книги / СВЧ-энергетика. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности

СВЧ-мощность вводится посредством пары антенных штырей, размещенных в центре резонатора, как показано на фиг. 19. Равные амплитуды и фазы напряжений на штырях обеспечиваются при помощи соответствующего делителя мощности. Длина секции сужающегося волно­ вода ограничена способностью одиночного штыря пере­ давать без пробоя определенный уровень мощности. Дальнейшее развитие установки для сублимационной СВЧ-сушки можно было бы представить в виде каскад­ ного объединения нескольких таких секций. Уровень мощности в последующих секциях должен быть ниже в соответствии с желательным ходом процесса.

В. СВЧ-генераторы. СВЧ-генераторы для больших ус­ тановок должны обеспечивать мощность в несколько сотен киловатт. Такие высокие уровни мощности можно обе­ спечить с помощью сеточных ламп фирмы КСА [23], клистронов, магнетронов непрерывного действия, а так­ же амплитронов фирмы «Рейтеон» [24]. При использова­ нии некоторых ламп среднего уровня мощности (напри­ мер, КСА-8684) достигается гибкость и другие преимуще­ ства в работе. Это магнетрон, который обеспечивает мощ­ ность 30 кет на частоте 915 Мгц при к. п. д. 80%. Эта лам­

па позволяет подводить мощность с очень малыми коле­ баниями по амплитуде, так что средняя СВЧ-мощность не ограничена пробивным напряжением в вакууме в мо­ мент пика подведенного напряжения.

V. Экономические вопросы сублимационной СВЧ-сушки

Одно из основных преимуществ сублимационной СВЧсушки состоит в уменьшении стоимости за счет сокращения времени, необходимого для процесса сушки. Более ко­ роткое время сушки позволяет увеличить число циклов в день и, таким образом, увеличить общий выпуск продук­ тов, приходящийся на одну установку. Более того, тол­ щина продукта, подвергающегося объемной СВЧ-сушке, может в несколько раз превосходить толщину продукта при обычных методах. Эксплуатационные расходы на СВЧ-гёнератор частично снижают выгоду, достигнутую повышением производительности установки. Кроме тогот

работа при давлениях (2 -г- 6)10"2 мм рт. ст. для предот­

вращения пробоя требует применения конденсационных устройств с температурой —60 °С (согласно фиг. 3). Такая охлаждающая система должна^иметь к. п. д. мень­ ше, чем при работе с давлением 760 мм рт. ст., и требует

увеличения расходов примерно в 1,8 раза.

Другие производственные расходы (амортизация и др.), применительно ко всем системам сублимационной сушки, рассмотрены в работе [25]. Стоимость эксплуатации СВЧ-ламп в среднем составляет 2 цента за 1 квт-ч.

Экономические исследования [26], проведенные для крупных цехов сублимационной СВЧ-сушки, позволяют предполагать рабочую стоимость сушки от 7 до 9 центов за 1 кг удаленной из продукта воды. Стоимость при обыч­

ной (не СВЧ) сушке в 2—5 раз превышает эту величину. Более того, общие капиталовложения, требуемые для полного обеспечения большого цеха сублимационной сушки, приблизительно на 30% меньше, чем для тради­ ционной системы с эквивалентным выходом продуктов. По данным работы [18] стоимость 1 кг удаленной воды до­

стигает 7,5 цента для сдвоенной системы, в которой суб­ лимационная сушка частично ведется обычным методом, а в конце цикла СВЧ-нагревом. Поскольку стоимость про­ дуктов сублимационной сушки уменьшается (в результате внедрения более эффективного метода — СВЧ-нагрева), будет расширяться ассортимент продуктов для исполь­ зования в домашних условиях. Кроме того, такие продук­ ты можно применить в качестве заменителей в районах, где ощущается недостаток пищевых продуктов или где охлаждение и транспортировка представляют собой серь­ езную проблему.

Обозначения

Ес — электрическое поле в высушенном продук­ те, в/см\

Е3 — электрическое поле в замороженном про­ дукте, в/см\

10. С о и 1 Л Ь., НапЛЬоок оп ЬгеакЛоугп оГ ак ш >уауезшЛе зуз1етз, Мкгоигауе НщЬ Ро\уег ВгеакЛоигп ЗГиЛу, СопГгасГ N0651^ 63295, 115 Ыауу Е)ер1. Виг. о! ЗЫрз, Е1ес1гоп. Шу., АУазЬшеГоп ОС, 1956.

11.1* е п I 2 С. Р .р ТЬегта! сопЛисИуНу о? теаГз, Гак, бе1аи 8е1з апЛ гее, Рооб ТескпоР, 15, рр. 243—247 (Мау 1961).

23.Н о о V е г М. V., СпЛ-сопГгоИеЛ рочуег 1иЬез т рагГккассе1ега1ог аррПсаПопз, 1ЕЕЕ Тгапз. Ыис1. 8с1., N3-12, рр. 76—85

743 (Мау 1967).

5.1.5. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС СУШКИ ХРУСТЯЩЕГО КАРТОФЕЛЯ

О' М и р а

I. Введение

Относительно небольшой сектор пищевой промышлен­ ности — предприятия, выпускающие, хрустящий карто­ фель, оказались первыми предприятиями пищевой про­ мышленности, где начали применять энергию СВЧ в про­ цессе массового производства пищевых продуктов. Сум­ марная мощность оборудования СВЧ, установленного только в этом секторе и использовавшегося в процессе производства хрустящего картофеля, на май 1967 г. была равна 800 кет, что составляло значительную долю всей

мощности, которой тогда располагала зарождающаяся промышленная энергетика СВЧ. В США было установ­ лено 14 СВЧ-сушилок мощностью 50 кет для обработки

хрустящего картофеля, одна установка в Англии и одна в Швеции. Поэтому наш обзор применений энергии СВЧ будет не полным, если не остановиться на процессе окон­ чательной сушки хрустящего картофеля.

В настоящее время объем сбыта хрустящего картофе­ ля в США превышает объем сбыта других продуктов, которые можно отнести к категории легких закусок. Вме­ сте с тем при производстве этого продукта, вероятно, возникает больше трудностей, чем в каком-либо другом секторе пищевой промышленности. Использование СВЧнагрева в специальных установках, в которых проводится заключительная низкотемпературная сушка хрустящего картофеля, решает значительное число традиционных для этого производства проблем, начиная от контроля цвета готовой продукции и кончая затратами на закупку сырого картофеля и его хранение. В данном коротком разделе основное внимание будет сосредоточено именно на этих моментах и на факторах, позволяющих при исполь­ зовании энергии СВЧ повысить качество продукции.

Главная причина целесообразности использования энергии СВЧ для окончательной сушки связана с необхо­ димостью точно выдерживать содержание влаги в готовой

продукции и ее цвет. В идеале хрустящий картофель дол­ жен иметь бледно-золотистую окраску и содержать око­ ло 2% влаги (по весу до сушки). Добиться на протяжении всего года равномерной бледно-золотистой окраски про­ дукции очень трудно, иногда даже невозможно, поэтому цена картофеля, пригодного для изготовления хрустя­ щей стружки, обычно выше, чем столового картофеля или картофеля, используемого для изготовления других продуктов из картофеля.

Потемнение окраски обусловлено реакцией, которая происходит на заключительных этапах обычного обжари­ вания во фритюре, и объясняется присутствием редуци­ рующих (восстанавливающих) сахаров, в первую оче­ редь глюкозы. Это известная неферментативная реакция Майяра между восстанавливающими сахарами и амино­ кислотами [1—3].

Картофель, содержащий всего 0,2% глюкозы, поджа­ ривается до неприемлемо темного цвета [4]. Производст­ венники постоянно сталкиваются с тем, что содержание глюкозы в картофеле превышает допустимый уровень. Содержание глюкозы зависит от сорта картофеля, условий при выращивании и уборке урожая, температуры хране­ ния на складе. Реакция потемнения происходит только на заключительной стадии обжаривания во фритюре, когда ломтики картофеля полностью готовы и содержат от 3 до 10% влаги. Если ломтики картофеля вынуть из установки для обжаривания как раз перед началом реакции потемнения, то, чтобы избежать дальнейшего потемнения, нужно провести их сушку при относительно низких температурах и понизить содержание влаги приб­ лизительно до 2 %. Так как энергия СВЧ селективно погло­ щается остаточной водой, нагрев последней происходит быстро и по всему объёму, благодаря чему температура* картофеля не превышает точки кипения воды. В хрустя­ щем картофеле, высушенном на заключительном этапе с помощью энергии СВЧ, влага распределена равномер­ нее, чем в хрустящем картофеле, приготовленном по обычной технологии; при этом допустимо несколько бо­ лее высокое (на 0,5%) содержание воды.

По обычной технологии картофель подают из храни­ лища в контейнерах емкостью 700 или 1100 кг и вывали­

вают в бункер моющей машины. Затем он проходит че­ рез абразивную очистительную машину и попадает на конвейер, где его вручную подчищают и слишком круп­ ные клубни режут пополам. Далее клубни пропускаются через ломтерезку непрерывного действия, нарезающую картофель тонкими ломтиками. Ломтики падают в про­ мывочную установку, обычно представляющую собой медленно вращающееся барабанное сито. На этой опе­ рации с поверхностей ломтиков удаляется крахмал, вы­ деляющийся при резке. Промытые ломтики поступают затем на операцию обжаривания во фритюре: пропуска­ ются через бак с маслом, нагретым до температуры 160— 180 °С.

При помощи нескольких лопаток масса ломтиков кар­ тофеля продвигается в ходе обжаривания вперед и все время остается погруженной в масло. Оператор, обслужи­ вающий установку обжаривания, регулирует скорость подачи картофеля и скорость движения лопаток, а также температуру масла и добивается тем самым получения продукции с желаемой окраской и с заданным остаточным содержанием воды. Чтобы уменьшить потемнение кар­ тофеля с высоким содержанием сахаров, изготовителю, как правило, приходится работать при пониженных тем­ пературах* масла и с меньшей производительностью. После обжаривания картофель проходит под подсаливающей воронкой и попадает на длинный конвейер контроля, где работницы отбраковывают темные или дефектные ломти­ ки. Затем на конвейере упаковки хрустящий картофель упаковывается быстродействующими взвешивающими и пакующими автоматами в пакеты различных размеров.

II. Обработка энергией СВЧ при закупке и хранении сырого картофеля

Заключительная сушка энергией СВЧ призвана облег­ чить трудности, которые возникают задолго до того, как картофель превращается в хрустящие ломтики. Эти труд­ ности связаны с практикой закупок и хранения, сущест­ вующей на предприятиях, выпускающих хрустящий кар­ тофель. Прежде всего изготовитель использует сравни­ тельно скоропортящийся товар, который не пригоден

для хранения влечение всего срока обработки. Изготови­ тель вынужденпокупать картофель из разных сельско­ хозяйственных районов, разных сортов и выращенный в различных природных условиях. Цены на картофель сильно меняются в течение года. Закупочные цены на местный картофель в период сбора осеннего урожая могут доходить до 1,50—1,75 долл, за мешок^весом 45 кг, при­

чем на этот картофель изготовитель может рассчитывать до марта или апреля месяца. Если хранение картофеля организовано его поставщиком, то цена картофеля воз­ растает примерно на 20 центов за мешок за каждый месяц хранения. Когда эти источники сырья истощаются, изгото­ витель начинает покупать ранний картофель из южных районов (шт. Флорида) по цене до 6,5—7,0 долл, за ме­ шок. По мере того как новый урожай поспевает в шт. Ала­ бама и юго-восточных штатах, цены начинают падать, и уже ранним летом можно начать использовать первый местный картофель.

Выход хрустящего картофеля находится почти в об­ ратно пропорциональной зависимости от цены, уплачен­ ной за картофель. Из сырого картофеля с наибольшим удельным весом получается до 25% по весу хрустящего картофеля. Именно такими свойствами обладает карто­ фель, который закупается во время уборки осеннего уро­ жая и имеет наиболее низкие цены. Ранний же картофель, выращенный в южных районах, стоит дороже, имеет более низкий удельный вес, и полученный из него хрустящий картофель составляет всего около 20% по весу. При тем­ пературах хранения, которые выбираются с таким рас­ четом, чтобы свести к минимуму накопление восстанав* ливающих сахаров в картофеле, происходят потери, осо­ бенно к концу периода хранения за счет высыхания, про­ растания, гниения, увеличения отходов при чистке и ручной подчистке. В результате выход готового хрустя­ щего картофеля снижается.

При длительном хранении картофеля возникают свои проблемы, поскольку при неточном соблюдении режима температуры и влажности содержание восстанавливаю­ щих сахаров возрастает. Оптимальная с этой точки зре­ ния температура лежит около 12—18 °С, но мало кто из изготовителей располагает хранилищами с регулируемой

температурой, емкость которых достаточна для хранения всего^ урожая. По меньшей мере часть^урожая хранят при температуре 8— 10 °Сли содержание восстанавливаю­ щих сахаров быстро повышается до уровня, при котором картофель, извлеченный из холодного хранилища, нель­ зя непосредственно использовать для изготовления хру­ стящей стружки. За несколько недель до использования такой картофель помещают на перерабатывающем пред­ приятии в помещения, где поддерживается температура 18—21 °С и выше. Содержание восстанавливающих саха­ ров постепенно уменьшается, и при благоприятном стече­ нии обстоятельств после выдержки в течение 2—6 недель этот картофель можно пускать в обработку. Однако часто бывает так, что содержание восстанавливающих сахаров не уменьшается. Если изготовитель достаточно операти­ вен, он может отсортировать этот картофель, погрузить его в мешки и перепродать в качестве столового, вернув тем самым часть своих затрат. Известны годы, когда кли­ матические условия во время уборки урожая были настоль­ ко неблагоприятны, что большинство картофеля, обычно используемого для изготовления хрустящей стружки, оказалось практически непригодным для обработки.

Все эксплуатируемые в настоящее время установки для окончательной операции СВЧ-сушки хрустящего карто­ феля работают на частоте 915 Мгц. Селективное действие

энергии СВЧ на перемещаемый конвейером продукт со­ четается с воздействием регулируемого теплового потока воздуха. В начале этой операции сушки содержание воды в картофеле в зависимости от его качества равно 5—8%; после сушки процент содержания воды уменьшается до 2% без потемнения картофеля. СВЧ-сушилка является частью всего комплекса оборудования; возможно любое сочетание переменных параметров процесса (температура воздуха, время выдержки на различных позициях, мощ­ ность СВЧ), и установка мощностью 50 кет в состоянии обеспечить производительность от 650 до 900 кг!час хру­

стящего картофеля в зависимости от содержания воды в продукте, поступающем на вход установки. Высоту стенок конвейера окончательной сушки выбирают от 7,5 до 15 см в зависимости от требуемой производительности

и необходимого времени выдержки. В типичном режиме