Ультразвукова інтенсифікація процесу сушіння каротиновмісної сировини: аналітичний огляд

Abstract

UA: У статті узагальнено літературні дані щодо інтенсифікації сушіння каротиновмісної рослинної сировини з урахуванням термолабільності β-каротину. Показано, що традиційні високотемпературні способи сушіння можуть знижувати вміст каротиноїдів і погіршувати якість продукту. Обґрунтовано доцільність застосування комбінованих технологій з ультразвуковою інтенсифікацією, які можуть підвищувати інтенсивність масопереносу без істотного зростання температури процесу. Запропоновано фізичну модель, що враховує взаємопов’язані теплові й масообмінні явища та вплив ультразвуку на структуру матеріалу. Показано перспективність використання ультразвуку для скорочення тривалості сушіння, зниження енерговитрат і збереження біологічної цінності каротиновмісної сировини. /// EN: The article summarizes current literature data on the use of ultrasound for intensifying the drying process of carotene-containing plant raw materials, including carrots, pumpkins, sweet potatoes, apricots, tomatoes, and other materials rich in β-carotene. The relevance of the topic is due to the need to combine two requirements: increasing dehydration intensity and reducing energy consumption, on the one hand, and ensuring maximum preservation of thermolabile carotenoids, color, and functional value of the product, on the other. It is shown that conventional convective drying, despite its simple implementation, is often accompanied by prolonged thermal exposure, contact with atmospheric oxygen, and an increased risk of pigment degradation. The advantages and limitations of modern drying methods are analyzed, and it is established that ultrasound should be considered not as an independent dehydration method, but as an effective tool for intensifying heat and mass transfer in combined technologies. The physical mechanisms of ultrasound action associated with cavitation phenomena, microstreaming, periodic compression and rarefaction of the medium, as well as the so-called “sponge effect”, which promotes the formation of additional pathways for moisture migration, reduces internal diffusion resistance, and accelerates drying, are considered. A physical model of the process is proposed, taking into account the interconnected heat and mass transfer phenomena, the influence of ultrasound on the heat transfer coefficient and effective diffusivity, as well as on the cellular structure of the material. The generalization of the results reported in the literature indicates that ultrasonic intensification can potentially reduce drying time, lower specific energy consumption, and improve β-carotene retention. It is concluded that combined ultrasound-assisted drying of carotene-containing raw materials is a promising direction and that further experimental studies are advisable to refine kinetic relationships, model parameters, and optimal process conditions.