Ekspertyza Nowych Trendów w Suszeniu Żywności

1. Publikacja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rozwój potencjału innowacyjnego członków Sieci Naukowej „Agroinżynieria dla rozwoju
zrównoważonego rolnictwa, przemysłu rolno-spożywczego i obszarów wiejskich”
Ekspertyza
NOWE TRENDY W SUSZENIU ŻYWNOŚCI
Dorota Witrowa-Rajchert
Katedra InŜynierii śywności i Organizacji Produkcji
Wydział Nauk o śywności, SGGW
Warszawa 2009
Publikacja dostępna w serwisie: www.agengpol.pl

2. 2
Spis treści
1. Wstęp............................................................................................................................3
2. Suszenie parą przegrzaną.............................................................................................4
3. Suszenie akustyczne.....................................................................................................6
4. Suszenie promiennikowe (radiacyjne) i mikrofalowe (dielektryczne)..............................7
5. Suszenie wykorzystujące złoŜe fluidalne i jego modyfikacje ........................................10
6. Nowoczesne rozwiązania w suszarkach rozpyłowych .................................................14
7. Suszenie w niskich temperaturach ..............................................................................17
8. Podsumowanie............................................................................................................20
9. Literatura .....................................................................................................................20

3. 3
1. Wstęp
Suszenie jest jednym z najwaŜniejszych procesów podstawowych przemysłu
spoŜywczego. Usuwanie wody z Ŝywności podyktowane jest wieloma korzystnymi efektami
suszenia. Przede wszystkim następuje obniŜenie aktywności wody i zwolnienie wielu reakcji
chemicznych oraz praktyczne wyeliminowanie reakcji enzymatycznych i rozwoju
drobnoustrojów, w efekcie czego produkt jest trwały. Ponadto następuje zmniejszenie
masy i objętości suszonych materiałów, co ułatwia i obniŜa koszty opakowań, transportu i
magazynowania. MoŜliwe jest równieŜ ułatwienie prowadzenia wielu procesów w technologii
Ŝywności poprzez zastosowanie suchych komponentów oraz nadanie Ŝywności nowych
cech, powstanie nowych, zwiększających asortyment dostępnych dla konsumenta
produktów.
Produkcja Ŝywności jest procesem złoŜonym i rola suszenia jest w nim róŜnorodna.
Suszenie surowców rolniczych lub ryb moŜe być stosowane do produkcji suszonej Ŝywności
przeznaczonej do bezpośredniej konsumpcji, np.: suszone owoce. MoŜe równieŜ być
wykorzystywane w produkcji gotowych suszonych produktów wytwarzanych z produktów
przemysłowych wcześniej przetworzonych, np.: makaron z mąki. Suszone produkty mogą
teŜ stanowić składniki gotowych mieszanek suszonych produktów, np.: suszone warzywa
jako składnik zup w proszku, suszone owoce jako składnik „musli”, róŜne mąki i proszki jako
składnik produktów ekstrudowanych. Susze mogą równieŜ wchodzić w skład wilgotnych
produktów typu pizza, gotowe mroŜone dania, produkty mięsne. Typowym przykładem
takiego zastosowania są suszona cebula, zioła i przyprawy. Suszone materiały mogą teŜ
stanowić półprodukt do dalszej produkcji, często na duŜą skalę, np.: suszony słód w
produkcji piwa, suszona kukurydza do produkcji skrobi.
Suszenie jest „wyjątkowym” procesem, poniewaŜ charakteryzuje się największą
róŜnorodnością aparaturową wśród operacji jednostkowych. Wynika to przede wszystkim z
róŜnorodności materiałów, jakie poddawane są suszeniu: od cieczy poprzez pasty, szlamy
po ciała stałe, wśród których są tkanki roślinne i zwierzęce, skóry, drewno, papier, tkaniny,
rudy, węgiel itp., od masowych produktów chemicznych o niewielkich cenach jednostkowych
po wysokowartościowe materiały farmaceutyczne i biotechnologiczne, od materiałów
suszonych w ilości 10 kg/h do materiałów o wydajności powyŜej 100 t/h, od materiałów
bardzo czułych na działanie temperatury (<30o
C) do odpornych termicznie (>200o
C). Według
danych literaturowych obecnie na świecie pracuje ponad 500 typów zidentyfikowanych
suszarek.
Jednocześnie suszenie to jedna z najbardziej energochłonnych operacji inŜynierii
procesowej. Ocenia się, Ŝe zuŜycie energii w procesie suszenia to ok. 10-12% całkowitego
zuŜycia energii w przemyśle. Sprawność termiczna suszarek natomiast, szczególnie
najbardziej rozpowszechnionych konwekcyjnych, w których wraz z opuszczającym suszarkę
wilgotnym, ciepłym powietrzem tracone są znaczne ilości energii, jest niezbyt wysoka: od
ok. nawet 20% w przypadku niektórych aparatów konwekcyjnych do ok. 90% dla
kontaktowych. Przeciętne wartości oscylują wokół 40-60%.
„Wyjątkowość” suszenia, jako procesu jednostkowego, wynika równieŜ z faktu, Ŝe jako
często końcowy etap produkcyjny, odpowiada za jakość produktu. Analizując problem
jakości suszonego produktu trzeba mieć na uwadze fakt, Ŝe końcowy rezultat wynika z
integracji całości łańcucha, w skład którego wchodzą: surowy materiał, obróbka wstępna,
suszenie, przechowywanie i końcowe przygotowanie produktu do spoŜycia. Bardzo istotnym
elementem tego łańcucha, obok procesu suszenia, jest przechowywanie, podczas którego
moŜe następować znaczne pogorszenie jakości produktu.
Obecnie moŜna zaobserwować róŜne trendy rozwojowe w suszarnictwie, w zakresie
zarówno badań naukowych jak i aplikacji przemysłowych. MoŜna do nich zaliczyć działania
idące w kierunku:
- zwiększenia sprawności termicznej, szybkości suszenia, bezpieczeństwa i
polepszenie kontroli procesu w celu podwyŜszenia jakości produktu i osiągnięcia
optymalnej wydajności;

4. 4
- wprowadzania układów wieloprocesowych, np.: kombinacji suszenia z reakcją
chemiczną, aglomeracją, chłodzeniem, ogrzewaniem, powlekaniem cząstek,
mieszaniem, rozdzielaniem, segregowaniem, itp. w jednym aparacie;
- wprowadzania suszarek specjalnych, umoŜliwiających nadanie poŜądanych
właściwości produktom (np.: przy produkcji materiałów nadprzewodzących,
termolabilnych, biomateriałów itp.);
- wprowadzania suszarek wykorzystujących róŜne źródła ciepła, które mogą być
przystosowane do spełnienia wymogów specyficznych produktów;
- rozwijania suszarek, w których dla uniknięcia niepotrzebnego przesyłania
materiałów łączy się suszenie z innymi operacjami, np.: filtracją, w tym samym
aparacie;
- zastosowania suszenia rozpylonych strumieni i rozdrobnionych ciał stałych w polu
mikrofalowym;
- zastosowania suszenia przez zmieszanie wilgotnych cząstek z suchym
bezprzeponowo ogrzewanym złoŜem cząstek czynnika suszącego;
- zastosowania suszenia przerywanego, przez dostarczanie ciepła (na drodze
konwekcji, promieniowania lub mikrofal) w sposób przerywany, w celu
zaoszczędzenia energii i zminimalizowania uszkodzeń materiałów termolabilnych;
- zastosowania suszenia w zmodyfikowanym złoŜu fluidalnym lub fontannowym, np.:
w złoŜu fontannowanym mechanicznie, fluidalnym z wbudowanymi przenośnikami,
fluidalnym wirowanym, fluidyzowanym przez nadmuch dyszowy, fluidalnym
mieszanym mechanicznie, itp.;
- wprowadzania dodatkowego ogrzewania suszarek bębnowych, fluidalnych,
fontannowych do suszenia ciał stałych poprzez dostarczanie energii mikrofalowej w
celu skrócenia czasu suszenia. Indukcyjne ogrzewanie ruchomych powierzchni
(np.: ścianek obracających się zbiorników lub obracających się ramion mieszadła) w
celu zapewnienia bezpośredniego ogrzewania i zwiększenia sprawności termicznej;
- zastosowania promieniowania akustycznego lub naddźwiękowego w celu poprawy
warunków wewnętrznego i zewnętrznego transportu ciepła i masy podczas
suszenia – szczególnie w połączeniu z suszeniem materiałów termolabilnych;
- szerszego wykorzystania zoptymalizowanych dwu- lub wielostopniowych suszarek
róŜnych typów w celu zwiększenia sprawności energetycznej i poprawy jakości
produktu (np.: suszarka pneumatyczna – fluidalna, rozpyłowa – fluidalna, itp.).
Niektóre z przedstawionych powyŜej zagadnień, dotyczących nowoczesnych trendów
w suszarnictwie, zostaną scharakteryzowane obszerniej w dalszej części opracowania.
2. Suszenie parą przegrzaną
Koncepcja suszenia z wykorzystaniem pary przegrzanej jako czynnika grzejnego
opracowana została ponad 100 lat temu, a pierwsze przemysłowe zastosowanie nastąpiło
ponad 60 lata temu w Niemczech.
Zalety suszenia parą przegrzaną w stosunku do metod konwencjonalnych są
następujące:
- znaczne zmniejszenie zuŜycia energii, nawet czterokrotne, w porównaniu z
suszeniem konwekcyjnym;
- nie ma moŜliwości zachodzenia reakcji utleniania, a więc otrzymuje się produkt o
lepszej jakości;
- nie występuje niebezpieczeństwo poŜaru czy wybuchu;
- w zaleŜności od temperatury pary moŜliwe jest uzyskanie wyŜszych prędkości
suszenia, zarówno w pierwszym jak i w drugim okresie suszenia. Większa
przewodność cieplna właściwa i pojemność cieplna pary prowadzi do większej
szybkości usuwania wilgoci powierzchniowej, jeśli proces zachodzi w temperaturze
wyŜszej od tzw. temperatury inwersji, natomiast jeśli temperatura jest niŜsza od
temperatury inwersji, to suszenie w powietrzu jest szybsze. W okresie

5. 5
zmniejszającej się szybkości suszenia brak oporu dyfuzji pary wodnej (nie ma
powietrza) powoduje osiąganie wyŜszych szybkości suszenia;
- nie tworzy się na powierzchni suszonego materiału twarda, nieprzepuszczalna
skorupka;
- suszenie parą przegrzaną umoŜliwia jednocześnie przeprowadzenie pasteryzacji
lub sterylizacji produktów Ŝywnościowych.
Do wad takiego suszenia zalicza się:
- niedopuszczalne są jakiekolwiek nieszczelności;
- konieczność ochrony przed skraplaniem w miejscach niepoŜądanych. Jeśli
zasilanie -rozpoczyna się w temperaturze pokojowej, nieunikniony jest proces
kondensacji pary na powierzchni materiału przed rozpoczęciem odparowania, co
wydłuŜa czas pobytu materiału w suszarce o 10-15%;
- wysoka temperatura materiału – przy ciśnieniu atmosferycznym proces usuwania
wody z powierzchni rozpoczyna się, gdy materiał osiągnie temperaturę 100o
C;
- znacznie wyŜszy koszt aparatury.
W większości przypadków suszenie parą przegrzaną jest uzasadnionym wyborem tylko
przy bardzo duŜej produkcji, w systemach ciągłych. Ze względu na wysoki koszt aparatury
suszenie parą przegrzaną nie znalazło jak dotąd szerokiego zastosowania. Na skalę
przemysłową metodę tę obecnie wykorzystuje się do suszenia węgla, torfu, drewna, papieru,
masy celulozowej, wysłodków buraczanych w cukrowniach. Prowadzone obecnie prace
pilotowe świadczą o tym, Ŝe tego rodzaju suszarki mogą być równieŜ korzystnie
zastosowane do suszenia wysłodzin browarnianych i innych osadów pofermentacyjnych, ryb
przeznaczonych do produkcji mączki rybnej, skórek i miazgi owoców cytrusowych oraz
wytłoków jabłkowych. Obecnie prowadzone badania naukowe nad wykorzystaniem pary
przegrzanej dotyczą równieŜ suszenia bananów, ziemniaków, krewetek, makaronu.
Suszenie parą przegrzaną moŜe być realizowane w suszarkach o typowych
rozwiązaniach konstrukcyjnych, stosowanych podczas suszenia za pomocą powietrza.
PoniŜej podano przykłady typów suszarek, które były z sukcesem testowane jako urządzenia
pilotowe wykorzystywane do suszenia przynajmniej kilku produktów:
- suszarki pneumatyczne z lub bez bezpośredniego ogrzewania ścian urządzenia,
wykorzystujące parę przegrzaną o wysokim ciśnieniu;
- suszarki fluidalne z lub bez wewnętrznego wymiennika ciepła, pracujące pod
obniŜonym ciśnieniem, atmosferycznym lub podwyŜszonym (do 0,5 MPa);
- suszarki wibro-fluidalne z wewnętrznym dodatkowym wymiennikiem ciepła;
- suszarki rozpyłowe, pracujące pod ciśnieniem atmosferycznym (do suszenia
serwatki – tylko jako urządzenie pilotowe);
- suszarki przenośnikowe, pracujące pod ciśnieniem atmosferycznym lub
podwyŜszonym.
Na podstawie przeprowadzonych badań naukowych moŜna stwierdzić, Ŝe jakość suszy
otrzymanych z zastosowaniem pary przegrzanej, szczególnie w warunkach niskiego
ciśnienia (LPSSD), jest istotnie lepsza od jakości suszy uzyskanych z zastosowaniem innych
metod. Potwierdzeniem tego są wyniki zamieszczone w tabeli 1, w której zestawiono
procentową retencję β-karotenu w marchwi suszonej róŜnymi metodami. Porównując
suszenie LPSSD z suszeniem próŜniowym i konwekcyjnym moŜna zauwaŜyć, Ŝe mimo
dłuŜszego czasu suszenia, zachowanie β-karotenu podczas suszenia przy uŜyciu pary
przegrzanej (LPSSD) jest wyŜsze niŜ w suszu uzyskanym metodą suszenia próŜniowego.
NajniŜsze wartości uzyskano oczywiście stosując tradycyjne suszenie konwekcyjne.

6. 6
Tabela 1. Retencja β-karotenu w suszonej marchwi (Suvarnakuta i wsp., 2005)
Metoda suszenia i
temperatura
Czas suszenia
(min)
Retencja β-karotenu
(%)
LPSSD
60o
C 420 83
70o
C 330 76
Suszenie próŜniowe
60o
C 300 74
70o
C 250 71
Suszenie konwekcyjne
60o
C 420 62
70o
C 300 62
Suszenie LPSSD zapewnia równieŜ uzyskanie materiału o kształcie najbardziej
zbliŜonym do kształtu surowca, co szczególnie jest widoczne po ponownym uwodnieniu
suszu (rys. 1).
Rysunek 1. Zdjęcie kostek marchwi suszonej róŜnymi metodami
i uwodnionej (Devahastin i wsp., 2004).
3. Suszenie akustyczne
Stwierdzenia o intensyfikowaniu transportu ciepła i masy pod wpływem energii
akustycznej o wysokiej intensywności w odniesieniu do procesu suszenia są znane od
kilkudziesięciu lat.
Fale ultradźwiękowe mają częstotliwość powyŜej 16 kHz i nie są słyszalne przez
ludzkie ucho. W przyrodzie, ultradźwięków o niskiej intensywności uŜywają nietoperze i
delfiny do zlokalizowania ofiary, a niektóre zwierzęta morskie wykorzystują ultradźwięki o
wysokiej intensywności do ogłuszania swoich ofiar. W przetwórstwie Ŝywności równieŜ
istnieje podział na ultradźwięki o niskiej intensywności (<1 W/cm2
), które są stosowane w
niedestrukcyjnych analitycznych metodach pomiaru składu, struktury czy strumienia
surowców i produktów, oraz ultradźwięki o wysokiej intensywności (10-100 W/cm2
),
charakteryzujące się wysoką częstotliwością (do 2,5 MHz), które powodują destrukcję
tkanek, wspomagają tworzenie emulsji, proces homogenizacji, filtracji, krystalizacji, suszenia,
ekstrakcji czy odwadniania osmotycznego, stosowane są przy czyszczeniu urządzeń,
przyspieszają reakcje chemiczne (np. utlenianie). Ultradźwięki o wysokiej intensywności
mają letalny wpływ na mikroorganizmy, więc potencjalnie mogą znaleźć zastosowanie do
utrwalania Ŝywności. Jednak ultradźwięki, powodując zniszczenie mikroorganizmów, mają
czasem negatywny wpływ na właściwości produktów, wywołując kawitację komórek, lokalne
przegrzania i mogą prowadzić do powstawania wolnych rodników.
Promieniowanie akustyczne o wysokiej intensywności powoduje róŜne zmiany w
materiale. Zmiany te moŜna wyjaśnić w róŜny sposób, poprzez opis mechanizmów
oddziaływania ultradźwięków, które jednak nie są do końca znane i zrozumiałe. Pośród
proponowanych w literaturze naukowej mechanizmów moŜna wyróŜnić:
Po rehydracji
Po suszeniu
LPSSD Suszenie
próżniowe

7. 7
- ogrzewanie, które następuje na skutek absorpcji energii akustycznej przez
biomateriały, a szczególnie przez ich powierzchnię, co moŜe prowadzić do
selektywnego zwiększenia temperatury;
- kawitację, czyli powstawanie, wzrost i gwałtowny zanik małych pęcherzy lub
pustych przestrzeni w płynie, jako wynik fluktuacji ciśnienia;
- zmiany strukturalne, które powstają podczas „wędrówki” energii akustycznej w ciele
stałym, na skutek której fala dźwiękowa powoduje efekt szybkiego i kolejno
pojawiającego się ściskania i rozpręŜania elementów materiału. Mechanizm ten
uznaje się za istotny w procesach suszenia i odwadniania, w których następuje
migracja wilgoci;
- turbulencje, powstające na skutek ultradźwięków o wysokiej intensywności w
płynach i gazach o niskiej lepkości, powodujące mieszanie i dyspersję cząsteczek.
Zjawisko to, występujące na granicy faz ciało stałe/ciecz lub ciało stałe/gaz ma
istotne znaczenie dla procesów wymiany ciepła i masy.
Ograniczenie wprowadzenia suszenia przy uŜyciu promieniowania akustycznego
wynikają z niskiej (poniŜej 20%) sprawności konwersji dostarczanej energii w
promieniowanie akustyczne. Prowadzone są jednak badania w skali laboratoryjnej i pilotowej
wspomaganych akustycznie suszarek bębnowych, tunelowych, fluidalnych i liofilizacyjnych.
Zaletą takiego suszenia jest niewątpliwie fakt, Ŝe wprowadzenie wspomagania
ultradźwiękami konwencjonalnych suszarek wymaga tylko niewielkiej adaptacji urządzeń.
Suszenie akustyczne zalecane jest do usuwania wilgoci powierzchniowej. Energia
akustyczna przyspiesza znacznie proces suszenia w pierwszym okresie, poniewaŜ
wprowadzenie strumienia akustycznego wywołuje turbulencje w warstwie granicznej, a opory
zewnętrznego, konwekcyjnego przenoszenia masy odpowiadają za szybkość suszenia w
tym okresie. Największe zwiększenie szybkości suszenia obserwuje się więc dla materiałów
o bardzo duŜym stosunku powierzchni do objętości, w których przewaŜają opory
zewnętrznego przenoszenia masy. Stwierdzono równieŜ przyspieszenie suszenia w drugim
okresie, które tłumaczy się wzrostem dyfuzyjności i ruchliwości płynów w kapilarach oraz
tworzeniem pęcherzyków, które mogą usuwać płyn z materiału. Dla niektórych produktów
(np. Ŝelatyna, droŜdŜe, proszek pomarańczowy) zauwaŜono, Ŝe szybkość suszenia zwiększa
się nawet dwu- trzykrotnie, gdy proces jest wspomagany ultradźwiękami. Zastosowanie
ultradźwięków do obróbki wstępnej materiału przed suszeniem równieŜ wpływa na istotne
skrócenie czasu procesu, w przypadku pieczarek o ponad 30%, a dla kalafiora i brukselki o
około 50%.
Zapotrzebowanie energii w suszeniu akustycznym jest od trzech do czterech razy
wyŜsze niŜ w konwencjonalnych technikach suszenia termicznego. Obecnie więc metoda ta
jest warta do rozwaŜenia tylko dla materiałów trudno suszących się, drogich, dla produkcji
niskotonaŜowej (produkty pochodzenia biotechnologicznego) oraz dla materiałów wraŜliwych
na działanie ciepła, które przy zastosowaniu promieniowania akustycznego moŜna suszyć
szybciej i w niŜszej temperaturze. W tych i niektórych innych przypadkach aspekty
bezpieczeństwa i jakości produktu mogą usprawiedliwić wysoki koszt suszenia
akustycznego.
4. Suszenie promiennikowe (radiacyjne) i mikrofalowe (dielektryczne)
Podczas suszenia promiennikowego następuje przekazywanie ciepła od ogrzanych
powierzchni za pomocą energii promieniowania. Przy nieodpowiednio dobranych
parametrach tego procesu mogą powstawać duŜe strumienie cieplne, powodujące
pojawianie się w materiale duŜych gradientów temperatury, co w przypadku suszenia
Ŝywności jest niewskazane. Promieniowanie cieplne wnika na niewielką głębokość,
ogrzewając produkt głównie powierzchniowo. Mimo to, zastosowanie ogrzewania za pomocą
promienników podczerwieni powoduje przyspieszenie procesu suszenia, szczególnie w
połączeniu z suszeniem konwekcyjnym. Przykładowo, czas suszenia promiennikowego
połączonego z suszeniem konwekcyjnym marchwi, ziemniaka i jabłka był krótszy o około
50% od czasu suszenia konwekcyjnego.

8. 8
Na czas suszenia promiennikowego wpływa prędkość przepływu powietrza, moc źródła
promieniowania i jego odległość od materiału. Wzrost prędkości przepływu powietrza
zmniejsza tempo usuwania wilgoci, co z kolei wydłuŜa czas suszenia. Dzieje się tak w
wyniku ochładzania powierzchni suszonego produktu. Stąd wpływ szybkości przepływu
powietrza na kinetykę suszenia podczerwonego jest przeciwny niŜ obserwowany podczas
suszenia konwekcyjnego. Stwierdzono, Ŝe wzrost mocy źródła promieniowania
podczerwonego i zmniejszenie odległości pomiędzy materiałem i lampami podczerwonymi
powoduje zwiększenie szybkości suszenia, przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów
zuŜycia energii.
Aparatura stosowana podczas takiego suszenia jest prosta w obsłudze i moŜe być
łatwo przystosowana do zmiennych warunków, suszarki zajmują małą przestrzeń. W ten
sposób mogą być suszone obiekty o duŜej powierzchni lub określone powierzchnie duŜych
obiektów. Ze względu na specyfikę promieniowania cieplnego, metodą tą najlepiej suszyć
materiały, charakteryzujące się duŜym stosunkiem powierzchni do objętości, np. cienkie
plastry.
Inaczej jest w przypadku zastosowania mikrofal do procesu suszenia. Pod wpływem
zewnętrznego pola elektrycznego powstają siły elektrodynamiczne, które powodują obrót i
ustawianie się dipoli obecnych w materiale (głównie dipole wody) równolegle do kierunku
pola elektrycznego. Gdy pole jest przemienne, następuje ciągłe przemieszczanie się
cząsteczek, co wywołuje tarcie międzycząsteczkowe i wydzielanie energii cieplnej w całej
masie. Dzięki temu zostają wyeliminowane szkodliwe napręŜenia mechaniczne i otrzymuje
się produkt charakteryzujący się teksturą wyŜej ocenianą przez konsumentów, w porównaniu
z teksturą suszu konwekcyjnego.
Zastosowanie mikrofal powoduje znaczne skrócenie czasu suszenia, szczególnie w
połączeniu z suszeniem konwekcyjnym, oraz daje moŜliwość usunięcia większej ilości
wilgoci. Czas i szybkość suszenia zaleŜy od uŜytej mocy mikrofal i temperatury powietrza. Im
wyŜsza moc mikrofal i temperatura powietrza, tym proces przebiega szybciej. W literaturze
naukowej moŜna znaleźć informacje, Ŝe w zaleŜności od zastosowanych parametrów
suszenia, moŜna skrócić czas suszenia tkanki roślinnej nawet o 90%.
W tabeli 2 przedstawiono wybrane zastosowania mikrofal w przetwórstwie Ŝywności (w
skali pilotowej i przemysłowej). Mikrofale są obecnie juŜ wykorzystywane w niektórych
krajach jako wspomaganie suszenia konwekcyjnego gorącym powietrzem do usuwania wody
między innymi z cebuli, ziemniaków, ryŜy i makaronu.
Analizując literaturę naukową oraz doniesienia dotyczące wdraŜania na skalę pilotową
innowacyjnych rozwiązań w zakresie suszenia Ŝywności moŜna zaobserwować tendencję
łączenia mikrofal nie tylko z suszeniem konwekcyjnym, ale równieŜ z usuwaniem wody w
warunkach obniŜonego ciśnienia. Bardzo interesującą propozycją jest wykorzystywanie
mikrofal (MW) oraz promieniowania podczerwonego (IR) w ciągłej suszarce sublimacyjnej
(rys. 2). Dzięki dostarczaniu ciepła za pomocą IR i MW istnieje moŜliwość znacznej redukcji
zuŜycia energii i czasu suszenia, co przy bardzo wysokich kosztach typowego suszenia
sublimacyjnego nabiera szczególnego znaczenia. Proponowane rozwiązanie polega na
rozpylaniu w górnej komorze (ciśnienie 70 Pa) ciekłego surowca, który natychmiast zamraŜa
się i aglomeruje poprzez kontakt z rozpylaną „mgłą”. Aglomeracja cząstek jest moŜliwa dzięki
powierzchniowemu podsuszenia kropel za pomocą promieniowania podczerwonego.
ZamroŜone cząstki opadają do dolnej komory, gdzie następuje końcowe suszenie
sublimacyjne za pomocą mikrofal. Wprowadzane do dolnej komory małe ilości gazu
obojętnego ogrzanego do 20-30o
C ułatwiają usuwanie pary wodnej. Taką suszarkę
zaprojektowano do suszenia cieczy, np. soku z czarnej porzeczki. Dyszę rozpylającą moŜna
jednak zastąpić przenośnikiem ślimakowym i wówczas urządzenie słuŜyć będzie do
suszenia owoców. Wysuszono w ten sposób między innymi owoce czarnej porzeczki, a
porównanie wybranych wyróŜników jakości produktu i parametrów eksploatacyjnych róŜnych
suszarek konwekcyjnych i sublimacyjnych przedstawiono w tabeli 3. Czas suszenia
prowadzonego w opisywanym powyŜej urządzeniu skrócił się znacznie, do 0,5-2,5 h, nie
tylko w porównaniu do czasu suszenia sublimacyjnego z ogrzewaniem kontaktowym, który
wynosił 20-30 h, ale równieŜ w porównaniu do taśmowego suszenia konwekcyjnego, które

9. 9
wymagało 4-6 h. Straty witaminy C wynosiły dla trzech porównywanych metod suszenia
odpowiednio 4, 7 i 91%. natomiast powierzchnia niezbędna do przeprowadzenia suszenia w
przeliczeniu na kilogram usuniętej wody była równa odpowiednio 0,06; 0,26 i
0,07 m2
/kg H2O. Na korzyść proponowanej metody suszenia czarnej porzeczki przemawia
równieŜ zuŜycie energii, które wyniosło 1,5 kWh/kg H2O, podczas gdy w tradycyjnym
suszeniu sublimacyjnym było trzykrotnie wyŜsze, a w konwekcyjnym - o ponad 20%.
Porównywano jednak tylko bieŜące zuŜycie energii na przeprowadzenie procesu suszenia.
NaleŜy podkreślić, Ŝe koszt inwestycyjny takich rozwiązań na pewno jest duŜo większy.
NaleŜy równieŜ zwrócić uwagę na wskaźniki uzyskane podczas suszenia czarnej
porzeczki w konwekcyjnej suszarce taśmowej z ogrzewaniem promieniowaniem
podczerwonym, które były znacznie korzystniejsze od uzyskanych podczas
konwencjonalnego suszenia konwekcyjnego (tab. 3).
Tabela 2. Zastosowanie suszenia mikrofalowego
Produkt Szczegóły Skala Państwo
Bekon Wstępne gotowanie I USA
Pulpety mięsne
Gorące powietrze,
próŜnia
P Niemcy
Kawałki kurczaka Gorące powietrze P Japonia
śółtko jej Podczerwień I Japonia
Warzywa
Gorące powietrze,
próŜnia
I Wielka Brytania, Japonia
Cebula Gorące powietrze I USA
Plastry ziemniaków Gorące powietrze I Niemcy i Wielka Brytania
Makaron Gorące powietrze I USA, Włochy
RyŜ Gorące powietrze I Wielka Brytania, USA
Ziarna, orzechy PróŜnia P USA, Kanada
Kakao, kawa PraŜenie I USA
Herbatniki Po pieczeniu I powszechnie
P – pilotowa; I – przemysłowa
Tabela 3. Porównanie suszenia róŜnymi metodami owoców czarnej
porzeczki (Kudra i Mujumdar, 2006)
Parametr
Suszenie atmosferyczne Suszenie sublimacyjne
Suszarka
taśmowa IR
Konwekc. suszarka
taśmowa
Ogrzewanie
kontaktowe
MW+IR
Czas suszenia, h 0,05-2,5 4-6 20-30 0,5-2,5
ZuŜycie energii,
kWh/kg wody
1,0 1,85 4,5 1,5
Pocz. zaw. H2O, % 98 98 98 98
Końc. zaw. H2O, % 2-3 8,0 3,5 4,0
Temperatura, o
C 30-60 50-110 -35÷40 -10÷120
Strata wit. C, % 58 91 7 4

10. 10
Rysunek 2. Ciągła suszarka sublimacyjna z ogrzewaniem promieniami podczerwonymi i
mikrofalami (Kudra i Mujumdar, 2006)
5. Suszenie wykorzystujące złoŜe fluidalne i jego modyfikacje
Podczas przepływu strumienia powietrza lub innego płynu przez warstwę materiału
ziarnistego lub granulowanego umieszczonego na perforowanym dnie obserwuje się spadek
ciśnienia wynikający z oporów przepływu przez tę warstwę. Przy pewnej prędkości
przepływu spadek ciśnienia będzie tak duŜy, Ŝe zrównowaŜy cięŜar złoŜa - złoŜe zostanie
uniesione w górę, a następnie rozproszy się ono na mniejsze lub większe cząstki, a dalszy
ruch gazu odbywać się będzie w postaci pęcherzyków, złoŜe zaś przypominać będzie
wrzącą ciecz.
Okazuje się, Ŝe suszarki pracujące w warunkach opisanego stanu fluidalnego
charakteryzują się najwyŜszymi współczynnikami przenoszenia ciepła i masy w stosunku do
nakładów poniesionych na przetłoczenie gazu. Dlatego nowoczesne rozwiązania
konstrukcyjne suszarek bardzo często wykorzystują róŜne modyfikacje złoŜa fluidalnego.
Zainteresowanie wykorzystaniem róŜnego rodzaju drgań do intensyfikacji przenoszenia
pędu, ciepła i masy jest znane od dawna w inŜynierii chemicznej. Przejawem tej tendencji w
suszarnictwie jest zastosowanie drgań przegrody (suszarki wibracyjne i wibracyjno-
fluidyzacyjne) lub pulsacji strumienia gazu (suszarki pulsofluidalne, strumieniowe).
Intensyfikacja procesu suszenia poprzez zastosowanie drgań polega na wzroście
współczynników wnikania poprzez zaburzenia warstwy granicznej oraz wzroście powierzchni
międzyfazowej wskutek oddziaływania drgań na strukturę złoŜa.
Wśród modyfikacji złoŜa fluidalnego, mających zastosowanie w suszeniu Ŝywności i
wykorzystujących róŜnego rodzaju drgania, jako podstawowe naleŜy wymienić złoŜe
pulsofluidalne i wibrofluidalne. Pierwsze z nich jest wariantem suszenia fluidalnego, w którym
gaz suszący jest doprowadzany w sposób pulsacyjny (periodyczny). W duŜych
prostokątnych złoŜach obszar pulsacyjnej fluidyzacji moŜe być zmieniany, co niesie ze sobą
KKoonnddeennssaattoorr II
ZZbbiioorrnniikk ssuurroowwccaa
KKoommoorraa
rroozzppyyllaanniiaa
GGeenneerraattoorr mmiikkrrooffaall
DDyysszzaa
DDyyssttrryybbuuttoorr
ggaazzuu
OOggrrzzeewwaacczz
KKoommoorraa ssuusszzeenniiaa
ssuubblliimmaaccyyjjnneeggoo
KKoonnddeennssaattoorr IIII
GGaazz
oobboojjęęttnnyy
WWyyłłaadduunneekk
PPrroommiieennnniikk IIRR

11. 11
pewne korzyści. ChociaŜ idea zastosowania przemieszczania się strumienia gazu w celu
wyeliminowania kanalikowania złoŜa powstała ponad 40 lat temu, nie znalazła jednak
szerokiego zastosowania. Jednak naleŜy podkreślić, Ŝe w porównaniu z pracującymi w
przemyśle wielotaśmowymi suszarkami, przeznaczonymi do suszenia krajanki warzywnej,
suszarka pulsofluidalna charakteryzuje się najlepszymi wskaźnikami techniczno-
ekonomicznymi (jednostkowe zapotrzebowanie energii elektrycznej i pary grzejnej, kubatura,
materiałochłonność konstrukcji, jakość suszu) i najniŜszymi kosztami inwestycyjno-
eksploatacyjnymi.
Suszarki ze złoŜem wibrofluidalnym to urządzenia, w których prędkość powietrza
przepływającego przez materiał przekracza początkową prędkość fluidyzacji, a wibracje
przegrody nie są intensywne, bo takie mogą mieć nawet ujemny wpływ na intensywność
wymiany ciepła i masy. Stosuje się drgania o przyspieszeniu ≤ g. Ten sposób suszenia
wykorzystuje się obecnie dość powszechnie jako drugi stopień otrzymywania Ŝywności w
proszku. Zastosowane po suszeniu rozpyłowym suszenia wibrofluidalnego umoŜliwia
otrzymywania proszków spoŜywczych o odpowiednich właściwościach, charakteryzujących
produkty typu „instant”, oraz takich, które dotąd uznawane były za bardzo trudne do
wysuszenia (np. proszki zawierające tłuszcz).
Innym rozwiązaniem, wykorzystującym modyfikacje złoŜa fluidalnego, jest suszenie z
wykorzystaniem cząstek złoŜa inertnego. Materiał inertny jest wykorzystywany jako nośnik
dla ciekłego surowca oraz czynnik przenoszący ciepło (ogrzewanie konwekcyjne i
kontaktowe od powierzchni cząstek). PoniewaŜ rozmiary cząstek inertnych są 20 do 40 razy
większe od cząstek rozpylonego suszonego materiału, moŜna zastosować wyŜsze prędkości
powietrza, a więc osiągnąć wyŜszą wydajność procesu. Porównując ze standardową
suszarką rozpyłową, uŜycie złoŜa fluidalnego materiału inertnego do suszenia zawiesin daje
15 do 17 razy wyŜszą objętościową szybkość odparowania w tych samych warunkach
termicznych. Dodatkowo, intensywny ruch cząstek inertnych zapewnia dobrą dyspersję
ciekłego surowca, więc dysze mogą rozpylać większe cząstki.
Przykładem nowoczesnego rozwiązania konstrukcyjnego jest dwukomorowa suszarka
fluidyzacyjna z materiałem inertnym (rys. 3). Kontrolowana szybkość zasilania surowcem, z
jednoczesną zmianą przepływu cząstek materiału inertnego z wewnętrznej komory (wstępne
suszenie) do zewnętrznej (końcowe suszenie), umoŜliwia kontrolę szybkości ogrzewania,
czasu pobytu produktu w suszarce i kinetyki oddzielania produktu od materiału inertnego.
Jest szczególnie polecana dla materiałów ciekłych i pastowatych, które zmieniają znacząco
właściwości fizyczne wraz z zawartością wody, np. laktoza, albumina jaja, lizyna,
hemoglobina.
Bardzo interesującym rozwiązaniem jest wibrofluidalna suszarka z materiałem inertnym
(rys. 4). Dwie pneumatyczne dysze rozpylają surowiec na wibracyjne złoŜe cząstek z
politetrafluoroetylenu (PTFE), dodatkowo poddawane fluidyzacji. W wyniku intensywnych,
częstych kolizji cząstek, wysuszona łuska zostaje rozbita do proszku i kierowana jest do
cyklonów. Urządzenie to oryginalnie zostało zaprojektowane do suszenia proszku
jajecznego. MoŜna będzie prawdopodobnie je wykorzystać równieŜ do otrzymywania
suszonych preparatów białka jaja, krwi zwierzęcej, kazeiny, droŜdŜy czy białka sojowego.
Tego typu suszarki, z przeznaczeniem do suszenia proszku jajecznego, produkowane są
jako urządzenia o wydajności 80, 200 i 410 kg/h. ZuŜycie energii wynosi od 2700 do 3600
kJ/(kg·h), podczas gdy suszarka rozpyłowa (typ RS-150), produkująca równieŜ proszek
jajeczny, potrzebuje 7400 kJ/(kg·h) energii. Wybrane wskaźniki jakości proszku jajecznego
suszonego w suszarce wibrofluidalnej z materiałem inertnym (VFD) świadczą o dobrych
właściwościach otrzymanego produktu, który charakteryzuje się dwukrotnie mniejszą
adhezyjnością i większą o 40-50% gęstością nasypową od proszku suszonego rozpyłowo
(tab. 4).

12. 12
Rysunek 3. Dwukomorowa suszarka fluidyzacyjna z materiałem
inertnym (Kudra i Mujumdar, 2006)
Rysunek 4. Wibrofluidalna suszarka z materiałem inertnym (Technical information, NPO ‘‘MIR’’ -
Scientific-Industrial Association, 123308 Moscow, Marshal-Zhukov Prospect 1)
ZZuużżyyttee ppoowwiieettrrzzee
PPrroodduukktt
WWiillggoottnnyy
ssuurroowwiieecc
SSpprręężżoonnee
ppoowwiieettrrzzee
GGoorrąąccee ppoowwiieettrrzzee
ZZuużżyyttee ppoowwiieettrrzzee
PPrroodduukktt
CCiieekkłłyy ssuurroowwiieecc
ZZeewwnnęęttrrzznnaa
kkoommoorraa
WWeewwnnęęttrrzznnaa
kkoommoorraa
DDyysszzaa
GGoorrąąccee ppoowwiieettrrzzee
GGoorrąąccee
ppoowwiieettrrzzee
DDeefflleekkttoorr

13. 13
Tabela 4. Wybrane wskaźniki jakości proszku jajecznego suszonego rozpyłowo i w
suszarce wibrofluidalnej z materiałem inertnym
Parametr
Suszenie
rozpyłowe
Suszenie VFD
Kształt kule łuski
Rozmiar, mm 0,02-0,05 grubość 0,05-0,06; długość 0,2-0,4
Adhezja, N/m2
4000 2000
Gęstość
nasypowa, kg/m3 300-350 450-500
Kolejną propozycją wykorzystania zmodyfikowanego złoŜa fluidalnego jest suszarka
JetZone (rys. 5). Urządzenie to wyposaŜone jest w szereg dyszy powietrznych kierujących
gorące powietrze poprzez suszony materiał na powierzchnię nieperforowanego przenośnika
taśmowego, który dodatkowo moŜe być poddany wibracjom. Powietrze z ciśnieniowej
komory spręŜonego powietrza przechodzi przez dysze, tworząc poduszkę powietrzną pod i
wokół cząstek, które łagodnie fluidyzują w strumieniu „odbijanego” powietrza. Powietrze
unosi się pionowo wokół dysz i kierowane jest do cyklonu. Materiał na przenośniku przesuwa
się wzdłuŜ suszarki. Precyzyjna kontrola prędkości powietrza pozwala na jednorodną i
dokładną fluidyzację w kaŜdym miejscu suszarki i kontakt kaŜdej cząstki z suszącym
powietrzem. Suszarka moŜe być podzielona na sekcje o róŜnych temperaturach powietrza.
Rysunek 5. Suszarka JetZone (Wolverine, Proctor & Schwartz, LLC, Merrimac, MA)
Główne zalety tych suszarek to ujednolicone i kontrolowane suszenie, łatwość
czyszczenia (brak perforacji przenośnika), niewiele części ruchomych, moŜliwość szybkiego
przestawienia produkcji na inny asortyment. Suszarka JetZone moŜe słuŜyć do suszenia
materiałów, które zmieniają rozmiar, kształt i gęstość. MoŜe to być ziemia okrzemkowa,
Ŝywność w postaci włóknistej i granulowanej, pokarm dla zwierząt, itp.
Parametry graniczne pracy tej suszarki to: temperatura gazu 400o
C, prędkość
przesuwu przenośnika 0,3 m/s, prędkość strumienia powietrza 70 m/s, prędkość powietrza
przepływającego przez złoŜe cząstek 2 m/s. Wydajność suszarki moŜe wynosić od 90 do
41000 kg/h.

14. 14
6. Nowoczesne rozwiązania w suszarkach rozpyłowych
Podczas suszenia rozpyłowego następuje przemiana surowca w postaci roztworu,
zawiesiny lub pasty ze stanu ciekłego do formy suchej podczas jednej krótkiej i ciągłej
operacji. Proces jest wykorzystywany do suszenia cieczy, zawiesin, emulsji, past. Rozpylanie
odbywa się za pomocą róŜnych urządzeń rozpylających, wśród których znajdują się dyski
obrotowe, dysze ciśnieniowe i dysze pneumatyczne. Główne funkcje urządzeń rozpyłowych
to wytworzenie duŜej powierzchni w stosunku do masy cieczy oraz wytworzenie
drobnoziarnistego produktu o poŜądanym kształcie i wielkości cząstek. W przemyśle
spoŜywczym stosowane są przede wszystkim mechanizmy obrotowe i dysze ciśnieniowe.
Dysze pneumatyczne wymagają duŜo energii, a otrzymany proszek jest zbyt drobny i dlatego
niezbyt atrakcyjny dla konsumenta.
Rozwój suszenia rozpyłowego jest doskonałym przykładem szerszego wykorzystania
zoptymalizowanych wielostopniowych suszarek róŜnych typów, w celu zwiększenia
sprawności energetycznej i poprawy jakości produktu. Suszarki rozpyłowe jednostopniowe to
urządzenia, w których otrzymuje się pojedyncze cząstki proszku o wysokiej gęstości
nasypowej, najczęściej pyliste, charakteryzujące się brakiem cech instant. W suszeniu
dwustopniowym w pierwszym stopniu realizowane jest suszenie rozpyłowe do zawartości
wody około 10% (zamiast 3-5%). W drugim stopniu wykorzystuje się suszarki fluidyzacyjne
lub wibrofluidyzcyjne (rys. 6), w których uzyskuje się produkt końcowy o zawartości wody 3-
5%, przeprowadzając jednocześnie aglomerację, co gwarantuje uzyskanie cech instant, oraz
chłodzenie materiału. Wśród zalet suszenia dwustopniowego moŜna równieŜ wymienić
wyŜszą wydajność procesu w przeliczeniu na kilogram powietrza suszącego, mniejszą
emisję pyłu oraz lepszą jakość produktu, dzięki uzyskaniu dobrej rozpuszczalności, niskiej
zawartości wolnego tłuszczu i okludowanego powietrza.
Rysunek 6. Wibrofluidyzator VIBRO-FLUIDIZER® (www. niroinc.com/drying_dairy_food/)
Producenci urządzeń słuŜących do otrzymywania proszków spoŜywczych proponują
obecnie róŜne rozwiązania, w których w róŜny sposób realizuje się suszenie dwustopniowe.
Przykładem mogą być suszarki firmy GEA Process Engineering Inc. ZłoŜe fluidalne moŜe
być zaprojektowane jako złoŜe wibrujące z tłokowym przepływem powietrza
(wibrofluidyzator), realizowane w oddzielnym urządzeniu, lub jako złoŜe statyczne z
przepływem wstecznym – mieszającym, wbudowane w część stoŜkową komory suszarni.
Statyczne złoŜa dostępne są w trzech konfiguracjach: pierścieniowe złoŜe fluidalne (suszarki
kompaktowe), cyrkulacyjne złoŜe fluidalne (suszarki MSD/FSD) i połączeniu obu wyŜej
wymienionych (Suszarki IFD).
W suszarce MSD™ (Multi-Stage Dryer)/FSD™ (Fluidized Spray Dryer) odbywa się
właściwie suszenie trójstopniowe, mianowicie bezpośrednio po rozpyleniu, w cyrkulacyjnym
złoŜu fluidalnym w dolnej części komory i w wibrofluidyztorze (rys. 7). W pierwszym etapie
Końcowy proszek/aglomerat
Gorące powietrze
Doprowadzenie
produktu
Zużyte powietrze
Chłodzące powietrze

15. 15
suszenia koncentrat jest rozpylany współprądową dyszą umieszczoną w kanale gorącego
powietrza suszącego. Odparowanie następuje natychmiast w czasie pionowego ruchu w dół
w komorze suszarni o specjalnej konstrukcji. Proszki osiągają wilgotność 6-15%, zaleŜnie od
rodzaju produktu, i są termoplastyczne i lepkie. Pionowy wlot powietrza z duŜą prędkością
wywołuje efekt venturiego, czyli tworzy się próŜnia zasysająca otaczające powietrze wraz z
drobnymi wysuszonymi juŜ cząstkami proszku do wilgotnej rozpylonej chmury. Taki proces
określa się jako „spontaniczna wtórna aglomeracja”. Drugi etap suszenia odbywa się w
wewnętrznym złoŜu fluidalnym, zasilanym powietrzem o odpowiedniej temperaturze i
prędkości. Tutaj kontynuowana jest aglomeracja poprzez stykanie się rozpylonych cząstek z
proszku fluidyzującym w statycznym złoŜu. Po osiągnięciu odpowiedniej wilgotności proszek
transportowany jest śluzą obrotową do wibrofluidyzatora w celu ostatecznego suszenia i
chłodzenia, a zuŜyte powietrze przechodzi przez cyklon. Powietrze opuszcza komorę w jej
górnej części, a frakcja cyklonowa zawracana jest do urządzenia rozpyłowego, statycznego
złoŜa fluidalnego lub wibrofluidyzatora. Obecnie, w nowoczesnych suszarniach cyklony
zastępowane są filtrami workowymi mytymi w układzie CIP.
Rysunek 7. Schemat suszarki FSD (www.niro.com/niro/cmsresources.nsf/filenames/
Bna790gb.pdf/$file/Bna790gb.pdf)
W suszarce tej powstają duŜe aglomeraty. MoŜliwe jest prowadzenie w niej suszenia
przy zastosowaniu bardzo wysokich temperatur powietrza wlotowego do komory (220-275o
C)
i bardzo krótkiego czasu suszenia, utrzymując dobrą rozpuszczalność proszku. Suszarka
charakteryzuje się niskim zuŜyciem energii, ograniczonymi gabarytami, niską emisją pyłów i
elastycznością w produkcji róŜnych proszków. Znajduje zastosowanie do proszków
uwaŜanych za „trudne” do suszenia, np. proszki mleczne (z mleka pełnego), proszek
jajeczny, aromaty, białka roślinne, droŜdŜe, ekstrakty słodowe, mieszaniny zup.
W suszarce COMPACT DRYER™ (with integrated fluid bed dryer) zmniejszono dolną
część komory, co umoŜliwiło wprowadzenie pierścieniowego złoŜa fluidalnego w dolnej
części stoŜka konwencjonalnej komory. Zastosowano w tym miejscu system omiatania
powietrzem, polegający na tym, Ŝe mała ilość gorącego powietrza jest wprowadzana
stycznie do ściany cylindra, powodując rotację powietrza i proszku. W efekcie jedynie
niewielka ilość proszku jest porywana z powietrzem wylotowym, które opuszcza komorę w
dolnej jej części. Frakcja cyklonowa zawracana jest do urządzenia rozpyłowego (dysk
obrotowy) w celu aglomeracji materiału. Chłodzenie produktów zawierających tłuszcz
powinno być prowadzone w wibrofluidyzatorze.
W urządzeniu TALL FORM DRYER™ zamontowano dysze rozpyłowe ciśnieniowe, co
do minimum ogranicza moŜliwość stykania się cząstek ze ścianami komory. Powietrze
odsysane jest specjalnie ukształtowaną częścią stoŜkową komory, dzięki czemu pociąganie

16. 16
proszków do cyklonu jest minimalne. Końcowe dosuszanie i chłodzenie następuje w złoŜu
fluidalnym w drugim stopniu suszenia. W takiej suszarce moŜna otrzymywać sproszkowane
odŜywki dla dzieci o podwyŜszonej zawartości tłuszczu i węglowodanów, produkty na bazie
białek serwatkowych, sojowych, mleka.
IFD™ (Integrated Filter Dryer) posiada tradycyjną komorę suszenia z wbudowanym w
podstawę złoŜem fluidalnym w kształcie pierścienia (rys. 8). Rozpylanie moŜe odbywać się
za pomocą zarówno dysz ciśnieniowych, jak i mechanizmu obrotowego. Dysze ciśnieniowe
stosowane są głównie do produktów zawierających tłuszcz i produktów z wysoką
zawartością białek, natomiast dyski obrotowe stosuje się do całej gamy róŜnych produktów,
szczególnie do koncentratów zawierających kryształy. Wewnątrz komory znajdują się filtry
tkaninowe czyszczone nadmuchem spręŜonego powietrza (proszek opada na złoŜe), co
gwarantuje lepszą jakość proszku, a zewnętrznych urządzeń odpylających nie trzeba
instalować. Suszarki te mają zastosowanie do proszków, dla których priorytetem jest
zachowanie idealnej higieny. Dodatkowo, proszki charakteryzują się bardzo dobrymi
właściwościami fizycznymi, np. zwilŜalność poniŜej 20 s, rozpuszczalność 92-98%
(odpowiednie wartości dla proszków z jednostopniowej suszarki – 1000 s i 60-80%). Lepsza
jakość produktu wynika równieŜ z faktu, Ŝe suszarka IFD™ moŜe pracować przy niŜszej
temperaturze wylotowej w porównaniu z konwencjonalną suszarnią rozpyłową. MoŜliwe jest
takŜe uzyskanie wyŜszej wydajności suszenia na kilogram powietrza suszącego.
Rysunek 8. Schemat suszarki IFD (www.niro.com/niro/cmsdoc.nsf/webdoc/webb7gmj9w)
Suszarka FILTERMAT™ posiada dysze ciśnieniowe umieszczone tuŜ pod specjalnie
zaprojektowanym rozdzielaczem z dwoma wlotami powietrza (rys. 9). Przepływ powietrza
zapewnia, Ŝe rozpylone cząstki nie kontaktują się ze ścianami komory. Częściowo
wysuszony w kolumnie produkt opada na porowaty przenośnik, na którym odbywa się
dosuszanie i chłodzenie za pomocą powietrza podawanego od dołu, prostopadle do
materiału, z prędkością mniejszą od prędkości fluidyzacji. Proszek przebywa kilka minut na
przenośniku, co umoŜliwia odpowiednie wysuszenie produktu. Urządzenia tego typu mogą
znaleźć zastosowanie do proszków higroskopijnych, termoplastycznych i krystalizujących
(wysoka zawartość tłuszczu i cukrów), np. pomidory, sery, mieszanki lodziarskie, produkty
zawierające skrystalizowaną laktozę, serwatka, owoce i warzywa, kawa, czekolada, róŜne
węglowodany.

17. 17
Rysunek 9. Schemat suszarki FILTERMAT (www.niro.com/niro/cmsresources.
nsf/filenames/Bna790gb.pdf/$file/Bna790gb.pdf)
7. Suszenie w niskich temperaturach
Ostatnio moŜna zauwaŜyć, szczególnie w badaniach naukowych, duŜe
zainteresowanie badaczy procesami suszenia odbywającymi się w niskiej temperaturze.
Zajęcie się tego typu problematyką wychodzi naprzeciw oczekiwaniom konsumentów, którzy
bardzo chętnie kupują Ŝywność zbliŜoną swymi cechami do właściwości surowców. Niestety,
niekorzystne zmiany zachodzące w czasie tradycyjnego procesu suszenia, wynikają głównie
z zastosowania wysokiej temperatury. Utlenianie witamin i barwników, reakcje
nieenzymatycznego i enzymatycznego brunatnienia, zmiany tekstury czy skurcz materiału
wpływają negatywnie na jakość produktu. Suszenie znacznie przedłuŜa trwałość produktu,
jednak jego wartość odŜywcza i jakość najczęściej ulega znacznemu zmniejszeniu w
porównaniu do surowca. Niektóre niekorzystne zmiany moŜna eliminować lub zdecydowanie
ograniczać przez zastosowanie niskich temperatur procesu suszenia.
Najpowszechniejszym procesem suszenia w niskiej temperaturze jest suszenie
sublimacyjne. Suszenie sublimacyjne jest to proces polegający na usuwaniu wody z
zamroŜonego materiału na drodze sublimacji lodu, tzn. bezpośredniego jego przejścia w stan
pary, z pominięciem stanu ciekłego. MoŜe przebiegać pod ciśnieniem atmosferycznym, ale
wówczas zachodzi bardzo wolno. W celu uzyskania satysfakcjonujących szybkości usuwania
wody suszenie sublimacyjne prowadzi się pod znacznie obniŜonym ciśnieniem, w zakresie
15-150 Pa. Proces ten nazywa się równieŜ liofilizacją, szczególnie w medycynie i biologii.
Suszenie sublimacyjne jest metodą usuwania wody, gwarantującą otrzymanie produktu o
najlepszej jakości, w porównaniu z innymi sposobami suszenia. Wynika to z następujących
zalet suszenia sublimacyjnego: braku degradacji cieplnej, zachowanie kształtu i wyglądu,
największa ze znanych szybkość ponownego uwadniania, ułatwiona moŜliwość sterylnego
otrzymania suchego produktu w handlowych opakowaniach jednostkowych. Mimo
niewątpliwych zalet, suszenie sublimacyjne jest uwaŜane za metodę niepozbawioną wad, do
których zalicza się: wysoki koszt inwestycyjny urządzeń (około trzykrotnie większy niŜ innych
typów suszarek), wysoki koszt energii (dwu- trzykrotnie wyŜszy w porównaniu z innymi
metodami), długi czas procesu (często około 24 godzin). Na podstawie wymienionych
powyŜej wad oraz zalet suszenia sublimacyjnego moŜna wywnioskować, Ŝe metoda ta
powinna znaleźć zastosowanie do produktów, które spełniają jedno lub więcej następujących
kryteriów: niestabilność, nieodporność termiczna, konieczność dokładnego dawkowania,
szybka i całkowita rehydracja lub wysoka wartość.
Ostatnie lata wskazują na wzrastające zainteresowanie suszarkami sublimacyjnymi o
działaniu ciągłym. Ciągłość pracy moŜna osiągnąć poprzez zorganizowanie pracy kilku
samodzielnych suszarek okresowych według specjalnego, przemiennego schematu.
Wówczas załadunek i wyładunek produktu odbywa się dla całego zestawu w sposób ciągły.
Na tej zasadzie pracują liczne instalacje w wielu krajach. Jednak bardziej nowoczesnym

18. 18
rozwiązaniem jest ciągłe przemieszczanie się materiału przez kolejne strefy urządzenia, w
którym materiał spoczywa na poruszających się tacach lub taśmach albo zgranulowane
złoŜe jest poddawane mieszaniu. W pierwszym przypadku nie następuje ścieranie materiału,
więc moŜna tak suszyć materiały delikatne. Ciepło dostarczane jest do produktu i tac na
zasadzie promieniowania z umieszczonych poziomo ogrzewanych płyt. Produkt przebywa
ściśle określony czas w kaŜdej strefie temperaturowej, co prowadzi do minimalizacji czasu
suszenia.
Przykładem interesującego rozwiązania do usuwania wody z ciekłego surowca jest
ciągła suszarka sublimacyjna do cieczy i past, w której w strefie sublimacji wykorzystywane
są dodatkowo wibracje złoŜa materiału (rys. 10). Do górnej komory zamraŜania
wprowadzany jest rozpylony surowiec, który po zestaleniu jest transportowany do dolnej
komory sublimacji, wyposaŜonej w wibrujące sita. Wymieszanie i wibracja granulek
zamroŜonego materiału zmniejszają opór hydrauliczny i cieplny złoŜa i powodują ciągłe
odnawianie powierzchni wymiany ciepła i masy. Ciepło dostarczane jest do produktu przez
promienniki podczerwieni zainstalowane powyŜej kaŜdego sita. Taka suszarka jest
przeznaczona przede wszystkim do otrzymywania suszonych produktów biosyntezy.
Innym przykładem nowoczesnego rozwiązania konstrukcyjnego suszarki sublimacyjnej
jest omówione wcześniej urządzenie do suszenia soku lub owoców tkankowych,
wykorzystujące działanie zarówno promienników podczerwieni jak i generatora mikrofal
(rys. 2).
Rysunek 10. Schemat ciągłej wibrograwitacyjnej suszarki sublimacyjnej
do cieczy i past (Adamiec i wsp., 2006)
Zasilanie
Granulator
próżniowy
Biomasa
Kondensator
Pompa
próżniowa
Komora
suszenia
Zawór
zasilający
Promienniki
Wibrujące sita
Suchy produkt

19. 19
Od wielu lat trwają badania nad opracowaniem techniki odwadniana, która będzie
łączyła zalety liofilizacji, czyli wysoką jakość produktu, i technik konwekcyjnych, które
charakteryzują się niskimi kosztami procesu. Proces suszenia produktów zamroŜonych za
pomocą suchego powietrza o temperaturze od -20 do 0°C pod ciśnieniem atmosferycznym
jest jedną z takich metod. Pierwsze próby zastosowania suszenia sublimacyjnego pod
ciśnieniem atmosferycznym do suszenia produktów Ŝywnościowych pochodzą z roku 1962.
Późniejsze prace nie doprowadziły jednak do opanowania tej techniki na skalę przemysłową.
W większości opisywanych wówczas doświadczeń do osuszania powietrza stosowano
róŜnego rodzaju adsorbenty. Metodą alternatywną w suszeniu produktów spoŜywczych
okazało się zastosowanie pomp ciepła do osuszania powietrza. Pierwotnym celem
zastosowania pomp ciepła było obniŜenie energochłonności procesu suszenia w suszarkach
konwekcyjnych, poprzez odzysk ciepła. Obecnie moŜna równieŜ znaleźć literaturze
naukowej publikacje, w których opisywane są badania procesu usuwania wody będącej w
stanie ciekłym (materiały niezamroŜone) w czasie suszenia w urządzeniach, w których
zainstalowano pompy ciepła. Jednak więcej uwagi poświęca się analizie procesu suszenia
sublimacyjnego (materiału zamroŜonego) przebiegającego pod ciśnieniem atmosferycznym
w instalacjach z pompą ciepła.
Mimo lepszych warunków transportu ciepła w wyŜszych ciśnieniach, proces suszenia
sublimacyjnego pod ciśnieniem atmosferycznym trwa znacznie dłuŜej. Jest to spowodowane
duŜo większymi oporami transportu masy w tych warunkach, które decydują o szybkości
suszenia. Niestety, długi czas suszenia AFD niweluje zyski energetycznie, z uwagi na
konieczność uŜycia energii elektrycznej do napędu spręŜarkowych pomp ciepła. Jednym ze
sposobów skrócenia czasu suszenia jest zastosowanie skokowej temperatury procesu.
Prowadzenie całego procesu w temperaturach ujemnych wydłuŜa czas trwania suszenia.
WyŜsze szybkości suszenia osiągnąć moŜna poprzez wzrost temperatury. Z drugiej strony
jednak proces powinien być prowadzony przy takich parametrach, które pozwalają uniknąć
występowania zjawiska mięknięcia materiału i załamania struktury.
Kolejną skuteczną metodą suszenia Ŝywności w niskich temperaturach jest suszenie
pod obniŜonym ciśnieniem. W przeciwieństwie do suszenia konwekcyjnego odbywa się ono
bez udziału powietrza jako czynnika suszącego i dzięki temu produkt charakteryzuje się
lepszymi właściwościami niŜ susz konwekcyjny. ObniŜone ciśnienie powoduje zmniejszenie
pręŜności pary wodnej oraz większą róŜnicę temperatur między produktem a otoczeniem. To
wpływa na szybkość procesu suszenia. Prowadzone są równieŜ badania nad suszeniem pod
obniŜonym ciśnieniem wspomaganym promieniami podczerwonymi lub mikrofalami.
Stosowanie takiego suszenia jest korzystne, ze względu na jakość Ŝywieniową, fizyczną i
sensoryczną produktów. W niektórych przypadkach jakość tych suszy jest porównywalna z
suszami sublimacyjnymi, mimo Ŝe w przypadku suszenia promieniami podczerwonymi
materiał osiąga podczas suszenia wysoką temperaturę. W przypadku suszenia pod
obniŜonym ciśnieniem z zastosowaniem mikrofal do uzyskania wysokiej jakości suszy
przyczynia się niska temperatura, brak powietrza, zapobiegający procesom utleniania, oraz
szybka wymiana masy.
Tabela 5. Porównanie wybranych parametrów suszenia z zastosowaniem pompy ciepła,
konwekcyjnego oraz pod obniŜonym ciśnieniem (Chou i Chua, 2006)
Parametr
Suszenie
konwekcyjne
Suszenie pod
obniŜonym
ciśnieniem
Suszenie z
zastosowaniem
pompy ciepła
Właściwa szybkość
odparowania (kg wody/KWh)
0,12-1,28 0,72-1,2 1,0-1,4
Zakres temperatur (ºC) 40-90 30-60 10-65
Koszty inwestycyjne niskie wysokie umiarkowane
Koszty eksploatacji wysokie bardzo wysokie umiarkowane

20. 20
Suszenie pod obniŜonym ciśnieniem, podobnie jak suszenie sublimacyjne, nie naleŜy
do tanich metod usuwania wody. W porównaniu z procesem konwekcyjnym i suszeniem z
zastosowaniem pompy ciepła (ze stanu ciekłego), zarówno koszty eksploatacyjne, jak i
inwestycyjne są największe (tab. 5).
8. Podsumowanie
W opracowaniu przedstawiono wybrane nowe techniki suszenia, oparte na
niekonwencjonalnych podstawach, których nie odnajdziemy w konwencjonalnych metodach
suszenia. Większość omawianych technik suszenia znalazło juŜ zastosowanie w przemyśle
lub były testowane w skali przemysłowej. Zaprezentowane techniki, metody i rozwiązania
konstrukcyjne nie wyczerpują przedstawianego problemu, ale dają pewien pogląd o
moŜliwościach rozwoju w dziedzinie suszenia Ŝywności. Ze względu na wzrastające
moŜliwości techniczne, konieczność zmniejszania zuŜycia energii, uwarunkowania dotyczące
ochrony środowiska, a przede wszystkim coraz większe wymagania dotyczące jakości
suszonych produktów spoŜywczych, rozwój teorii i techniki suszenia ma przed sobą
róŜnorakie i ciekawe zadania.
Metodami intensyfikacji suszenia, moŜe być doprowadzeniem energii w postaci fal o
wysokiej częstotliwości (mikrofale) lub promieniowania, ale równieŜ działanie zewnętrznego
pola elektrycznego czy teŜ zastosowanie fal dźwiękowych. Mimo Ŝe są to sposoby
obiecujące i charakteryzujące się dobrymi wskaźnikami, nie zostały dotąd wprowadzone na
skalę przemysłową. Potencjalny ich rozwój będzie na pewno moŜliwy, ale zaleŜy od
prowadzonych badań naukowych na poziomie podstawowym oraz kreatywności w
projektowaniu urządzeń.
Poruszane w opracowaniu zagadnienia nie stanowią pełnego odzwierciedlenia
aktualnego stanu w zakresie innowacyjnych rozwiązań oraz perspektywicznych moŜliwości
rozwoju suszarnictwa Ŝywności. Zaprezentowane zostały niektóre rozwiązania, które dają
pogląd o aktualnych trendach w tej dziedzinie.
NaleŜy podkreślić, Ŝe wobec bardzo duŜego zuŜycia energii w procesie suszenia z
zadowoleniem naleŜy odnotować, Ŝe wiele nowoczesnych rozwiązań wpływa na poprawę
bilansu energetycznego suszarek.
Jednocześnie nie moŜna zapominać, Ŝe w celu uzyskania bezpiecznych produktów
Ŝywnościowych o wysokiej jakości bardzo istotne jest poznanie fizycznych i chemicznych
mechanizmów na poziomie molekularnych, a więc niezbędne jest, obok badań aplikacyjnych,
prowadzenie badań podstawowych.
9. Literatura
Adamiec J., Kamiński W., Mujumdar A.S., Strumiłło Cz., 2006. Drying of Biotechnological
Products. Handbook of Industrial Drying (ed. A.S. Mujumdar). CRC Taylor & Francis,
Boca Raton, 905-930
Chou S.K., Chua K.J., 2006. Heat Pump Drying System, Handbook of Industrial Drying (ed.
A.S. Mujumdar), CRC, 1103-1130.
Devahastin S., Suvarnakuta P., Soponronnarit S., Mujumdar A.S., 2004. A comparative
study of low-pressure superheated steam and vacuum drying of heat-sensitive
material. Drying Technology 22 (1845-1867.
Fabisiak A., 2009. Studia nad ciśnieniem sublimacyjnym jabłek pod ciśnieniem
atmosferycznym. Praca doktorska, WNoś, SGGW w Warszawie
Fellows P., 2000. Food Processing Technology. CRC Press, Boca Raton.
Funebo T., Ahrné L., Kidman S., Langton M., Skjoldebrand C., 2000. Microwave heat
treatment of apple before air dehydration - efects on physical properties and
microstructure. Journal of Food Engineering 46, 173-182.
Hall C.W., 1994. Can you identify these dryers? Drying Technology 12(1-2), 417
Jambrak A.Z., Mason T.J., Paniwnyk L., Lelas V., 2007. Accelerated drying of button
mushrooms, Brussels sprouts and cauliflower by applying power ultrasound and its
rehydration properties. Journal of Food Engineering 81, 88-97.

21. 21
Kudra T., Mujumdar A.S., 2006. Special Drying Techniques and Novel Dryers. Handbook of
Industrial Drying (ed. A.S. Mujumdar). CRC Taylor & Francis, Boca Raton, 453-520
Liapis A.I., Bruttini R., 2006. Freeze Drying. Handbook of Industrial Drying (ed. A.S.
Mujumdar). CRC Taylor & Francis, Boca Raton, 257-284
Lewin L.M., Mateles R.F., 1962. Freeze drying without vacuum: a preliminary investigation.
Food Technology 16, 94-96.
Methakhup S., Chiewchan N., Devahastin S., 2005. Effect of drying methods and conditions
on drying kinetics and quality of Indian gooseberry flake. LWT – Food Science and
Technology 38, 579-587.
Mujumdar A.S., 1991. Drying technologies of the future, Drying Technology 9(2), 325-347.
Mujumdar A.S., 2006. Superheated steam drying, Handbook of Industrial Drying (ed. A.S.
Mujumdar), CRC Taylor & Francis Group LLC, Boca Raton, 439-452.
Pereira C.A.B., Pereira R.H., Marques R.P., Parise J.A.R.: Experimental analysis of a heat
pump assisted recuperative air dehumidifier. Therm. Eng., 2004, 5, 56-61.
Prothon F., Ahrne L., Sjöholm I., 2003. Mechanism and prevention of plant tissue collapse
during dehydration: a critical review. Critical Review of Food Science and Nutrition
43(4), 447-479
Ratti C., 2001. Hot air and freeze-drying of high-value foods: a review Journal of Food
Engineering 49, 311-319.
Rząca M., Witrowa-Rajchert D., 2007. Suszenie Ŝywności w niskich temperaturach.
Przemysł SpoŜywczy, 61(4), 30-35.
Strumiłło Cz., 1998. Suszarnictwo – kierunki rozwoju. Materiały XVI Ogólnopolskiej
Konferencji InŜynierii Chemicznej i Procesowej, Kraków, 28-65.
Suvarnakuta S., Devahastin S., Mujumdar A.S., 2005. Drying kinetics and carotene
degradation in carrot undergoing different drying processes. Journal of Food Science
70, S520-S526.
Umesh Hebbar H., Vishwanathan K.H., Ramesh M.N., 2004. Development of combined
infrared and hot air dryer for vegetables. Journal of Food Engineering 65(4), 557-563.
Witrowa-Rajchert D., 2000. Współczesne tendencje w suszarnictwie Ŝywności. Cz. I.
Przemysł SpoŜywczy 54(12), 10-12.
Witrowa-Rajchert D., 2001. Współczesne tendencje w suszarnictwie Ŝywności. Cz. II.
Przemysł SpoŜywczy 55(1), 29-30.
Witrowa-Rajchert D., 2007. Suszarki sublimacyjne do Ŝywności. Przemysł SpoŜywczy 62(4),
14-20.
Wolverine Corporation. Technical Brochure, Wolverine Corporation, Merrimac, USA.
www.niroinc.com/drying_dairy_food/VIBRO_FLUIDIZER.asp
www.niro.com/niro
www.niro.com/niro/cmsresources.nsf/filenames/ Bna790gb.pdf/$file/Bna790gb.pdf
www.niro.com/niro/cmsdoc.nsf/webdoc/webb7gmj9w
Publikacja współfinansowana przez Unię Europejską w
ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rozwój potencjału innowacyjnego członków Sieci Naukowej „Agroinżynieria dla rozwoju
zrównoważonego rolnictwa, przemysłu rolno-spożywczego i obszarów wiejskich”
Nr umowy: UDA-POKL.04.02.00-00-014/08-00 z dn. 16.10.2008