Влияние микроволновой предобработки на кинетику сушки, перенос массы и термодинамические характеристики фиников сорта Бархи в процессе сушки

Почему эти маленькие фрукты важны

Финики Бархи — маленькие золотистые плоды, ценимые на Ближнем Востоке и за его пределами за сладость, мягкую мякоть и богатую питательную ценность. Однако на ранней, хрустящей стадии Халал они быстро портятся, поскольку содержат много воды и сахаров, привлекающих микроорганизмы. В этом исследовании ставится практический вопрос с большими последствиями для фермеров и производителей: может ли короткий импульс микроволновой энергии перед сушкой заставить финики Бархи высыхать быстрее, равномернее и с меньшими энергозатратами?

От свежего плода до долговечного перекуса

Чтобы изучить это, исследователи работали с тонкими ломтиками фиников Бархи. Некоторые ломтики сушили в горячем воздухе как обычно, тогда как другие сначала подвергали кратковременной микроволновой обработке, а затем сушили при тех же условиях горячего воздуха. Они испытали три температуры сушки и три скорости потока воздуха, тщательно отслеживая, сколько воды покидало плод со временем и с какой скоростью. Сравнивая две группы, можно было определить, действительно ли шаг с микроволнами изменяет движение влаги от внутренней части плода к окружающему воздуху.

Ускорение процесса сушки

Первый явный вывод касается времени. При любых температурах и скоростях воздуха ломтики, подвергшиеся микроволновой предобработке, достигали целевой сухости на 18–21% быстрее, чем необработанные. В самом медленном и щадящем режиме время сушки сократилось примерно с трех дней до чуть более двух; даже в самых жестких условиях шаг с микроволнами экономил несколько часов. Наиболее заметный прирост скорости наблюдался в начальной фазе сушки: обработанные микроволнами ломтики быстрее отдавали воду в начале, что указывает на то, что предобработка открыла пути для выхода влаги. Для предприятия, которое сушит тонны фиников, такая экономия времени может означать снижение затрат и увеличение производительности.

Наблюдая за движением воды

За этой экономией времени стоит история о том, как влага перемещается внутри плода. Используя общеизвестные уравнения диффузии — описывающие, как молекулы распространяются из более влажных областей в более сухие — команда оценивала, насколько легко влага может перемещаться через мякоть финика. У ломтиков, обработанных микроволнами, внутренняя подвижность воды была примерно в три–четыре раза выше, чем у необработанных, особенно при более высоких температурах и скоростях воздуха. Показатели того, насколько поток воздуха у поверхности способствует или препятствует этому движению, также улучшились, что указывает на то, что вода не только быстрее перемещалась внутри плода, но и более эффективно удалялась после выхода на поверхность. При проверке нескольких простых математических кривых для описания поведения при сушке гибкая «логарифмическая» модель последовательно лучше соответствовала экспериментальным данным как для обработанных, так и для необработанных образцов, причем для образцов с микроволновой предобработкой соответствие было немного лучше — ещё один признак более равномерной сушки.

Что говорят энергетические показатели

Исследование пошло дальше и рассмотрело «термодинамическую» сторону сушки — сколько энергии требуется, насколько упорядочены молекулы воды и может ли процесс происходить самопроизвольно. Цифры показали, что сушка этих фиников всегда требует подачи тепла; процесс эндотермический и не является спонтанным, то есть без внешней энергии он не пойдет. У ломтиков после микроволновой предобработки несколько повысились значения энергии активации процесса перемещения воды, но при этом несколько снизились значения свободной энергии в целом. Проще говоря, микроволны перестраивают структуру плода так, что при нагреве вода покидает его легче. Это указывает на более рациональное использование энергии: меньше тепла тратится впустую, больше направляется непосредственно на выведение влаги.

Сводка для практического применения

Для производителей, переработчиков и даже потребителей финиковых снеков сообщение простое. Короткая микроволновая предобработка перед сушкой горячим воздухом позволяет финикам Бархи высыхать быстрее и равномернее, одновременно давая потенциал для более эффективного использования энергии. Плод ведет себя более предсказуемо в процессе сушки, что позволяет инженерам разрабатывать оборудование и графики, минимизирующие порчу и потери энергии. В регионах, где финики являются важным продуктом питания и источником дохода, такая тонкая настройка может помочь превратить хрупкий, сильно скоропортящийся плод в стабильный, высококачественный продукт, который дольше хранится, дальше транспортируется и достигает большего числа потребителей, не теряя своей естественной сладости.

Цитирование: Alqahtani, N., Fikry, M. Impact of microwave pretreatment on drying kinetics, mass transfer and thermodynamic characteristics of Barhi dates during drying process. Sci Rep 16, 9022 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39727-6

Ключевые слова: финики Бархи, сушка в микроволновой печи, сохранение продуктов питания, эффективность сушки, постуборочная технология