Введение
Желатин на сегодняшний день остается одним
из наиболее востребованных в различных отраслях
промышленности коллагенов. Основную долю на
отечественном рынке желатина занимает импортная
продукция. Для создания и развития новых
производств желатина необходимы разработка
и внедрение научно обоснованных ресурсо- и
энергосберегающих технических решений, позво-
ляющих исключить зависимость существующих
технологий производства желатина от сырья. Таким
образом, совершенствование технологических
процессов производства желатина на основе отходов
рыбопереработки является актуальной научно-
технической задачей, решение которой позволит
усовершенствовать существующие и создать
новые промышленные производства желатина из
нетрадиционного коллагенсодержащего сырья.
Сушка – заключительная стадия производства
сухого желатина, характеризующаяся сравнительно
высокой энергоемкостью и определяющая качество
сухого продукта. Традиционно желатиновый бульон
сушат в желатинизированном состоянии в форме
слоя (пластин или прядей) на рабочей поверхности
сушилки при конвективном энергоподводе с
применением комбинированных режимов сушки,
а также распылительной сушки [1–4]. Однако
длительность процесса конвективной сушки
может достигать нескольких суток, что, наряду с
использованием воздуха в качестве сушильного
агента, существенно увеличивает риски порчи
продукта и накладывает ряд технологических
ограничений на процесс. Принимая во внимание
данный факт, интенсификация процесса сушки
желатинового бульона, в том числе посредством
внедрения новых подходов к его реализации,
является актуальным направлением исследований.
Объекты и методы исследования
Учитывая структурно-механические и пенос-
труктурные характеристики желатинового бульона,
в том числе из отходов переработки, перспек-
тивным направлением совершенствования процесса
получения сухого желатина является радиацион-
ная сушка во вспененном состоянии [5–12].
Вспенивание исходного продукта при соблюдении
условий стабильности пенослоя существенно
интенсифицирует процесс за счет увеличения
поверхности тепломассообмена. При этом
уменьшается адгезия продукта к рабочей поверхности
сушилки, улучшается съем сухого продукта,
сокращается интенсивность засорения сушилок, а
a branch of Federal horticulture Science Center,
Received: March 28, 2019 Vereya village, Ramensky district, Moscow region, 140153, Russia
Accepted: November 15, 2019
*е-mail: amxs1@yandex.ru
© A.V. Makarov, Yu.A. Maksimenko, E.P. Dyachenko, 2019
Abstract.
Introduction. The mechanical characteristics of foam gelatin broth make it a promising material for studying the process of obtaining
dry gelatin. The preliminary foaming of the product and the use of infrared (radiation) energy supply during its dehydration can
significantly improve the process.
Study objects and methods. The research featured gelatinized gelatin broth prepared from fish wastes. The efficiency of the proposed
drying method was assessed by comparative studies of the kinetics and intensity of convective and convective-radiation foam drying.
Specific productivity of the process was selected as evaluation criterion.
Results and discussion. The paper introduces a method of convective radiation foam drying of gelatinized fish broth. A set of
experiments made it possible to define the optimal process conditions with the maximum yield of dry gelatin, i.e. 0.998 kg/(m2·h):
initial concentration of solids in the product C = 0.24 kg/kg; temperature T = 292–295 K, humidity W = 50–60%; the speed of the
drying agent v = 4–5 m/s; the initial diameter of the foam rod dI = 0,004 m; the density of the heat flux incident on one side of the
rod E = 2.45 kW/m2; the wavelength of infrared emitters λ = 1.01–1.11 microns. The research revealed the effect of the main factors
influencing the drying process on the approximating dependences of the specific yield of dry gelatin from a unit area of the working
surface per unit of time. The introduction of radiation energy supply into the process of convective foam drying of gelatinized broth
under rational conditions was three times as high as the specific productivity of the process. An analysis of the kinetics of convective
and convective-radiation drying helped to obtain some functional dependences of the drying speed of the foamed gelatin broth
extrusions from the concentration of dry substances in the product for the considered process conditions. An analysis of heat and mass
transfer during convective-radiation foam drying was performed using the velocity curves. The nature of the change in the drying rate
of the product proved typical of most biopolymers.
Conclusion. The results obtained are applicable in the calculations of the productivity of drying equipment in dry gelatin production
and other products with similar complex properties.
Keywords. Collagen, gel, infrared radiation, foam layer, air, kinetics, strang, foam rod, heat and mass transfer, drying
For citation: Makarov AV, Maksimenko YuA, Dyachenko EP. Convective-Radiation Drying of Foamed Gelatin Fish Broth. Food
Processing: Techniques and Technology. 2019;49(4):594–603. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-4-594-603.
596
Makarov A.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 594–603
также энергозатраты на дробление сухого желатина
[9–13]. Объемный радиационный энергоподвод,
в сравнении с традиционными методами, также
обладает рядом преимуществ, способствующих
энерго- и ресурсосбережению, упрощению
аппаратурного оформления процесса [9, 10, 14–17].
Например:
– обеззараживание продукта, в частности воздействие
на продукт радиационным излучением, позволяет
снизить микробную обсемененность продукта;
– наиболее равномерный прогрев продукта, что
обусловливается выделением тепла в объеме
высушиваемого материала;
– практически абсолютный расход подведенной
к объекту сушки энергии на его нагрев ввиду
отсутствия тепловых потерь;
– сравнительная простота конструкции и малая
металлоемкость сушильных аппаратов;
– сравнительно низкие удельные энергозатраты.
Результаты и их обсуждение
В результате предварительных исследований
конвективно-радиационной сушки пенослоя
желатинового студня с влажностью 75 % и толщиной
4 мм на алюминиевой полированной подложке
установлено, что облучаемая и омываемая воздухом
поверхность образца стеклуется в начале процесса,
преобразуясь в материал, трудно подвергающийся
механическому разрушению. При этом сердцевина
и контактирующая с подложкой поверхность
образца оставались влажными. Сердцевина на
20–40 минутах сушки оставалась жидкой, а
контактирующая с подложкой поверхность упругой.
При продолжении процесса между подложкой
и образцом образовывался конденсат. Влага
скапливалась в месте наименьшего сопротивления
– на поверхности контакта образца с подложкой.
Примечательно, что при сушке синтетического
ПАВ (сульфонола) в сердцевине пенослоя ПАВ
происходило накопление пара (парниковый эффект),
который затем прорывался через оболочку (внешний
стеклованный слой) [11]. В случае обезвоживания
вспененного раствора желатина разрыв оболочки
паром невозможен. Давление пара внутри продукта
недостаточно для разрыва подсохшей поверхности
образца, которая обладает существенно большей
прочностью и эластичностью, чем у пенослоя
сульфонола [7, 8, 11].
Таким образом, учитывая физико-механические
свойства желатина, для интенсификации процесса
сушки целесообразно организовать объемный
конвективно-радиационной энергоподвод. При
этом для равномерности обезвоживания материала
образцы подаваемого на сушку продукта
целесообразно изготавливать в форме штранг
(круглого, прямоугольного или квадратного
сечения). Например, путем экструзии или разрезания
желатинизированного пенослоя.
Целью настоящих исследований являлась
разработка рациональных режимов сушки жела-
тинового бульона на основе изучения кинетики
и интенсивности сушки при различных условиях
протекания процесса. С учетом литературных данных,
а также предварительных экспериментальных дан-
ных для исследования конвективно-радиационной
сушки вспененного желатинового бульона в
желатинизированном состоянии из отходов пере-
работки рыб были выбраны следующие варианты
реализации процесса [1–8, 10, 14–18]:
– в форме штранг круглого сечения при объемном
конвективном энергоподводе;
– в форме штранг круглого сечения при объемном
конвективно-радиационном энергоподводе.
Для проведения исследований использовались
вероятностно-статистические методы планирования
и обработки эмпирических данных, исследования
проводились по полному многофакторному
многоуровневому плану. Для уточнения влияния
отдельных факторов на интенсивность процесса
обезвоживания все второстепенные параметры были
зафиксированы, а в качестве целевой функции был
выбран съем (выход) сухого желатина с единицы
площади рабочей поверхности сушильного аппарата
в единицу временGи, GМ, кг/(мF2  сп
 
 
  





   


    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
( , ) 2
a d b d c
a d b d c w
а d b d c w
G w d
н н
н н н
н н н
н н
ч) [10, 19]:
G  М F   сп
 
 
  





   


    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
( , ) 2
a d b d c
a d b d c w
а d b d c w
G w d
н н
н н н
н н н
н н
(1)
где Мсп – масса высушенного продукта до конечной
влажности не более wк = 0,1 кг/кг, выбор которой
осуществлен на основе результатов анализа
гигроскопических характеристик продукта;
F – площадь рабочей поверхности, занимаемой
продуктом, м2;
τ – экспериментальное время сушки, ч.
В таблице 1 представлены основные факторы,
влияющие на интенсивность процесса конвективной
пеносушки желатинового бульона, а также уровни их
варьирования, установленные в результате предва-
рительных исследований. К указанным факторам
относятся: начальная концентрация сухих веществ в
продукте (С, кг/кг); начальный диаметр штранга пены
(dн, м); температура (Tв, К), влажность (W, кг/кг) и
скорость сушильного агента (воздуха) (v, м/c).
Исследования проводились с использованием
лабораторного оборудования ФГБОУ ВО «Астра-
ханский государственный технический университет».
Для проведения исследований желатиновый бульон
готовился по методике, приведенной в работе [20],
из отходов переработки рыб частиковых пород Астра-
ханского региона (кожа, чешуя, кости, плавники,
хрящи), полученных при разделке. Бульон, предва-
рительно вспененный до образования пены с
максимальной кратностью, экструдировали в
форме штранг круглого сечения диаметром dн, мм.
Поступавшие из фильер экструдера штранги жела-
тинизировали, затем закрепляли в специальном
597
Макаров А. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 594–603
держателе в сушильной камере лабораторной
конвективно-радиационной сушилке параллельно
потоку воздуха. Полученные таким образом
экспериментальные образцы сушили до конечной
влажности, не превышающей wк = 0,1 кг/кг. Для
получения кривых сушки держатель с образцом
периодически взвешивали.
В результате экспериментальных исследований
установлено следующее.
Существенное влияние на интенсивность
сушки оказывает начальная концентрация сухих
веществ в желатиновом бульоне, варьируемая,
исходя из данных о пеноструктурных, структурно-
механических и теплофизических характеристиках,
в пределах С = 14–26 %. При концентрации сухих
веществ С = 26 % пена обладает стабильностью,
достаточной для реализации процесса влагоудаления
без предварительного подсушивания. Превышение
значения С = 26 % не целесообразно из-за увеличения
длительности упаривания желатинового бульона,
ухудшения его качественных характеристик и
увеличения энергозатрат на реализацию процесса.
Нижний предел С = 14 % обусловлен резким
снижением стабильности стержня пены, что приводит
к его разрушению в процессе сушки.
Диапазон изменения диаметра стержня пенослоя
(штранга) желатинового бульона d1 = 3–5 мм
обусловлен обеспечением стабильности пены в
процессе сушки. Формирование диаметра менее 3 мм
технически трудноосуществимо и нецелесообразно
из-за резкого снижения выхода сухого желатина.
Увеличение диаметра более 5 мм приводит к
снижению производительности процесса, а также
к локальному поверхностному расплавлению и
последующему стеклованию высушиваемого про-
дукта при сохранении влаги в центре штранга и, как
следствие, ухудшению качества сухого желатина.
Пена желатинового бульона в начале про-
цесса сушки сохраняет стабильность исклю-
чительно в желатинизированном состоянии (в
состоянии студня). При этом применение только
радиационного энергоподвода (без конвективного)
в процессе пеносушки затруднительно в силу
неконтролируемого резкого повышения температуры
продукта и, как следствие, последующего плавления
и разрушения пены. Применение в процессе сушки
воздуха, как охлаждающего агента, температура
которого не превышает температуру желатинизации
(T = 292–295 К), а также выдерживание плотности
теплового потока инфракрасного облучения,
падающего с одной стороны стержня в диапазоне
Е = 0,95–2,45 кВт/м2, позволяют стабилизировать
температуру высушиваемого пенослоя на уровне,
не превышающем температуру его плавления.
Уменьшение плотности теплового потока менее
0,95 кВт/м2 нецелесообразно из-за резкого сокраще-
ния выхода сухого продукта. Увеличение плотности
теплового потока (Е > 2,45 кВт/м2) приводит к
локальному плавлению и разрушению пенослоя.
Для обеспечения максимальной эффективности
использования энергии излучателей (инфракрасных
генераторов) длина волны излучения должна
соответствовать максимальной излучательной
способности радиационных излучателей [10, 21].
Оптимальный диапазон длины волны
инфракрасных излучателей (инфракрасных генера-
торов) λ = 1,01–1,11 мкм, соответствующий
максимальной интенсивности излучения, опреде-
ляющей напряжение на генераторах U = 220 В
и максимальной пропускательной способности
продукта, выбран с учетом оптических и
терморадиационных характеристик вспененного
бульона желатина [10, 21]. Использование генера-
торов КГТ-220-1000 в качестве инфракрасных
излучателей в процессе сушки вспененного раствора
желатина в равных условиях более эффективно, в
сравнении с аналогами, например, нихромовыми
спиралями в кварцевых трубках, при одних и тех
же тепловых потоках [10, 16, 17]. Генераторы
КГТ-220-1000, в сравнении с металлическими и
керамическими излучателями, создают сравнительно
высокие тепловые потоки и обладают меньшей
тепловой инерцией, что упрощает проектирование
сушильной техники [10, 16, 17].
Температура плавления желатинизированного
студня ограничивает нагрев пенослоя и интенси-
фикацию процесса сушки только до определенного
значения влажности высушиваемого продукта.
Начиная с этого значения влажности, пеноструктура
в процессе сушки образует прочный каркас,
не подвергающийся плавлению, а температура
нагрева продукта ограничивается исключительно
температурой начала разложения содержащихся в
нем термолабильных веществ.
Диапазон варьирования скорости потока
воздуха v = 4–5 м/с ограничивается техническими
Таблица 1. Уровни варьирования факторов при конвективно-радиационной пеносушке желатинового бульона
Table 1. Levels of variation of factors in convective-radiation foam drying of gelatin broth
Уровень Факторы
dн, м С, кг/кг Е, кВт/м2 W, % λ, мкм v, м/c Tв, К
1 0,003 0,16 0,95 50–60 1,01–1,11 4–5 292–295
2 0,004 0,20 2,45 – – – –
3 0,005 0,24 – – – – –
598
Makarov A.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 594–603
возможностями осуществления процесса. Превы-
шение v = 5 м/с нецелесообразно из-за механического
разрушения (разрыва штранг пены) и уноса продукта.
Снижение v < 4 м/с способствует увеличению
температуры пенослоя в процессе конвективно-
радиационной сушки более 333 К. Это приводит
к ухудшению его качественных характеристик,
локальному плавлению и разрушению.
Пена желатинового бульона с начальной
концентрацией сухих веществ С = 25–26 % обла-
дает стабильностью при одновременно действую-
щих конвективном (T = 292–295 К, v = 4–5 м/с,
W = 50–60 %) и объемном (двустороннем) радиа-
ционном энергоподводе с плотностью теплового
потока, падающего с одной стороны штранга
Е = 2,45 кВт/м2, соответствующей температуре
пенослоя T = 330–333 К. Это исключает какую-
либо деструкцию высушиваемого образца как
термолабильного продукта. Вспененные образцы
продукта с начальной концентрацией сухих
веществ С = 14–24 % в силу своих структурно-
механических, пеноструктурных и теплофизических
характеристик нуждаются в предварительной
подсушке в течении t = 0,03–0,15 ч воздухом с
температурой, не превышающей температуру
желатинизации. Превышение значения t = 0,15 ч
нецелесообразно, так как по достижении указанного
периода времени пенослой образует прочный
каркас, не подвергающийся плавлению. Дальнейшее
увеличение t > 0,15 ч приводит к снижению удель-
ного съема сухого желатина. Снижение t < 0,03 ч
не обеспечивает стабильность пенослоя, и, после
начала подачи инфракрасного энергоподвода,
приводит к плавлению стержня пены при его нагреве
выше температуры желатинизации.
В результате получены значения текущей
влажности продукта w, кг/кг в процессе
обезвоживания от времени τ, с. Примеры кривых
сушки штранг пены желатинового бульона при
исследуемых методах энергоподвода изображены
на рисунке 1. Полученные кривые в последующем
использованы для построения кривых скорости сушки
с целью анализа механизма тепломассопереноса и
определения удельной производительности процесса.
По формуле (1) получены значения целевой
функции GG, Мкг/(мF2  сп
 
 
  





   


    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
( , ) 2
a d b d c
a d b d c w
а d b d c w
G w d
н н
н н н
н н н
н н
ч) при различных начальном
диаметре штранга пены dн, мм и начальной
влажности вспениваемого бульона wн (1-С), кг/кг.
Относительная ошибка при определении целевой
функции не превышала 12 %. В результате
компьютерной обработки экспериментальных
данных получены адекватные аппроксимирующие
зависимости съема сухого желатина с единицы
площади рабочей поверхности в единицу
времени от варьируемых факторов. Погрешность
аппроксимации R2 полученной зависимости
G = f (wн, dн) составила не менее 0,997:
G  М F   сп
 
 
  





   


    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
( , ) 2
a d b d c
a d b d c w
а d b d c w
G w d
н н
н н н
н н н
н н
(2)
Значения эмпирических коэффициентов a1, b1, c1,
a2, b2, c2, a3, b3, c3 целевой функции представлены в
таблице 2.
На рисунке 2 в виде полей значений G
представлены результаты расчета целевой функции
по уравнению (2), полученных для различных
методов энергоподвода. Зависимости целевых
функций конвективной (рис. 2а) и конвективно-
радиационной (рис. 2б) сушки штранг пены
1 – dн = 0,005 м, 2 – dн = 0,004 м, 3 – dн = 0,003 м
(а) (б)
Рисунок 1. Кривые конвективно-радиационной сушки штранг пены желатинового бульона (●)
и их аппроксимирующие функции (──) при С = 0,16 кг/кг (а) и С = 0,24 кг/кг (б)
Figure 1. Convection-radiation drying curves for foam rods of gelatin foam (●)
and their approximating functions (──) at C = 0.16 kg/kg (a) and C = 0.24 kg/kg (b)
0
15
30
45
60
75
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0
20
40
60
80
0 700 1400 2100 2800 3500
1
2
3
0
15
30
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0
20
40
60
80
0 700 1400 2100 2800 3500
1
2
3
599
Макаров А. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 594–603
желатинового бульона от влияющих факторов dн и
wн имеют схожий характер. Для рассматриваемых
вариантов реализации процесса рост целевой
функции наблюдается как при увеличении диаметра
штранга, так и при увеличении концентрации сухих
веществ в продукте, и ограничивается верхними
предельными значениями указанных факторов.
Максимальные значения удельного выхода сухого
желатина с единицы площади рабочей поверхности
в единицу времени для исследуемых вариантов
реализации процесса сушки, определенные в среде
MathCAD с помощью опции Maximize, достигаются
при начальной концентрации сухих веществ в
продукте С = 0,24 кг/кг, начальном диаметре штранга
пены dн = 4 мм, а также температуре T = 292–295 К,
влажности W = 50–60 % и скорости сушильного
агента v = 4–5 м/c и составляют:
– для конвективной сушки штранга пены жела-
тинового бульона Gmax = 0,331 кг/(м2·ч);
– для конвективно-радиационной сушки штранга
пены желатинового бульона Gmax = 0,998 кг/(м2·ч)
при плотности теплового потока, падающего с одной
стороны штранга Е = 2,45 кВт/м2.
На рисунке 3 представлены примеры кривых
скоростей конвективно-радиационной сушки штранг
пены желатинового бульона от концентрации
сухих веществ в продукте в процессе сушки
dw/dτ = Gf(C),М кг/(Fкг  сп
 
 
  





   


    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
( , ) 2
a d b d c
a d b d c w
а d b d c w
G w d
н н
н н н
н н н
н н
с), полученные дифференци-
рованием уравнений кривых сушки. Как известно,
внутренний тепломассоперенос, особенно в
дисперсных системах, ограничивает скорость уда-
ления влаги из биополимеров, к которым отно-
сятся коллагены, в том числе желатин [10, 11].
В результате исследования кинетики конвективно-
радиационной сушки штранг вспененного
желатинового бульона из отходов переработки
рыбы, в том числе анализа кривых скоростей сушки
продукта, установлено следующее.
Кривые скорости характеризуются двумя явно
выраженными типичными для биополимеров
зонами, разграниченными экстремумами функций
dw/dτ = Gf(C)М, кг/(Fкг  сп
 
 
  





   


    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
( , ) 2
a d b d c
a d b d c w
а d b d c w
G w d
н н
н н н
н н н
н н
с) [10, 11, 17]. В первой зоне
происходит рост скорости сушки до максимальных
значений, который соответствует удалению влаги
в свободном состоянии с поверхности раздела
фаз. Движение влаги их продукта в атмосферу
осуществляется в виде пара, образовавшегося
внутри пузырьков пены, продвигающегося через
каркас пленок и диффундирующего через пленки
жидкой фазы. В данном случае, в силу интенсивного
испарения влаги исключаются риски перегрева
продукта, а в связи с формированием структуры
биополимера происходит частичное деформирование
Таблица 2. Значения эмпирических коэффициентов
целевой функции
Table 2. Values of the empirical coefficients of the objective function
Конвективная пеносушка
a1 0,7 a2 –0,945 a3 0,267
b1 –7,7 b2 10,995 b3 –3,547
c1 22 c2 –33,82 c3 12,615
Конвективно-радиационная пеносушка
при Е = 0,95 кВт/м2
a1 10,8 a2 –16,39 a3 6,086
b1 –85,6 b2 129,85 b3 –48,176
c1 164 c2 –251 c3 94,422
Конвективно-радиационная пеносушка
при Е = 2,45 кВт/м2
a1 31,3 a2 –48,045 a3 18,1765
b1 –250,5 b2 384,465 b3 –145,4185
c1 460,2 c2 –709,81 c3 270,413
(а) (б)
Рисунок 2. Поля значений съема сухого желатина с единицы площади рабочей поверхности в единицу времени
от варьируемых факторов, при различных значениях начального диаметра штранга dн и начальной влажности wн
вспененного желатинового бульона, при конвективном (а) и конвективно-радиационном (б) методах энергоподвода
Figure 2. Value fields of dry gelatin removal per unit area of the surface per unit of time from variable factors, for different values of the initial
diameter of the rod dI and the initial humidity wI of the foamed gelatin broth using convective (a) and convective-radiation (b) energy supply methods
D1, G2
D1, G2
G
dн, мм
G, кг/(м2    F М G сп
 
 
  











    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
2 ) , (
c d b d a
w c d b d a
w c d b d а
d w G
н н
н н н
н н н
н н
ч)
0,8
0,6
0,4
5
4 3,5
4,5
3
0,75
0,85
0,8
G, кг/(м2    F М G сп
 
 
  











    
       
     

3 3
2
3
2 2
2
2
2
1 1
2
1
2 ) , (
c d b d a
w c d b d a
w c d b d а
d w G
н н
н н н
н н н
н н
ч)
0,3
0,25
0,2
1
2
wн, кг/кг
5
4
0,76
0,8
3
dн, мм
wн, кг/кг
600
Makarov A.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 4, pp. 594–603
С (1-w), кг/кг↓
24
25
28
32
36
40
44
48
52
56
60
64
68
72
76
80
84
88
92
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
24 34 44 54 64 74 84
dw/dτ, кг/(кг∙с)
С, кг/кг
и частичная усадка продукта. Например, для кривой
скорости сушки штранга вспененного желатинового
бульона с начальным диаметром dн = 0,005 м первая
зона соответствует диапазону концентрации сухих
веществ в продукте 0,24 < С < 0,405 кг/кг, вторая зона
– диапазону 0,405 < С < 0,9 кг/кг (рис. 3).
В точке экстремума функции dw/dτ = f(C),
кг/(кг∙с) (рис. 3) происходит высыхание гелеобразных
перегородок желатинизированного продукта, влага
перемещается в форме пара путем эффузии, а именно
при движении отдельных молекул без взаимного
контакта. Сам продукт (гель) плавно переходит
в биополимерное вещество, обладающее малой
пористостью. В результате образуется прочный
полимерный каркас и микрокапиллярная сетка.
Во второй зоне (рис. 3), соответствующей
удалению влаги полимолекулярной адсорбции,
наблюдается спад скорости сушки, углубление
поверхности парообразования смещается вглубь
штранга. При интенсивном прогревании продукта
завершается его полимеризация и формирование
его микропористой структуры, завершается усадка
пеноштранга [10, 11, 17].
Выводы
Таким образом, проведены исследования
кинетики и интенсивности конвективной и
конвективно-радиационной сушки желатинового
бульона из отходов переработки рыб во вспененном и
желатинизированном состоянии. Для последующего
использования в расчетах производительности
сушильных установок получены аппроксимирующие
зависимости целевой функции (выхода сухого
желатина с единицы площади рабочей поверхности
в единицу времени) G, кг/(м2·ч) от варьируемых
факторов.
Определены рациональные режимы проведения
процесса, при которых достигается максимальный
удельный съем сухого продукта: начальная
концентрация сухих веществ в продукте С = 0,24 кг/кг;
температура T = 292–295 К, влажность W = 50–60 %
и скорость сушильного агента v = 4–5 м/c; начальный
диаметр штранга пены dн = 4 мм; плотность
теплового потока, падающего с одной стороны
штранга Е = 2,45 кВт/м2; длина волны излучателей
λ = 1,01–1,11 мкм, соответствующая максимальной
интенсивности излучения, определяющей напря-
жение на излучателях U = 220 В.
В результате исследований интенсивности
конвективно-радиационной сушки желатинового
бульона установлено, что введение радиационного
энергоподвода в процесс конвективной пеносушки
желатинизированного бульона при рациональных
режимах практически в три раза увеличивает
удельную производительность процесса.
В результате исследования кинетики конве-
ктивной и конвективно-радиационной сушки
получены функциональные зависимости скорости
сушки штранг вспененного желатинового бульона
от концентрации сухих веществ в продукте (С, кг/кг)
для рассмотренных режимов реализации процесса.
С использованием кривых скорости выполнен анализ
тепломассопереноса при конвективно-радиационной
пеносушке желатинизированного бульона. В резуль-
тате установлено, что характер изменения скорости
сушки продукта типичен для большинства
биополимеров, кривые скорости характеризуются
двумя явно выраженными зонами влагоудаления,
разграниченными экстремумами функций.
По результатам исследований подана заявка
№ 2018116255 на получение патента на изобретение
«Способ сушки желатинового бульона при
производстве сухого желатина».
Критерии авторства
А. В. Макаров наработал образцы желатина из
отходов переработки рыбы, провел сравнительное
исследование процесса сушки желатинового бульона
при различных методах энергоподвода, выполнил
обработку, анализ данных и определил рациональные
режимы процесса конвективной-радиационной
пеносушки желатинового бульона. Ю. А. Максименко
руководил проведением исследований. Э. П. Дяченко
предложил метод конвективной-радиационной
пеносушки желатинового бульона, принимал участие
в сравнительном исследовании процессов сушки
желатинового бульона при различных методах
энергоподвода, обработке данных, определении
рациональных режимов процесса и анализе
результатов исследований.
1 – dн = 0,003 м, 2 – dн = 0,004 м, 3 – dн = 0,005 м
Рисунок 3. Кривые скорости конвективно-радиационной
сушки штранг пены желатинового бульона
от концентрации сухих веществ в продукте
при wн = 76% и E = 2,45 кВт/м2
Figure 3. Velocity curves of convection-radiation drying rate
of gelatin broth foam extrusion vs. concentration of solids
in the product at wI = 76% and E = 2.45 kW/m2
1
2
3
601
Макаров А. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 4 С. 594–603
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
интересов.
Contribution
A.V. Makarov obtained gelatin samples from fish
processing wastes, determined the rational modes of the
convective-radiation foam drying, and performed the
comparative study of the process of drying with various
energy supply methods, as well as processing and data
analysis. Yu.A. Maksimenko was the leading scientist.
E.P. Dyachenko proposed the method of convectiveradiation
foam drying of gelatin broth and took part in the
comparative study of the processes of drying gelatin broth
with various methods of energy supply, data processing,
determination of rational process conditions, and analysis
of research results.
Conflict of interest
The authors declare that there is no conflict of interest
regarding the publication of this article.

1. Gelatin handbook. Gelatin manufacturers institute of America. GMIA; 2019. 26 p.

2. Gelatin Drying Technology (Gelatin Dryer) [Internet]. [cited 2019 Aug 12]. Available from: http://gelatin.nl/home.

3. Tekhnologiya proizvodstva zhelatina [Gelatin production technology] [Internet]. [cited 2019 Aug 12]. Available from: https://gelatin.by/partners/technology.

4. Mad-Ali S, Benjakul S, Prodpran T, Maqsood S. Characteristics and gelling properties of gelatin from goat skin as affected by drying methods. Journal of Food Science and Technology. 2017;54(6):1646-1654. DOI: https://doi.org/10.1007/s13197-017-2597-5.

5. Kusumaningrum I, Pranoto Y, Hadiwiyoto S. Extraction optimization and characterization of gelatine from fish dry skin of Spanish mackerel (Scomberromorus commersoni). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018;144(1). DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/144/1/012036.

6. Hue CT, Hang NTM, Razumovskaya RG. Physicochemical characterization of gelatin extracted from European perch (Perca fluviatilis) and Volga pikeperch (Sander volgensis) skins. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 2017;17(6):1117-1125. DOI: https://doi.org/10.4194/1303-2712-v17_6_05.

7. Asyakina LK, Dyshlyuk LS. Vozmozhnostʹ ispolʹzovaniya zhelatina kak komponenta dlya polucheniya biorazlagaemykh polimerov [Options for using gelatin as a component to obtain biodegradable polymers]. Aktualʹnye voprosy industrii napitkov [Actual Issues of Beverage Industry]. 2017;(1):19-21. (In Russ.).

8. Andreuccetti C, Galicia-García T, González-Nuñez R, Martínez-Bustos F, Grosso CRF. Native and modified gelatin films produced by casting, extrusion, and blowing extrusion processes. Polymers from Renewable Resources. 2017;8(1):11-26. DOI: https://doi.org/10.1177/204124791700800102.

9. Pahomova YuV. Some features of the kinetics of infrared drying of lignosulfonate in the foamed state. Nauka bez granits [Science without Borders]. 2018;27(10):65-68. (In Russ.).

10. Aleksanyan IYu, Buynov AA. Vysokointensivnaya sushka pishchevykh produktov. Penosushka. Teoriya. Praktika. Modelirovanie: monografiya [High intensity food drying. Foam dryer. Theory. Practice. Modeling: monography]. Astrakhan: Astrakhan State Technical University; 2004. 380 p. (In Russ.).

11. Aleksanyan IYu, Dyachenko EhP, Ermolaev VV. Analiz kinetiki obezvozhivaniya sulʹfonola [Analysis of the kinetics of sulphonol dehydration]. Industry & Chemistry. 2009;(3):150. (In Russ.).

12. Olaniyan AM, Adeoti JA, Sunmonu MO. Effect of foaming agent, foam stabilizer and whipping time on drying process of tomato paste under different drying equipment. International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing. 2017;8(2). DOI: https://doi.org/10.1142/S1793962317400049.

13. Tormozov IV. Use of foams in food industry. Obrazovanie i nauka bez granits: fundamentalʹnye i prikladnye issledovaniya [Education and science without borders: fundamental and applied research]. 2017;(6):356-358. (In Russ.).

14. Dyachenko MM, Boeva NP, Dyachenko EP. Technology of flour fodder from meat and osteal tissues of seals. VNIRO Proceedings. 2017;166:159-178. (In Russ.).

15. Trubilin EI, Vinevskii EI. Energy intensity of drying of plant raw material: problems and solutions. Technical opponent. 2019;(1):48-53. (In Russ.).

16. Fomenko EV. Sovershenstvovanie protsessov polucheniya granulirovannoy kleykoviny pshenichnoy [Improving the processes for producing granulated wheat gluten]. Cand. eng. sci. diss. Krasnodar, 2019. 20 p.

17. Nikulina MA. Sovershenstvovanie protsessa infrakrasnoy sushki pishchevoy sʺedobnoy plenki [Improving the process of infrared drying of edible food wrap]. Cand. eng. sci. diss. St. Petersburg: ITMO University; 2018. 16 p.

18. Nugmanov AH-H, Aleksanyan AI. Kinetics study and consistent pattern analysis of the rod production process from the fish mince. Food Industry. 2018;3(3):46-51. (In Russ.).

19. Grachev YuP, Plaksin YuM. Matematicheskie metody planirovaniya ehksperimentov [Mathematical methods of experiment planning]. Moscow: DeLi print; 2005. 296 p. (In Russ.).

20. Kao TK. Obosnovanie i razrabotka tekhnologii polucheniya strukturoobrazovatelya iz kozhi ryb [Substantiation and development of the technology for producing structural agent from fish skin]. Cand. eng. sci. diss. Moscow: Russian Federal Research Institute of Fishiries and Oceanography; 2012. 25 p.

21. Ilʹyasov SG, Krasnikov VV. Fizicheskie osnovy infrakrasnogo oblucheniya pishchevykh produktov [Physical fundamentals of infrared food irradiation]. Moscow: Pishchevaya promyshlennostʹ; 1978. 359 p. (In Russ.).