Приведён сравнительный анализ традиционных методов концентрирования пищевых растворов. Выделена главная проблема классических выпарных установок, связанная с невозможностью получения высоких концентраций готового продукта из-за резкого повышения его вязкости и температуры посредством образования пограничного слоя. Сформулирована научно-техническая гипотеза, представляющая возможное решение данной проблемы путём обеспечения объёмного подвода энергии непосредственно к влаге продукта. Рассмотрены теплофизические и физические схемы процессов выпаривания традиционным и инновационным методами. Выделены их принципиальные отличия и обоснована актуальность развития инновационного метода выпаривания. Представлена схема инновационного выпарного аппарата, позволяющего получить готовый продукт в твёрдой фазе с конечной концентрацией до 90 brix. На примере яблочного сока проведены эксперименты по исследованию влияния давления и мощности электромагнитного поля на паропроизводительность аппарата. Представлены зависимости, которые свидетельствуют о постоянной скорости выпаривания на протяжении всего процесса, вплоть до достижения концентраций 80…85 brix. Температура продукта не превышала 35…40°C, что может свидетельствовать о его высокой пищевой ценности. Результаты эксперимента подтверждают сформулированную гипотезу о возможности перехода в процессе выпаривания от граничных условий 3-го рода к граничным условиям 2-го рода при помощи микроволновой энергии. На основе полученных результатов была получена модель в критериальной форме, позволяющая с высокой точностью рассчитать производительность микроволнового вакуум-выпарного аппарата в определенных диапазонах числа энергетического действия и полученного безразмерного комплекса.
The paper provides a comparative analysis of traditional methods of concentrating food solutions. The author identifies the main problem of classical evaporators, which is associated with the impossibility of obtaining high concentrations of the finished product due to a sharp increase in its viscosity and temperature caused by the formation of a boundary layer. He puts forward a scientific and technical hypothesis offering a possible solution to this problem by providing a considerable supply of energy directly to the product moisture. The paper outlines thermophysical and physical schemes of evaporation processes based on traditional and innovative methods. Their fundamental differences are highlighted and the relevance of the development of an innovative evaporation method is proved. The author presents a scheme of an innovative evaporator, which allows to obtain the finished product in the solid phase with a final concentration of up to 90°brix. The author reports on the experiments conducted with apple juice to study the effect of pressure and power of the electromagnetic field on the steam output of the evaporator. As a result, he established relationships that indicate a constant evaporation rate throughout the entire process, up to a concentration of 80...85°brix. The product temperature did not exceed 35...40°C, which may indicate its high nutritional value. The above data confirm the formulated hypothesis about a possibility of transition from the boundary conditions of the 3rd type to the boundary conditions of the 2nd type by using microwave energy in the process of evaporation. On the basis of the obtained results, a model in the criterial form was obtained, which makes it possible to accurately calculate the performance of a microwave vacuum evaporator in certain ranges of the energy deposition number and the obtained dimensionless group.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.