Самым лучшим вариантом для воздействия инфракрасного луча будет условие, если VЭ = V21. Это будет соответствовать зависимости (1) рисунка 3, однако это невозможно ввиду того, что идет процесс выхода влаги из сырья и необходимо иметь свободный объем воздуха, который способен принять эту влагу, а затем удалить ее из камеры до момента ее конденсирования. Поэтому объем камеры сушильной установки V21 определим по ее влагонапряжению: W V21 =,(5) A где W – количество испаренной влаги, принято для томатов, высушенных до влажности 12 % за 45 часов, кг/ч; А – влагонапряжение камеры сушильной установки, величина, обознача- ющая количество испаренной влаги в час на 1 м3 объема сушильной камеры, принято А = 1,2 кг/м3·ч. В итоге для размещения расчетного объема загрузки томатов необходим объем камеры V21 = 0,18 м3. Далее, исходя из принятых h = const и основных формул площади и объема цилиндра, конструктивно-технологические парамет- ры сушилки примут вид: m = 10 кг; h = 0,5 м; r = 0,2 м; F2 = 0,78 м2; F1 = 0,15 м2. Полученное значение (r) соответствует зависимости (2) рисунка 3, пред- полагая, что спектральный коэффициент поглощения (х) не должен превышать единицу и должен стремиться к нулю. Максимальное расхождение между зави- симостями (1) и (2) не превышает 5 %, а с учетом выполненных условий необ- ходимого свободного объема камеры выбор кривой (2) наиболее рационален для расчета конструкций цилиндрических сушильных установок. С учетом по- лученных площадей и значений выражения (2) на продукт (FЭ) в единицу вре- мени будет воздействовать энергия, равная 130–163 Вт·ч. Из полученных значений (V21) и (VЭ) следует соотношение объема загрузки томатов к величине объема камеры, равное 1:21, что следует учитывать при расчете производительности цилиндрических сушильных установок, которая может увеличиваться с увеличением параметра (h) или увеличением количества концентрических цилиндров. Согласование системы «облучатель-объект» в сочетании с полученными конструктивными параметрами позволит повысить качество высушенного сы- рья и улучшить показатель энергоэффективности за счет: 1) концентрирования энергии, испускаемой с поверхности внутренней стенки цилиндра на продукт, размещенный между двумя цилиндрами, эта энергия в конечном итоге либо полностью поглотится продуктом, либо частично пропустится, далее она отра- зится от стенки внутреннего цилиндра и снова попадет на продукт; 2) внутрен- ний цилиндр обладает свойствами активного отражателя; 3) дно и крышка сушильной установки с отражающими поверхностями позволят системе быть замкнутой для ИК-луча. В третьей главе «Программа и методики исследования процесса сушки томатов ИК-излучением» представлено описание опытного образца сушиль- ной установки цилиндрического типа, разработанного на основе предложенной методики расчета конструктивных параметров. Также представлено описание технологии ИК-сушки в данной установке, которая заключается в точном поддержании заданных величин температуры поверхности излучателя, камеры, продукта и параметра относительной влажности камеры. Для исследования процесса ИК-сушки высоковлажного биологического сырья (рисунок 5) была разработана система автоматического управления (САУ). Рисунок 5 – Структурно-функциональная схема САУ ИК-сушки высоковлажного биологического сырья в опытном образце установки цилиндрического типа В САУ процесса ИК-сушки заложена программа с чередованием перио- дов нагрева и охлаждения, что способствует более интенсивному выходу влаги из продукта, а в конечном итоге снижению затрат энергии. Для быстрого выхода на необходимый температурный диапазон выбран НЭП с удельной мощностью 360 Вт/м2. Программой эксперимента предусматривалось: исследование зависимо- сти плотности потока излучения от изменения геометрической формы электро- нагревателя для обоснования выбора рационального параметра системы «облу- чатель-объект» и исследование плотности потока излучения между двумя излу- чающими стенками двух цилиндров опытного образца сушильной установки цилиндрического типа для определения степени отражения потока излучения от томата, пленочного электронагревателя и активного отражателя; определе- ние энергетической эффективности сушки; исследование качества сухопродукта методом оценки его органолептических и микробиологических характеристик с определением сроков хранения, количества аскорбиновой кислоты, а также проведены исследования по определению степени регидратации и степени раз- вития реакции Майяра в высушенном томате. С целью обоснования выбора рационального параметра геометрии системы «облучатель-объект» был разработан лабораторный стенд (рисунок 6). На нем получены зависимости плотности потока излучения электронагревателя раз- личной геометрической формы от высоты расположения оптического инфра- красного датчика, работающего по принципу оценки вольтовой интегральной чувствительности. Степень отражения потока инфракрасного излучения в двухцилиндриче- ской сушильной установке определялась также с использованием оптического датчика по 3 направлениям чувствительного элемента (рисунок 7). Эксперимент измерения плотности потока излучения производился в 3 этапа: 1) внутренний цилиндр рассматривался как пассивный отражатель; 2) внутренний цилиндр рассматривался как активный отражатель; 3) внутрен- ний цилиндр рассматривался как активный отражатель с установленными дном и крышкой. 1 – изолирующая твердая поверхность; 2 – пленочный электронагреватель; 3 – планка, регулируемая по высоте; 4 – оптический датчик; 5 – стойка с отверстиями для крепления планки; 6 – дополнительная стойка крепления электронагревателя Рисунок 6 – Лабораторная экспериментальная установка 1 – пленочный электронагреватель; 2 – оптический датчик; 3 – положение датчика, обозначающего направление его чувствительного элемента (а – направлен перпендикулярно к пленочному электронагревателю большого цилиндра; б – направлен на фиксирование отраженного излучения; в – направлен перпендикулярно к пленочному электронагревателю малого цилиндра); 4, 5 – направление излучения и отражения ИК-нагревателя Рисунок 7 – Схематическое изображение расположения оптического датчика Оценка энергетической эффективности применения опытного образца инфракрасной сушильной установки цилиндрического типа осуществлялась в сравнении с аналогом (радиационно-конвективная сушилка «УРАЛ»), теоре- тически полученным значением по законам термодинамики и результатами, ранее полученными учеными при сушке ИК-излучением. Методика проведения экспериментальных исследований оценки каче- ственных показателей сушеных томатов состояла из четырех этапов: 1) оценка органолептических показателей конечного сухопродукта согласно ГОСТ- 13340.1-77 и стандарта ЕЭК ООН DDP-19; 2) органолептическая и микробиоло- гическая оценка сушеных томатов разных сроков хранения; 3) сравнительная оценка по содержанию аскорбиновой кислоты в высушенных томатах разными способами (в опытном образце, аналоге, естественной солнечной сушки); 4) определение степени регидратации по показателю размачиваемости и опре- деление степени развития реакции Майяра производились путем сравнения ко- эффициента набухания и степени покоричневения экстракта образцов сухопро- дуктов, полученных в опытном и базовом сушильных аппаратах. В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приводится анализ особенностей инфракрасной сушки томатов, а также влия- ния технологии сушки на качество конечного продукта. Из результата исследований влияния геометрической формы (НЭП) на изменение плотности потока излучения следует, что наиболее рациональным параметром геометрии системы «облучатель-объект» является форма цилиндра (рисунок 8). излучения W, Вт/м2 Плотность потока Pуд = 360 Вт/м2 0,050,10,150,20,250,30,35 Высота расположения датчика h, м Плоская геометрическая форма НЭП1/2 цилиндра изгиба НЭП Рисунок 8 – Зависимость плотности потока излучения от высоты расположения оптического датчика и различных геометрических форм НЭП Анализ результатов трех этапов эксперимента определения степени отра- жения, согласно положениям оптического датчика (рисунок 7), представлен на рисунке 9. Теоретический замысел расчета конструктивных параметров цилиндри- ческих установок, который подразумевает концентрацию энергии, испускаемой с поверхности внутренней стенки цилиндра на продукт, а также применение ак- тивного отражателя с отсечением верхней и нижней частей сушильной уста- новки дном и крышкой, верен. В таком исполнении сушильной установки на продукт будет воздействовать энергия 140–165 Вт·ч, что соответствует тео- ретически рассчитанному значению по выражению (2). Весь процесс сушки томатов в опытном образце сушильной установки цилиндрического тапа с загрузкой 10 кг, записанный при помощи программного обеспечения «ОВЕН» OPC Server, показан на рисунке 10. излучения W, Вт/м2 Плотность потока 100«а» 50«б» «в» Первый этап/пассивный Второй этап/активный Третий этап/замкнутая отражательотражательсистема Рисунок 9 – Анализ трех этапов эксперимента определения степени отражения потока излучения 55,00Температура t, °C ; φ, %Температура эл. нагревателя эл.нагревателя 50,00большого 1 большого Бцилиндра 45,004цилиндра 12Температура Температура 40,00 А2 эл.нагревателя эл. нагревателя малого целиндра малого 35,00 цилиндра Влажность в Влажность 30,00 раб.камере 3 в раб. камере 25,00 20,00Температура в Температура 3в раб. камере 4 раб.камере 15,00 10,00Температура Температура продукта 5 продукта 5,00 11121314151τ, ч Рисунок 10 – Зависимость температуры и влажности от времени процесса сушки томатов в опытном образце На протяжении всего процесса сушки температура продукта (5) была ниже температуры рабочей камеры (4), однако ближе к окончанию заметен ее стреми- тельный рост и превышение значений температуры рабочей камеры (4). Точка пе- ресечения (А) зависимостей 4 и 5 говорит о том, что в продукте большая часть воды удалена, однако рост температуры продукта (5) продолжается, и он стремится к температурам электронагревателей (1 и 2) в точку (Б). Участок (АБ) и значения зависимости 3 в конечном итоге отвечают за окончание процесса сушки продукта, чем ближе будет значение температуры зависимости (5) к точке (Б), тем меньше влажность продукта. Конечная влажность продукта выбирается исходя из необхо- димости дальнейшей технологической переработки продукта. Томаты были высушены до конечной влажности 12 % за 51 час, при этом затраты по счетчику электроэнергии составили 7,2 кВт·ч. Процесс сушки тома- тов с чередованием периодов нагрева и охлаждения (1 и 2), а также удаления влаги из объема рабочей камеры длился до достижения значения относительной влажности 10 % (3) и достижения значения температуры продукта 45 °С (5). При достижении данных значений САУ подала сигнал на отключение сушильной установки. Полученные результаты процесса сушки томатов позволяют вычислить экспериментальное значение энергии воздействия на продукт в течение всего времени сушки – 141 Вт·ч, что соответствует теоретически рассчитанному диа- пазону значений 130–163 Вт·ч. Сравнительная оценка энергетической эффективности применения опыт- ного образца сушильной установки (неполная и полная загрузка) и аналога приведена в таблице 1 и рисунке 11. Таблица 1 – Оценка энергетической эффективности сравниваемых образцов 2) Опытный образец3) Опытный образец 1) Сушилка «УРАЛ» Параметр(неполная загрузка)(полная загрузка) началоконецначалоконецначалоконец m, кг2,4500,3162,4500,3519,5501,130 Кол-во исп. влаги, кг2,1342,1098,420 Удельные затраты 2,12,10,85 эл. эн., кВт·ч/кг Брак, %2022 По законам термодинамикиХудоногов А.М. (томаты) Опытный образец (томаты)Алтухов И.В. (корнеклубнеплоды) Афонькина В.А. (зеленые культуры) 1,82 1,4 0,850,9 0,6 кВт·ч/кг Рисунок 11 – Сравнение результатов удельных энергозатрат, полученных учеными за последние годы исследований в области ИК-сушки Результат первого этапа оценки качественных показателей, выполненной в лаборатории МГАВМиБ имени К.И. Скрябина, следующий: «сушеный томат» в объеме проведенных испытаний соответствует требованиям стандарта ЕЭК ООН DDP-19. Органолептические оценки сушеного томата (внешний вид, кон- систенция, вкус, запах, цвет) – 5 баллов. Результат второго этапа оценки органолептической и микробиологиче- ской стабильности сушеных томатов разных сроков хранения, проведенный в лаборатории ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Челябинской обла- сти», следующий: срок хранения сушеных томатов составляет не менее 12 ме- сяцев при условиях пониженных температур. Результат третьего этапа представлен на рисунке 12. витамин С, мг/100 гне менее 39 Томат «ОпытныйТомат сушилкаТомат солнечнаяТомат стандарта образец»«УРАЛ»сушка «Узбекистан»USDA Рисунок 12 – Сравнительное содержания витамина С в образцах Результат четвертого этапа – реакции Майяра в образцах, высушенных на опытном образце сушильной установки, не обнаружено, в отличие от аналога. Результаты всех этапов оценки качественных показателей сушеных томатов позволяют для оценки качества применять экспресс-анализ: навеску сушеных то- матов поместить в сосуд с водой (60 °С) на 50 мин., если в течение этого времени томат с увеличением своего объема в 4,5 раза не потеряет форму и цвет воды по- сле вынимания томатов будет соответствовать по оттенку оранжевому, а не ко- ричневому, значит сушеный томат качественный, в нем сохранены все полезные компоненты и он будет очень полезен при употреблении в пищу. На основе полученных результатов экспресс-анализа предложено ввести понятие титриметрического тела как признака классификации для высоковлаж- ного сырья, обладающего объемным телом, и осуществлять оценку качества продукта. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. До сегодняшнего дня из множества методов, средств и технологий сушки высоковлажного биологического сырья ученые нередко отдают предпо- чтение инфракрасному излучению как инструменту зеленых технологий, отмечая его экологичность и сниженную энергоемкость. Однако при проекти- ровании сушильной техники с применением ИК-излучения связь оптических свойств излучателя и спектральных характеристик сырья, а также такие свой- ства, как термолабильность и способность развития реакции Майяра при тер- мовоздействии, учитываются не всегда. 2. Установлена связь спектральных характеристик целевых компонентов томата (вода, глюкоза, аскорбиновая и лимонная кислоты) с оптическими свой- ствами гибкого пленочного электронагревателя (диапазон рабочих длин волн из- лучения 8,50–9,50 мкм). Система способна работать селективно при длине волны излучения 8,80–8,94 мкм, что согласно закону прямого смещения Вина соответ- ствует температуре поверхности пленочного электронагревателя 51–56 °С. Именно в этом диапазоне максимальные значения коэффициентов поглощения водой в единицу времени будут соответствовать максимальному значению коэф- фициентов пропускания глюкозы, аскорбиновой и лимонной кислот. Это позволит снизить энергоемкость процесса сушки при выходе продукта высокого качества. 3. Впервые предложено для конструирования сушильной установки ис- пользовать систему двух концентрических цилиндров, на стенках которых раз- мещен гибкий пленочный электронагреватель. В этом случае угловой коэффици- ент излучения стремится к своему максимуму φ1,2 = 1, а величина объема загруз- ки, как следствие производительность, зависит от расстояния между стенками внутреннего и внешнего цилиндров (r) и высоты цилиндров (h). Показан расчет и обоснование их выбора в зависимости от снижения потока излучения (I). Предложена методика теоретического расчета конструктивно-технологических параметров цилиндрической установки для сушки на загрузку 10 кг томатов четвертинками (F1 = 0,78 м2; F2 = 0,15 м2; r = 0,2 м; h = 0,5 м), по результатам которой получено соотношение объема камеры к величине объема загрузки, равное 1:21, которое следует учитывать при расчете производительности ци- линдрических установок для сушки томатов. 4. Разработанная автоматизированная сушильная установка в режиме ре- ального времени способна определять конечные значения процесса сушки и управлять ими: влажностью конечного продукта, в зависимости от его дальней- шего технологического использования; температурными режимами, в зависимо- сти от согласования системы «облучатель – объект»; временем сушки; затратами электроэнергии, коэффициентом одновременного включения электронагревате- лей. В разработанном опытном образце сушильной установки цилиндрического типа с загрузкой 10 кг получены томаты конечной влажности 12 %, время сушки 51 час, затраты электроэнергии 7,2 кВт·ч. Полученные результаты процесса суш- ки томатов позволили вычислить экспериментальное значение энергии воздей- ствия на продукт в течение всего времени сушки 141 Вт·ч, которое соответствует диапазону значений, теоретически рассчитанного 130–163 Вт·ч. Методика определения степени отражения потока инфракрасного излуче- ния в двухцилиндрической сушильной установке позволила определить пра- вильность теоретического замысла концентрации энергии, испускаемой с по- верхности внутренней стенки цилиндра на продукт, помещенный между двумя цилиндрами, а также применение активного отражателя с отсечением верхней и нижней части сушильной установки дном и крышкой. С применением опти- ческого датчика зафиксировано воздействие энергии в пределах 140–165 Вт·ч, что также соответствует диапазону теоретически рассчитанных значений. 5. Получена энергетическая эффективность по показателю затрат элек- троэнергии, равная 0,85 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги, что в 2 раза эффектив- нее ближайших аналогов. Определены качественные показатели сушеных то- матов: соответствует требованиям стандарта ЕЭК ООН DDP-19: органолепти- ческая оценка по всем параметрам – 5 баллов; микробиологические показатели соответствуют норме; определен срок годности не менее 12 месяцев; содержа- ние витамина С – 70 мг/100 г; реакция Майяра отсутствует. На основе получен- ных качественных показателей предложено ввести понятие титриметрического тела для оценки качества сухопродукта, обладающего объемным телом. Рекомендации производству Ценность для предприятий производства пищевого назначения представ- ляет разработанный экспресс-анализ качества сушеных томатов и рекоменда- ции режимов низкотемпературной сушки томата. Для предприятий производства сушильной техники и оборудования ре- комендации состоят в том, что при проектировании и разработке сушильных установок следует учитывать оптические свойства генераторов ИК-излучения и их согласование со спектральной чувствительностью облучаемых объектов, а также следует учитывать возможности гибких генераторов ИК-излучения, заключающихся в том, что при изменении геометрической формы возможно увеличить плотность потока излучения за счет его концентрации в сырье. Данные рекомендации будут способствовать уменьшению энергопотреб- ления при выпуске единицы продукции высокого качества. Перспективы дальнейшего исследования Дальнейшие разработки данной темы следует направить на исследования спектральных характеристик высоковлажных объемных материалов и их си- стематизацию, а также совершенствование техники и технологий сушки дан- ных материалов с учетом полученных знаний.