Способ получения пищевого порошка и установка для его осуществления - RU2381657C1

Чертежи

Описание

Заявляемая группа изобретений относится к пищевой промышленности, а именно к технологиям получения порошка из биологического сырья, и может быть использована в пищевой, кондитерской, пищеконцентратной и других отраслях промышленности.

Основной проблемой при производстве порошков из биологического сырья является получение конечного продукта требуемой дисперсности, не подверженного комкованию в процессе хранения, при максимальном сохранении в нем всех свойств исходного продукта, а именно биологически активных веществ, витаминов, вкусовых, ароматических и др. составляющих.

Известен способ получения пищевого порошка из биологического сырья по патенту Российской Федерации №2013058, МПК А23В 7/02, опубл. 30.05.94 г., в соответствии с которым предварительно подготовленное биологическое сырье измельчают до пюреобразного состояния, смешивают с сухими овощными компонентами до содержания сухих веществ в смеси 20-30%, сушат и распыляют в потоке газообразной двуокиси углерода с температурой 180-150°С и давлением 250-150 кПа. Распыление под вакуумом осуществляют с остаточным давлением не более 50 кПа.

Недостатками известного способа являются:

- низкое качество полученного порошка в связи с высокой температурой сушки, что ведет к коагулированию белков, разрушению молекул биологического сырья и, соответственно, к ухудшению органолептических свойств полученного продукта;

- неравномерная степень измельчения предварительно подготовленного биологического сырья, в связи с его различной исходной вязкостью, влажностью и другими реологическими показателями, что приводит к получению порошка с различной степенью дисперсности;

- ограниченный срок хранения, поскольку полученный пищевой порошок в связи с высокой скоростью распыления электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Наряду с этим при реализации известного способа требуется обеспечить герметизацию камеры сушки, что ведет к дополнительным затратам и усложняет эксплуатацию установки, на которой реализуется указанный способ.

Известен способ получения пищевого порошка из биологического сырья, согласно которому предварительно подготовленное биологическое сырье перетирают до образования однородной смеси, сушат и измельчают (см. патент Российской Федерации №2060670, МПК А23В 7/026, опубл. 27.05.96 г.). Сушку осуществляют токами СВЧ при одновременном измельчении в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18-80 кГц.

Недостатком известного способа является неравномерная степень измельчения подготовленного биологического сырья, в связи с его различной исходной вязкостью, влажностью и другими реологическими показателями, что приводит к получению пищевого порошка с различной степенью дисперсности. При этом полученный пищевой порошок, в связи с высокой скоростью перемещения частиц при распылении, электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Вместе с тем известный способ требует использования дорогостоящего оборудования, сложного и недостаточно надежного в эксплуатации, что ограничивает сферу применения известного способа.

Известен также способ получения пищевого порошка из биологического сырья, принятый в качестве прототипа, согласно которому предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье перемешивают до образования однородной смеси, подают в камеру сушки, где дополнительно измельчают до получения частиц заданной дисперсности путем дробления на активаторе и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°С, движущегося в восходящем направлении со скоростью, составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, которые затем выносятся из камеры сушки в циклон для сбора пищевого порошка вместе с потоком увлажненного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, извлеченной из биологического сырья (см. патент Украины №46435, МПК А23В 7/026, опубл. 15.05.2002 г.).

Недостатком известного способа является относительно невысокое качество полученного продукта, обусловленное низкими органолептическими свойствами пищевого порошка в связи с неравномерностью нагрева биологического сырья, находящегося в камере сушки, что приводит к локальному перегреву биологического сырья в камере сушки и коагулированию белков в биологическом сырье, что вызывает появление постороннего запаха, не характерного для обрабатываемого сырья.

Задачей заявляемого способа, входящего в группу изобретений, является получение пищевого порошка из биологического сырья, обладающего однородной дисперсностью и высокой биологической ценностью при сохранении витаминного состава и органолептических свойств исходного биологического сырья.

Также задачей заявляемой группы изобретений является разработка технологии и создание установки для получения биологически активной влаги, в виде жидкого концентрата, извлеченного из биологического сырья.

Поставленная задача, в части способа, решается тем, что в известном способе получения пищевого порошка из биологического сырья, согласно которому предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье перемешивают до образования однородной смеси, подают в камеру сушки, где дополнительно измельчают до получения частиц заданной дисперсности путем дробления на активаторе и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°С, движущемся в восходящем направлении со скоростью, составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, которые затем выносятся из камеры сушки в циклон для сбора пищевого порошка вместе с потоком увлажненного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, извлеченной из биологического сырья, согласно изобретению поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки вдоль ее оси в направлении активатора, а отбор влаги из увлажненного теплоносителя осуществляют во влагоотделителе после выведения потока увлажненного теплоносителя из упомянутого циклона и орошения его конденсатом, выделенным ранее из увлажненного теплоносителя.

Известна установка для получения пищевого порошка из биологического сырья, содержащая узел предварительной подготовки сырья и камеру сушки (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2013058, МПК А23В 7/02, опубл. 30.05.94 г.). Установка содержит узел предварительной подготовки исходного биологического сырья, где его измельчают до пюреобразного состояния и смешивают с сухими овощными компонентами до содержания сухих веществ в смеси 20-30%. Затем полученную смесь распыляют в потоке газообразной двуокиси углерода с температурой 150-180°С и давлением 150-250 кПа. Сушку смеси осуществляют в камере сушки в режиме распыления под вакуумом с остаточным давлением не более 50 кПа.

Недостатками известной установки является низкое качество полученного порошка в связи с высокой температурой сушки, что ведет к коагулированию белков, разрушению молекул биологического сырья и, соответственно, к ухудшению биологических свойств полученного продукта, а также неравномерная степень измельчения подготовленного биологического сырья, в связи с его различной исходной вязкостью и влажностью. Кроме того, полученный продукт не подлежит длительному хранению, поскольку полученный пищевой порошок в связи с высокой скоростью распыления электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Известна установка для получения пищевого порошка из биологического сырья, содержащая смеситель, камеру сушки, примыкающую к смесителю, и измельчитель (см. патент Российской Федерации №2060670, МПК А23В 7/026, опубл. 27.05.96 г.). Камера сушки оснащена ультразвуковым распылителем и СВЧ-излучателями. а измельчитель выполнен в виде установленного в камере сушки ульразвукового распылителя стержневого типа. Сушку осуществляют токами СВЧ при одновременном измельчении в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18-80 кГц.

Недостатком известной установки является получение конечного продукта с различной дисперсностью, ввиду неравномерного измельчения перерабатываемого биологического сырья, в связи с его неоднородными исходными реологическими характеристиками. Вместе с тем, полученный порошок в связи с высокой скоростью перемещения частиц при распылении электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения. Указанные недостатки ведут к ухудшению витаминного состава и органолептических свойств полученного продукта, снижению его биологической ценности при длительном хранении.

Известна установка для получения пищевого порошка из биологического сырья, принятая в качестве прототипа, содержащая узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем, теплогенератор с выходным патрубком, камеру сушки, которая выполнена в виде цилиндрического корпуса, в нижней части которого установлен измельчитель, выполненный в виде активатора, и циклон для сбора пищевого порошка, снабженный входным и выходным патрубками, при этом верхняя часть камеры сушки соединена с входным патрубком упомянутого циклона, в соответствии с патентом Украины №46435, МПК А23В 7/026, опубл. 15.05.2005 г. Теплогенератор размещен в патрубке, который тангенциально примыкает к цилиндрическому корпусу камеры сушки.

Недостатком известной установки является относительно невысокое качество полученного продукта, обусловленное низкими органолептическими свойствами пищевого порошка из-за неравномерного нагрева биологического сырья, находящегося в камере сушки, в связи с его налипанием в нижней части камеры сушки, в зоне размещения активатора и патрубков теплогенератора. Это связано, прежде всего, с тангенциальным размещением патрубков ввода газообразного теплоносителя, имеющего температуру 80-165°С, в камеру сушки, что приводит к частичному перегреву биологического сырья в отдельных зонах камеры сушки и коагулированию белков в биологическом сырье, находящемся в указанных зонах, что вызывает подгорание биологического сырья и появление постороннего запаха, ухудшающего органолептические характеристики получаемого пищевого порошка.

Также недостатком известной установки является невозможность выделения биологически активного жидкого концентрата из биологического сырья.

Задачей заявляемой группы изобретений является также создание установки, предназначенной для получения пищевого порошка из биологического сырья и обеспечивающей выход тонкодисперсного конечного продукта с высокой степенью чистоты, обладающего высокой биологической ценностью при сохранении витаминного состава и органолептических свойств исходного биологического сырья.

Также задачей заявляемой группы изобретений является создание установки для получения биологически активного жидкого концентрата, извлеченного из биологического сырья.

Поставленная задача, относительно заявленного устройства, решается тем, что в известной установке для получения пищевого порошка из биологического сырья, содержащей узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем, теплогенератор с выходным патрубком, камеру сушки, которая выполнена в виде цилиндрического корпуса, в нижней части которого установлен измельчитель, выполненный в виде активатора, и циклон для сбора пищевого порошка, снабженный входным и выходным патрубками, при этом верхняя часть камеры сушки соединена с входным патрубком циклона, согласно изобретению выходной патрубок теплогенератора расположен вдоль оси камеры сушки, при этом его сопло обращено к активатору, а установка содержит влагоотделитель, присоединенный к выходному патрубку циклона для сбора пищевого порошка и снабженный агрегатом конденсирования с емкостью для сбора конденсата, выход которого оснащен узлом распыления конденсата, размещенным в выходном патрубке упомянутого циклона.

Размещение выходного патрубка теплогенератора вдоль оси камеры сушки позволяет направить поток газообразного теплоносителя в сторону активатора, обеспечить активное перемешивание частиц биологического сырья и предотвратить их налипание и подгорание в зоне размещения активатора, что позволяет сохранить органолептические свойства исходного биологического сырья. При этом оснащение заявленной установки циклоном для сбора пищевого порошка обеспечивает сбор полученного высушенного порошка, а наличие влагоотделителя и агрегата конденсирования позволяет отделить и собрать выделившуюся биологически активную влагу из биологического сырья.

В частном варианте исполнения заявляемая установка снабжена по меньшей мере одним дополнительным циклоном, размещенным в технологической схеме установки между камерой сушки и циклоном для сбора пищевого порошка, при этом входной патрубок дополнительного циклона присоединен к верхней части камеры сушки, а выходной патрубок - к входному патрубку циклона для сбора пищевого порошка. Это обеспечивает повышение степени очистки биологически активного жидкого конденсата, извлеченного из биологического сырья.

Таким образом, техническим результатом заявленной группы изобретений является обеспечение выхода тонкодисперсного пищевого порошка с высокой степенью чистоты, обладающего высокой биологической ценностью при сохранении витаминного состава и органолептических свойств исходного биологического сырья, а также получение биологически активного жидкого концентрата, извлеченного из биологического сырья.

На фиг.1 изображен общий вид установки для получения пищевого порошка из биологического сырья; на фиг.2 - частный вариант выполнения заявляемой установки.

Установка для получения пищевого порошка из биологического сырья содержит узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем 1, теплогенератор 2 с выходным патрубком 3 и камеру сушки 4. Камера сушки 4 выполнена в виде цилиндрического корпуса, в нижней части которого установлен измельчитель, выполненный в виде активатора 5. Установка также содержит циклон 6 для сбора пищевого порошка, который снабжен входным патрубком 7 и выходным патрубком 8, при этом верхняя часть камеры сушки 4 соединена с входным патрубком 7 циклона 6. Выходной патрубок 3 теплогенератора 2 расположен вдоль оси камеры сушки 4, при этом его сопло 9 обращено к активатору 5. Установка дополнительно содержит влагоотделитель 10, присоединенный к выходному патрубку 8 циклона 6 и снабженный агрегатом конденсирования 11 с емкостью 12 для сбора конденсата, выход которого оснащен узлом распыления конденсата 13, размещенным в выходном патрубке 8 циклона 6.

Установка содержит дозатор 14 и емкость 15 для сбора пищевого порошка, которые примыкают к камере сушки 4. Циклон 6 также оснащен бункером 16 для сбора пищевого порошка.

В частном варианте выполнения, изображенном на фиг.2, установка снабжена дополнительным циклоном 17, размещенным в технологической схеме установки между камерой сушки 4 и циклоном 6, при этом входной патрубок 18 дополнительного циклона 17 присоединен к верхней части камеры сушки 4, а выходной патрубок 19 подключен к входному патрубку циклона 6. Дополнительный циклон 17 также снабжен бункером 20 для сбора пищевого порошка. Оснащение установки дополнительным циклоном 17 обеспечивает повышение степени очистки биологически активного жидкого концентрата, извлеченного из биологического сырья.

Способ получения пищевого порошка из биологического сырья и биологически активного жидкого концентрата осуществляют следующим образом.

Предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье, представляющее собой биологическую массу, в виде кусочков стружки либо мезги, подают в смеситель 1, где она перемешивается до образования однородной смеси, которая затем через дозатор 14 поступает в цилиндрический корпус камеры сушки 4. Одновременно с поступлением биологического сырья в камеру сушки 4 подается газообразный теплоноситель, который нагревают с помощью теплогенератора 2 до температуры 80-165°С, В камере сушки 4 смесь биологического сырья дополнительно измельчают до получения частиц заданной дисперсности за счет дробления на активаторе 5. При этом поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки 4 через сопло 9 вдоль ее оси в направлении активатора 5, обдувая его и препятствуя образованию зон залегания и подгоранию частиц биологического сырья в камере сушки 4. Затем газообразный теплоноситель перемещается в восходящем направлении в виде закрученного с помощью активатора 5 потока, подхватывая частицы биологического сырья, измельченные на активаторе 5. Частицы биологического сырья, перемещаясь в потоке теплоносителя, отдают влагу теплоносителю, движущемуся в восходящем направлении со скоростью, составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц. При этом обеспечивается активное удаление влаги как с поверхности частиц, так и частичное удаление свободной капиллярной влаги, содержащейся в биологическом сырье, в результате чего образуется поток увлажненного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, извлеченной из биологического сырья.

Воздействие высокой температуры газообразного теплоносителя (80-165°С) на биологическое сырье в процессе сушки не создает опасности перегрева биологического сырья, так как температура теплоносителя не соответствует температуре на поверхности влажных частиц биологического сырья, на которых происходит образование парогазовой оболочки, защищающей собственно частицы сырья от чрезмерного нагревания. При этом температура на поверхности частиц сырья не превышает 25-38°С. Скорость теплоносителя, выбранная равной 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, позволяет обеспечить их циркуляцию в цилиндрическом корпусе камеры сушки 4, при которой происходит дальнейшее дробление частиц сырья до достижения ими необходимой степени дисперсности, и достаточна для удаления с поверхности частиц сырья поверхностной и части капиллярной влаги. Снижение скорости теплоносителя ниже 1,0 скорости свободного падения частиц препятствует удалению частиц заданной дисперсности из рабочей зоны камеры сушки 4 и приводит к дальнейшему их измельчению, а превышение скорости теплоносителя выше 1,5 скорости свободного падения частиц приводит к выносу в циклон 6 частиц с большей, по сравнению с заданной, дисперсностью.

Образование частиц сырья заданной дисперсности сопровождается соответствующим выделением дополнительной капиллярной влаги до достижения конечной влажности получаемого пищевого порошка 6-8%. Выбранная температура, равная 80-165°С, способствует быстрому переходу капиллярной влаги в парогазовую смесь. Повышение температуры теплоносителя нерационально, поскольку ведет к повышению энергозатрат, а снижение температуры - к снижению эффективности отбора влаги. Активный отбор влаги из частиц сырья происходит в камере сушки 4 в течение 10-50 с. Выделившаяся парогазовая смесь увлажняет газообразный теплоноситель в цилиндрическом корпусе камеры сушки 4, и, вместе с полученными частицами, увлажненный теплоноситель выносится из камеры сушки 4 через входной патрубок 7 в циклон 6 для сбора пищевого порошка.

Затем в циклоне 6 осуществляют отделение частиц биологического сырья (пищевого порошка) от газообразного теплоносителя, после чего отделившийся пищевой порошок поступает в бункер 16 для сбора пищевого порошка, а поток газообразного теплоносителя через выходной патрубок 8 выносится во влагоотделитель 10. Частицы биологического сырья, отделенные от потока теплоносителя в циклоне 6, имеют заданную дисперсность и представляют собой пищевой порошок требуемой влажности с максимальным сохранением в конечном продукте витаминного состава и органолептических свойств исходного биологического сырья.

Во влагоотделителе 10 происходит отбор влаги из потока увлажненного теплоносителя, ее конденсация в агрегате конденсирования 11 и сбор в емкости 12 для сбора конденсата. Для повышения концентрации биологически активной влаги, извлеченной из биологического сырья, конденсат из емкости 12 повторно направляют на орошение увлажненного теплоносителя, выходящего из циклона для сбора пищевого порошка, для чего его вводят в выходной патрубок 8 циклона 6 посредством узла распыления конденсата 13. Это позволяет повысить качество полученного жидкого конденсата, извлеченного из биологического сырья, с максимальным сохранением в нем органолептических свойств исходного биологического сырья.

После прохождения влагоотделителя 10 отработанный газообразный теплоноситель сбрасывается в атмосферу.

В частном варианте реализации способа, соответствующем выполнению установки в соответствии с фиг.2, поток увлажненного теплоносителя, вместе с полученными частицами биологического сырья, выносится из камеры сушки 4 через входной патрубок 18 в дополнительный циклон 17. В дополнительном циклоне 17 происходит первоначальное выделение частиц биологического сырья из потока теплоносителя и сбор пищевого порошка в бункере 20. Затем по выходному патрубку 19 производится отвод потока газообразного теплоносителя, вместе с оставшимися в нем частицами биологического сырья, в циклон 6, где осуществляется окончательное отделение пищевого порошка от потока теплоносителя.

Оснащение установки дополнительным циклоном 17 обеспечивает повышение степени очистки биологически активного жидкого концентрата, извлеченного из биологического сырья.

Пример 1. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 20 кг измельченных яблок, которые загружали в смеситель 1. В результате их обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь с влажностью 88%, которую вводили в камеру сушки 4, где она подвергалась предварительному дроблению на активаторе 5. При этом в камеру сушки 4 вводили поток газоподобного теплоносителя температурой 125°С, который подавали в осевом направлении в зону расположения активатора 5. Полученные частицы биологического сырья размером 40 мкм обрабатывали в потоке теплоносителя, перемещающегося в восходящем направлении со скоростью 8 м/с, что составляло 1,5 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. Потом поток увлажненного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, полученной из биологического сырья, вместе с частицами пищевого порошка выносился из камеры сушки 4 через входной патрубок 7 в циклон 6 (см. фиг.1), где осуществлялось улавливание пищевого порошка. При этом общее время сушки 20 кг исходного сырья составило 1,5 ч, а выход полученного порошка влажностью 6% - 3,480 кг.

Далее увлажненный поток теплоносителя поступал во влагоотделитель 10, где осуществлялся отбор влаги из увлажненного потока теплоносителя, ее конденсация в агрегате конденсирования 11 и накопление в емкости 12 для сбора конденсата. В результате количество конденсата составило 4,96 л.

Пример 2. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 20 кг вареного куриного мяса, которое загружали в смеситель 1. В результате его обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь влажностью 82%, которую вводили в сушильную камеру 2. При этом в сушильную камеру 4 вводили поток газоподобного теплоносителя с температурой 90°С, который подавали в осевом направлении в зону расположения активатора. 5. Полученные частицы биологического сырья размером 75 мкм обрабатывали в потоке теплоносителя, перемещающегося в восходящем направлении со скоростью 8 м/с, что составляло 1,5 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. Потом поток увлажненного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, полученной из биологического сырья, вместе с частицами пищевого порошка выносился из камеры сушки 4 через входной патрубок 7 в циклон 6 (см. фиг.1), где осуществлялось улавливание пищевого порошка. При этом общее время сушки 20 кг исходного сырья составило 0,3 ч, а выход полученного порошка влажностью 10% - 4 кг.

Пример 3. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 10 кг чеснока с влажностью 78%. В результате его обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь, которую вводили в камеру сушки 4 при температуре теплоносителя 100°С, где она подвергалась предварительному дроблению на активаторе 5. Полученные частицы биологического сырья размером 30 мкм обрабатывали в потоке теплоносителя, перемещающегося в восходящем направлении со скоростью 7,5 м/с, что составляло 1,1 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. При этом процесс обработки исходного биологического сырья продолжался 0,8 ч, а выход полученного порошка влажностью 7,5% составил 1,876 кг. После обработки потока увлажненного теплоносителя во влагоотделителе 10 и конденсации биологически активной влаги в агрегате конденсирования 11 собранное количество конденсата составило 2,76 л.

Пример 4. В качестве исходного биологического сырья брали 60 кг тыквы влажностью 93%, которую загружали в смеситель 1. В результате его обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь влажностью 62%, которую вводили в камеру сушки 4 при температуре теплоносителя 100°С, где она подвергалась предварительному дроблению на активаторе 5. Полученные частицы биологического сырья размером 30 мкм обрабатывали в потоке теплоносителя, перемещающегося в восходящем направлении со скоростью 6,5 м/с, что составляло 1,0 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. При этом процесс обработки исходного биологического сырья продолжался 12,1 ч, а выход полученного порошка влажностью 6,1% составил 5,1 кг. Далее поток увлажненного теплоносителя поступал во влагоотделитель 10, где происходил отбор влаги из потока телоносителя, ее конденсация в агрегате конденсирования 11 и наполнение в емкости 12 для сбора конденсата. В результате собранное количество конденсата составило 14,9 л.

Последующие примеры получения порошков из биологического сырья осуществлялись таким же образом, что и в приведенных примерах 1-4.

Результаты проведенных испытаний отражены в таблице, прилагаемой к настоящему описанию.

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ и установка для его осуществления предусматривают подачу смеси сырья в камеру сушки, где его дополнительно измельчают дроблением на активаторе и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°С, движущемся в восходящем направлении со скоростью, составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц. Частицы с потоком увлажненного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, извлеченной из биологического сырья, выносятся из камеры сушки в циклон для сбора пищевого порошка. Поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки вдоль ее оси в направлении активатора. Отбор влаги из увлажненного теплоносителя осуществляют во влагоотделителе после выведения потока увлажненного теплоносителя из упомянутого циклона и орошения его конденсатом, выделенным ранее из увлажненного теплоносителя. Изобретение обеспечивает получение тонкодисперсного пищевого порошка и жидкого концентрата, извлеченного из биологического сырья. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Формула