Вход в личный кабинет | Регистрация
Избранное (0) Список сравнения (0)
Ваши покупки:
0 товаров на 0 Р
Итого: 0 Р Купить

Рацион при сушке: какие продукты можно, а какие нельзя, как правильно питаться при сушке

Содержание

Питание для сушки | Как питаться правильно

Чтобы сформировать красивый мышечный рельеф перед соревнованиями, бодибилдерам нужна специальная диета и особая система тренировок. Эта фаза в тренировочном цикле называется сушка. Диета подойдет не только спортсменам, но и обычным мужчинам, которые хотят похудеть, не теряя мышечной массы.

Каким должно быть питание на сушке


Рацион питания для мужчин при сушке включает в себя повышенное содержание белка, а количество углеводов и жиров уменьшается. При диете соблюдаются следующие правила:

  • питаться надо 5-6 раз в день;
  • завтрак обязателен;
  • ужин должен быть легким и малокалорийным;
  • употребление белков 2,5 г на 1 кг веса спортсмена;
  • углеводы 2 г на 1 кг веса – в начале диеты пока организм привыкает, в конце – 1 г на 1 кг веса;
  • жиры 0,5 г на 1 кг массы тела;
  • вода рассчитывается по формуле 30 мл умножить на вес спортсмена;
  • калорийность 1300-1500 Ккал в день;
  • употребление соли свести до минимума.

Соблюдение данных правил поспособствует уменьшению подкожного жира, но при этом сохранится мышечная масса. Такой эффект достигается за счет уменьшения в меню углеводов и жиров, а количество белков, наоборот, увеличивается.

Белки должны быть разнообразными, легкоусвояемыми и составлять 70% от всех продуктов в дневном рационе.

Углеводов допускается 20% от дневной нормы всех продуктов, причем это должны быть сложные углеводы в виде круп или хлеба грубого помола.

Фрукты можно только в первую неделю в качестве перекуса, пока организм привыкает к переменам.

Отказываться от углеводов совсем нельзя. Их полное отсутствие и большое потребление белка приводит к образованию избыточного количества кетоновых тел, к повышению кислотности крови и как результат – сбой в работе почек и печени.

Жиры животного происхождения – исключить. Можно растительные масла, которые должны составлять 10% от всего дневного рациона.

За 30 минут до еды надо выпивать стакан чистой не газированной воды. А также ускоряет процессы метаболизма и помогает избавиться от излишков жира несладкий зеленый чай с имбирем.

КБЖУ рассчитывается с учетом интенсивности тренировок, возраста, веса и роста. Ежедневно надо следить за своим весом и записывать результат. За неделю потеря веса должна составлять от 600 г до 1 кг. Если больше 1 кг ушло за неделю, надо добавить углеводов. Если меньше 600 г, то углеводы надо убавить. За 2 месяца сушки можно потерять 8 кг веса. Эффективность сушки зависит не только от диеты, но и от тренировок и режима дня. Надо давать время мышцам на восстановление, соблюдая график тренировок: один день — занятия, один день — отдых. Слишком изматывающая нагрузка уменьшит мышечную массу. Время продолжительности занятий надо увеличивать, а интенсивность снижать. Вес для силовых упражнений подбирается так, чтобы мышцы были в тонусе. Слишком большая нагрузка может привести к травмам.

Какие продукты необходимо включить в меню?

При соблюдении принципов питания, во время сушки тела, блюда должны быть как можно более разнообразными. Для поддержания мышечной массы нужны разные виды белка. Подойдут для составления меню, например, филе курицы или индейки, кролик, нежирные сорта рыбы, обезжиренные молочные продукты, яичный белок. Продукты можно варить, запекать или готовить на пару. Молочные продукты, каши и фрукты лучше употреблять в первой половине дня. Во второй половине дня – курица или рыба с овощами, с низким содержанием крахмала (редиска, огурцы, капуста). В день тренировок в рационе должны быть сложные углеводы для энергии. А вот в день отдыха, углеводы можно уменьшить.

Наша компания General Food поможет вам в достижении вашей цели, возьмет всю заботу о вашем питание на себя. Готовый рацион «Похудение 1300» подойдет для мужчин, решивших заняться своим телом и пройти фазу сушки.

Пример меню на день:

Ккал – 1356.

Белки – 94,1.

Жиры – 57,3.

Углеводы – 115.

Завтрак:

Каша овсяная на воде с арахисовой пастой и миндалем – 250 г, 281 ккал:

Б – 7,8 г.

Ж – 8,5 г.

У – 43,3 г.

Второй завтрак:

Сэндвич на цельнозерновом хлебе с индейкой – 170 г, 266 ккал:

Б – 17,7.

Ж – 9,8 г.

У – 26,6 г.

Обед:

Паровые котлеты из индейки с чечевицей, брокколи и томатным соусом – 270 г, 368 ккал:

Б – 31,2 г.

Ж – 12,5 г.

У – 3,5 г.

Полдник:

Салат Капрезе с соусом Грин – 150 г, 239 ккал:

Б – 11,9 г.

Ж –18,9 г.

У – 5,2 г.

Ужин:

Запеченная теска с отварной брокколи и соус сливочно-грибной – 270 г, 202 ккал:

Б – 25,5 г.

Ж – 7,6 г.

У – 7,4 г.

Вам не надо высчитывать КБЖУ, не надо ломать голову над тем какие блюда и как приготовить, не надо ходить за продуктами и стоять у плиты. Все это за вас сделали наши специалисты. Диетологи высчитали нужное соотношение КБЖУ, придумали и составили меню на 30 дней. Наши повара вкусно приготовят и красиво оформят блюда для вас. Мы дорожим своей репутацией и закупаем только свежие продукты.

Правильное питание для бодибилдеров General Food не содержит усилителей вкуса, ГМО, консервантов. Рецепты разрабатываются при участии фитнес-тренеров и диетологов, содержат все необходимое, чтобы «слить» воду и сформировать красивый рельеф. Вкусные блюда с мясом и птицей высшего качества, цельнозерновым хлебом, фермерскими овощами и фруктами приготовлены на ресторанном уровне. Идеальное тело строится долго — оставьте себе спорт, а вопросы питания доверьте нашим экспертам.

Наши менеджеры готовы дать ответ на любой ваш вопрос. Сделайте заказ в General Food пп рацион на 2300, и мы доставим еду для вас.

Мы поможем реализовать ваши планы и задумки. Хотите красивую фигуру перед пляжным сезоном, приступайте к занятиям, а мы позаботимся о вашем питание.

Питание при сушке тела

Люди, которые всерьез взялись за свою фигуру, понимают, что для достижения совершенства недостаточно только спорта или только диеты – их нужно совмещать. А чтобы достичь красивого рельефа мышц, который будет виден окружающим, а не скрыт под плотным слоем жирка, нужно обратиться к белковой диете для сушки – именно это тот самый шаг, который позволит вам обрести желаемый результат. Разумеется, силовая нагрузка в этом играет важнейшую роль – ведь без нее у вас просто не будет мышц, которые стоит показывать.

Программа питания для сушки

К сожалению, очень сложно описать правильное питание для сушки, которое бы подходило каждому. В рационе должно быть максимум белков и минимум – жиров и углеводов, но точные показатели этого можно высчитать только исходя из ваших конкретных параметров: роста, веса, объема физической нагрузки и типа телосложения. Все это вам предложат в любом хорошем фитнес-клубе.

Рассчитать диету приблизительно можно и самим: на 1 кг вашего веса в сутки нужно употреблять 2-2,5 г белка, около 1-1,5 г углеводов и 0,5-1 г жира (это максимальные рекомендуемые показатели для женщин).

Вы не сможете правильно провести сушку, если не будете вести дневник питания и заранее планировать то, что нужно будет кушать. В этом вам помогут интернет-сервисы, где можно бесплатно завести дневник питания и таким образом легко подсчитать нужное соотношение продуктов.

Питание при сушке тела

Если вы действительно на это решились, будьте готовы к тому, чтобы идти по этому пути до конца, ведь рацион питания при сушке не слишком похож на то, чем привык питаться обычный человек, а придерживаться его нужно несколько месяцев. Кроме смены продуктов, вам предстоит еще и отслеживать каждый малейший кусочек, который вы отправляете себе в рот – в этой диете срывов быть не может. Только в этом случае организм начинает трудоемкий процесс по высвобождению энергии из жировых отложений, отчего вы обретаете стройный, эффектный стан.

Самые главные принципы питания во время сушки заключаются в следующем:

  1. Исключение насыщенных жиров (практически полное, что важно для диеты сушки). Для того чтобы заставить организм сжигать жиры, отложенные на теле, нужно исключить их поступление с пищей. Для этого полностью исключаются такие продукты, как сало, жирные сорта мяса (свинина, баранина), сливки, мороженое, сливочное масло, сметана, все твердые и полутвердые сыры, а также десерты (кроме желе и тех, в которых жирность очень низкая). Жиры в питании могут быть лишь растительные (рыбий жир, льняное масло) и то ограниченно.
  2. Отказ от простых углеводов. Это самое сложное в диете для сушки мышц, ведь сюда относятся то, что мы привыкли есть часто: большинство фруктов, картофель, все хлебобулочные изделия, сладости, выпечка, кондитерские изделия, а также все виды бобовых. Разрешены только рис, макароны из твердых сортов, овсяная и гречневая крупа, поскольку в этих продуктах сложные углеводы. Безуглеводная диета на сушке не даст результатов, если игнорировать этот пункт.
  3. Основное дополнение к белкам – овощи. Для поддержания организма, который будет страдать на чисто белковом рационе, важно включить много овощей, которые подарят энергию и избавят от чувства голода. Кушать их можно свежими, отварными, приготовленными на пару или запеченными.
  4. Режим питания при сушке гласит: чем больше времени на часах – тем легче рацион. Основные калории нужно получать за завтраком и обедом, а полдник и ужин должны быть максимально легкими, состоящими только из белковых продуктов и овощей. Есть нужно не менее 4-5 раз в день, а лучше больше – так вы разгоните метаболизм. Последний прием пищи примерно за час-два до сна.

Если вы профессионально занимаетесь спортом, ваш тренер сможет рекомендовать вам дополнительное спортивное питание – например, жиросжигатели или протеиновые добавки, которые позволят получать с пищей не весь белок, а около 50-75%.

 

Как правильно питаться на сушке — рацион и диета для сжигания жира | Фитсевен

Питание на сушке всегда подразумевает низкоуглеводную диету — именно за счет ограничения углеводов тело переходит в режим сжигания жира. Однако для того, чтобы подсушиться без потери мышц необходимо следить за количеством белков и жиров в рационе — не урезая их слишком резко.

На практике составление диеты для сушки начинается с включения в рацион полезных жиров — например, различных орехов и оливкового масла. При этом насыщенные животные жиры, как и быстрые углеводы, рекомендуется ограничить. Какие продукты можно есть на сушке, а какие — нельзя?

// Как рассчитать питание на сушке?

Один из главных мифов сушки — необходимость употребления большого количества белка. Однако исследования говорят о том, что избыточное количество протеина в питании вовсе не обязательно для сжигания жира — тогда как стоимость белковых калорий является наиболее высокой.

Для просушки тела без потери мышц достаточно 2-3 г протеина на килограмм сухой массы тела (то есть, за вычетом жировой массы, фактически не требующей энергии). Остаток калорий дешевле получать за счет правильных жиров и углеводов с низким гликемическим индексом.

При этом пропорции углеводов в рационе на сушку обычно варьируются — повышаются в дни тренировок (особенно, при силовом тренинге) и сокращаются в дни отдыха. В противном случае организм переходит в катаболический режим, начинается потеря мышц и снижается гормональный уровень.

// Читать дальше:

Пропорции для составления рациона

Соблюдать строгую безуглеводную диету на сушке чаще всего не рекомендуется, поскольку это ведет к потери гликогена — а без него сложно сохранить объем и силу мышц. Напомним, что источником гликогена являются углеводы в питании, и тело не может синтезировать его из белков или жиров.

Кроме этого, питание для жиросжигания без потери мышц требует снижения суточной калорийности не более, чем на 15-20% — опять же, в рамках недели. То есть, в дни тренировок можно употреблять больше углеводов и больше калорий — сильнее их сокращая в прочие дни.

// Читать дальше:

Безуглеводная сушка

Употребление углеводов на сушке должно отвечать двум условиям — во-первых, обеспечить их усвоение именно гликогеновыми депо мышц, а не жировой тканью; во-вторых, минимизировать связанную с углеводами задержку жидкостей в организме, что в буквальном смысле позволит «подсушить» рельеф.

Первое условие будет выполняться при контроле за гликемическим индексом углеводов и временем их употребления — например, сушка допускает быстрые углеводы исключительно после тренировки. В остальное время дня углеводы с высоким ГИ могут употребляться только в случае соблюдения циклической кето диеты и в дни загрузки.

// Лучшие диеты для сушки:

Что можно есть, а что — нельзя?

Содержащая глютен пшеница и белый шлифованный рис — это продукты, способствующие образованию слизи в желудке и запрещенные при питании на сушке. Также формированию застойных эффектов и «разбуханию живота» зачастую способствуют молоко и молочные продукты.

Диета на сушку допускает свежие овощи и крупы, не разваривающиеся при умеренной варке — например, ячмень (перловая крупа), гречку, киноа, рожь и просо. При этом употребляться подобные крупы должны лишь в период углеводного окна после силовой тренировки.

// Читать дальше:

Простая диета для сушки

Рацион питания на сушке требует минимизации животных жиров. Однако полностью отказываться от насыщенных жиров также не рекомендуется, поскольку это понизит уровень выработки тестостерона, ухудшит процессы обмена веществ, а также сделает суставы и связки более хрупкими.

Идеальным выбором «жирового» рациона для сушки станет кокосовое масло в умеренных количествах — в силу особой структуры организм практически не способен использовать его для формирования запасов. Также допускаются легкие растительные масла (оливковое, кукурузное, горчичное, сафлоровое, льняное).

// Читать дальше:

Витамины и минералы

Помните и о том, что низкоуглеводное питание ограничивает употребление фруктов и овощей (источников клетчатки, витаминов и минералов) — тогда как во время сушки потребности тела в нутриентах увеличиваются. Именно поэтому важно не отказываться от углеводов, а контролировать их качество.

Наиболее важными минералами для спортсменов являются цинк, железо и магний (регулирующие энергетические процессы в теле), а также йод (связан с работой щитовидной железы и выработкой жиросжигающих гормонов). Нормы их дневного употребления возрастают при тренировках для похудения.

// Читать дальше:

***

Диета для сушки без потери мышц подразумевает ограничение быстрых углеводов и животных жиров, а также контроль за суммарной калорийностью питания. В дни тренировок калорийность и пропорции углеводов в рационе должны быть выше, а в дни отдыха — ниже.

Как прийти в форму до лета: главные советы | Vogue Ukraine

Когда проглядывает первое весеннее солнце и хочется сбросить пуховики, мы вспоминаем о хранящихся под ними «зимних запасах». Мастер спорта международного класса, спортсменка Международной федерации бодибилдинга и фитнеса (IFBB) в категории фитнес-бикини, чемпионка мира, Европы и Украины Кристина Токарева рассказывает, как привести тело в порядок за три весенних месяца, потеряв лишнее, а не важное.

Что такое режим сушки

Слово «сушка» слышали даже те, кто далек от спорта: эта процедура обязательна для участников соревнований по бодибилдингу и фитнесу. Неспециалисты считают ее чем-то вроде суровой диеты, на которую можно присесть перед важным мероприятием, а потом забыть, как страшный сон. Что из этого обычно получается, расскажу на примере: одна моя знакомая решила подсушиться ко дню рождения. Она резко ограничила калорийность питания, прекратила перекусывать, начала больше гулять — в общем, воспользовалась стандартными рекомендациями по похудению. В день Х весы-анализаторы показали потерю веса в 2 кг, но уточнили, что бОльшая часть потерянного — мышечная масса.

Это классическая ситуация, в которую попадают те, чье знакомство с «сушкой» не зашло дальше запоминания самого термина. Задача самой процедуры — убрать подкожный жир и сохранить мышечную массу, а результат достигается за счет специальной диеты и высокоэффективных тренировок. Обе составляющие одинаково важны для правильного хода процесса и по отдельности не работают. Поэтому сегодня говорим о том, что такое сушка и как адаптировать суровый спортивный режим питания для пользы «гражданского» организма, а дальше — о физических нагрузках и правильном отдыхе.

Кому подходит сушка

Сушка позволяет обрести не просто стройное тело, а спортивный, подтянутый вид с рельефными, прорисованными мышцами. Если вас интересует фитнес-фактура – проступающие бицепсы, кубики на животе и четкие объемные икры, то читайте дальше (поклонницам округлостей и плавных изгибов нужны совсем другие методы поддержания формы). Спортсмены используют сушку исключительно для подготовки к соревнованиям: это серьезная нагрузка, которую вынесет только подготовленный организм и в исключительных случаях.

Сушка возможна только при наличии развитой мускулатуры, а значит – серьезной работы над собой в анамнезе. Мышцы могут быть скрыты под небольшим слоем «утеплителя», но их наличие обязательно. Если у вас астенический тип телосложения, сушка только ухудшит ситуацию. Лишний вес, даже при наличии мышечной массы – тоже противопоказание, которое нужно предварительно устранить. Оценить развитость мышц поможет опытный тренер и/или весы-анализатор, а когда ни того, ни другого нет, действует правило: если в последние полгода вы тренируетесь 3-4 раза в неделю, то начинайте сушиться, если сутками сидите за компьютером, то сначала оформите ВНЖ в спортзале.

Сколько жира остается

Нормальный уровень жировой массы в женском теле колеблется от 21 до 31% от общего веса, и каждый процентный пункт в этой формуле оправдан нормальным ходом жизненных процессов в организме. Перед соревнованиями спортсменки стремятся довести объем жировой прослойки до минимальных для сохранения здоровья значений. У женщин этот показатель составляет 10-12% – все, что ниже, сопряжено с неприятностями: первым делом страдают эндокринная и репродуктивная системы.

Спортивное телосложение у женщин предполагает 21-24% жира, атлетическое — 14-20%. К этим цифрам и нужно стремиться тем, кто настроился прорисовать свои честно заработанные рельефы. На личном опыте могу сказать, что это вполне достижимые цифры, при условии, что вы готовы к суровому марафону, в котором нет права на разнообразие в еде, читфуд и безделье вместо работы в тренажерном зале. Спортсмен не может пропустить тренировку ни при каких обстоятельствах, а рацион его четко выписан и выверен до миллиграмма. По счастью, в обычной жизни такие подвиги никому не нужны: достаточно разумного повышения нагрузки и пересмотра рациона для перераспределения источников питательных веществ.

Как организм спортсмена переносит сушку

Главное правило спортивной сушки — большое количество белка при сохранении необходимого объема жиров и минимизации (вплоть до полного исключения) углеводов. Универсального «рецепта» здесь нет и быть не может – все зависит от состояния тела и особенностей метаболизма. Например, в моей практике был режим сушки, когда в последние дни перед соревнованиями ежедневный рацион состоял только из отварного хека и 25-30 граммов гречки – все это без соли и каких-либо специй. Плюс интенсивные тренировки на грани возможностей, кардио утром и силовые вечером.

Сказать, что такой режим питания – стресс для организма спортсмена, – значит, промолчать: радикальные перестройки стоят очень дорого, и после приходится бороться с их тяжелыми последствиями – и физическими, и психологическими. Выход из режима после соревнований всегда сопровождается стремительным набором веса – может быть даже +10 кг за неделю. При этом сильно страдает иммунитет, поэтому спортсменам приходится особенно беречь здоровье и избегать малейшей опасности подхватить даже легкую простуду.

На этой предостерегающей ноте предлагаю закончить разговор о суровой спортивной сушке и перейти к обсуждению эффективной стратегии приведения себя в форму без вреда для здоровья.

Что есть, чтобы «подсушиться»

Напомню, единственная рабочая стратегия нормализации веса предполагает создание дефицита калорий: когда траты превышают потребление, организм черпает энергию из «жировых» резервов. Теоретически худеть можно даже на чипсах, но на практике первостепенное значение имеет качество калорий. Питаться только сверхполезной капустой тоже не выход: при недостаточном потреблении белка, помноженном на слабую физическую активность, организм начнет добирать недостающее из мышц, а не из набедренных отложений – именно это произошло с клиенткой, чей случай я рассказала выше.

Первый must – персональный план питания, который позволяет выстроить оптимальное соотношение питательных веществ и помогает всегда держать нужные продукты под рукой. Составить план можно в программе для подсчета калорий вроде FatSecret: она автоматически показывает необходимое количество килокалорий и соотношение БЖУ для выбранной цели. В качестве ориентира держите в уме такую информацию: ежедневно следует употреблять белки в объеме 1,5-2 грамма на килограмм веса, жиры – 1 г на кг (если вес в пределах нормы), углеводы – что остается из суточной нормы калорий после вычета калорий от белков и жиров.

Важно не снижать суточную калорийность до минимальных показателей – это может дать кратковременную потерю веса, но этот рывок организм вам точно не простит. «Разгрузочные» дни тоже не нужны: при правильном режиме питания и качественных продуктах вам совершенно не от чего себя «разгружать». И забудьте о «диетических» продуктах и продуктах с «отрицательной» калорийностью (а-ля грейпфрут и брокколи) – их не существует, также как «полезных» сладостей.

Что есть и пить на «сушке»

Белки берем из рыбы, морепродуктов, мяса, птицы, субпродуктов, яиц. Обязательно употребляем полезные углеводы – в нашем случае это цельные крупы (нешлифованный рис, гречка, перловка, амарант) и  батат. Жиры выбираем полезные: авокадо, орехи, печень трески, сало, рыбья икра, нерафинированные масла (здесь простор для экспериментов – предлагаю попробовать льняное). И, конечно, не забываем про клетчатку, обогащая рацион овощами, – лучше теми, что позеленее.

Что касается жидкости, то тут ничего лучше, чем вода, пока не изобрели. Без обильного питья не обойтись, если вы настроены подсушиться, а не усохнуть. При дефиците жидкости организм начинает воду удерживать, а это сильно усложняет жизнь почкам, которые и без того перегружены освоением ударных доз белка. Объем необходимой жидкости индивидуален и высчитывается по простой формуле «40 мл на килограмм веса». При этом алкоголь исключен, кофе сведен до минимума, черный и зеленый чаи хороши в умеренных количествах, а вот с гречишным и травяными можно не скромничать.

Продолжительность режима сушки для подготовки к спортивным соревнованиям составляет 4-8 недель, а в «домашнем» формате можно ориентироваться на 11-12 недель. До лета времени вполне достаточно – при должном усердии результат будет виден уже к майским праздникам. Приступаем?

Что нужно кушать при сушке тела — Советы от

03.02.2021

Итак, что такое сушка? Это то же, что и похудение. Однако, с обязательным сохранением объёма мышц. Существует интенсивная сушка, которой занимаются в основном спортсмены и бодибилдеры. А также — простая сушка для того, чтобы убрать лишние килограммы и объёмы и продемонстрировать всем, что у Вас имеются красивые мышцы.

Что выполнять, если Вы находитесь на сушке тела?

  • Конечно же, первое и самое главное, что отличает сушку от обычной диеты — это наличие постоянных физических упражнений. Или же профессиональные занятия спортом.
  • Питьевой режим. Существует мнение, которым даже пользуются некоторые тренера, о том, что при сушке воды нужно пить просто как можно меньше. Но это совсем не так! Ограничив себя в воде, можно добиться очень плохих результатов и даже получить отёки. Напротив, пейте много воды — 2 литра ежедневно являются обязательными, в дни тренировок — 3 литра.
  • Правильный почасовой рацион питания. Самое важное здесь — придерживаться правила дефицита калорий. Это значит, что употребить Вам нужно меньше, нежели потратить.

Что кушать, когда “сушишься”?

Продукты в рационе всех худеющих вместе со спортом должны включать в себя:

  • В первую очередь — белки. Именно они помогут мышцам расти. Белки содержатся в:
    • Нежирной говядине. Здесь содержится креатин, он необходим для сил мышц. Однако, есть мясо постоянно не стоит, расщепляется оно долго;
    • Куриной грудке: содержит меньше калорий и жира, нежели окорочка;
    • Твороге. Старайтесь добавить с свой рацион творог не жирнее, чем 5%.
    • Протеине — отличная замена перекусов. Его также можно разбавлять с молоком, смузи или йогуртом. Советуем брать казеиновый или сывороточный протеин.
  • Углеводы. Да, они также необходимы организму при сушке, к примеру, для хорошего уровня энергии на тренировке. В чём содержаться:
    • Фруктах и ягодах. Советуем употребить утром после сна либо перед тренировкой для того, чтобы простые углеводы имели возможность сгореть.
    • Овсянке. Лучше всего использовать геркулес;
    • Макароны. Только из цельнозерновой муки, а не из обычной белой пшеничной. Варите их не более 5-7 минут.
    • Овощи. Это то, без чего на сушке не обойтись. Картофель, свекла, капуста, огурцы, брокколи, сельдерей и другие.
    • Бурый рис (он сохраняет чувство сытости дольше, чем круглозёрный, хотя их можно и миксовать) или гречка.
    • Бобы (если Ваш желудок хорошо с ней справляется). Это ещё и растительный белок. Лучше усвоится в качестве гарнира к птице или мясу (нут, горох, чечевица, фасоль).
  • Полезные жиры. Без них организм не сможет выработать нужные ему гормоны. Где взять:
    • Орехи. Сюда входят жиры Омега-6. Но не забывайте внимательно рассчитать калории, ведь если съесть орехов больше нормы, то можно пойти не в ту сторону. Итак, включаем в рацион грецкий орех, миндаль, фундук и др.
    • Масло растительное. Опять же, незаменимый Омега-6, а также Омега-3 (льняное) — это нужное при сушке заживление повреждённых тканей. Рафинированное подсолнечное отлично подойдёт для тушки, а льняное, виноградной косточки, оливковое — для готовых блюд и салатов.
    • Жирная рыба (форель, лосось). От двух раз в неделю. Также рекомендуем рыбий жир в капсулах.
  • Итак, мы выяснили, что сокращать количество выпитой воды нельзя. Но если при сушке вы захотите вывести из организма лишнюю жидкость, то добавьте в рацион натуральные продукты с эффектом диуретиков. К примеру, спаржу или огурцы.

Чего употреблять не стоит?

  • Вредные жиры. Откажитесь также от жареного.
  • Простые углеводы.
  • Соль. Старайтесь с ней не перебарщивать, ведь она способствует задержанию воды в организме.

Именно исключив эти элементы из своей программы питания, Вы сможете похудеть без потери мышц и нужных гормонов.

Конечно же, это не весь список продуктов, но об основных Вы теперь в курсе.

Пример дневного рациона при сушке (похудении, для женщин) от Lightfood

Пример дневного рациона при сушке (набор массы, для мужчин) от Lightfood

Специалисты LightFood уже давно занимаются разработкой полных дневных и недельных рационов как для похудения, так и для набора массы у мужчин и женщин. Закажите нашу доставку на месяц и Вы уже гарантированно увидите нужные Вам результаты!

меню по дням на диете плюс рецепты, составление правильной программы с учетом продуктов, которые можно и нельзя есть

Питание на сушке тела помогает уменьшить количество жира без потери мышц.

Это строгий стиль питания, который подходит для атлетов, регулярно выполняющих силовые упражнения.

Профессиональные бодибилдеры соблюдают такую диету накануне соревнований, чтобы сделать мышцы более четкими и рельефными. А любители спорта «сушатся», чтобы сделать тело более привлекательным.

Общие правила составления рациона и правильного режима на время программы жиросжигания

Далеко не все новички знают, как правильно питаться при сушке. Во время диеты стоит больше потреблять белковой пищи, а процент длинных углеводов и жиров нужно максимально уменьшить. Белковую диету по-другому называют кетоновой.

Когда спортсмен снижает уровень углеводов, которые насыщают энергией, организм начинает израсходовать жировые запасы. Это строгая программа питания, которая требует соблюдения ряда правил, иначе сушка не будет эффективной, а в худшем случае ухудшит состояние здоровья. Атлет должен знать, какие продукты можно есть, а какие – нет, в каком количестве, когда.

Основы питания при сушке:

  • создайте план питания, распишите меню по дням;
  • постепенно сокращайте калорийность рациона до 30%;
  • периодически взвешивайтесь, чтобы контролировать процесс жиросжигания;

Важно! Если за месяц спортсмен теряет от 1 до 3 кг, то все в порядке.

  • создавайте дефицит калорий за счет быстрых углеводов, животных жиров;
  • правильное питание во время сушки должно быть сбалансированным. Доля жиров составляет от 10 до 25%, а углеводов (преимущественно сложных) – от 30 до 40%;
  • принимайте поливитаминные комплексы для сохранения мышц, поддержания здоровья организма;
  • употребляйте белковую пищу (1,5-2 г на 1 кг) и спортивные добавки на основе протеина. Это необходимо, чтобы ускорить рост мышечной массы;
  • ешьте побольше овощей, которые богаты на клетчатку;
  • за день пейте от 2 л воды, чтобы ускорить метаболические процессы и сжигание жира.

Диета плюс тренировки помогут сделать мышцы рельефными, уменьшить жировую прослойку.

Также атлету необходимо рассчитать калорийность рациона с учетом БЖУ. Если вы не знаете, как это сделать, то доверьте расчет калорий диетологу.

Спортсмен должен соблюдать режим приема пищи. Рекомендуется есть от 5 до 6 раз за день с интервалом в 3 часа. Еда принимается маленькими порциями, но благодаря коротким промежуткам, пища быстрее усваивается, а человек не чувствует голода.

Обязательно посмотрите:

Что можно и нельзя есть во время жиросжигания: список разрешенных и запрещенных продуктов

Как упоминалось ранее, атлет должен знать, что можно есть на сушке, и от каких продуктов нужно отказаться.

Нужно исключить из меню сладости (например, мороженое, конфеты, пирожные, торты), продукты из пшеничной муки. Другие запрещенные продукты: коровье масло, магазинные соусы, пищу, богатую на животные жиры, полуфабрикаты, консервы, копчености и другие обработанные продукты. От жареных блюд тоже лучше отказаться.

Новички интересуются вопросом о том, что едят при белковой диете. Отварная, паровая, тушеная, запеченная (без масла) пища не запрещена.

Вопрос о том, какие продукты едят при сушке, актуален. Например, популярный соевый соус можно сочетать с белковой пищей, если он содержит натуральные компоненты.

Некоторым атлетам тяжело отказаться от газировок. Однако они вредны для здоровья, заменить их лучше травяными чаями, отваром шиповника, свежевыжатыми соками. В минимальном количестве разрешено кофе, чай, напитки без дрожжей.

Мед – тоже сомнительный продукт при диете, так как он богат сахарами. Иногда продукт содержит антибиотики. Вместо меда лучше есть грецкие орехи, миндаль, кешью.

Это интересно! Арахис ускоряет выработку азота и насыщение тканей полезными веществами.

1 раз в неделю атлет может полакомиться минимальным количеством зефира, халвы, пастилой, мармеладом (желательно домашнего приготовления).

Список белковых продуктов, разрешенных при сушке:

  1. Белое и красное мясо (индюшатина, курятина, крольчатина, телятина, говядина).
  2. Яйца.
  3. Грибы.
  4. Морская рыба.
  5. Морепродукты (кальмар, креветки, устрицы).
  6. Ламинария.
  7. Семена подсолнуха, тыквы, льна, кунжута.
  8. Бобовые.
  9. Молоко с жирностью от 1,5 до 2,5%.
  10. Кефир, натуральный йогурт (до 2,5%).
  11. Творог, твердый сыр (несоленый).

Углеводные продукты, разрешенные при диете:

  1. Коричневый рис, макароны из ржаной муки, просо, киноа, гречка являются источниками сложных углеводов.
  2. Овсянка, авокадо, морковка, сухие фрукты насыщают мышцы энергией.

Атлеты интересуются тем, какие фрукты употреблять при сушке. Яблоки зеленого цвета полезны для спортсменов. Также стоит включить в меню грейпфрут и другие цитрусовые, киви, груши, бруснику, клюкву, смородину и другие ягоды кислых сортов.

Дыни, арбузы можно потреблять в ограниченном количестве, так как они полезны для иммунитета. Бананы обычно не разрешено есть при сушке, так как они богаты на крахмал. Однако эти фрукты содержат много магния, избавляют от голода на 2 часа и улучшают настроение. Поэтому иногда их можно есть.

Сырые овощи – это полезные продукты, которые нужно есть во время диеты. На их расщепление организм израсходует больше энергии, чем они дают. Поэтому можно пополнить рацион капустой, паприкой, кабачками, помидорами, шпинатом, листовым салатом.

Это основные продукты, которые можно кушать при сушке, не нарушая процесса жиросжигания.

Меню и план еды на месяц по дням с рецептами

После того как атлет знает, что можно, а что нельзя есть, он может приступить к составлению программы питания.

Существует меню на месяц при сушке, которое позволяет снизить вес. Правда, начинать диету нужно осторожно, постепенно увеличивая количество белков и снижая долю углеводов и жиров.

Диета на 4 недели при сушке:

  1. 1 этап длится 4 недели. Пропорции БЖУ выглядят так: 50%:20%:30%. Меню на каждый день может отличаться, но выглядит оно примерно так:
  • завтрак: 200 г творога, 2 диетических хлебца с арахисовой пастой, 1 фрукт;
  • ланч: яблоко, горсть миндальных орехов;
  • обед: 200 г паровой рыбы, 100 г гречки, 100 г салата, заправленного растительным маслом;
  • полдник: 200 мл кефира, 2 галетных печенья;
  • ужин: 150 г отварной курятины, 100 г паровых овощей, 100 г перловки.

Вопрос о том, что нужно есть после тренировки, актуален. После занятий можно съесть тушенные овощи.

  1. На 2 этапе процент углеводов сокращается максимально. Пропорции БЖУ: 70%:20%:10%. Длительность этапа – 1 неделя. Медленные углеводы рекомендуется потреблять до 14:00. Следует отказаться от тостов, фруктов, порцию каш уменьшить. Блюда должны быть разнообразными. Все остальное, как на предыдущем этапе.
  2. На 3 этапе нужно вывести влагу из организма и полностью исключить углеводы. Спортсмен должен пить дистиллированную воду. Количество остальных продуктов ограничивается. Пример меню одного из дней недели:
  • завтрак: 120 г овощного салата, 7 отварных белков, 1 ст. ложка каши;
  • ланч: 2 ст. ложки отварной крупы, 120 г мяса, 1 овощ;
  • обед: 200 г паровой рыбы, овощная нарезка;
  • на полдник можно принять белковый напиток;
  • ужин: 200 г отварных морепродуктов, зелень.
  1. На 4 этапе нужно восстановить количество длинных углеводов. Диету стоит соблюдать 5-6 дней. Примерное меню можно подсмотреть на 1 этапе.

Важно! Девушки при сушке должны более постепенно сокращать углеводы в рационе, однако уровень нутриента все равно немного выше, чем у парней.

Рецепты блюд при сушке помогут сделать рацион разнообразным:

  1. Весенний салат:
  • измельчите кинзу (на вкус), перемешайте с 3 г сухих водорослей;
  • нарежьте кубиками 50 паприки, измельчите 150 г пекинки;
  • перемешайте овощи, заправьте 20 мл натурального йогурта, ¼ ч. ложки дижонской горчицы.
  1. Суп-пюре из креветок:
  • чашу блендера натрите чесноком, налейте туда 200 мл рыбного бульона;
  • отправьте в жидкость 80 г вареных креветок, взбейте блендером;
  • подогрейте суп, добавьте лавровый лист и 1 ч. ложку сока лимона.
  1. Курица по-грузински:
  • нарежьте полосками 200 г куриного филе, 1 паприку;
  • залейте овощи 10 мл сока лимона, оставьте на 1 час. В маринад можно добавить зелень, немного лука или чеснока;
  • залейте мясо с маринадом 20 мл йогурта;
  • выпекайте 60 минут при 160°.
  1. Смузи из огурцов:
  • положите в чашу блендера 200 мл кефира, 100 г огурца, взбейте;
  • добавьте в напиток щепотку соли, измельченную зелень.

Эти рецепты можно вводить в меню диеты при сушке.

Добавки и жиросжигатели для ускорения процесса

Ускорить процесс жиросжигания и поддержать организм помогут следующие добавки:

  1. Витаминно-минеральные комплексы насыщают организм полезными веществами. Принимают их утром во время или после завтрака.
  2. Сывороточный протеин восстанавливает мышцы после занятий, стимулирует их рост, ускоряет метаболизм и жиросжигание. Принимают добавку утром, до и после тренировки, а также перед сном.
  3. Глутамин активирует выработку гормона роста, снижает боль после занятий, защищает мышцы от разрушения, повышает силы и выносливость. Принимают его после тренинга.
  4. Креатин восполняет энергетические запасы, улучшает работу мышц, ускоряет их восстановление и рост.
  5. CLA содержит жирные кислоты Омега-3. Эта добавка ускоряет похудение без потери мышечной ткани.
  6. Аминокислоты ВСАА помогают быстрее сжечь жиры, насыщают энергией, ускоряют восстановление мышц. Принимают их до и после занятий.
  7. Экстракт зеленого чая уменьшает концентрацию холестерина, нормализует функции кишечника, ускоряет метаболизм, жиросжигание, предупреждает рак. Во время приема таблеток нужно пить много воды, так как его компоненты обладают выраженным мочегонным эффектом.
  8. Рыбий жир снижает уровень холестерина, предупреждает воспалительные процессы, ускоряет сжигание жира. Принимают капсулы во время еды.
  9. Донаторы окиси азота ускоряют рост мышц, повышают силы, ускоряют кровообращение. Принимают добавку на голодный желудок.

Также атлеты нуждаются в препаратах для устранения боли в суставах. Средства на основе хондроитина, глюкозамина, коллагена помогают избежать проблем тяжеловесам.

Авторитетное мнение

Профессиональные тренеры, бодибилдеры и фитнес-модели утверждают, что сушка – это ответственный процесс, во время которого нужно постоянно контролировать калорийность, соотношение БЖУ. Поэтому новичкам рекомендуется переходить на такой режим только под руководством тренера. Только в таком случае сушка пойдет им на пользу и не навредит здоровью.

Алексей Павлов, тренер

Известный фитнес-тренер утверждает, что сушка – это жесткий режим, который подходит только спортсменам или полностью здоровым людям. Он советует постепенно переходить на диету, контролировать пропорции БЖУ, не забывать о питьевом режиме, принимать витамины, минералы и спортивные добавки. Начинающим атлетам лучше первый раз «сушиться» под контролем личного тренера.

Алексей Бочаров, спортсмен-культурист

Чемпион России по бодибилдингу неоднократно проходил сушку перед соревнованиями, о чем свидетельствуют его стальные мышцы, которые четко видно под кожей. Опытный атлет напоминает, что во время сушки нужно постоянно контролировать калорийность рациона с учетом пропорций БЖУ. Если человек не знает, как вычислить пищевую ценность меню, то перед диетой ему нужно определить, сколько калорий, а также белков и углеводов он обычно съедает.

Бодибилдер утверждает, что во время занятий спортсмен должен съедать обычное количество калорий и углеводов, а в бестренировочные дни их нужно сократить. Но нельзя урезать калорийность рациона ниже, чем на 15-20%, так как существует риск повышения уровня лептина и кортизола, которые разрушают мышцы.

Екатерина Усманова, фитнес-модель

Чемпионка России по фитнес-бикини выделила такие правила сушки:

  1. Плавно сокращайте углеводы и жиры, а также увеличивайте количество белков.
  2. Принимайте пищу от 5 раз за день порциями не более 250-400 г.
  3. Пейте от 2 л воды.
  4. Употребляйте от 10% жиров за сутки.
  5. Принимайте препараты на основе витаминов и минералов.
  6. Чередуйте кардио- и силовые тренировки.
  7. Проводите сушку 1 раза за год.

При условии соблюдения этих правил, сушка будет безопасной и эффективной.

Полезное видео

Основные выводы

Питание при сушке – это 80% успеха. Чтобы ускорить жиросжигание и пророст мышц, нужно следовать таким правилам:

  1. Вычислите калорийность рациона с учетом БЖУ.
  2. Постепенно снижайте количество углеводов и жиров, увеличивайте долю белков.
  3. Не сокращайте калорийность рациона более чем на 30%.
  4. Регулярно взвешивайтесь, чтобы контролировать процесс похудения.
  5. Откажитесь от простых углеводов и животных жиров.
  6. Принимайте поливитаминные комплексы, спортивные добавки.
  7. Пейте от 2 л воды за день, а во время тренировок и жаркие дни еще больше.
  8. Питайтесь 5-6 раз за день.

Если вы новичок, то первую сушку проводите исключительно под контролем персонального тренера и после консультации с врачом.

Оценка соотношения влажности при сушке яблок конвективными и микроволновыми методами с использованием моделирования искусственной нейронной сети

  • 1.

    Агбашло, М., Кианмехр, М.Х. и Арабхоссейни, А. Моделирование тонкослойной сушки ломтиков яблока в полупромышленном производстве. ленточная сушилка непрерывного действия. Внутр. J. Food Eng. 6 (4), 1–6 (2010).

    Артикул Google ученый

  • 2.

    Антал Т. и Керекес Б. Исследование сублимационной сушки яблок с помощью горячего воздуха и инфракрасного излучения. J. Food Process. Консерв. 40 (2), 257–269 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 3.

    Шалини, Р. и Гупта, Д. Утилизация жмыха от предприятий по переработке яблок: обзор. J. Food Sci. Technol. 47 (4), 365–371 (2010).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

  • 4.

    Адам, К. Л. Варианты обезвоживания пищи. США: Национальная информационная служба по устойчивому сельскому хозяйству . Корпорация Aeroglide, Кэри, Северная Каролина. 919-851-2000 (2004).

  • 5.

    Cheng, L.-S., Fang, S. & Ruan, M.-L. Влияние предварительной обработки бланшированием на характеристики сушки томатов черри и математическое моделирование. Внутр. J. Food Eng.

    11 (2), 265–274 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 6.

    Фунебо, Т., Арне, Л. Л., Кидман, С., Лангтон, М., Скьёльдебранд, К. Термическая обработка яблока в микроволновой печи перед сушкой на воздухе — влияние на физические свойства и микроструктуру. J. Food Eng. 46 (3), 173–182 (2000).

    Артикул Google ученый

  • 7.

    Prothon, F. et al. Влияние комбинированной осмотической и микроволновой дегидратации яблока на текстуру, микроструктуру и характеристики регидратации. LWT-Food Sci. Technol. 34 (2), 95–101 (2001).

    CAS Статья Google ученый

  • 8.

    Изли Н. и Исик Э. Цвет и микроструктурные свойства томатов, высушенных микроволновым, конвективным и микроволново-конвективным методами. Внутр. J. Food Prop. 18 (2), 241–249 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 9.

    Серемет, Л., Ботез, Э., Нистор, О.-В., Андроной, Д. Г., Мокану, Г.-Д. Влияние различных методов сушки на влажность и регидратацию ломтиков тыквы. Food Chem. 195 , 104–109 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 10.

    Люле Ф. и Коюнку Т. Характеристики конвективной и микроволновой сушки плодов сорбуса ( Sorbus domestica L.). Процедура Soc. Behav.Sci. 195 , 2634–2643 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 11.

    Дас, К., Дас, А. и Голдер, А. К. Оптимальность сушки в микроволновой печи геля алоэ вера ( Aloe barbadensis Miller) с использованием методологии поверхности отклика и моделирования искусственной нейронной сети. J. Inst. Англ. India Ser. E. 97 (2), 143–149 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 12.

    Ramzi, M., Kashaninejad, M., Salehi, F., Mahoonak, A. R. S. & Razavi, S. M. A. Моделирование реологического поведения меда с использованием генетического алгоритма — искусственной нейронной сети и адаптивной нейро-нечеткой системы вывода. Food Biosci. 9 , 60–67 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 13.

    Салехи, Ф. и Разави, С. М. Моделирование процесса нанофильтрации сточных вод с использованием искусственной нейронной сети и адаптивной нейронечеткой системы логического вывода. Десалин. Водное лечение. 57 (31), 14369–14378 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 14.

    Камински В., Томчак Э. и Струмилл П. Нейрокомпьютерные подходы к моделированию динамики процесса сушки. Сушка Technol. 16 (6), 967–992 (1998).

    Артикул Google ученый

  • 15.

    Момензаде, Л., Zomorodian, A. & Mowla, D. Экспериментальное и теоретическое исследование сушки шелушенной кукурузы в сушилке с псевдоожиженным слоем с микроволновой печью с использованием искусственной нейронной сети. Food Bioprod Process. 89 (1), 15–21 (2011).

    Артикул Google ученый

  • 16.

    Мовагарнеджад, К. и Никзад, М. Моделирование сушки томатов с использованием искусственной нейронной сети. Comput. Электрон. Agric. 59 (1–2), 78–85 (2007).

    Артикул Google ученый

  • 17.

    ISIRI. Сушеные яблоки. Технические характеристики и методы испытаний. В Сельское хозяйство и продукты питания , Vol. 3612. (ИРАН: Институт стандартов и промышленных исследований Ирана, 2007).

  • 18.

    ISIRI. Фрукты и фруктовые продукты — Пюре из персика, абрикоса, груши, красной сливы, желтой сливы, яблока, киви — Технические характеристики и методы испытаний. В Сельское хозяйство и продукты питания , Vol. 11692. (ИРАН: Институт стандартов и промышленных исследований Ирана, 2011 г.).

  • 19.

    Никбахт, А. М., Мотевали, А. и Минаи, С. Исследование энергии и эксергии тонкослойной сушки плодов граната с помощью микроволн с использованием искусственных нейронных сетей и методологии поверхности отклика. J. Saudi Soc. Agric. Sci. 13 (2), 81–91 (2014).

    Google ученый

  • 20.

    ASAE. Измерение влажности немолотого зерна и семян. (2007).

  • 21.

    Ганбарян Д., Дастджерди, М. Б. и Торки-Харчегани, М. Характеристики массопереноса ломтиков гриба биспорус ( Agaricus bisporus ) при конвективной сушке горячим воздухом. Тепломассообмен. 52 (5), 1081–1088 (2016).

    ADS Статья Google ученый

  • 22.

    Зарейн, М., Самади, С. Х. и Гобадиан, Б. Исследование влияния микроволновой сушилки на энергоэффективность при сушке ломтиков яблока. J. Saudi Soc. Agric. Sci. 14 (1), 41–47 (2015).

    Google ученый

  • 23.

    Акташ, М., Ханлари, А., Амини, А. и Чевик, С. Анализ производительности теплового насоса и сушки тертой моркови с помощью теплового насоса с использованием энерго-эксергетической методологии. Energy Convers. Manag. 132 , 327–338 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 24.

    Динани, С. Т., Хамдами, Н., Шахеди, М. и Хавет, М. Математическое моделирование кинетики сушки ломтиков грибов с помощью горячего воздуха / электрогидродинамики (ЭГД). Energy Convers. Manag. 86 , 70–80 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 25.

    Ши, Q., Zheng, Y. & Zhao, Y. Математическое моделирование тонкослойной сушки с помощью теплового насоса срезов якона ( Smallanthus sonchifolius ). Energy Convers.Manag. 71 , 208–216 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Авхад М. и Маркетти Дж. Математическое моделирование кинетики сушки семян авокадо Хасс. Ind Crops Prod. 91 , 76–87 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 27.

    Бланко-Кано, Л., Сориа-Вердуго, А., Гарсия-Гутьеррес, Л. и Руис-Ривас, У.Моделирование процесса тонкослойной сушки яблок Granny Smith: применение в сушилке с непрямым солнечным излучением. заявл. Therm. Англ. 108 , 1086–1094 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 28.

    Mghazli, S. et al. Характеристики сушки и кинетика солнечной сушки листьев марокканского розмарина. Продлить. Энергетика 108 , 303–310 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 29.

    Кавех М. и Чайян Р. А. Моделирование тонкослойной сушки ломтиков репы в полупромышленной ленточной сушилке непрерывного действия. J. Food Process. Консерв. 41 (2), e12778 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 30.

    Jiang, J., Dang, L., Tan, H., Pan, B. & Wei, H. Кинетика сушки тонкого слоя предварительно желатинизированного крахмала в микроволновой печи. Тайвань инст. Chem. Англ. 72 , 10–18 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 31.

    Rabha, D., Muthukumar, P. & Somayaji, C. Экспериментальное исследование кинетики сушки тонкого слоя призрачного перца чили ( Capsicum Chinense Jacq.), Высушенного в туннельной солнечной сушилке с принудительной конвекцией. Продлить. Энергетика 105 , 583–589 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 32.

    Кукуш, А. et al. Экспериментальное определение эффективного коэффициента диффузии влаги и энергии активации при конвективной солнечной сушке отходов жмыха оливок. Продлить. Энергетика 101 , 565–574 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 33.

    Мулитерно, М. М., Родригес, Д., де Лима, Ф. С., Ида, Э. И. и Курозава, Л. Е. Превращение / разложение изофлавонов и изменение цвета во время сушки окары. LWT Food Sci Technol. 75 , 512–519 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 34.

    Чжу А. и Шен X. Модель и массообменные характеристики конвекционной сушки ломтиков персика. Внутр. J. Тепломассообмен. 72 , 345–351 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 35.

    Aral, S. & Beşe, A.V. Конвективная сушка плодов боярышника (Crataegus spp.): Влияние экспериментальных параметров на кинетику сушки, цвет, усадку и регидратационную способность. Food Chem. 210 , 577–584 (2016).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 36.

    Минаей, С., Мотевали, А., Ахмади, Э. и Азизи, М. Х. Математические модели сушки плодов граната в вакуумных и микроволновых сушилках. J. Agric. Sci. Technol. 14 (2), 311–325 (2012).

    Google ученый

  • 37.

    Дарвиши Х., Хоштагаза М. Х., Наджафи Г. и Наргези Ф. Математическое моделирование сушки зеленого перца в микроволново-конвективной сушилке. J. Agric. Sci. Technol. 15 , 457–465 (2013).

    Google ученый

  • 38.

    Чайжан, Р.А., Каве, М.И Хаяти, С. Моделирование некоторых термических и физических характеристик плодов теребинта в условиях полупромышленной непрерывной сушки. Мера еды. 11 (1), 12–23 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 39.

    Хоштагаза, М. Х., Дарвиши, Х. и Минаи, С. Влияние сушки в микроволновом псевдоожиженном слое на качество, потребление энергии и кинетику сушки зерен сои. J. Food Sci. Technol. 52 (8), 4749–4760 (2015).

    PubMed Статья Google ученый

  • 40.

    echtańska, J., Szadzińska, J. & Kowalski, S. Конвективная сушка зеленого перца с помощью микроволнового и инфракрасного излучения: соображения качества и энергии. Chem Eng Process .: Process Intensif. 98 , 155–164 (2015).

    Артикул CAS Google ученый

  • 41.

    Pu, Y. Y. & Sun, D.W. Комбинированная сушка горячим воздухом и микроволновая печь-вакуум для улучшения однородности сушки ломтиков манго на основе гиперспектральной визуализации распределения влажности. Биосист. Англ. 156 , 108–119 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 42.

    Hasanipanah, M., Amnieh, H. B., Arab, H. & Zamzam, M. S. Возможность использования модели PSO – ANFIS для оценки фрагментации горных пород, образовавшейся в результате взрывных работ. Neural.Comput. Прил. 30 (4), 1015–1024 (2018).

    Артикул Google ученый

  • 43.

    Ван, З., Сун, Дж., Чен, Ф., Ляо, X. и Ху, X. Математическое моделирование тонкослойной микроволновой сушки яблочных выжимок с предварительной сушкой горячим воздухом и без нее. J. Food Eng. 80 (2), 536–544 (2007).

    Артикул Google ученый

  • 44.

    Бейги, М.Сушка яблок горячим воздухом: характеристики обезвоживания и оценка качества. Тепло-массообмен. 52 (8), 1435–1442 (2016).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 45.

    Калета, А., Горницки, К., Виниченко, Р. и Хойнацка, А. Оценка моделей сушки яблок (вар. Ligol), высушенных в сушилке с псевдоожиженным слоем. Energy Convers. Manag. 67 , 179–185 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 46.

    Кара, С. и Доймаз, И. Определение эффективного коэффициента диффузии влаги и математическое моделирование кривых сушки яблочных выжимок. Тепломассообмен. 51 (7), 983–989 (2015).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 47.

    Самади, Ш.Г., Гобадиан, Б., Наджафи, Г., Мотевали, А. и Фаал, С. Сушка ломтиков яблока в комбинированной теплоэлектроцентрали (ТЭЦ): сравнение математических моделей и нейронных сетей . Chem. Prod. Модель процесса. 8 (1), 41–52 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 48.

    Суфер, Э., Сезер, С. и Демир, Х. Математическое моделирование тонких слоев конвективной, вакуумной и микроволновой сушки целых и соленых ломтиков лука. J. Food Process. Консерв. 41 , e13239 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 49.

    Кантронг, Х., Тансакул, А. и Миттал, Г.С. Характеристики сушки и качество грибов шиитаке, прошедших микроволновую вакуумную сушку и микроволновую вакуумную сушку в сочетании с инфракрасной сушкой. J. Food Sci. Technol. 51 (12), 3594–3608 (2014).

    PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 50.

    Хоруз, Э. и Маскан, М. Сушка граната горячим воздухом и микроволновой печью ( Punica granatum L.) arils. J. Food Sci. Technol. 52 (1), 285–293 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 51.

    Md Salim, N. S., Gariépy, Y. & Raghavan, V. Сушка горячим воздухом и сушка горячим воздухом с помощью микроволнового излучения ломтиков стеблей брокколи ( Brassica oleracea L. var. Italica). J. Food Process. Консерв. 41 (3), e12905 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 52.

    Чайжан Р.А., Кавех М., Дибагар Н. и Неджад М.З. Оптимизация сушки фисташковых орехов в сушилке с псевдоожиженным слоем с предварительной обработкой микроволнами с применением методологии поверхности отклика. Chem Prod Process Model 12 (3) (2017).

  • 53.

    Торки-Харчегани М., Гасеми-Варнамхасти М., Ганбарян Д., Садеги М. и Тохиди М. Характеристики обезвоживания и математическое моделирование сушки ломтиков лимона при обработке в печи. Тепло-массообмен. 52 (2), 281–289 (2016).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 54.

    Дарвиши, Х., Зарейн, М., Минаеи, С. и Хафадже, Х. Анализ эксергии и энергии, кинетика сушки и математическое моделирование процесса сушки белой шелковицы. Внутр. J. Food Eng. 10 (2), 269–280 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 55.

    Ганесапиллаи, М., Муруган, П. и Сингх, А. Экспериментальный анализ кинетики сушки в микроволновой печи и характеристика корневищ имбиря. J. Food Process. Консерв. 36 (5), 401–411 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 56.

    Кавех М. и Аббаспур-Гиландех Ю. Влияние гибридной (конвективно-инфракрасно-вращающийся барабан) сушки на качественные характеристики зеленого горошка. J Food Process Eng. 43 (7), e13424 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 57.

    Доймаз, И., Демир, Х. и Йилдирим, А. Сушка ломтиков айвы: влияние предварительной обработки на характеристики сушки и регидратации. Chem Eng Commun. 202 (10), 1271–1279 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 58.

    Доймаз, И. & Сахин, М.Влияние температуры и предварительной обработки на характеристики сушки и регидратации ломтиков брокколи. J. Food Meas. Charact. 10 (2), 364–373 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 59.

    Чайжан Р. А. и Кавех М. Характеристики сушки ломтиков баклажана ( Solanum melongena L.) при микроволново-конвективной сушке. Res. Agric. Англ. 62 (4), 170–178 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 60.

    Бал, Л. М., Кар, А., Сатья, С. и Найк, С. Н. Кинетика сушки и эффективная диффузия влаги ломтиков бамбуковых побегов, подвергающихся микроволновой сушке. Внутр. J. Food Sci. Technol. 45 (11), 2321–2328 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • 61.

    Дарвиши, Х., Зарейн, М. и Фархуди, З. Анализ энергетических и эксергетических характеристик и моделирование кинетики сушки ломтиков киви. Дж.Food Sci. Technol. 53 (5), 2317–2333 (2016).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

  • 62.

    Ханали М., Банишариф А. и Рафи С. Моделирование диффузии влаги, энергии активации и потребления энергии при сушке грубого риса в псевдоожиженном слое. Тепло-массообмен. 52 (11), 2541–2549 (2016).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 63.

    Tripathy, P., Abhishek, S. & Bhadoria, P. Определение коэффициента конвективной теплопередачи и удельного энергопотребления картофеля с использованием оригинальной самонаводящейся солнечной сушилки. J. Food Meas. Charact. 8 (1), 36–45 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 64.

    Кавех М., Чайджан Р. А., Тагинежад Э., Шарабиани В. Р. и Мотевали А. Оценка удельного энергопотребления и выбросов парниковых газов для различных методов сушки (Пример: Pistacia atlantica ). J. Чистый продукт 259 , 120963 (2020).

    CAS Статья Google ученый

  • 65.

    Кавех М., Аббаспур-Гиландех Ю. и Новака М. Сравнение различных методов сушки зеленого горошка и их выбросов углерода. Chem. Англ. Процесс Процесс Int. 160 , 108274 (2021).

    CAS Статья Google ученый

  • 66.

    Селен, С. & Кахвечи, К. Поведение ломтиков томатов при сушке в микроволновой печи. Czech J. Food Sci. 31 (2), 132–138 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 67.

    Фиск, К. Л., Сильвер, А. М., Стрик, Б. С. и Чжао, Ю. Послеуборочные качества морозостойких киви (Actinidia arguta ‘Ananasnaya’), связанные с упаковкой и условиями хранения. Послеуборочная биол. Technol. 47 (3), 338–345 (2008).

    CAS Статья Google ученый

  • 68.

    Йосефиан, С., Раздари, А. М., Сейхун, М. и Кьяни, Х. Определение оптимальных условий с использованием метода поверхности отклика и сравнения науральной сети и метода регрессии сушки картофеля, облученного гамма-излучением. Food Sci. Technol. 13 (59), 85–96 (2017).

    Google ученый

  • 69.

    Каве, М. et al. Оценка эксергетических характеристик и свойств сушки лука в многоступенчатой ​​полупромышленной сушилке непрерывного действия: искусственные нейронные сети (ИНС) и модели ANFIS. Пищевой Биопрод. Процесс. 127 , 58–76 (2021).

    Артикул Google ученый

  • 70.

    Таваколипур, Х., Мохтариан, М. и Калбаси-Аштари, А. Интеллектуальный мониторинг процесса сушки кабачков на основе нечеткой экспертной системы и ИНС. J. Food Process Eng. 37 (5), 474–481 (2014).

    Артикул Google ученый

  • Теоретическая модель для прогнозирования отношения влажности во время сушки сферических частиц в ротационной сушилке

    Была разработана математическая модель для прогнозирования кинетики сушки сферических частиц во вращающейся сушилке. Эксперименты по сушке проводились путем сушки ферментированных измельченных частиц маниоки в лабораторной ротационной сушилке при температуре входящего воздуха 115–230 ° C и скорости воздуха 0 ° C.83–1,55 м / с, масса подачи 50–500 г, скорость привода барабана 8 об / мин и скорость привода подачи 100 об / мин для проверки модели. Данные, полученные в результате экспериментов, использовались для расчета экспериментального отношения влажности, которое хорошо сравнивалось с теоретическим отношением влажности, рассчитанным по недавно разработанной модели Абовея-Адемилуйи. Сопоставления и корреляции результатов показывают, что проверка и эффективность установленной модели вполне разумны.

    1. Введение

    Роторная сушка — очень сложный процесс, который может применяться не только для термической сушки, но и для перемещения частиц внутри сушилки.Несколько авторов провели исследования по моделированию стационарного процесса роторной сушки. Статические модели представляют собой общие дифференциальные уравнения, и они подходят для исследования статических распределений. Myklestad [1] был первым, кто получил выражение для прогнозирования содержания влаги в продукте во роторной сушилке на основе температуры воздуха для сушки, начального содержания влаги и скорости подачи продукта. Уравнения сушки тонкого слоя способствуют пониманию явлений тепломассопереноса в сельскохозяйственных продуктах и ​​компьютерному моделированию для разработки новых и улучшения существующих промышленных процессов сушки [2].Они используются для оценки времени сушки нескольких продуктов, а также для обобщения кривых сушки. В тонкослойной модели сушки скорость изменения содержания влаги в материале в период сушки с падающей скоростью пропорциональна мгновенной разнице между содержанием влаги в материале и ожидаемым содержанием влаги в материале, когда он приходит в равновесие с сушильным воздухом [3].

    Многие авторы разработали полуэмпирические модели на основе теории диффузии для прогнозирования кинетики высыхания влажных веществ в тонком слое, как показано в таблице 1 (где MR — соотношение влажности).Было обнаружено, что константы,,,,, и в восьми моделях большинства авторов являются функциями температуры входящего воздуха, скорости входящего воздуха, влажности и т. Д., Масса корма не учитывалась всеми авторами и в сушку веществ с высоким содержанием влаги, таких как ферментированная молотая маниока, молочные продукты и некоторые фармацевтические продукты, в ротационной сушилке, а также массу корма следует учитывать в уравнении сушки тонкого слоя. Было замечено, что, хотя было предложено несколько моделей, не существует общей теории для описания механизма роторной сушки, и кажется, что конкретные модели оборудования и материала более полезны, чем общие модели [4].

    9025 907 907 907 907 907 907 907 0 [12725 907 907 907 907 907 907 907 907 907

    Номер модели Название модели Уравнение модели Каталожные номера

    1 Страница [6, 7]
    3 Измененная страница [8]
    4 Хендерсон и Пабис 907 926 907 Логарифмический [10]
    6 Двучастный [11]
    7 Ван и Сингх Модель страницы, измененная Адемилуйи [13–15]

    9000 3 Таким образом, целью данного исследования является разработка теоретической модели для прогнозирования кинетики сушки сферических частиц во вращающейся сушилке с учетом количества материалов, которые должны быть высушены в модели.

    2. Материалы и методы
    2.1. Теоретическая разработка уравнения сушки тонкого слоя

    Уравнение диффузии Фика (1) было принято для описания характеристик сушки биологических и химических продуктов в период падения скорости [16] следующим образом: где — коэффициент диффузии, — влажность (в сухом состоянии) в любой момент времени и — время высыхания. Уравнение диффузии для сферической частицы при постоянном коэффициенте диффузии и радиальном (как показано на рисунке 1) потоке принимает следующий вид:


    Для решения (2) были приняты следующие допущения: (1) движение влаги является только диффузионным и однонаправленным; (2) коэффициент диффузии не зависит от концентрации влаги; (3) процесс сушки изотермический, то есть адиабатическая сушилка; (4) сушильный материал сферической формы; (5) усадка не учитывается.Используя в качестве константы разделения из (2) получаем Интегрирование (3) с использованием разделения переменных дает Уравнение (4) имеет вид Уравнение (6) является уравнением Бесселя нулевого порядка, решением которого является [17] Но Объединение (5) и (9) дает, так что и применяя граничные условия в (11). Решение (10) в случае шара выражается как где — радиус сферы, MR — коэффициент влажности, — начальное содержание влаги (% db), — равновесное содержание влаги (% db), — влажность во время (% db), и — время сушки (ч).

    Из работы Abowei [18] масса углеводорода была учтена при моделировании одномерной диффузии разлива нефти в воде и получении общего решения (см. (13)) для прогнозирования диффузии известного количества сырой нефти. в воде. Это уравнение аналогично уравнению диффузии (12), описывающему диффузию влаги в пористых сферических частицах следующим образом: где — количество разлитой нефти и — концентрация разлитой нефти в любой момент времени.это место разлива нефти; — коэффициент диффузии, — время.

    Сравнивая (12) с (13), член в (12) аналогичен члену в (13), и, следовательно, (12) можно переписать как где MR — коэффициент влажности. это площадь поверхности, доступная для переноса влаги, которая для роторной сушилки в уравнении (14) теперь представляет собой массу ферментированной измельченной кассавы, которая аналогична в уравнении (13), представляет собой среднюю плотность образца, подлежащего сушке, и плотности добавляется уравнение (14), чтобы сделать уравнение безразмерным, так как отношение влажности MR безразмерно, так что (14) становится где — средний радиус частицы, подлежащей сушке, — радиус вращающегося сушильного барабана, — длина вращающейся сушилки, — коэффициент диффузии =, где — энергия активации.Уравнение (15) представляет собой новую теоретическую модель Абовея-Адемилуйи для прогнозирования высыхания любых сферических частиц во вращающейся сушилке. Уравнение (15) было смоделировано для получения теоретически определенного отношения влажности.

    2.1.1. Подход к анализу размеров

    Чтобы удалить влагу из влажного материала во вращающейся сушилке, соотношение влажности (MR) можно рассматривать как функцию изменения температуры, количества сброженной измельченной кассавы, подлежащего сушке, и скрытого тепло, диаметр частицы, подлежащей сушке, скорость поступающего воздуха и скорость барабана, так что математически соотношение влажности MR безразмерно как где — поправочный коэффициент.

    Применяя анализ размеров, мы имеем Применение метода Букингема дает Решение (18) — (22) дает,,,,, и который Так что Безразмерная постоянная может быть оценена теоретически и экспериментально, подставив MR в (14) в (24), чтобы получить поправочный коэффициент как

    2.2. Экспериментальная работа

    Для проверки модели ферментированные измельченные частицы кассавы сушили в лабораторной ротационной сушилке (рис. 2).Разработанная теоретическая модель (15) была смоделирована с помощью Microsoft Excel 2007 с использованием следующих данных: (i) произведение средней плотности (кг / м 3 ) = 400, [19], (ii) время высыхания (120–1200 секунд) -шаг 60, (iii) м, м, м. Коэффициенты диффузии (, и в м 2 / с) в (26) — (28) были получены экспериментально при различной температуре воздуха на входе (в ° C), скорости воздуха на входе (в м / с) и массе воздуха на входе. корм (в кг) из предыдущей работы [15] на ферментированном молотом маниоке следующим образом:


    2.2.1. Приготовление образца

    Сорт маниоки, использованный в этом исследовании, представляет собой TMS 30572, полученный от фермы Государственного проекта развития сельского хозяйства Риверс (ADP) в Румуокоро, Порт-Харкорт. Выбор этого сорта маниоки TMS 30572 был основан на его предпочтениях фермерами из-за его высокой урожайности и пригодности для переработки гари [20]. Сорт маниоки очищали, промывали, натирали на терке и упаковывали в мешок для прессования. Обезвоженному затору давали возможность естественным образом бродить в течение 72 часов; просеивают с размером ячеек 3.5 мм, а затем сушили в настольной ротационной сушилке (рис. 2).

    2.2.2. Процедура эксперимента

    В начале каждого эксперимента сушилке позволяли достичь устойчивого состояния при желаемой скорости воздушного потока, температуре входящего воздуха, скорости привода подачи и скорости привода барабана. Когда установившееся состояние было достигнуто, ферментированное сусло из измельченной маниоки с известным содержанием влаги было загружено в загрузочный бункер сушилки. Условия сушки, используемые в экспериментах: температура входящего воздуха 115 ° C, 140 ° C, 190 ° C и 230 ° C, скорость воздуха 0.83, 1,02, 1,397 и 1,55 м / с, масса подачи 50 г, 100 г, 200 г и 500 г, скорость привода подачи 100 об / мин и скорость привода барабана 8 об / мин. Уменьшение массы сброженного сусла отслеживали по времени на проход. Исходная влажность образцов определялась отдельно перед началом эксперимента. Потерю веса во время сушки использовали для расчета содержания влаги. Полученные данные сушки использовали для расчета экспериментального отношения влажности (MR) для прогнозирования кинетики сушки ферментированной измельченной кассавы.

    3. Результаты и обсуждение
    3.1. Теоретические результаты моделирования

    Результаты теоретического соотношения влажности представлены на рисунках 3, 5 и 7. Теоретическое соотношение влажности уменьшается со временем сушки по мере увеличения температуры воздуха на входе, скорости воздуха на входе и массы сырья. Аналогичный профиль также показан на рисунках 4, 6 и 8 для экспериментального соотношения влажности. Графики теоретической влажности показывают типичную кривую сушки, обычно получаемую при сушке влажных материалов [3, 21].







    Из графиков теоретического отношения влажности видно, что модель Abowei-Ademiluyi не дает значений для отношения влажности при, и это не будет проблемой, так как начальная В начале сушки всегда известно содержание влаги, на основании которого рассчитывалась относительная влажность (т. е.). Следовательно, модель Abowei-Ademiluyi может использоваться для прогнозирования кинетики сушки сферических частиц при любом известном диаметре частиц, диаметре вращающегося барабана и длине сушилки, если известен коэффициент диффузии.

    3.2. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов

    Смоделированный теоретический результат выгодно отличается от экспериментальных результатов. Сходство показано на основе высокого значения (близкого к 1), полученного для коэффициента множественных определений при различной температуре входящего воздуха и скорости входящего воздуха, как показано на рисунках 9 и 10. Однако лучшее соответствие может быть получено, если частицы средней плотности правильно выбран. Теоретическое (модель Абовея-Адемилуйи) соотношение влажности также хорошо сравнивалось с экспериментальным соотношением влажности при разной массе корма, как показано на рисунке 11.




    4. Заключение

    Новая теоретическая модель Abowei-Ademiluyi была разработана для прогнозирования кинетики сушки сферических частиц при любом известном диаметре частиц, диаметре вращающегося барабана и длине сушилки. В новой модели также учитывается масса кормов. Валидация модели проводилась путем сушки ферментированных измельченных частиц маниоки в лабораторной роторной сушилке при температуре воздуха на входе 115–230 ° C, скорости воздуха 0,83–1,55 м / с, массе загрузки 50–500 г, барабане скорость привода 8 об / мин, скорость привода подачи 100 об / мин.Теоретическая влажность, рассчитанная по модели, выгодно отличается от экспериментальной.

    СУШКА

    Сушка определяется как процесс, при котором влага испаряется из материала и уносится с поверхности, иногда под вакуумом, но обычно с помощью газа-носителя, который проходит через материал или над ним [Keey (1992)]. Обычно сушка понимается как удаление воды в горячий воздушный поток, но сушка может включать удаление любой летучей жидкости в любой нагретый газ.Для того, чтобы сушка, как определено таким образом, имела место, влажный материал должен получать тепло из окружающей среды за счет конвекции, излучения или теплопроводности или за счет внутренней генерации, такой как диэлектрический или индукционный нагрев; влага в теле испаряется, и пар улавливается газом-носителем. Этот процесс сушки схематически показан на рисунке 1.

    Рисунок 1. Процесс конвективной сушки.

    Сушка имеет ряд близких синонимов. Обезвоживание — это процесс лишения материала воды или потери воды как компонента.Этот термин часто используется в операциях сушки пищевых продуктов для описания процессов, которые стремятся удалить влагу, но сохраняют другие летучие компоненты в исходном материале и которые отвечают за ценные ароматические и вкусовые свойства. Осушение подразумевает более тщательное удаление воды. Он применяется при сушке пищевых продуктов, чтобы указать на почти полное обезвоживание этих материалов для консервирования. Этот термин также обычно используется для описания тщательного удаления влаги из газов.

    Хотя тепло может использоваться для отвода влаги от влажного вещества, влага может отделяться от основного материала под действием градиентов давления. Этот процесс известен как обезвоживание и обычно используется в качестве предшественника сушки очень влажных материалов, когда связь между влагой и твердым веществом не является прочной. Обезвоживание может осуществляться механическими средствами, такими как прессование или центрифугирование. Эти операции не рассматриваются в данной энциклопедии, поскольку не задействованы комбинированные процессы тепломассообмена.

    Вода также может быть удалена путем осмотической дегидратации . Пищевые продукты можно обрабатывать концентрированными растворами соли или сахара, чтобы добиться значительного удаления воды с ограниченным поглощением растворенных веществ. Процесс был описан в терминах совместной диффузии воды и растворенного вещества [Raoult-Wack et al. (1989)]. Осадки обезвожены под действием внешнего поля постоянного тока; это известно как электроосмос [Йошида и Юкава (1992)]. Эти осмотические методы также выходят за рамки процессов тепломассопереноса.

    Сушка — это энергоемкая операция, имеющая определенное значение. Оценки спроса на энергию колеблются от 7 до 15% промышленного потребления энергии в стране [Keey (1992)], но более недавнее исследование, проведенное в Соединенном Королевстве в 1990 году, предполагает, что эта цифра может достигать 20%, что выше 12 %, полученное в аналогичном обзоре 1978 г. [Оливер и Джей (1994)]. Эта разница может отражать изменение структуры промышленной деятельности в этой стране за период.

    Хотя сушильной средой обычно считается воздух, есть преимущества в использовании других сред.Если высушиваемое твердое вещество образует горючий порошок или сама влага является легковоспламеняющимся растворителем, то рекомендуется использование инертного или инертного газа. Сушка в паре имеет дополнительные преимущества, заключающиеся в более низком потреблении энергии и более высокой скорости теплопередачи. При температуре выше так называемой точки инверсии сушка в паре происходит быстрее, чем сушка на совершенно сухом воздухе при той же температуре. Выделение влаги равномерно, и эта особенность наблюдается, например, в сушке паром перегретым паром древесины под вакуумом, процессе, который коммерчески используется для производства высококачественной выдержанной древесной плиты с минимальным ухудшением качества, вызванным развитием сушки. стрессы.Для сушки паром не требуется закрытый вакуумный сосуд или сосуд высокого давления. Допуская вытеснение воздуха в сушильной камере водяным паром по мере того, как емкость нагревается и начинается выделение влаги, пар остается в сушилке, и не требуется сложных уплотняющих устройств для всасывания и выгрузки твердых частиц. Пар при 100 ° C имеет только 55% плотности воздуха при той же температуре и, таким образом, остается внутри камеры. Запатентованная технология известна как безвоздушная сушка , а устройства для пакетной обработки показаны на рисунке 2.Если отводимый пар можно использовать для других целей, таких как производство горячей воды, тогда система безвоздушной сушки может показать значительную тепловую экономию по сравнению с традиционной сушкой на воздухе.

    Рисунок 2. Система безвоздушной сушки с рекуперацией тепла. После стаббинга (1994).

    Сушка происходит только в том случае, если влажный материал содержит больше влаги, чем равновесное значение для окружающей среды. Самые ранние идеи о конвективной сушке предполагали, что жидкая влага диффундирует к открытой поверхности влажного тела, где она испаряется, при этом пар диффундирует через пограничный слой в объем окружающего воздуха.Этот вид явно неудовлетворителен, за исключением сушки однородных материалов, в которых влага эффективно растворяется. Механизмы движения влаги, как правило, более сложные. Большинство материалов состоит из таких компонентов, как частицы и волокна, которые могут быть свободными или удерживаться в какой-то матрице. Количество и природа пустот между этими объектами и порами внутри них определяют количество удерживаемой влаги и степень связывания с твердыми частицами. Если отверстия образуют капиллярную сеть, говорят, что материал капиллярно-пористый .Капиллярно-пористый материал может быть негигроскопичным : то есть влага, удерживаемая внутри тела, оказывает полное давление пара. Это предельный случай, встречающийся в некоторых крупных непористых минеральных агрегатах. Влага просто задерживается между частицами. По мере того как пространство между частицами становится более ограниченным, давление пара понижается в соответствии с уравнением Кельвина

    (1)

    где p k — давление капиллярного пара, p 0 — давление насыщенного пара, σ — поверхностное натяжение, ν — молярный объем жидкости, а d p — размер капилляра.

    Гигроскопичность может быть связана с капиллярной конденсацией в пустотах, но обычно она проистекает из структуры первичных образований с их более тонкими проходами и их способностью удерживать влагу различными способами. Материал может быть не просто капиллярно-пористым, но состоять из сложной структуры капилляров, сосудов и клеток, как это видно на материалах растительного происхождения. Некоторые из них могут быть описаны как капиллярно-пористые и коллоидные, состоящие из матрицы коллоидной природы по своей природе, но развивающие структуру пор после высыхания.Коллоидные суспензии неорганических частиц теряют объем по мере удаления влаги, пока масса не затвердеет. Коллоидный материал биологического происхождения, напротив, не сжимается до тех пор, пока не будет удалена конденсированная влага из межполостных пространств. Это состояние называется точкой насыщения волокна при сушке древесного материала. После этого, когда клеточная влага удаляется, вещество сжимается по мере того, как клетки сморщиваются.

    Отношение давления пара влаги к значению насыщения при той же температуре называется относительной влажностью ψ .Чем ниже относительная влажность, тем сильнее влага связана с материалом-хозяином. Свободная энергия ΔG, необходимая для высвобождения единицы молярного количества этой влаги, определяется выражением

    (2)

    для изотермического обратимого процесса без изменения состава. Изотермическое изменение равновесного содержания влаги (которое является функцией этого изменения свободной энергии) с относительной влажностью дает изотерму влажности , и именно изотерма десорбции представляет интерес при сушке.Изотермы влажности обычно имеют сигмовидную форму при нанесении на график во всем диапазоне относительной влажности, но часто простое экспоненциальное выражение может быть подобрано в более ограниченном диапазоне при более высоких относительных влажностях. Общая форма изотермы отражает природу влажного материала, как показано на рисунке 3. Исключением из этого типа поведения являются неорганические кристаллические твердые вещества, которые имеют несколько гидратов. В этих материалах относительная влажность падает ступенчато с потерей влаги по мере исчезновения каждого гидрата.

    Рисунок 3. Изменение относительной влажности при равновесном содержании влаги для различных материалов. По Ки (1978).

    Когда поры в твердом теле имеют молекулярный размер, влага может удерживаться в них только за счет заполнения объема , так что адсорбат, хотя и сильно сжатый, не рассматривается как отдельная фаза. Химический потенциал адсорбента изменяется в зависимости от адсорбированного количества, в отличие от поведения при более высоком содержании влаги, когда существует отдельная фаза адсорбата — с равновесием между фазами — и химический потенциал остается неизменным.Частичное заполнение этих микропор является сложной экспоненциальной функцией сорбции свободной энергии, RT ln ψ . При больших размерах пор влага может сорбироваться молекулярными слоями на материале-хозяине. Учет многомолекулярной адсорбции приводит к уравнению

    (3)

    для равновесного содержания влаги X при относительной влажности ψ, где X 1 — содержание влаги для полного монослоя, k — exp (± ΔH / RT), где ΔH — постоянная разница энтальпий в адсорбционной теплоте между первыми и последовательные молекулярные слои влаги, а C — коэффициент.Когда k равно нулю, уравнение сводится к уравнению мономолекулярной адсорбции. В диапазоне 0 . Это уравнение с тремя коэффициентами (с C, k и X 1 в качестве регулируемых параметров) было протестировано на сорбцию водяного пара на 29 материалах при комнатной температуре в широком диапазоне относительной влажности (от 0 до 0%).07–0,97), а для некоторых из этих материалов — в более узком диапазоне температур от 45 до 75% C [Jaafar and Michalowski (1990)]. В большинстве случаев экспериментальные данные могут быть подогнаны с точностью до ± 8% до относительной влажности 0,7, а в некоторых случаях — для всего диапазона влажности. Чтобы справиться с гигроскопичностью при высокой относительной влажности с коллоидным материалом, который набухает с увеличением содержания влаги, Schuchmann et al. (1990) рекомендовали выбирать –ln (1 — ψ) в качестве зависимой переменной, а не саму y в корреляции.Неразумно экстраполировать корреляции сорбции за пределы испытанного диапазона относительной влажности из-за изменений в гигроскопических характеристиках при крайних значениях этого диапазона по сравнению с таковыми при промежуточных значениях.

    Способ высыхания материала зависит не только от его структуры, но и от его физической формы. Сушка мелкой древесной щепы контролируется в основном за счет переноса влаги и пара через пограничный слой; шпон и тонкие рейки из того же дерева по сухой доле обнаженной поверхности; при сушке древесных плит — внутренними механизмами переноса влаги внутри самой древесины.Ранние эксперименты по сушке материалов в лотках для образцов в потоке воздуха показали, что изначально скорость сушки была почти такой же, как и для свободной поверхности жидкости при тех же условиях, и оставалась относительно постоянной по мере высыхания материала [Keey (1972)] . За этим периодом сушки следует период, в котором скорости сушки резко падают, поскольку содержание влаги снижается до равновесного значения, даже если условия сушки остаются неизменными. Это заметное различие в поведении привело к разделению сушки на период с постоянной скоростью и период спада соответственно.«Изгиб» кривой высыхания между этими двумя периодами известен как критическая точка . Иногда эти периоды упоминаются как беспрепятственная сушка, и затрудненная сушка, , соответственно, чтобы указать, играет ли сам материал регулирующую роль в ограничении потери влаги. Появление начального периода может быть замаскировано эффектами индукции в начале сушки, когда влажное твердое вещество нагревается или охлаждается до температуры динамического равновесия, которая является температурой влажного термометра, если поверхность нагревается только конвективно.Эта температура поверхности поддерживается до тех пор, пока поверхность достаточно влажная, чтобы эффективно ее пропитать. Пример кривой сушки показан на рисунке 4.

    Рисунок 4. Пример кривой сушки.

    Причины появления периода сушки с постоянной или почти постоянной скоростью сушки сложны, особенно потому, что маловероятно, что на поверхности существует пленка жидкой влаги, за исключением редких случаев [van Brakel (1980)]. Действительно, период постоянной скорости может наблюдаться, если размеры влажных и сухих участков на поверхности достаточно малы по сравнению с толщиной пограничного слоя.Требование состоит в том, чтобы давление водяного пара на поверхности поддерживало значение насыщения при средней температуре поверхности, и, следовательно, скорость потери влаги на единице открытой поверхности ( ) является:

    (4)

    где p G — парциальное давление водяного пара в объеме газа, а p S — значение газа, прилегающего к влажной поверхности. В расчетах сушки более полезно использовать влажность (отношение массы водяного пара к массе сухого газа), и приведенное выше выражение преобразуется в

    (5)

    где β y — коэффициент массопереноса, основанный на разнице влажности; φ — коэффициент потенциала влажности, который эффективно «корректирует» введение линейной движущей силы влажности [Keey (1978)]; и Y S и Y G — влажности на поверхности и в основной массе газа, соответственно.Период снижения скорости начинается, когда движение влаги в твердом теле больше не может поддерживать скорость испарения или если содержание влаги на поверхности падает ниже максимального значения гигроскопичности и парциальное давление водяного пара также уменьшается. Очевидно, что при сушке коллоидного материала никогда нельзя наблюдать период постоянной скорости, когда относительная влажность достигает единицы только при очень высоком содержании влаги.

    В первом приближении кинетику сушки в период спада скорости можно рассматривать как кинетику сушки первого порядка, и, таким образом, скорость сушки прямо пропорциональна разнице между средним содержанием влаги во влажном материале (X) и его равновесным состоянием. значение (X e ):

    (6)

    Интегрирование этого уравнения дает время Δt высыхания от влажности от X 1 до X 2 :

    (7)

    где а — коэффициент, который может быть пропорционален коэффициенту диффузии влаги.«Однако справедливость этого уравнения не является доказательством того, что движение влаги происходит за счет диффузии, поскольку это выражение коррелирует время высыхания для ряда материалов, высушенных в статических и псевдоожиженных слоях, в которых диффузионные процессы маловероятны [van Brakel (1980)]. Появление кинетики первого порядка иногда называют регулярным режимом сушки.

    Было предпринято несколько попыток предоставить фундаментальную теоретическую основу для описания сушки и развития профилей содержания влаги и температуры в высушиваемых материалах.К ним относятся использование необратимой термодинамики для определения соответствующих транспортных потенциалов [Луйков (1966)]; теории, основанные на диффузии пара и влаги и капиллярном переносе жидкости в пористых средах [Krischer and Kast (1978)]; и усреднение по объему уравнений непрерывности, сохранения массы и энергии, которые применимы к каждой прерывистой фазе во влажном пористом теле [Whitaker (1980)]. Хотя эти подходы достигли некоторого ограниченного успеха в описании процессов тепломассопереноса в определенных идеализированных условиях, эти теории ограничены в применении допущениями, сделанными для получения численных решений.

    На практике были найдены более эмпирические подходы, которые полезны при описании поведения при сушке реального материала в промышленных условиях. Один из таких методов основан на концепции характеристической кривой сушки [Keey (1978)]. Это обобщенная кривая сушки, полученная в результате лабораторных испытаний при постоянных условиях сушки с образцом материала. Это график скорости сушки, нормализованной по отношению к ее максимальному значению (m W ) в период постоянной скорости, против характеристического содержания влаги, определяемого как отношение содержания свободно испаряемой влаги (X — X ). e ) до содержания свободной влаги в критической точке (X cr — X e ).Таким образом, эти безразмерные параметры становятся

    (8)

    а также

    (9)

    соответственно. Пример характеристической кривой сушки показан на рисунке 5.

    Рисунок 5. Пример кривой сушки.

    Уникальная характеристическая кривая сушки обнаруживается только в том случае, если отношение открытой поверхности к объему материала поддерживается постоянным или имеет уникальное значение при заданном характеристическом содержании влаги, если материал дает усадку. Строго говоря, такая кривая встречается только при крайних значениях интенсивности сушки, когда влажность материала практически однородна (сушка низкой интенсивности) или когда есть резкий фронт между высохшим материалом, близким к поверхности, и еще влажным. интерьер (сушка высокой интенсивности).На практике, однако, в диапазоне практических условий сушки характерные кривые сушки появляются при сушке различных твердых и сыпучих материалов при условии, что размер частиц составляет менее 20 мм [Keey (1992)]. Обычно нет простой связи между параметрами f и Ф, хотя есть некоторые частные случаи. Кинетика первого порядка соответствует тождеству f = Ф, причем высыхание проницаемых материалов приближается к этому поведению. Если сушка контролируется по сухой доле обнаженной поверхности (например, с тонкими листами), то f = Ф 2/3 .Сушка непроницаемых материалов, таких как древесина сердцевины, приблизительно соответствует f = Ф 2 . Если в эксперименте по сушке критическая точка не наблюдается, характеристическая кривая может быть построена на основе нормализации содержания влаги по отношению к предполагаемому началу периода спада при условии, что к характеристической кривой может быть подобрана простая алгебраическая зависимость. Особое преимущество концепции характеристической кривой сушки состоит в том, что можно написать упрощенное уравнение для описания скорости сушки в любом месте сушилки, если известен потенциал влажности (Y W — Y G ), где Y W — влажность насыщения при температуре по влажному термометру:

    (10)

    Примеры использования этого выражения для описания промышленных процессов сушки даны Keey (1978, 1992).

    Интенсивность сушки (I) определяется отношением максимальной скорости беспрепятственной сушки (m W ) к максимальной скорости переноса влаги через материал, предполагая процесс, подобный диффузии:

    (11)

    где D — коэффициент диффузии влаги, X 0 — начальное содержание влаги, а b — эффективная толщина или радиус материала. Это говорит о том, что продукт m W b имеет полезное свойство; он называется параметром потока , F.Если ln F строится в зависимости от содержания влаги X, для каждого начального содержания влаги X 0 в период проникновения строится отдельная кривая, по мере того как внутри материала развиваются профили содержания влаги и температуры. В штатном режиме есть общая кривая, не зависящая от начальной влажности и сушильного флюса.

    При определенных обстоятельствах кривые сушки могут появляться как с отрицательным, так и с положительным градиентом скорости сушки по мере потери влаги. При высыхании слоев растворимых красителей могут наблюдаться неоднородности из-за образования и растрескивания поверхностных корок, особенно если корку периодически удалять.При сушке пористых тел, содержащих смешанный летучий растворитель, также могут наблюдаться периоды падения и повышения скорости из-за избирательного испарения влаги с изменениями относительной летучести по мере изменения состава.

    ССЫЛКИ

    Джаафар Ф. и Михаловски С. (1990) Модифицированное уравнение БЭТ для изотерм сорбции / десорбции, Drying Technol. 8 (4), 811-827.

    Кей, Р. Б. (1978) Введение в промышленные операции сушки , Пергамон, Оксфорд.

    Кей, Р. Б. (1992) Сушка сыпучих материалов и твердых частиц , Hemisphere, Нью-Йорк.

    Кришер О. и Каст В. (1978) Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik , 3-е изд. Springer-Verlag, Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк.

    Луйков А.В. (1966) Тепломассообмен в капиллярно-пористых телах , Пергамон, Оксфорд.

    Stubbing, T. J. (1994) Airless Drying, in Proc. 9-й Междунар. Сушка Symp. , Голд-Кост, Qld, 1-4 августа.

    ван Бракель, Дж. (1980) массоперенос при конвективной сушке, глава 7 в Advances in Drying , 1, (Ed. A. S. Mujumdar), Hemisphere, Washington.

    Whitaker, S. (1980) Тепло- и массообмен в гранулированных пористых средах, глава 2 в Advances in Drying , 1, (Ed. A. S. Mujumdar), Hemisphere, Washington.

    Характеристики сушки и кинетика процесса сушки энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе

    Фармацевтика. 2021 Март; 13 (3): 335.

    , 1, 2 , 1, 2 , 1, 2 , 1, 2 , 1, 2 , 3 , 1, 2 , 1, 2, * и 1, 2, *

    Moses Arowo

    3 Департамент химической и технологической инженерии, Moi Университет, 3900-30100 Элдорет, Кения; мок.oohay @ oworasum

    2 Сямэньский инженерно-технологический исследовательский центр для комплексного использования морских биологических ресурсов, Сямэнь 361021, Китай

    3 Департамент химической и технологической инженерии, Университет Мой, 3900-30100 Элдорет, Кения; [email protected]

    Поступила в редакцию 3 февраля 2021 г .; Принято 2021 26 февраля.

    Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

    Abstract

    Процесс сушки является важным этапом в процессе производства энтеросолюбильных твердых капсул, который влияет на физические и химические свойства капсул. Таким образом, характеристики сушки энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе были исследованы при постоянной скорости воздуха 2 м / с в лабораторной сушилке горячим воздухом в диапазоне температур от 25 до 45 ° C и относительной влажности от 40 до 80%. . Результаты показывают, что процесс сушки капсул в основном происходит в период снижения скорости, подразумевая, что перенос влаги в капсулах регулируется скоростью внутренней диффузии влаги.Высокая температура и низкая относительная влажность сокращают время высыхания, но увеличивают скорость высыхания капсул. Однако результаты исследования механических свойств и стабильности при хранении капсул показывают, что высокая скорость сушки приводит к получению энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе низкого качества. Сканирующая электронная микроскопия также демонстрирует, что в капсулах, полученных при более высокой скорости сушки, появляется больше слоистых трещин. Модель Пейджа наилучшим образом подходит для описания тонкослойной сушки капсул на основе коэффициента детерминации и приведенного хи-квадрат.Более того, было установлено, что эффективная диффузия влаги капсул увеличивается с увеличением температуры сушки или снижением относительной влажности.

    Ключевые слова: кишечнорастворимые твердые капсулы на растительной основе, сушка горячим воздухом, характеристики сушки, моделирование

    1. Введение

    Слово капсула происходит от латинского слова «капсула», и его первоначальное значение — «маленькая коробочка». История разработки капсул насчитывает почти 173 года с тех пор, как Джеймс Мердок запатентовал состоящие из двух частей твердые капсулы в 1847 году [1].Кишечные твердые капсулы привлекли внимание из-за их роли в целенаправленном высвобождении лекарств [2], где они предназначены для того, чтобы оставаться в желудке неповрежденными, а затем высвобождать активное вещество в верхних отделах кишечника [3]. Тем не менее, желатиновые капсулы обладают недостаточными физико-химическими свойствами и проблемами безопасности, такими как риск заболеваний животных [4], сшивание с альдегидными материалами и способность становиться мягкими и хрупкими в экстремальных условиях [5,6,7]. Более того, процесс нанесения энтеросолюбильного материала на поверхность желатиновой капсулы усложняется, так что распределение энтеросолюбильного материала на поверхности желатиновых капсул является плохим [8].Между тем материалы с энтеросолюбильным покрытием также относительно дороги [9]. Поэтому большое внимание было уделено разработке кишечных твердых капсул на растительной основе [10]. Материалы с энтеросолюбильным покрытием, которые были разработаны для капсул на растительной основе, обычно представляют собой анионный полиметакрилат, фталат ацетата целлюлозы или фталат поливинилацетата. Huyghebaert et al. использовали каждый из трех материалов для изготовления капсул из гидроксипропилметилцеллюлозы (НРМС) с энтеросолюбильным покрытием [11]. Но кальцинированное покрытие — один из появляющихся простых методов приготовления энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе [12] со стабильной энтеросолюбильностью [13].Насколько нам известно, информация о том, что твердые энтеросолюбильные капсулы на растительной основе были получены путем кальцинированного покрытия, до сих пор редка.

    Процесс производства энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе аналогичен процессу производства других твердых капсул и в основном включает погружение булавок в модели, сушку, вытягивание оболочки, разрезание, вложение и т. Д. Все эти операции, кроме сушки, в основном контролируются возможностями механической обработки. Следовательно, процесс сушки является важным этапом, поскольку он вызывает изменения в структуре материала капсулы и, таким образом, влияет на физические и химические свойства кишечных твердых капсул [14,15].До сих пор имеется ограниченная информация о процессе сушки кишечных твердых капсул на растительной основе. Следовательно, необходимо систематическое изучение поведения сушки и кинетики процесса сушки кишечнорастворимой твердой капсулы на растительной основе.

    Промышленные методы сушки включают сушку горячим воздухом, микроволновую сушку, инфракрасную сушку, вакуумную сублимационную сушку и т. Д. Сушка горячим воздухом является наиболее распространенной техникой для промышленной и коммерческой сушки в пищевой и фармацевтической промышленности [16] благодаря развитому оборудованию, низкой стоимости, простоте и высокой адаптируемости [17,18,19].Однако неправильные условия сушки могут привести к массивным дефектам, таким как коробление, пузыри и трещины [20,21], и, как следствие, к продуктам низкого качества. Ашикин и др. [22] установили, что пластичность альгинатной пленки можно регулировать путем изменения температуры сушки, и отметили, что пластичность пленки можно значительно улучшить при температуре сушки 80 ° C за счет образования пузырьков воздуха и снижения молекулярной массы альгината в пленке. Лю и др. [23] систематически изучали влагоперенос при сушке мягких желатиновых капсул горячим воздухом и установили, что правильными условиями сушки являются снижение относительной влажности воздуха и постепенное повышение температуры сушки.Напротив, неправильные условия сушки привели к слипанию и растрескиванию мягких желатиновых капсул.

    Помимо экспериментального наблюдения, необходимо создать математическую модель для прогнозирования и описания кинетики процесса сушки [24]. Модели тонкослойной сушки можно разделить на теоретические, полутеоретические и эмпирические модели. Модель Льюиса [25], также известная как экспоненциальная модель, представляет собой теоретическую модель, основанную на законе охлаждения Ньютона и описывающую движение молекул воды.Модель не учитывает движение внутренних молекул воды и в основном учитывает сопротивление пограничного слоя на поверхности материала движению диффузии влаги. Модель Пейджа [26], модель Хендерсона и Пабиса [27] и логарифмическая модель [28] — все это полуэмпирические модели, основанные на теории диффузии. Согласно второму закону Фика, предполагая, что влага в материале диффундирует наружу от поверхности в виде жидкой влаги, эти модели получены путем частичной модификации теоретической модели.С другой стороны, модель Ванга и Сингха [29] является эмпирической моделью, основанной на экспериментальных данных. Модель не учитывает теплопередачу и влагообмен в процессе сушки и ее параметры не имеют практического физического значения. Однако до сих пор эти модели обычно используются при описании влагопереноса в материалах [30].

    В целом, учитывая важность процесса сушки для энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе и ограниченную информацию о кинетике сушки процесса тонкослойной сушки капсул на растительной основе, настоящая работа направлена ​​на систематический анализ влияния различных условий сушки, таких как температура сушки и относительная влажность от влагопереноса и количества энтеросолюбильных твердых капсул растительного происхождения.Тестируемые капсулы состояли из HPMC, альгината натрия, ксантановой камеди, геллановой камеди и цитрата калия. Кроме того, для проверки экспериментальных данных использовались пять различных традиционных математических моделей. Наконец, получены эффективный коэффициент диффузии влаги и энергия активации высушиваемых энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе. Результаты обеспечат теоретическую основу и руководство для прогнозирования управления процессом сушки горячим воздухом и оптимизации энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе.

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Коммерчески доступные пищевые HPMC (HT-E15), хлорид кальция и цитрат калия были получены от Shandong Ruitai Co., Ltd. (Шаньдун, Китай), а альгинат натрия, ксантановая камедь и геллановая камедь были поставлены Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd. (Шанхай, Китай).

    2.2. Методы

    2.2.1. Приготовление энтеросолюбильной твердой капсулы на растительной основе

    Смесь растворов получали растворением ксантановой камеди (0.4%, масс. / масс. ), геллановая камедь (0,4%, масс. / масс. ) и альгинат натрия (0,7%, масс. / масс. ) в дистиллированной воде, содержащей цитрат калия (0,3% , w / w ). Затем смесь нагревали до 80 ° C при умеренном перемешивании со скоростью 480 об / мин. HPMC, пленкообразующий агент (9%, масс. / масс. ) добавляли к смешанному раствору при перемешивании и затем выдерживали при 80 ° C в течение 40 минут для обеспечения полного растворения.Затем раствор дегазировали с помощью циркуляционного водяного вакуумного насоса в течение 2 часов, а затем охлаждали до 60 ° C в течение 4 часов для обеспечения стабильности. Капсулы были приготовлены с использованием хорошо зарекомендовавшего себя метода [12] погружения стержней формы из нержавеющей стали () в гомогенный раствор при 47 ° C. Штифты формы из нержавеющей стали, на которые были наклеены растворы капсул, сразу же погружали в раствор хлорида кальция на 20 с, чтобы они кальцинировались после погружения для достижения энтеросолюбильного эффекта. Наконец, капсулы сушили в сушилке при постоянной температуре и постоянной относительной влажности.

    Формовочные штифты капсул из нержавеющей стали (цилиндрические: крышка 6,8 ± 0,02 мм; корпус 6,4 ± 0,02 мм).

    2.2.2. Процесс сушки

    Штифты формы из нержавеющей стали, использованные в процессе сушки, которые были приклеены с растворами капсул, были равномерно размещены на полке сушилки. Горячий воздух со скоростью 2 м / с поступал в сушилку и проходил вверх через штифты. Температуру сушки и относительную влажность измеряли датчиками температуры и влажности соответственно.

    Как показано на, девять рабочих условий сушки энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе были выполнены при различной температуре сушки: 25, 30, 35, 40 и 45 ° C и относительной влажности: 40%, 50%, 60%, 70. % и 80%. Согласно нашим предыдущим исследованиям, было обнаружено, что при температуре сушки 35 ° C, без перегрева, но при температуре выше комнатной, время сушки является подходящим. В то же время относительная влажность 60% широко используется в промышленности. В каждом рабочем состоянии образцы энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе, все покрытые куском стержня формы из нержавеющей стали, мгновенно взвешивали с интервалом 10 мин в течение периода сушки до достижения стабильного веса.Кроме того, образцы помещали в осушитель воздуха при фиксированной температуре 105 ° C на 12 ч, чтобы получить массу сухого вещества. Эксперименты по сушке были измерены в трех экземплярах при различной температуре сушки и относительной влажности, и средние экспериментальные ошибки были менее 2%.

    Таблица 1

    Экспериментальная установка для различных условий эксплуатации.

    Экспериментальная группа Фиксированный коэффициент Экспериментальный фактор
    Первая группа относительная влажность 60%
    скорость воздуха 2 м / с.
    температура сушки (° C) 25
    30
    35
    40
    45
    2 группа скорость воздуха сушки 35 ° / с. относительная влажность (%) 40
    50
    60
    70
    80
    2.2.3. Измерение качества
    Испытание на разрыв

    Образцы 50 капсул, полученных в одинаковых условиях сушки, помещали в стеклянную трубку диаметром 24 и 200 мм соответственно.Затем диск из политетрафторэтилена диаметром 22 мм и весом 20,0 ± 0,1 г беспрепятственно ронял из горловины стеклянной трубки. Затем наблюдали за капсулами, чтобы определить наличие повреждений. Процесс выполняли трижды при каждом условии сушки. Согласно Китайской Фармакопее [31], капсулы считаются неквалифицированными, если более пяти испытанных капсул разбиты.

    Тест времени распадаемости

    Образцы шести капсул были заполнены тальком, а затем были помещены в подвесную корзину подъемного дезинтегрирующего инструмента без перегородки для тестирования в соответствии с Китайской Фармакопеей [31].Сначала капсулы помещали в искусственный желудочный сок (соляная кислота и пепсин, pH = 1,0) и испытывали на вкус в течение 2 часов. Каждую капсулу следует проверять на наличие трещин, разрушения или размягчения. Затем корзину вынули и промыли небольшим количеством дистиллированной воды. Каждую пробирку фиксировали перегородками и исследовали в искусственной кишечной жидкости (фосфатный буфер, pH = 6,8). Капсулы проверяли на распад в течение одного часа.

    Тест стабильности при хранении

    Стабильность хранения капсул проверяли в контейнере при температуре 20 ± 2 ° C и относительной влажности 85 ± 2% в течение 64 часов.Образцы пяти энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе были соответственно заполнены одинаковым количеством фруктозы весом 0,140 ± 0,005 г, а затем взвешивались каждые 8 ​​часов. Результаты были рассчитаны следующим образом [31]:

    Коэффициент поглощения влаги = mt − m0m0,

    (1)

    где m 0 и m t соответственно представляют собой массу энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе с фруктозой в исходное время и t время. Испытания также проводили в трех экземплярах при каждом условии сушки.

    2.2.4. SEM

    Энтеросолюбильные твердые капсулы на растительной основе, полученные при различных условиях сушки, замораживали жидким азотом, а затем осторожно взламывали. Часть образцов была закреплена вертикально на столе для образцов для напыления золота, затем сканировалась с использованием сканирующего электронного микроскопа HITACHI S-4800 (SEM). Ускоряющее напряжение при испытании составляло 10 кВ. Среди них время усиления различных условий сушки составляло 10 000 раз.

    2.2.5. Моделирование данных тонкослойной сушки

    Кинетику тонкослойной сушки энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе оценивали в виде отношения влажности (MR) в соответствии с уравнением (2).

    где M представляет собой содержание влаги в кишечных твердых капсулах растительного происхождения (г воды / г сухого вещества) во время сушки вода / г сухого вещества) и M e — это равновесное содержание влаги в кишечных твердых капсулах растительного происхождения (г воды / г сухого вещества).

    Скорость высыхания ( DR ) рассчитывалась согласно уравнению (3).

    где M t 1 и M t 2 соответственно представляют содержание влаги между двумя последовательными временами, а t 1 и t 2 представляют соответствующее время [32].

    Для представления характеристик сушки твердых энтеросолюбильных капсул на растительной основе, как показано на рис.Данные экспериментальной сушки были подогнаны к выбранным моделям сушки с использованием нелинейного метода наименьших квадратов в программном обеспечении Origin (OriginLab, версия 2016). Подходящая модель сушки была выбрана на основе коэффициента детерминации ( R 2 ) и приведенного хи-квадрат ( χ 2 ) [33]. Параметры R 2 и χ 2 были рассчитаны согласно уравнениям (4) и (5) соответственно.

    R2 = 1 − ∑i = 1N (MRpre, i − MRexp, i) 2∑i = 1N (MRpre, среднее − MRexp, i) 2

    (4)

    χ2 = ∑i = 1N (MRexp, i — MRpre, i) 2N − 2,

    (5)

    где MR exp , i представляет собой экспериментальное соотношение влажности, обнаруженное при измерении, а MR pre , i представляет собой прогнозируемое соотношение влажности для этого измерения. N — количество наблюдений.

    Таблица 2

    Математические модели, примененные к кривым сушки тонкого слоя.

    Уравнение Модель Каталожные номера
    1 MR = ехр (−kt) Льюис (К. Льюис, 1921)
    2 MR = exp (−kt n ) Страница (Страница, 1949)
    3 MR = ехр (−kt) Хендерсон и Пабис (Хендерсон, 1961)
    4 MR = ехр (−kt) + c Логарифмический (Toğrul, 2002)
    5 MR = 1 + at + bt 2 Ван и Сингх (Ван, 1978)
    2.2.6. Расчет эффективного коэффициента диффузии влаги

    Механизмы переноса влаги во время сушки можно моделировать математически на основе второго закона Фика [34] в соответствии с уравнением (6).

    ∂MR∂t = Deff (∂2MR∂x2),

    (6)

    где D eff представляет собой эффективный коэффициент диффузии влаги (m 2 / с). Если исходное распределение влаги в материале равномерно, коэффициент диффузии влаги постоянен на протяжении всего процесса сушки и усадка материала не учитывается, диффузия влаги принималась как одномерный массоперенос при сушке горячим воздухом.

    Граничные условия следующие: MR равно единице, когда t и x равны 0. Когда x является переменным, возможны два случая: когда t равно нулю, MR является функция, а когда t равно бесконечности, MR равно 0.

    Для случая тонкослойной сушки толщину L можно рассматривать как постоянную. Таким образом, было предложено одно из решений [35]:

    MR = Mt − MeM0 − Me = 8π2∑n = 0∞1 (2n + 1) 2exp [- (2n + 1) 2π2DeffL2t],

    ( 7)

    где L представляет толщину кишечных твердых капсул на растительной основе и имеет значение 2 × 10 -6 мкм.Для длительного времени сушки и пренебрежения членом высшего порядка, установив n = 1 [36], уравнение можно упростить следующим образом:

    MR = 8π2exp (−π2DeffL2t).

    (8)

    Эффективный коэффициент диффузии влаги можно вычислить, взяв натуральный логарифм обеих частей уравнения (8).

    ln MR = ln8π2 − π2DeffL2t.

    (9)

    Таким образом, D eff было получено путем построения экспериментальных данных сушки в соответствии с ln MR в зависимости от времени сушки в соответствии с уравнением (9), и на графике была получена прямая линия с наклоном следующий:

    2.2.7. Расчет энергии активации

    Энергия активации указывает количество энергии, необходимое 1 моль молекул воды для испарения во время их передачи через материалы. Связь эффективного коэффициента диффузии влаги с температурой может быть описана уравнением типа Аррениуса согласно уравнению (11) [37].

    Deff = D0exp (−EaRTa),

    (11)

    где D 0 представляет собой предэкспоненциальный множитель уравнения Аррениуса (m 2 / с), E a представляет энергию активации (Дж / моль), R представляет универсальную газовую постоянную (кДж / моль K), а T a представляет собой абсолютную температуру (K).Энергия активации может быть вычислена путем натурального логарифма обеих частей уравнения (11) следующим образом:

    ln (Deff) = ln (D0) -EaRTa.

    (12)

    Таким образом, E a был выведен путем построения экспериментальных данных сушки в соответствии с ln ( D eff ) в зависимости от обратной абсолютной температуры (1/ T a ) в соответствии с уравнением (12), и на графике была получена прямая линия со следующим наклоном:

    3.Результаты и обсуждение

    3.1. Характеристики сушки твердых энтеросолюбильных капсул на растительной основе

    На рис. Соотношение влажности быстро уменьшается на ранней стадии сушки, а затем плавно уменьшается на поздней стадии. Это явление соответствует характеристикам высыхания большинства материалов [38,39]. Согласно Китайской фармакопее, влажность сухих твердых капсул на растительной основе не должна превышать 0.1. Следовательно, очевидно, что повышение температуры сушки или снижение относительной влажности вызывает необходимое сокращение времени сушки. Время сушки уменьшилось с 79 до 43 мин при повышении температуры сушки с 25 до 45 ° C при относительной влажности 60%. Из-за повышения температуры сушки влага на поверхности капсул быстро испаряется, в то время как влага внутри капсул и на поверхности образует большой градиент, ускоряя перенос влаги. Время сушки уменьшилось с 103 до 48 мин при снижении относительной влажности с 60% до 40% при температуре сушки 35 ° C.Из-за снижения относительной влажности разница между парциальным давлением водяного пара на поверхности капсулы и давлением пара окружающей среды становится большой, что ускоряет перенос влаги и, таким образом, сокращает время сушки.

    Характер высыхания энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе при различной ( a ) температуре сушки и ( b ) относительной влажности (RH).

    Изменение скорости сушки в зависимости от содержания влаги при различных температурах сушки и относительной влажности показано на рис.Очевидно, что скорость сушки обычно снижается с уменьшением содержания влаги. Скорость сушки также снижается при снижении температуры сушки и повышении относительной влажности. Процесс сушки в основном происходит в период спада, который можно разделить на две части. Когда содержание влаги в сухой основе составляло от 2,0 г / г до 8,0 г / г, появлялась первая стадия периода снижения с относительно медленной скоростью уменьшения. На этой стадии скорость испарения с поверхности капсулы в окружающую среду больше, чем скорость миграции молекул воды из внутренней части капсулы на поверхность.На этой стадии сушки смачиваемая площадь на поверхности капсулы уменьшается, и, таким образом, скорость сушки снижается. Другими словами, первый этап — это в основном сушка поверхности капсул. Когда содержание влаги в сухой основе было менее 2,0 г / г, наступал период спада второй стадии со скоростью уменьшения относительно быстро. Снижение скорости сушки происходит быстрее во время периода падения скорости второй стадии, чем на первой стадии, поскольку часть влагопереноса перемещается внутрь капсулы во время процесса сушки, и тепло, необходимое для миграции, необходимо передавать перенос секции через слой высушенных капсул.Также перенесенная влага попадает в воздух через слой капсул. Скорость сушки в конечном итоге снижается, указывая на то, что внутренняя диффузия влаги является доминирующим фактором. Второй этап можно рассматривать как внутреннюю сушку капсул.

    Влияние влажности на скорость высыхания энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе при различной ( a ) температуре сушки и ( b ) относительной влажности (RH).

    Также очевидно, что при относительной влажности выше 70% существует два различных периода сушки — период постоянной скорости и период спада, при этом скорость сушки сначала имеет тенденцию к увеличению, а затем к уменьшению.Это явление согласуется с результатами процесса сушки ломтиков батата [40,41]. В период постоянной скорости поверхность капсул полностью смачивается. Скорость миграции молекул воды изнутри на поверхность больше, чем скорость испарения с поверхности в окружающую среду, которая контролируется скоростью испарения воды на поверхности.

    3.2. Влияние условий сушки на качество энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе

    показывает влияние температуры сушки и относительной влажности на время разрушения и переваривания капсул с одинаковым содержанием влаги.Очевидно, что ломкость увеличивается с повышением температуры сушки и уменьшением относительной влажности. При температуре выше 35 ° C более 5 капсул были разрушены, что указывает на то, что капсулы в этих условиях не соответствуют требованиям. Вероятно, это связано с тем, что влага на поверхности капсулы быстро испаряется при высокой температуре сушки или низкой относительной влажности. В то же время влага внутри капсул с трудом переносится на поверхность вовремя, заставляя связанную воду или иммобилизованную воду, которая связывается с материалом, исчезать в этих зонах, отсюда и слабые связи между молекулами полисахарида [42,43].Все эти факторы изменяют механические свойства капсул. Однако на время переваривания капсул существенно не влияют различные условия сушки, что позволяет предположить, что свойство переваривания тесно связано с процессом кальцинированного покрытия.

    Влияние температуры сушки ( a ) и относительной влажности ( b ) на время разрушения и дезинтеграции растительных энтеросолюбильных твердых капсул.

    Капсулы заполняли фруктозой, которая представляет собой влагопоглощающий материал, а затем сохраняли в окружающей среде при 20 ± 2 ° C и относительной влажности 85 ± 2% для измерения стабильности капсул при хранении.показывает, что изменение степени влагопоглощения капсул при различных условиях сушки в течение периода 64 ч. Очевидно, что более длительная продолжительность приводит к более высокому коэффициенту поглощения влаги, и это соотношение при высокой температуре сушки или низкой относительной влажности выше, чем при низкой температуре сушки или высокой относительной влажности. Это явление свидетельствует о том, что неправильные условия сушки заставляют воду легко проходить через оболочку капсулы. Вероятно, это связано с тем, что быстрая потеря влаги в капсулах при высокой температуре сушки или низкой относительной влажности приводит к слабой связи между слоями и, следовательно, к рыхлой форме сетевой структуры материала.

    Коэффициент влагопоглощения капсул при различной ( a ) температуре сушки и ( b ) относительной влажности (RH).

    Показаны результаты микроскопических изменений в твердых энтеросолюбильных капсулах на растительной основе при различных температурах сушки и относительной влажности, наблюдаемые с помощью SEM. При температуре сушки от 25 до 30 ° C капсулы не имели явных полостей или трещин. Однако явление расслоения и трещины на секции капсул были очевидны при температуре сушки выше 30 ° C.Относительная влажность также влияет на микроскопические свойства капсул. При относительной влажности 40% на срезе материала капсулы появлялись трещины и слои, и это явление постепенно исчезало с увеличением относительной влажности. СЭМ-изображения капсул дополнительно подтверждают, что слоистая структура образует неплотную структуру оболочки капсулы, что впоследствии снижает их механическую стабильность и стабильность при хранении.

    Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), срезов энтеросолюбильных твердых капсул растительного происхождения при различных температурах сушки ( вверху, ) и относительной влажности ( внизу, ).

    3.3. Форматирование математических компонентов

    Моделирование операции сушки важно, поскольку оно может помочь спрогнозировать соотношение влажности материалов в процессе сушки [44]. Пять различных моделей, примененных к кривым сушки энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе, перечислены в. Все протестированные модели показывают большие значения R 2 , в диапазоне от 0,9340 до 0,9994 (см. Таблицы S1 и S2), и, таким образом, могут адекватно использоваться для описания процесса сушки.Очевидно, что значения R 2 модели Пейджа все больше, чем 0,9940 при различных температурах сушки и относительной влажности, в то время как значения χ 2 все меньше 6,9495 × 10 −4 . Модель Пейджа имеет самый высокий R 2 и самый низкий χ 2 , что делает ее лучшей моделью, которая точно описывает процесс тонкослойной сушки твердых энтеросолюбильных капсул на растительной основе.

    Константы сушки k и n в модели Пейджа были разработаны как функции температуры сушки ( T ) и относительной влажности ( U ).Используя метод множественной линейной регрессии в программном обеспечении SPSS (IBM, версия 23), уравнение регрессии параметров k и n без учета незначимых влияющих факторов ( p <0,05) в уравнении Пейджа было рассчитано следующим образом :

    k = 0,048−0,003T + 0,016U + 4,696 × 10−5T2−0,03U2

    (14)

    ( R 2 = 0,921, p <0,05)

    n = 1,521 + 0,046T − 3,432U + 0,001T2 + 3,293U2

    (15)

    ( R 2 = 0.887, p <0,05).

    Таким образом, модель Пейджа сушки горячим воздухом твердых энтеросолюбильных капсул на растительной основе может быть описана следующим образом:

    MR = exp (- (0,048 + 0,016U − 0,003T − 0,03U2 + 4,696 × 10−5T2) t1,521−3,432U + 0,046T + 3,293U2 + 0,001T2).

    (16)

    3.4. Эффективный коэффициент диффузии влаги и энергия активации

    и представляют эффективный коэффициент диффузии влаги для капсул при различных условиях сушки. Согласно уравнению (8), эффективный коэффициент диффузии влаги энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе варьируется от 1.6244 × 10 −10 до 2,6618 × 10 −10 м 2 / с и 2,4102 × 10 −10 до 1,1940 × 10 −10 м 2 / с, соответственно. Значения D eff увеличиваются с увеличением температуры сушки, но уменьшаются с увеличением относительной влажности. Высокая температура сушки увеличивает активность молекул воды и, как следствие, приводит к высокому эффективному коэффициенту диффузии влаги [38]. Более низкая относительная влажность вызывает больший градиент влажности, и, таким образом, большая движущая сила сушки приводит к более высокому эффективному коэффициенту диффузии влаги.

    Таблица 3

    Эффективный коэффициент диффузии влаги ( D eff ) растительных энтеросолюбильных твердых капсул при различной температуре сушки.

    Относительная влажность (%) Температура высыхания (° C) Эффективная диффузия влаги (м 2 / с)
    60 25

    82456 1,6
    60 30 1,8289 × 10 −10
    60 35 2.0212 × 10 −10
    60 40 2,2760 × 10 −10
    60 45 2,6618 × 10 −10 0
    92726 92726 92726 92726 Эффективный коэффициент диффузии влаги (
    D eff ) энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе при различной относительной влажности.

    25 9725 9725 9719
    Относительная влажность (%) Температура сушки (° C) Эффективная диффузия влаги (м 2 / с)
    40 35 2.4102 × 10 −10
    50 35 2,2991 × 10 −10
    60 35 2,0212 × 10 −10
    1,6017 × 10 −10
    80 35 1,1940 × 10 −10

    Энергия активации энтеросолюбильных капсул растительного происхождения была получена из наклона прямой как 18.87 кДж / моль Уравнение (11). Это значение ниже по сравнению с некоторыми материалами [45,46], так как капсулы имеют рыхлую внутреннюю структуру для облегчения переноса влаги [47].

    ln (D eff ) в зависимости от величины, обратной абсолютной температуре (1/ T a ).

    4. Выводы

    Сушка — важная единичная операция при производстве кишечных твердых капсул на растительной основе. В данном исследовании изучались характеристики сушки энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе при постоянной скорости воздуха 2 м / с в лабораторной сушилке горячим воздухом в диапазоне температур от 25 до 45 ° C и относительной влажности от 40 до 80%. .

    Исследования пришли к следующим выводам:

    (1) Скорость высыхания капсул увеличивается с увеличением температуры сушки и уменьшением относительной влажности. Процесс сушки в основном происходит в период снижения скорости, за исключением периода постоянной скорости, когда относительная влажность превышает 70%, что подразумевает, что перенос влаги в капсулах определяется скоростью внутренней диффузии влаги.

    (2) Повышение температуры сушки или снижение относительной влажности снижает качество капсул, что приводит к высокой вероятности разрушения капсул и снижению их стабильности при хранении.Однако условия сушки незначительно влияют на перевариваемость капсул. СЭМ-изображения капсул дополнительно подтверждают, что эти условия приводят к слоистой структуре и трещинам в капсулах, что может быть основной причиной снижения качества капсул.

    (3) Статистический анализ показывает, что модель Пейджа хорошо согласуется с экспериментальными данными. Эффективный коэффициент диффузии влаги для капсул варьируется от 1,6244 × 10 −10 до 2,6618 × 10 −10 м 2 / с и 2.4102 × 10 −10 до 1,1940 × 10 −10 м 2 / с при повышении температуры сушки и относительной влажности соответственно. Энергия активации энтеросолюбильных твердых капсул на растительной основе составила 18,87 кДж / моль.

    Благодарности

    Авторы выражают благодарность Аналитическому и испытательному центру Университета Хуацяо.

    Дополнительные материалы

    Следующие данные доступны в Интернете по адресу https://www.mdpi.com/1999-4923/13/3/335/s1, Таблица S1: Результаты статистического анализа математических моделей при различных температурах сушки, Таблица S2: Результаты статистического анализа математических моделей при различной относительной влажности.

    Вклад авторов

    Концептуализация, J.Y. и Y.H .; методология, X.Z .; проверка, C.H. и H.W .; формальный анализ, J.Y., N.Z. и M.X .; курирование данных, C.H .; письмо — подготовка оригинального проекта, H.W .; написание — просмотр и редактирование, Н.З., Ю.Ю. и M.A .; надзор, Ю.Ю .; администрация проекта, M.X .; привлечение финансирования, Н.З. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

    Финансирование

    Исследование финансировалось проектом Национального фонда, грант № 22078120; основная специальная тема науки и технологий провинции Фуцзянь, номер гранта 2020NZ012013; Крупный проект интеграции промышленности и образования провинции Фуцзянь, грант № 2018N5008; Проект внешнего сотрудничества провинции Фуцзянь, грант № 2020I0018; Проект научно-технического плана города Сямынь, грант № 3502Z20193042; и Программа поддержки университета Хуацяо для молодых учителей в области науки и технологий, грант № ZQN-714 и ZQN-PY515.

    Заявление институционального наблюдательного совета

    Не применимо.

    Заявление об информированном согласии

    Не применимо.

    Заявление о доступности данных

    Не применимо.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Сноски

    Примечание издателя: MDPI сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​филиалов организаций.

    Ссылки

    1.Буэрки Р.А., Хигби Г.Дж. Лекарственные формы и основные препараты: История. В: Сварбрик Дж., Редактор. Энциклопедия фармацевтических технологий. 3-е изд. Том 2. Informa Healthcare USA, Inc.; Нью-Йорк, США: 2007. С. 948–974. [Google Scholar] 2. Fu M., Blechar J.A., Sauer A., ​​Al-Gousous J., Langguth P. Оценка влияния факторов рецептуры капсул hpmc с энтеросолюбильным покрытием на характеристики продукта in vitro. Фармацевтика. 2020; 12: 696. DOI: 10.3390 / фармацевтика12080696. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3.Cole E.T., Scott R.A., Connor A.L., Wilding I.R., Cadé D. Капсулы ВПМК с энтеросолюбильным покрытием, предназначенные для достижения кишечной направленности. Int. J. Pharm. 2002; 231: 83–95. DOI: 10.1016 / S0378-5173 (01) 00871-7. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Ку М.С., Ли В., Дулин В., Донахью Ф., Кейд Д., Бенамер Х., Хатчисон К. Оценка эффективности новой капсулы с гипромеллозой: Часть i. Сравнительная оценка физических, механических и технологических характеристик качества vcaps plus (r), quali-v (r) и желатиновых капсул.Int. J. Pharm. 2010; 386: 30–41. [PubMed] [Google Scholar] 5. Чанг Р.К., Рагхаван К.С., Хуссейн М.А. Исследование хрупкости желатиновой капсулы: переход влаги между оболочкой капсулы и ее содержимым. J. Pharm. Sci. 1998. 87: 556–558. DOI: 10.1021 / js9704238. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Ofner C.M., Zhang Y.E., Jobeck V.C., Bowman B.J. Исследования сшивания в желатиновых капсулах, обработанных формальдегидом, и в капсулах, подвергнутых воздействию повышенной температуры и влажности. J. Pharm. Sci. 2001; 90: 79–88.DOI: 10.1002 / 1520-6017 (200101) 90: 1 <79 :: AID-JPS9> 3.0.CO; 2-L. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 7. He H., Ye J., Zhang X., Huang Y., Li X., Xiao M. Κ-каррагинан / камедь рожкового дерева в качестве гелеобразующих агентов для твердых капсул. Углеводы. Polym. 2017; 175: 417–424. DOI: 10.1016 / j.carbpol.2017.07.049. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Plaizier-Vercammen J., Molle M.V., Steppe K., Cherrette I. Свойства энтеросолюбильного покрытия eudragit ® , aquateric ® и тримеллитат ацетата целлюлозы, нанесенных на каспулы.Евро. J. Pharm. Биофарм. 1992. 38: 145–149. [Google Scholar] 9. Долл В.Дж., Сандефер Э.П., Пейдж Р.С., Дарвазех Н., Дигенис Г.А. Сцинтиграфическая и фармакокинетическая оценка новой капсулы, изготовленной из картофельного крахмала, по сравнению с обычной твердой желатиновой капсулой у нормальных и здоровых субъектов, которым вводили омепразол. Pharm. Res. 1993; 10: S213. [Google Scholar] 10. Чжан Н., Ли X., Йе Дж., Ян Ю., Хуанг Ю., Чжан X., Сяо М. Влияние синергетических взаимодействий геллановой камеди и ксантановой камеди и пластификаторов на физические свойства кишечных полимерных пленок на растительной основе.Полимеры. 2020; 12: 121. DOI: 10.3390 / polym12010121. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Huyghebaert N., Vermeire A., Remon J.P. Альтернативный метод энтеросолюбильного покрытия капсул hpmc, приводящий к готовым к использованию капсулам с энтеросолюбильным покрытием. Евро. J. Pharm. Sci. 2004. 21: 617–623. DOI: 10.1016 / j.ejps.2004.01.002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 12. Zhang L., Wang Y., Liu H., Yu L., Liu X., Chen L., Zhang N. Разработка смесей гидроксипропилметилцеллюлоза / гидроксипропилкрахмал для использования в качестве материалов для капсул.Углеводы. Polym. 2013; 98: 73–79. DOI: 10.1016 / j.carbpol.2013.05.070. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Коста М.Дж., Маркес А.М., Пастрана Л.М., Тейшейра Дж.А., Силланкорва С.М., Черкейра М.А. Физико-химические свойства пленок на основе альгината: влияние ионного сшивания и соотношения маннуроновой и гулуроновой кислот. Пищевой Hydrocoll. 2018; 81: 442–448. DOI: 10.1016 / j.foodhyd.2018.03.014. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ли К., Ву К., Су Й., Риффат С.Б., Цзян Ф. Влияние температуры сушки на структурные и термомеханические свойства пленок из смеси конжака глюкоманнан-зеин.Int. J. Biol. Макромол. 2019; 138: 135–143. DOI: 10.1016 / j.ijbiomac.2019.07.007. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Фаладе К.О., Аббо Э.С. Характеристики сушки на воздухе и регидратации плодов финиковой пальмы (Phoenix dactylifera l.). J. Food Eng. 2007. 79: 724–730. DOI: 10.1016 / j.jfoodeng.2006.01.081. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Ли Б.Х., Ли Ю.Т. Физико-химические и структурные свойства крахмала сладкого картофеля разного цвета. Крахмал / Stärke. 2015; 69: 1600001. DOI: 10.1002 / звезда.201600001. [CrossRef] [Google Scholar] 17.Ан К., Чжао Д., Ван З., Ву Дж., Сюй Ю., Сяо Г. Сравнение различных методов сушки китайского имбиря (zingiber officinale roscoe): изменения летучих, химического профиля, антиоксидантных свойств и микроструктуры. Food Chem. 2016; 197: 1292–1300. DOI: 10.1016 / j.foodchem.2015.11.033. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Дехгання Дж., Хоссейнлар С.Х., Хешмати М.К. Многоступенчатая непрерывная и прерывистая микроволновая сушка плодов айвы в сочетании с осмотической дегидратацией и сушкой горячим воздухом при низкой температуре.Иннов. Food Sci. Emerg. Technol. 2017; 45: 132–151. DOI: 10.1016 / j.ifset.2017.10.007. [CrossRef] [Google Scholar] 19. Тан Ю., Мин Дж. Модель покрытия водяной пленкой и ее применение к моделированию конвективной воздушной сушки влажной пористой среды. Int. J. Heat Mass Transf. 2018; 131: 999–1008. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.11.094. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Чжоу Ю., Хуан М., Дэн Ф., Сяо К. Влияние температуры на характеристики сушки съедобных пленок на основе пуллулан-альгината. Food Sci. Technol.Res. 2018; 24: 55–62. DOI: 10.3136 / fstr.24.55. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Соазо М., Рубиоло А.С., Вердини Р.А. Влияние температуры сушки и содержания пчелиного воска на физические свойства пленок эмульсии сывороточного протеина. Пищевой Hydrocoll. 2011; 25: 1251–1255. DOI: 10.1016 / j.foodhyd.2010.11.022. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Асикин W.H.N.S., Вонг Т.В., Ло К.Л. Пластичность высушенных горячим воздухом альгинатных пленок с высоким содержанием маннуроната и гулуроната. Углеводы. Polym. 2010. 81: 104–113. DOI: 10.1016 / j.carbpol.2010.02.002.[CrossRef] [Google Scholar] 23. Лю Х., Ван Ю., Чжу Л., Чжан Дж. Исследование характеристик высыхания мягких желатиновых капсул. Chem. Англ. 2006; 34: 5–8. [Google Scholar] 24. Сельма А.Р., Рохас С., Лопес-Родригес Ф. Математическое моделирование тонкослойной инфракрасной сушки влажной шелухи оливок. Chem. Англ. Процесс. 2008; 47: 1810–1818. DOI: 10.1016 / j.cep.2007.10.003. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Льюис В.К. Скорость высыхания твердых материалов. J. Ind. Eng. Chem. 1921; 13: 427–432. DOI: 10.1021 / ie50137a021. [CrossRef] [Google Scholar] 26.Пейдж G.E. Факторы, влияющие на максимальные скорости воздушной сушки лущенной кукурузы в тонких слоях. Университет Пердью; Вест-Лафайет, Индиана, США: 1949. [Google Scholar] 27. Хендерсон С.М., Пабис С. Теория сушки зерна, ii. Влияние температуры на коэффициенты сушки. J. Agric. Англ. Res. 1961; 6: 169–174. [Google Scholar] 28. Тогрул И.Т., Пехливан Д. Математическое моделирование солнечной сушки абрикосов в тонких слоях. J. Food Eng. 2002; 55: 209–216. DOI: 10.1016 / S0260-8774 (02) 00065-1. [CrossRef] [Google Scholar] 29.Ван С.Ю., Сингх Р.П. Использование переменного равновесного содержания влаги при моделировании сушки риса. Пер. ASAE. 1978; 11: 668–672. [Google Scholar] 30. Lahnine L., Idlimam A., Mahrouz M., Mghazli S., Hidar N., Hanine H., Koutit A. Теплофизические характеристики с помощью солнечной конвективной сушки тимьяна, сохраненного с помощью инновационного термобиохимического процесса. Обновить. Энергия. 2016; 94: 72–80. DOI: 10.1016 / j.renene.2016.03.014. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Китайский ПК Фармакопея Китайской Народной Республики.China Medical Science Press; Пекин, Китай: 2020 г. [Google Scholar] 32. Озчелик М., Амброс С., Хейгл А., Дахманн Э., Кулозик У. Влияние добавления гидроколлоидов и условий микроволновой обработки на характеристики сушки вспененного малинового пюре. J. Food Eng. 2019; 240: 83–91. DOI: 10.1016 / j.jfoodeng.2018.07.001. [CrossRef] [Google Scholar] 33. Онвуде Д.И., Хашим Н., Яниус Р.Б., Нави Н.М., Абдан К. Моделирование тонкослойной сушки фруктов и овощей: обзор. Компр. Rev. Food Sci. Food Saf. 2016; 15: 599–618.DOI: 10.1111 / 1541-4337.12196. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Крэнк Дж. Математика диффузии. Издательство Оксфордского университета; Оксфорд, Великобритания: 1979. [Google Scholar] 35. Шарма Г. П., Верма Р. С., Патхаре П. Б. Тонкослойная инфракрасная сушка ломтиков лука. J. Food Eng. 2005. 67: 361–366. DOI: 10.1016 / j.jfoodeng.2004.05.002. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Бабалис С.Дж., Белессиотис В.Г. Влияние условий сушки на константы сушки и коэффициент диффузии влаги при тонкослойной сушке инжира.J. Food Eng. 2004. 65: 449–458. DOI: 10.1016 / j.jfoodeng.2004.02.005. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Акпинар Э., Мидилли А., Бисер Ю. Поведение однослойной сушки ломтиков картофеля в конвективной циклонной сушилке и математическое моделирование. Energy Convers. Manag. 2003. 44: 1689–1705. DOI: 10.1016 / S0196-8904 (02) 00171-1. [CrossRef] [Google Scholar] 38. Юнис М., Абделькарим Д., Эль-Абдейн А.З. Кинетика и математическое моделирование инфракрасной тонкослойной сушки ломтиков чеснока. Saudi J. Biol. Sci. 2018; 25: 332–338.DOI: 10.1016 / j.sjbs.2017.06.011. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Мгазли С., Охамму М., Хидар Н., Лахнин Л., Идлимам А., Махруз М. Характеристики сушки и кинетика солнечной сушки листьев марокканского розмарина. Обновить. Энергия. 2017; 108: 303–310. DOI: 10.1016 / j.renene.2017.02.022. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Цзюй Х.Ю., Чжан К., Муджумдар А.С., Фанг Х.М., Сяо Х.В., Гао Ц.Дж. Кинетика сушки ломтиков батата горячим воздухом при ступенчатом изменении относительной влажности. Int. J. Food Eng. 2016; 12: 783–792.DOI: 10.1515 / ijfe-2015-0340. [CrossRef] [Google Scholar] 41. Цзюй Х.Ю., Эль-Машад Х.М., Фанг Х.М., Пан З., Сяо Х.В., Лю Ю.Х., Гао Ц.Дж. Характеристики сушки и моделирование ломтиков батата при различных условиях относительной влажности. Сухой. Technol. 2016; 34: 296–306. DOI: 10.1080 / 07373937.2015.1052082. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Лю Г. Магистерская диссертация. Университет Цзяннань; Уси, Китай: 2014. Исследования материала твердых капсул на основе пуллулан-каррагинан. (На китайском языке) [Google Scholar] 43. Сяо К.Магистерская диссертация. Университет Цзяннань; Уси, Китай: 2008 г. Исследование производства и свойств пленок для упаковки пищевых продуктов Pullulan. (На китайском языке) [Google Scholar] 44. Сяо Х.-В., Пан С.-Л., Ван Л.-Х., Бай Ж.-В., Ян В.-Х., Гао З.-Дж. Кинетика сушки и качество винограда без косточек монукка, высушенного в воздушно-струйной сушилке. Биосист. Англ. 2010; 105: 233–240. DOI: 10.1016 / j.biosystemseng.2009.11.001. [CrossRef] [Google Scholar] 45. Фиорентини К., Демарчи С.М., Руис Н.А.К., Иригойен Р.М.Т., Гинер С.Энергия активации А. Аррениуса для диффузии воды при сушке кожуры томатов: понятие характеристической температуры продукта. Биосист. Англ. 2015; 132: 39–46. DOI: 10.1016 / j.biosystemseng.2015.02.004. [CrossRef] [Google Scholar] 46. Го Дж., Чен М., Хуанг Ю., Шокри Н. Влияние солености на кинетику сушки осадка сточных вод горячим воздухом с помощью ультразвука. Термохим. Acta. 2019; 678: 178298. DOI: 10.1016 / j.tca.2019.05.013. [CrossRef] [Google Scholar] 47. Рамачандран Р.П., Паливал Дж., Ченковски С. Моделирование эффективной диффузии влаги и энергии активации гранул отработанного зерна дистилляторов растворимыми веществами во время сушки перегретым паром.Биомасса Биоэнергетика. 2018; 116: 39–48. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2018.06.004. [CrossRef] [Google Scholar]

    границ | Оценка предварительных обработок для сушки с принудительной сушкой при комнатной температуре и с подогревом для повышения качества различных видов сырья лесной биомассы

    Введение

    Малоценная древесная биомасса обычно неоднородна по размеру и имеет высокое содержание влаги (MC) (например, лесные пожнивные остатки; Acquah et al., 2016). Сухие древесные топливные частицы являются предпочтительными во многих областях применения из-за их относительной простоты обращения и хранения, а также их преимущества с точки зрения эффективности сжигания в меньших и менее дорогих системах сжигания.Большое количество исследований было посвящено увеличению ценности неоднородной лесной биомассы путем поощрения снижения содержания влаги в период хранения (Таблица 1). Поскольку предложение лесных отходов не согласуется со спросом на энергию, хранение является необходимым требованием в цепочке поставок. Брезент из нескольких типов материалов использовался для покрытия груд биомассы, однако влияние на влажность хранимой биомассы неодинаково (Gigler et al., 2004; Afzal et al., 2010; Wetzel et al., 2017). Многочисленные исследования показали, что предварительная обработка биомассы естественной сушкой на воздухе (НАД) может быть возможной альтернативой, которая может относительно быстро снизить содержание MC в зеленых чипсах / кусках с дополнительным нагревом и без него (Таблица 1).

    Таблица 1 . Резюме прошлых литературных исследований, демонстрирующих результаты экспериментов с естественным ветром и сушкой воздуха с дополнительным обогревом и без него.

    Исследования по сушке биомассы окружающим воздухом включали использование естественного ветра, а также принудительного воздуха (с дополнительным обогревом и без него).Естественная сушка ветром зависит от ветра, который естественным образом кондиционирует материал без дополнительных затрат энергии. Gigler et al. (2004) исследовали естественную сушку ветром кусков ивы и обнаружили, что они могут быть высушены от 50 до 10% масс. более 5 месяцев. Они пришли к выводу, что такие факторы, как состояние воздуха, размер частиц и размер ворса, влияют на скорость естественной сушки ветром. Афзал и др. (2010) продемонстрировали, что сушка ветром свай белой березовой щепы, покрытой воздухопроницаемым брезентом, снижает влажность с 60 до 17% (d.б.) в течение 1 года. Однако в исследовании 2018 года, проведенном Whittaker et al. и исследование 2010 г., проведенное Afzal et al. имели разные результаты, показывающие потерю 12% MC (w.b.) до прироста 110% MC (d.b.), соответственно (Afzal et al., 2010; Whittaker et al., 2018). Wetzel et al. (2017) сравнили состояние биомассы лесных остатков, накопленных за год в Нью-Брансуике, Канада. Они обнаружили, что покрытие свай пластиковым брезентом значительно увеличивает влажность (+ 33%) хранимой биомассы, в то время как брезент бумажным брезентом не влияет на содержание влаги.Контрольный ворс без брезента, как и пластиковый брезентовый материал, набрал влажность (+ 25%). Эти экспериментальные исследования продемонстрировали некоторый потенциал естественной сушки древесной биомассы ветром с течением времени, однако есть много переменных, которые могут повлиять на ее эффективность. Поэтому сложно прописать условия и получить предсказуемые результаты.

    Биомассу также можно сушить с использованием принудительного окружающего воздуха или нагретого воздуха. В Норвегии фермеры внедрили сушильные системы, состоящие из перфорированного пола, который позволяет сушить мелкими слоями (Gislerud, 1990).Крыша и стены обычно используются для перенаправления солнечной энергии для улучшения характеристик сушки. Мелкослойная сушка с принудительной конвекцией воздуха имеет низкое сопротивление воздушному потоку, что позволяет простым осевым вентиляторам обеспечивать большие объемы воздуха с низкими энергозатратами. Tengesdal et al. (1988) провели эксперимент по сушке, который снизил влажность древесной щепы с 38,8 до 14,1% за 4 дня, увеличив содержание энергии биомассы на 4300 кВтч при затратах на 700 кВтч электроэнергии, что привело к чистому положительному приросту энергии.Другие испытания сушки не показали таких оптимистичных результатов, но вместо этого обнаружили, что энергия, затраченная на создание воздушного потока, была больше, чем увеличение содержания энергии в биомассе (Price, 2012). Прайс (2012) отметил, однако, что на скорость потери MC может влиять высокая относительная влажность во время испытаний сушки.

    Стоимость сушки измельченного и кускового материала с помощью принудительной подачи воздуха одинакова, и решение руководства вполне может быть продиктовано количеством времени, имеющимся между сбором урожая и доставкой топлива, или наличием оборудования для обработки топлива.Различные испытания сушки древесной щепы и / или кусков продемонстрировали успешные результаты сушки материалов до содержания 12–25% MC с различными установками принудительной подачи воздуха. Как правило, было обнаружено, что куски древесины сохнут быстрее, чем щепа (Arola et al., 1988; Gjølsjø, 1988; Mivell, 1988; Nurmi, 1988; Sturos, 1988; Jirjis, 1995). Куски, имеющие меньший перепад давления по сравнению с измельченным материалом, требовали меньше энергии для сушки до того же уровня MC. Высокое сопротивление воздушному потоку щепы также приводит к более длительному времени сушки и более высоким затратам энергии по сравнению с более низким падением давления кусков и более низким потреблением энергии вентиляторами.

    В некоторых случаях системы принудительной сушки воздухом с дополнительным обогревом могут сушить биомассу быстрее и при условиях, неблагоприятных для сушки (например, при низкой температуре и / или высокой относительной влажности). Например, топливная стружка может быть высушена до 12% MC в период с марта по октябрь в Швеции с использованием ненагретого воздуха, но потребует дополнительного тепла для достижения удовлетворительной сушки в зимние месяцы (Gustafsson, 1988). Nordhagen (2011) сообщил, что прирост теплотворной способности биомассы с помощью гидроэлектроэнергии был больше, чем мощность, используемая для вентиляторов, тогда как другие исследования показали отрицательную чистую энергию с учетом дополнительной использованной тепловой энергии (McGovern, 2007; Price, 2012 ).Макговерн и Прайс показали, что подводимая энергия была в 3–4 раза и в 12 раз выше, чем прирост энергии в материале. Rinne et al. (2014) и Атно и др. (2017) предположили, что использование солнечной энергии является альтернативой добавлению дополнительного тепла при сушке биомассы.

    Price (2011) указал, что древесные остатки можно сушить относительно быстро (2–3 дня) до 25–30% MC с минимальными затратами энергии с использованием вентилятора и окружающего воздуха. Дополнительная сушка возможна с помощью нагретого воздуха, но несколько источников указали, что энергия, используемая для сушки, превышает полученную энергию.Целью этого исследования было определение скорости сушки древесной биомассы, обнаруженной в Западной Канаде, и оценка возможности использования НАД для оптимизации цепочки поставок биоэнергии. Имеется ограниченная информация об использовании естественной сушки древесной биомассы на воздухе в климатических условиях Канады, особенно об использовании дополнительного тепла, оборудования и методов, которые были бы наиболее подходящими для фермерских или малых предприятий.

    Материалы и методы

    Испытательный прибор

    В Портидж-ла-Прери, Манитоба, был разработан небольшой испытательный аппарат, состоящий из шести вертикальных силосов, каждый из которых подвешен на датчике нагрузки (Vishay Revere 9363) и оснащен датчиками на разной высоте для мониторинга веса, температуры и влажности в реальном времени. (Рисунок 1).Каждый бункер был оборудован вентилятором (EPM-Papst RG148 / 1200-3633) и встроенным нагревателем (Omega AHF-14240; только дополнительные тепловые испытания) для обеспечения постоянного потока воздуха и дополнительного тепла для имитации одномерного потока через сваю. / валок биомассы высотой до 4 м. Вентилятор проталкивал окружающий воздух через биомассу снизу и выпускал воздух сверху.

    Рисунок 1 . Малогабаритная естественная сушка воздухом с возможностью мониторинга в реальном времени, регулируемым вентилятором и испытательной установкой нагревателя для шести прогонов.

    Всего шесть вентиляторов и шесть нагревателей были подключены к контроллеру переменной скорости, способному независимо изменять скорость воздушного потока и тепловыделение для каждой колонны. Каждый бункер имел диаметр 0,61 м и высоту 4 м, вмещал ~ 1,2 м 3 материала. В каждом бункере использовались три датчика температуры / влажности (Measurement Specialties HTM2500LF) для контроля состояния биомассы. Датчики были прикреплены к стальному тросу, подвешенному к верхней части испытательного устройства и проходящему вертикально около центра каждого бункера.Датчики были расположены вертикально на расстоянии ~ 0,2, 2 и 3,8 м от дна силосов в испытании 2017 года и отрегулированы на 0,5, 2 и 3,5 м в испытании 2018 года. Рядом с входным отверстием вентилятора был установлен дополнительный датчик для контроля состояния окружающего воздуха. Другие компоненты конструкции включали съемную крышу для минимизации воздействия атмосферных осадков и раздвижные ворота в нижней части каждого силоса для облегчения процесса загрузки и разгрузки материала.

    Собранные параметры сушки включали температуру и относительную влажность (RH) воздуха, температуру и влажность биомассы, вес биомассы, сопротивление статическому давлению, потребление энергии, а также расход воздуха и скорость нагрева.Эти измерения использовались для оценки эффективности и целесообразности использования НАД для сушки лесных остатков.

    Испытания сушки естественным воздухом

    Всего в период с августа по октябрь 2017 г. и с сентября по ноябрь 2018 г. было проведено четыре испытания НАД для оценки скорости сушки и потребности в энергии для трех типов древесной биомассы: (i) свиное топливо, (ii) древесная щепа для лесопиления и (iii) лай. Целью испытаний NAD было достижение среднего MC 20–25% в каждой колонке или высыхания в течение максимум 3 недель, в зависимости от того, что произойдет раньше.Испытания были настроены как факторный план 2 × 3 без повторений (таблица 2). Все три материала были протестированы с использованием факторной матрицы «Проект 1», в которой сравнивались исходные MC 35–45% и 45–55% (wb) и скорости воздушного потока 3,3, 13,4 и 26,8 л · с −1 · м −3 . Кора была повторно протестирована для оценки эффекта дополнительного нагрева, «Дизайн 2», в котором сравнивались термообработки на 0, 5 и 10 ° C выше температуры окружающей среды и две скорости воздушного потока 13,4 и 26,8 л · с −1 · м — 3 .

    Таблица 2 . Матрица факторного плана NAD.

    Разница в начальном содержании влаги была достигнута путем разделения материала на две кучи. Одна куча была оставлена ​​снаружи, без защиты от окружающей среды, а другая хранилась в хорошо вентилируемом здании. В зависимости от начального MC и погодных условий вода либо добавлялась, либо удалялась из одной кучи, чтобы создать дифференциал MC. Перед загрузкой колонок материалы были смешаны и взяты образцы.Расход воздуха был получен путем регулирования вентиляторов и проверки с помощью лопастного анемометра (Omega HHF143B), в то время как термообработка контролировалась путем непрерывного измерения разницы температур с помощью двух термопар Т-типа между входом вентилятора и выходом нагревателя. Измерения скорости вращения вентилятора (в об / мин), веса колонок, температуры и относительной влажности регистрировались и сохранялись в системе сбора данных (eDAQ). Кроме того, статическое давление и потребление энергии вентиляторами и нагревателями измерялись манометром (Dwyer 477AV) и регистратором энергии (On-set UX120-018) в начале и в конце каждого испытания.Биомассу характеризовали для определения исходных физических свойств в каждом испытании, после чего следовали 3-недельный период сушки и дальнейшая характеристика для определения любых изменений свойств.

    Характеристика древесной биомассы

    Топливо для свиней состояло в основном из тополя, но в разном количестве использовались ель, бальзамическая пихта и береза. Стружка и кора лесопиления были получены из двух разных потоков побочных продуктов при производстве габаритных пиломатериалов из соснового бревна в регионе равнины Интерлейк в Манитобе.Материалы древесной биомассы были охарактеризованы для определения любых изменений их физических свойств, включая MC, объемную плотность, пористость и гранулометрический состав. Аналогичным образом были измерены объемные свойства колонок биомассы, включая массу, высоту, на месте объемную плотность , статическое давление и скорость воздушного потока. Мониторинг свойств колонки позволил количественно оценить влияние НАД в течение 3 недель на материал биомассы при штабелировании на высоту 4 м.

    Содержание влаги было измерено в соответствии с методологией, изложенной в ISO 18134-1 и EN 14771-1: 2009, а объемная плотность в сжатом и несжатом состоянии была получена в соответствии с ISO 17828: 2015 и EN 15103: 2009.Стандарт ISO / DIS 18847 использует метод плавучести; однако этот метод подходит только для измерения пористости гомогенного биотоплива, такого как гранулы и брикеты. Поскольку не существует подтвержденного стандарта для измерения пористости гетерогенного твердого биотоплива, был использован метод пикнометрии воды, разработанный Аннаном и Уайтом (1998). Метод заключался в заполнении круглого контейнера материалом и медленном добавлении воды для вытеснения пузырьков воздуха между твердыми частицами. Пористость определяли путем расчета объема добавленной воды по отношению к общему объему контейнера.Гранулометрический состав был измерен в соответствии со стандартами ISO / FDIS 17827-1, EN15149-1: 2010 с рекомендованными размерами сит от Agnew and Landry (2016).

    Равновесное содержание влаги

    MC древесины зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Поэтому MC биомассы определяли на основе равновесного содержания влаги (EMC), предложенного Симпсоном (1998). ЭМС достигается, когда MC древесины достигает точки равновесия (с постоянной относительной влажностью и температурой в течение длительного периода времени).Уравнения (1) — (5) использовались для расчета ЭМС древесины, окружающей отдельные датчики, где T — температура (° C), h — относительная влажность (десятичная), EMC (десятичная) и W, K, K 1 и K 2 — коэффициенты модели адсорбции Хейлвуда и Хорробина (1946).

    ЭМС = 1800Вт * (Х2-Х + К1Х + 2К1К2К2х31 + К1Х + К1К2К2х3) (1) W = 349 + 1,29T + 0,0135T2 (2) К = 0.805 + 0.000736T-0.00000273T2 (3) К1 = 6,27-0,00938Т-0,000303Т2 (4) К2 = 1,91 + 0,0407Т-0,000293Т2 (5)

    Эффективность сушки

    Характеристики сушки измеряли двумя методами.В первом методе постоянно контролировали вес колонок, и сушку определяли, вычисляя потерю веса до и после сушки. Второй метод использовал отдельные датчики в колонках для определения условий сушки внутри колонки. Эти датчики контролировали небольшое количество окружающей биомассы и обеспечивали индикацию внутренней температуры и MC (на основе EMC). Энергетический баланс NAD был оценен путем расчета общего выигрыша (ΔE Total ) между конечной (E F ) и начальной (E S ) энергией биомассы по уравнениям (6) — (8) без учета энергии оборудования. потребление.Уравнения (9) и (10) показывают коэффициент усиления (коэффициент усиления , коэффициент ) после вычета потребления оборудования (E C ), чтобы проиллюстрировать потенциальный выигрыш / потерю энергии по отношению к начальному содержанию энергии. Низшая теплотворная способность биомассы (NCV) была рассчитана на основе расчетной влажности материала внутри колонны, а потребление энергии было основано на потребляемом оборудованием токе. Теоретически сушка древесной биомассы приведет к получению материала с более высоким содержанием энергии, поскольку более сухой материал ближе к теоретической более высокой теплотворной способности древесной биомассы.Потеря веса, измеренная внутри колонны, была принята равной потере воды.

    ΔETобщ = EF- ES (6) EF / S = NCVi * WTi * 0,2778 (7)

    Где E = энергия (кВтч), NCV = низшая теплотворная способность (МДж / кг), WT = вес (кг), 0,2778 — коэффициент преобразования для МДж в кВтч.

    NCVM = NCV0 x (100-M) -2,44M100 (8)

    Где NCV M = низшая теплотворная способность при влажности, М (МДж / кг), NCV 0 = низшая теплотворная способность при влажности 0% (19 МДж / кг) и M = содержание влаги (мас.%) (Francescato и другие., 2008)

    Коэффициент усиления = EF-ECES-1 (9)

    Где E C = потребление энергии оборудованием, V = вольт (В), I = ток (A) и T = время (часы).

    Результаты и обсуждение

    Свойства биомассы

    Три типа материалов биомассы (боровое топливо, древесная щепа и кора) были охарактеризованы на содержание MC, объемной плотности в несжатом и сжатом состоянии, а также пористости (Таблица 3). В зависимости от типа биомассы и MC, диапазоны насыпной плотности несжатого и сжатого газа составляли 180–340 кг · м −3 и 260–400 кг · м −3 соответственно, а диапазоны пористости без сжатия и сжатия составляли 63– 71% и 55–66% соответственно.Боровое топливо имело самую низкую насыпную плотность от сжатого до несжатого состояния (17–18%), за ним следовали древесная щепа с 15–23% и кора 36–51%. Поскольку материал коры мог упаковываться более плотно, это могло иметь более негативное влияние на воздушный поток. Способность коры сжиматься под нагрузкой по сравнению с двумя другими материалами можно увидеть на Рисунке 2.

    Таблица 3 . Сводка физических свойств древесной биомассы до НАД (размер выборки 3 для усредненных данных).

    Рисунок 2 .Объемная плотность и коэффициенты сжимаемости сырого свиного топлива, щепы и коры при соответствующем содержании влаги 45, 45 и 43%.

    Среднее гранулометрическое распределение свиного топлива, древесной щепы и коры представлено в Таблице 4. Кривая распределения показала, что свиное топливо содержало наибольшее количество мелких частиц, за которым следовали кора и древесная щепа. Боровое топливо и кора имели более нормально распределенный гранулометрический состав в измеренном диапазоне размеров по сравнению с древесной щепой для лесопиления, где более 90% (по весу) было обнаружено в 7.Диапазон размеров 5–44,8 мм.

    Таблица 4 . Распределение среднего размера частиц для различных материалов древесной биомассы.

    Характеристика колонки биомассы

    Для определения параметров сушки измеряли массу, высоту, статическое давление и скорость воздушного потока каждой заполненной биомассой колонки. На рис. 3 показан график зависимости статического давления сушильной системы от скорости воздушного потока для четырех обработок НАД. Для первой расчетной матрицы (топливо для свиней, лесопилка и испытание коры 1) материалы имеют разное сопротивление воздушному потоку из-за своих физических свойств.При меньших расходах воздуха разница статического давления между материалами практически незначительна. При более высоких скоростях воздушного потока больший размер частиц в опилке пиломатериалов приводил к более низкому сопротивлению воздушному потоку при одинаковой скорости воздушного потока, что согласуется с данными Arola et al. (1988). Это указывает на то, что свойства материала будут влиять на то, сколько воздуха можно экономично использовать для сушки щепы.

    Рисунок 3 . Изменения статического давления при изменении расхода воздуха (3, 13, 27 л с −1 · м −3 ).Отображение результатов для каждого испытания сушки естественным воздухом (свиного топлива, древесной щепы и коры с дополнительным нагревом и без него).

    Дополнительные проточные нагреватели в «Кора — Испытание 2 с нагревом» показали увеличение статического давления по сравнению с другими испытаниями. Это указывало на то, что вентилятору требовалось больше энергии для обеспечения такого же количества воздушного потока во время испытаний с подогревом. Это связано с увеличенным расстоянием, на которое должен пройти воздух, и ограничением воздушного потока от змеевиков нагревателя. Точно так же это показывает, что конструкция системы воздуховодов также будет влиять на то, сколько энергии будет затрачено на сушку щепы.

    Условия окружающей среды

    NAD зависит от осушающей способности окружающего воздуха. Температура, диапазон ЭМС и средние значения для каждого периода времени представлены в таблице 5, чтобы проиллюстрировать потенциальную сушильную способность. EMC рассчитывается с помощью уравнений (1) — (5), которые основаны на температуре окружающей среды, относительной влажности и коэффициентах модели адсорбции Хейлвуда и Хорробина (1946). Более низкий EMC указывает на то, что воздух имеет более высокую способность сушить биомассу из-за его способности поглощать больше воды.

    Таблица 5 . Температура окружающего воздуха, равновесное содержание влаги (EMC) и потенциал сушки в различные периоды времени.

    Анализ сушки

    Характеристики сушки в четырех испытаниях показаны на Рисунке 4, на котором показаны MC биомассы и ЭМС окружающего воздуха за 3 недели. MC биомассы был основан на исходных образцах MC, а также на непрерывных измерениях веса каждого бункера. Кривая ЭМС на каждом рисунке иллюстрирует потенциальную осушающую способность окружающего воздуха, если биомасса подвергалась воздействию этих условий в течение длительного периода времени.Если кривая ЭМС ниже MC биомассы, подаваемый воздух будет сушить древесную щепу. Единственное исключение — во время испытаний с подогревом, когда добавленное тепло приводило к снижению кривой ЭМС из-за повышения температуры.

    Рисунок 4 . Средняя эффективность сушки биомассы с течением времени для каждого исходного материала / испытания по сравнению с локальным равновесным содержанием влаги в окружающей среде (EMC): (A) боровое топливо, (B) древесная щепа для лесопиления , (C) кора без дополнительного нагрева и (D) кора с дополнительным нагревом (MC L / H , низкое / высокое содержание влаги; A низкое / среднее / высокое , низкий / средний / высокий поток воздуха; H 0 / низкое / высокое , нет / настройки низкой / высокой температуры).

    Рисунок 4 показывает, что испытание NAD может успешно высушить различные материалы биомассы в течение летних и осенних месяцев до уровня влажности 25% или ниже в течение 3-недельного периода. Все виды обработки обеспечивали некоторое снижение MC, при этом испытания с более высоким потоком воздуха давали наилучшие результаты с уровнями влажности, близкими или ниже 20% во многих случаях. Средняя ЭМС окружающей среды в этот период составляла 12,1% и колебалась от 5 до 23% в зависимости от почасовых изменений погоды. Следовательно, биомасса будет непрерывно сушиться, если содержание MC превышает 23%.Как только MC упадет ниже 23%, биомасса либо приобретет, либо потеряет влагу в зависимости от условий окружающей среды. Это наблюдалось ближе к концу испытания (~ 16-й день с использованием свиного топлива), когда содержание биомассы увеличилось в MC из-за продолжительного периода высокой влажности. Чтобы преодолеть это ограничение оборудования, можно использовать систему управления, чтобы максимизировать эффект NAD, одновременно минимизируя потребление энергии при работе вентилятора в неблагоприятных условиях. Это наблюдение было аналогично выводам Прайса (2012), который показал, что для повышения эффективности обычно используют гигрометры для запуска сушки зерна, когда относительная влажность падает ниже заданного порогового значения.

    При сравнении скорости сушки, полученной для различных видов обработки боровым топливом (рис. 4A), исходное содержание влаги (MC L и MC H ) имело меньшее влияние по сравнению со скоростью воздушного потока (A Low , A Med и A High ). Обработка с низким потоком воздуха (A Low ) имела самую низкую среднюю эффективность сушки при разнице примерно в 15%, за ней следовали средний поток воздуха (A Med ) при 30% и высокий поток воздуха (A High ) при 37% и более 22 дней.Более высокие скорости воздушного потока указывали на более высокую скорость сушки в течение всего испытания, но скорость сушки (% -1 день) постепенно снижалась по мере уменьшения разницы между MC биомассы и окружающей EMC. Более высокие скорости воздушного потока (A Med и A High ) показали видимые суточные колебания MC, что указывало на различный потенциал сушки в зависимости от дня / ночи. Наклон кривой высыхания был больше при более высоких температурах около полудня и был ниже ночью.Трудно сравнить влияние, которое отдельные материалы биомассы оказали на скорость сушки, из-за различных сезонных периодов и связанных с ними ЭМС в ходе испытаний.

    Таким образом, обработка с низким потоком воздуха (A Low , 3,3 Ls −1 м −3 ) в первых трех испытаниях с боровым топливом, древесной стружкой и корой показала низкую среднюю скорость сушки 15, 9 , и 9% за 3 недели соответственно. Обработка со средним потоком воздуха (A Med , 13,4 Ls −1 м −3 ) привела к 30, 24 и 17% эффективности сушки там, где обработка с высоким потоком воздуха (A High , 26.8 Ls −1 м −3 ) составили 37, 34 и 23% соответственно. Низкие скорости воздушного потока не смогли достичь целевой MC через 3 недели. Следовательно, «Средняя» и «Высокая» скорости воздушного потока могут быть рекомендованы в качестве отправной точки для масштабирования приложения NAD в трехмерной системе хранения данных, если желательны аналогичные временные рамки и характеристики сушки. Во-вторых, этими кривыми обработки сушки можно манипулировать (с ограничениями) для оценки требуемого воздушного потока и продолжительности в течение разных месяцев для получения конкретных характеристик сушки.Эти скорости сушки представляют собой снимок потенциальных характеристик сушки НАД, и их не следует сравнивать, поскольку на эти испытания влияют факторы сушки (материал и погодные условия), предложенные Gigler et al. (2004).

    Результаты NAD с тремя типами биомассы показали, что обработка среды (A Med ) и обработки с высоким потоком воздуха (A High ) была способна удалить около 17–30% MC и 23–37% MC в течение 3 недель, соответственно. При сравнении этих результатов с исследованиями NAD в таблице 1 эффективность очень похожа на исследование Mivell (1988), в котором материал MC высох примерно на 30% за 2-недельный период.В других исследованиях показаны различные периоды сушки, от 1 дня до 12 недель. Поэтому нецелесообразно сравнивать характеристики сушки, когда продолжительность резко отличается.

    Четвертое испытание с использованием коры и дополнительного нагрева с двумя расходами воздуха было выполнено для оценки возможности сушки, когда условия окружающего воздуха не были оптимальными. Скорость сушки со средним потоком воздуха (A Med ) при отсутствии, слабом и сильном нагревании (H 0 , H Low , H High ) составляла 13, 14 и 15% соответственно.Точно так же скорость сушки при высоком потоке воздуха (A High ) составляла 19, 23 и 26% соответственно. На рис. 4D показана заметная разница в характеристиках сушки между двумя скоростями воздушного потока с меньшим эффектом от дополнительного тепла. Каждая дополнительная термообработка (на 5 ° C выше температуры окружающего воздуха) увеличивала эффективность сушки примерно на 1% для среднего воздушного потока и на ~ 3% для высокого воздушного потока. Это было ожидаемо, поскольку элементы управления нагревателем были разработаны для обеспечения большего количества тепла до достижения заданного перепада температур.Следовательно, нагреватели пропорционально добавляли больше тепла к большему воздушному потоку по сравнению с меньшим воздушным потоком, таким образом улучшая характеристики сушки.

    Предварительная энергетическая оценка

    Для энергетической оценки испытаний изменения энергетической ценности (кВтч) биомассы до и после сушки показаны для каждого испытания без учета стоимости эксплуатации вентиляторов и нагревателей (уравнение 6). Чистый выигрыш в энергии (%) предоставил указание на выигрыш или потерю по сравнению с начальным содержанием энергии после вычитания входной энергии (уравнение 9).В целом более высокий положительный чистый баланс продемонстрировал превосходную эффективность лечения (Рисунки 5, 6). Эти расчеты энергии были основаны на ограниченном количестве образцов и не учитывают все факторы, которые влияют на полезное содержание энергии в материалах (например, зольность, эффективность сгорания системы и т. Д.).

    Рисунок 5 . Выигрыш энергии (ΔE) (кВтч) от естественной сушки биомассы воздухом без дополнительного тепла, а также чистый прирост энергии (%) (включая потребление энергии оборудованием) для свиного топлива, щепы и испытаний коры.

    Рисунок 6 . Прирост энергии (ΔE) (кВтч) от естественной сушки коры на воздухе с дополнительным теплом и без него, а также чистый прирост энергии (%) с учетом потребления энергии оборудованием.

    Рисунок 5 суммирует потенциальную экономию энергии для свиного топлива, щепы и коры при отсутствии дополнительного тепла. В ходе этих испытаний был измерен выигрыш в энергии (ΔE) 80–230 кВтч для каждой обработки без учета входной энергии 7–35 кВтч, при этом общий коэффициент полезного прироста энергии составил 8–32% по сравнению с исходным содержанием энергии биомассы.Более высокая скорость воздушного потока привела к большему выигрышу в общей энергии для всех трех материалов из-за повышенного удаления воды. Однако коэффициент полезного прироста энергии показал, что разница между высокой и средней скоростью потока воздуха была минимальной после учета дополнительной энергии, потребляемой вентилятором, работающим на более высокой скорости. Это предполагает, что самый высокий расход воздуха, 26,8 л · с −1 · м −3 , имеет потенциал для удаления большего количества воды, только если увеличение использования энергии оправдано. Самая низкая скорость воздушного потока, 3.3 л · с −1 · м −3 , обеспечили самый низкий прирост энергии от 8 до 22%, но все же смогли обеспечить положительный прирост чистой энергии. Существует потенциал для оптимизации использования энергии за счет регулирования активности вентилятора до заданного значения потери воды. Макговерн (2007) сообщил, что существует потенциал для снижения энергии сушки путем отключения вентиляторов, когда скорость сушки замедляется или останавливается. Независимо от оптимальной отдачи, эти результаты демонстрируют потенциал НАД как энергоэффективного метода сушки биомассы благодаря положительной чистой прибыли по всем испытаниям.

    В сопоставимых отчетах о сушке Tengesdal et al. (1988) и Прайс (2012) масштабы масштабов, продолжительность сушки, климат, материалы и условия отличались от результатов нашего исследования. Tengesdal et al. показал выигрыш в энергии 4300 кВтч при потребляемой энергии 700 кВтч, в то время как Прайс показал выигрыш в 293 кВтч при потребляемой энергии 665 кВтч. Price (2012) и Tengesdal et al. (1988) выполнили анализ высыхания в течение 1 и 3 дней, соответственно, по сравнению с 3 неделями в этом исследовании. Tengesdal et al. также сушили щепу на меньшей глубине 0.75 м по сравнению с глубиной 4 м в нашем исследовании. Эти различия подчеркивают важность оптимизации NAD для различных требований пользователя к хранению, когда результаты могут сильно зависеть от настройки оборудования, объема биомассы и конструкции протокола. Дополнительное тепло может потенциально улучшить сушку, когда условия окружающего воздуха не подходят для удаления воды. На Рисунке 6 сравнивается энергетический баланс, когда к воздушному потоку добавляется дополнительное тепло для сушки коры. Подобно испытаниям без дополнительного нагрева, более высокий расход воздуха имел более высокий выигрыш в энергии (ΔE) 129–134 кВтч по сравнению со средним расходом воздуха 92–102 кВтч.Однако увеличение энергии для питания вентиляторов и нагревателей на 18–256 кВтч устранило прирост энергии биомассы и привело к увеличению энергии на 3–13% (коэффициент усиления ) по сравнению с исходным содержанием энергии биомассы. Эти результаты показали меньшие потери по сравнению с McGovern (2007) и Price (2012), в то время как меньший выигрыш был обнаружен по сравнению с Nordhagen (2011). Макговерн (2007), Прайс (2012) и Нордхаген (2011) сообщили о приросте энергии и потребляемой энергии в размере 4033 кВтч при использовании энергии 14,385 кВтч, 104 кВтч при использовании энергии 1380 кВтч и 2500 кВтч при использовании энергии 270–556 кВтч, соответственно.Из-за различий в экспериментальной установке и условиях множество переменных затрудняют прямое сравнение этих результатов. Например, Макговерн использовал сушилку для зерна, которая использовала горячий воздух 60 ° C в течение 1 дня, в то время как Прайс использовал котел на биомассе, обеспечивающий температуру окружающего воздуха 30 ° C в течение полдня. Nordhagen (2011) использовал избыточное тепло от гидроэлектростанций для повышения температуры сушилки до 15–26 ° C и требовалось только для питания вентилятора в течение максимум 6 дней. Тем не менее, испытания без дополнительной термообработки обеспечили самый высокий коэффициент прироста энергии ~ 8–9% даже в более холодном климате в период с октября по ноябрь в Западной Канаде.Однако материал не достиг цели 25% MC в течение 3 недель. Технология рекуперации тепла / рекуперации тепла сделает использование дополнительного тепла намного более выгодным за счет минимизации потерь энергии и уменьшения времени сушки. Лю и др. (2014) обнаружили, что сушилки с самовозбуждением тепла могут иметь потенциал для снижения потребления энергии на 75–85,7% по сравнению с обычными сушилками. Такие усовершенствования систем сушки значительно снизят затраты на энергию, связанные с сушкой при нагревании, но, вероятно, потребуют времени для их значительного внедрения (особенно за счет небольших операций по хранению биоэнергии / биомассы).

    Сводка

    Это исследование показало, что потребление энергии без дополнительного тепла в теплые месяцы в Западной Канаде может привести к увеличению энергии на 9–32% по сравнению с исходным содержанием энергии биомассы за 3 недели. Дополнительные тепловые испытания показали прирост энергии от 3 до -13% за 3 недели из-за требуемой дополнительной энергии. Следовательно, потребуется рекуперация отработанного тепла, чтобы сделать дополнительное тепло более благоприятным.

    В Таблице 6 показано общее время и энергия, использованные для каждой обработки либо для высыхания до 25% MC, либо до самого низкого MC, рассчитанного к концу 3-недельного испытания.Можно видеть, что несколько обработок позволили высушить материал до целевого значения 25% MC намного быстрее, чем другие, где на время высыхания можно было значительно повлиять за счет простых модификаций. Например, материал свиного топлива (MC L -A Med , MC L -A High ) показал, что более высокий воздушный поток смог сократить время высыхания на 3 дня при увеличении на 1 кВтч ( Таблица 6). Таким образом, в ситуациях, когда выгода от экономии времени перевешивает повышенные затраты на энергию, может быть предпочтительнее более высокий воздушный поток (учитывая, что используемая энергия будет по-прежнему зависеть от других факторов, таких как способность осушения воздуха).Будущие исследования NAD должны включать более подробный анализ чувствительности, чтобы выделить общие затраты и выгоды для некоторых материалов древесной биомассы, параметры сушки, факторы окружающей среды, а также желаемые экономические и временные цели.

    Таблица 6 . Общее время и энергия, затраченные на доведение материала до среднего содержания MC в 25%, или энергия, затраченная на весь период сушки.

    Выводы

    Экспериментальные испытания в этом исследовании показали, что естественная воздушная сушка (НАД) древесной биомассы с дополнительным теплом и без него привела к увеличению чистой энергии на 3–13% и 9–32%, соответственно.Было показано, что НАД имеет высокий потенциал в качестве стратегии предварительной обработки для улучшения хранения древесной биомассы, однако сезонность, принудительная скорость воздушного потока и равновесное содержание влаги будут важными факторами, которые следует учитывать при определении возможной экономии энергии. Оптимизация также должна учитывать требования пользователя к хранению, поскольку иногда может потребоваться более быстрое время сушки при более высоких затратах на электроэнергию (например, увеличенная скорость вентилятора). Использование дополнительного тепла следует тщательно оценивать в каждом конкретном случае из-за повышенных требований к энергии.Хотя у нее есть потенциал для повышения эффективности сушки древесной биомассы, технология рекуперации тепла будет необходима для увеличения чистого прироста энергии.

    Заявление о доступности данных

    Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок квалифицированным исследователям.

    Авторские взносы

    JA, SM, SK и SW: концептуализация. LG, JA, SW и SM: получение финансирования. LG, SK и JA: наблюдение.JM, HL, LG, JA и CH: исследования и расследование. JM, HL и LG: написание (исходный черновик). CH, JM и SK: визуализация и написание (просмотр и редактирование). LG, JA, SM и SV: ресурсы.

    Финансирование

    Это исследование финансировалось отделом природных ресурсов Канады, сельским хозяйством Манитобы и Центром прикладной биоэнергетики PAMI.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Это исследование было бы невозможно без вклада исследовательской группы, созданной в рамках программы ecoEIP NRCan для технических консультаций и руководства. Особая благодарность SW, SK и CH за их вклад в создание этого журнала. Наконец, мы хотим отметить щедрый вклад местных заинтересованных сторон, которые предоставили материалы для тестирования и внесли свой вклад в программу исследования.

    Список литературы

    Acquah, G., Кригстин, С., Ветцель, С., Купер, П., и Кормье, Д. (2016). Неоднородность пожнивных остатков от урожая биомассы восточного Онтарио. Forest Prod. J. 66, 3–4. DOI: 10.13073 / FPJ-D-14-00098

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Агнью, Дж., И Ландри, Х. (2016). Характеристики древесной биомассы для крупномасштабной и недорогой сушки во время хранения . Гумбольдт: Отчет ПАМИ.

    Google Scholar

    Аннан Дж. И Уайт Р. (1998).«Оценка методов измерения пористости, заполненной воздухом, в компостах из твердых биологических веществ и древесной щепы», в «Компостирование в Юго-восточных материалах конференции 1998 года (Афины)».

    Google Scholar

    Арола Р. А., Стурос Дж. Б. и Рэдклифф Р. К. (1988). «Исследование сушки пиломатериалов лиственных пород на севере США», в материалах Proceedings of the LEA ~ BE Conference Task III ~ Activity 6 and 7 , ed B.-O. Даниэльссон (Гарпенберг: Департамент операционной эффективности Шведского университета сельскохозяйственных наук), 101–119.

    Google Scholar

    Атно, С., Бин Че Ку Яхья, К., и Джама Оумер, А. (2017). «Разработка солнечной системы сушки биомассы», в MATEC Web of Conferences , Vol. 97 (Хошимин). DOI: 10.1051 / matecconf / 20179701081

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Франческато В., Антонини Э. и Бергоми Л. К. (2008). Справочник по древесному топливу . Леньяро: AIEL — Итальянская ассоциация агролесоводства и энергетики.

    Google Scholar

    Гиглер, Дж.К., ван Лун, В. К. П., и Сонневельда, К. (2004). Эксперимент и моделирование параметров, влияющих на естественную ветровую сушку ивовых кусков. Биомасса Биоэнергетика 26, 507–514. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2003.09.004

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Gjølsjø, S. (1988). «Сравнительные исследования по хранению и сушке щепы и кусков в Норвегии», в материалах Proceedings of the IEA / BE Conference Task III / Activity 6 and 7, Res. Примечание № 134 , ред Б.-О. Даниэльссон (Гарпенберг: Департамент операционной эффективности Шведского университета сельскохозяйственных наук), 47–71.

    Google Scholar

    Густафссон, Г. (1988). «Принудительная воздушная сушка щепы и древесных обрезков», в протоколе Proceedings of the LEA / BE Conference Task III ~ Activity 6 and 7, Res. Примечание № 134 , ред Б.-О. Даниэльссон (Грапенберг: Департамент операционной эффективности Шведского университета сельскохозяйственных наук), 150–62.

    Google Scholar

    Хейлвуд, А. Дж., И Хорробин, С. (1946). Поглощение воды полимерами: анализ на основе простой модели. Пер. Faraday Soc. 42, B084 – B092. DOI: 10.1039 / tf946420b084

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лю Ю., Азиз М., Канша Ю., Бхаттачарья С. и Цуцуми А. (2014). Применение технологии рекуперации тепла для экономии энергии в системе сушки биомассы. Топливный процесс. Технол . 117, 66–74. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2013.02.007

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Макговерн Р. (2007). Отчет об испытаниях зерносушилок для снижения влажности древесной щепы .Отчет отдела консультационных услуг SAC. Абердин: Крейбстон.

    Google Scholar

    Мивелл, Т. (1988). «Сравнение складов древесных отходов и топливной щепы в Швеции», в материалах Proceedings of the LEA ~ BE Conference Task III / Activity 6 and 7, Res. Примечание № 134 , ред Б.-О. Даниэльссон (Гарпенберг: Департамент операционной эффективности Шведского университета сельскохозяйственных наук), 90–100.

    Google Scholar

    Нордхаген, Э. (2011). Сушка щепы с избыточным теплом от ДВУХ гидроэлектростанций в Норвегии .Formec Austria.

    Google Scholar

    Нурми Дж. (1988). «Сушка древесных обрезков — влияние размера частиц на скорость сушки», в материалах Proceedings of the LEA / BE Conference Task III / Activity 6 and 7, Res. Примечание № 133 , ред Б.-О. Даниэльссон. Res. Примечание нет. 134 (Гарпенберг: Департамент операционной эффективности Шведского университета сельскохозяйственных наук), 39–46.

    Google Scholar

    Прайс, М. (2011). Сушка щепы. Forest Research UK.Ссылка на отчет FCPR045.

    Google Scholar

    Прайс, М. (2012). Испытания по сушке активной щепы — 1 . Отчет о работе комиссии лесного хозяйства 076 — Расширенное резюме.

    Google Scholar

    Ринне, С., Холмберг, Х., Мюллюмаа, Т., Конту, К., и Сири, С. (2014). Сушка древесной щепы в сочетании с комбинированием производства тепла и электроэнергии или солнечной энергии в Финляндии. евро. Phys. J. Conf. 79: 03008. DOI: 10.1051 / epjconf / 201378

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Симпсон, В.Т. (1998). Равновесное содержание влаги в древесине вне помещений в США и во всем мире . Лаборатория лесных продуктов, Лесная служба, Министерство сельского хозяйства США, исследовательская записка FPL-RN-0268.

    Google Scholar

    Стурос Дж. (1988). «Сопротивление потоку воздуха в древесине», в материалах Труды конференции LEA / BE, Задача 11 / Мероприятие 6 и 7, Рез. Примечание № 133 , изд. Б. О. Даниэльссон (Гарпенберг: Департамент операционной эффективности, Шведский университет сельскохозяйственных наук), 181–90.

    Google Scholar

    Tengesdal, G., Fæste, I., and Grønlien, H. (1988). «Сушка древесной щепы в универсальной сушилке со строительным солнечным коллектором», в материалах Труды конференции IEA / BE, Задачи III, Мероприятие 6 и 7, Рез. Примечание № 134 , изд. Б. О. Даниэльссон (Гарпенберг: Департамент операционной эффективности, Шведский университет сельскохозяйственных наук).

    Google Scholar

    Ветцель, С., Вольпе, С., Дамианопулос, Дж., И Кригстин, С. (2017). Можно ли сохранить качество биомассы за счет покрытия измельченных придорожных куч биомассы брезентом? Леса 8: 305.DOI: 10.3390 / f80

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уиттакер, К., Йейтс, Н. Е., Пауэрс, С. Дж., Миссельбрук, Т., и Шилд, И. (2018). Потери и изменение качества сухого вещества при хранении ивы на коротких оборотах в форме щепы или стержня. Биомасса Биоэнергетика 112, 29–36. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2018.02.005

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Расчет содержания влаги и скорости высыхания во время сушки в микроволновой печи

    [1] Датта Б., и другие. (2012). Сравнительное исследование влияния предварительной обработки микроволновым излучением и высоким электрическим полем на кинетику сушки и качество грибов, Технология сушки, 30, 891–897.

    DOI: 10.1080 / 07373937.2012.678957

    [2] Мана Л.V., et al. (2012). Влияние сушки в микроволновой печи на характеристики качества плодов бамии, Журнал пищевой промышленности и технологий, 3, 186-193.

    [4] Сачилик К., Елицин А. (2006). Характеристики сушки тонкого слоя органических ломтиков яблока. Журнал пищевой инженерии, 73, 281–289.

    DOI: 10.1016 / j.jfoodeng.2005.03.024

    [5] Медени М.(2001). Характеристики сушки, усадки и регидратации киви при сушке горячим воздухом и в микроволновой печи, Journal of Food Engineering, 48, 177–182.

    DOI: 10.1016 / s0260-8774 (00) 00155-2

    [6] Орикаса Т., и другие. (2008). Накамура Н., Характеристики сушки в микроволновой печи нарезанного редиса, Nippon Shokuhin Kagaku KogakuKaishi, 55, 350-354.

    [7] Баффлер К.H.R., (1993) Приготовление и обработка в микроволновой печи: основы инженерии для специалистов по пищевым продуктам, Нью-Йорк: AVI Books.

    [8] Декаро, Р.V., (1985) Приготовление и обработка в микроволновой печи: основы инженерии для специалистов по пищевым продуктам, Нью-Йорк: AVI Books.

    [9] Мишра С., Рана А., Трипати А., Меда В. (2006). Характеристики сушки моркови в условиях микроволнового вакуума, Документ заседания секции ASABE №: MBSK 06-217.

    DOI: 10.13031 / 2013.22375

    % PDF-1.3 % 242 0 объект > эндобдж xref 242 75 0000000016 00000 н. 0000001851 00000 н. 0000002023 00000 н. 0000002913 00000 н. 0000003224 00000 н. 0000003291 00000 н. 0000003529 00000 н. 0000003619 00000 н. 0000003708 00000 н. 0000003818 00000 н. 0000003921 00000 н. 0000004077 00000 н. 0000004232 00000 н. 0000004325 00000 н. 0000004451 00000 п. 0000004581 00000 н. 0000004676 00000 н. 0000004801 00000 п. 0000004916 00000 н. 0000005031 00000 н. 0000005147 00000 н. 0000005263 00000 п. 0000005379 00000 н. 0000005495 ​​00000 н. 0000005611 00000 п. 0000005727 00000 н. 0000005975 00000 н. 0000006803 00000 п. 0000007354 00000 н. 0000007884 00000 н. 0000025791 00000 п. 0000026248 00000 п. 0000026289 00000 п. 0000026311 00000 п. 0000027074 00000 п. 0000027395 00000 п. 0000033443 00000 п. 0000033754 00000 п. 0000034226 00000 п. 0000035002 00000 п. 0000035443 00000 п. 0000035617 00000 п. 0000035639 00000 п. 0000036652 00000 п. 0000036761 00000 п. 0000037766 00000 п. 0000038091 00000 п. 0000038322 00000 п. 0000038595 00000 п. 0000038617 00000 п. 0000039656 00000 п. 0000040317 00000 п. 0000040581 00000 п. 0000040603 00000 п. 0000041565 00000 п. 0000041587 00000 п. 0000042622 00000 п. 0000042644 00000 п. 0000043629 00000 п. 0000043898 00000 п. 0000044263 00000 п. 0000044497 00000 п. 0000047235 00000 п. 0000047339 00000 п. 0000047361 00000 п. 0000048365 00000 н. 0000048387 00000 п. 0000049311 00000 п. 0000049390 00000 п. 0000049468 00000 п. 0000052143 00000 п. 0000057875 00000 п.


    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *
    *