Экспериментальное исследование параметров тонкослойной дегидратации яблочных чипсов

Введение. Сохранение урожая в настоящее время является ключевым направлением сельского хозяйства. Согласно докладу об индексе пищевых отходов ЮНЕП (UNEP Food Waste Index Report) ежегодно в мире выбрасывается около 1,05 млрд тонн еды на этапе потребления. Еще около 14% продуктов теряется на этапе сбора урожая и транспортировки. Хранение скоропортящейся продукции требует больших энергозатрат, а многие продукты не поддаются заморозке. Дегидратация снижает влажность, замедляя порчу, уменьшает вес и объём продукции, но сама является энергоёмким процессом. Цель исследования — разработать энергоэффективную технологию сушки бытовым дегидратором, сохраняющую пищевые и органолептические свойства продукта, и создать соответствующий прототип дегидратора на основе анализа кинетики сушки и сенсорной оценки продукции.

Материалы и методы. Модернизированный бытовой дегидратор позволяет не только задавать усреднённые параметры сушки, но и контролировать остаточную влажность продукта. Система включает: корпус с поддонами, нагревателем (до 250 Вт) и вентилятором (20–30 Вт); датчики температуры (DS18B20) и влажности (BME 280); микроконтроллер ESP 32 с WiFi и Bluetooth; дисплей ICST7789VW, сенсорные кнопки TTP223; симисторные реле Omron G3MB 202P для управления нагревателем и вентилятором. Модули по шине I2C объединены на одной шине с корректировкой адресов датчиков; датчик DS18B20 подключён по 1 Wire (с обязательной подтяжкой линии к питанию). В силовой цепи применены предохранители: 0,15 А для вентилятора, 1,5 А — для нагревателя (с 50 % запасом перегрузки), что защищает от короткого замыкания и не превышает предельный ток реле (2 А).

Результаты исследования. В ходе эксперимента провели тонкослойную сушку яблок: диски толщиной 7 мм (точность 0,1 мм) разместили на решётах дегидратора. Начальная масса — 577,2 г, после сушки — 89,4 г (потеря массы — 487,8 г), толщина дисков снизилась до 2 мм. Энергию измеряли ваттметром (1845 Вт·ч) и косвенно — по мощности нагревателя (210 Вт) и скважности реле; энергия на сушку — 1700 Вт·ч. Телеметрию с датчиков передавали в Telegram бот (в формате JSON), затем экспортировали в текстовый файл и обрабатывали в Python и Matlab. Результаты представлены на графиках (влагосодержание, влагопотеря, удельная влажность, эффективность).

Обсуждение и заключение. Тестирование прототипа дегидратора позволило оценить параметры сушки яблочных чипсов. Применялся комплексный подход: контролировались характеристики сырья, энергозатраты и параметры процесса с помощью телеметрической системы. Система передавала данные в Telegram бот, затем их обрабатывали в JSON, экспортировали в таблицу и анализировали в Matlab. Графики динамики влагопотерь и других показателей помогли оценить энергоэффективность установки. Анализ удельной эффективности позволяет оптимизировать режим сушки. Исследование подтвердило работоспособность прототипа и эффективность методики. Разработанная система сбора данных пригодна для тестирования аналогичных установок, а полученные показатели — для сравнения методов дегидратации и расчётов технико-экономических параметров.

1. Hatami S, Payganeh G, Mehrpanahi A. Energy and exergy analysis of an indirect solar dryer based on a dynamic model. Journal of Cleaner Production. 2020;244. http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118809

2. Jaszczur M, Dudek M, Rosen MA, Kolenda Z. An analysis of integra tion of a power plant with a lignite superheated steam drying unit. Journal of Cleaner Production. 2020;243. http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118635

3. Azaizia Z, Kooli S, Hamdi I, Elkhal W,Guizani AA. Experimental study of a new mixed mode solar greenhouse drying system with and with out thermal energy storage for pepper. Renewable Energy. 2020;145:1972–1984. http://doi.org/10.1016/j.renene.2019.07.055

4. Мякиньков АГ. Расчет кинетики сушки зерна кукурузы (изучение гигроскопических свойств и особенностей конвективной сушки зерна кукурузы). Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. 2000(2):444.

5. Мирзаева МА, Мухтасархон АК. Технология сушки абрикосовых сортов, пригодных для сушки. UNIVERSUM: Технические Науки. 2020;12(81):90–92.

6. Petković M, Filipović V, Filipović I, Lukyanov A, Studennikova S. Modeling of carrot thin layer convective drying process. IOP Confer ence Series: Materials Science and Engineering. 2021;1029:012046. http://doi.org/10.1088/1757-899X/1029/1/012046

7. Кенжеханова М.Б., Мамаева Л.А., Ветохин С.С., Тулекбаева А.К. Разработка технологии изготовления яблочных чипсов на основе результатов оценки технологических и потребительских свойств исходного яблочного сырья. Вестник Алматинского технологического университета. 2024;144(2):43–53. https://doi.org/10.48184/2304-568X-2024-2-43-53

8. Зайченко Д.А., Петюшев Н.Н., Евтушевская Л.В., Уложинова М.Ю., Гоман Д.И., Станкевич О.Н. Разработка двухстадийной технологии сушки ягод и фруктов. Пищевая промышленность: наука и технологии. 2023;16(4):53–60. URL: https://foodindustry.belal.by/jour/article/view/626 (дата обращения 26.06.2026)