Способ инактивации семян бобовых культур и устройство для его осуществления - RU2238662C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к пищевой и перерабатывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для производства продуктов из сои, и может быть использовано для подготовки семян бобовых культур к дальнейшей переработке при производстве муки и крупки из сои, имеющих продовольственное назначение, а также при производстве комбикорма для животных.

Известен способ инактивации антипитательных веществ соевых бобов, который предусматривает промывку цельных соевых бобов водой, замачивание их в щелочном растворе до степени набухания и последующую термическую обработку в поле токов СВЧ. Известно устройство, с помощью которого осуществляют указанный способ и которое содержит емкость для размещения соевых бобов и нагреватель, выполненный в виде СВЧ-печи (см., например, патент РФ №2057464, кл. А 23 L 1/211, опубл. 10.04.96).

К недостаткам известных способа инактивации семян бобовых культур и устройства для его осуществления можно отнести в первую очередь высокую энергоемкость процесса инактивации, которая обусловлена необходимостью нагрева каждого семени до определенной температуры для испарения содержащейся в нем влаги и соответственно достижения необходимой влажности. Кроме того, известные способ и устройство характеризует относительно низкая производительность, поскольку инактивацию осуществляют относительно малыми объемами и циклично, то есть над сравнительно небольшим объемом материала последовательно осуществляют определенные операции. При этом следует отметить, что увеличение объема инактивируемого материала приводит к существенному увеличению энергоемкости процесса.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ инактивации семян бобовых культур, согласно которому продукт подвергают циклическому нагреву и устройство для его осуществления, которое содержит, по меньшей мере, одну секцию нагревателя, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта (см., например, патент РФ №2162288, кл. А 23 L 1/20, опубл. 27.01.01).

Известный способ частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку нагрев обрабатываемого продукта осуществляют циклично, что позволяет обеспечить частичное перераспределение тепла в семени после осуществления каждого цикла его нагрева. К недостаткам известного способа инактивации и устройства для его осуществления можно отнести необходимость существенных затрат энергии на процесс инактивации. Согласно известной технологии, нагрев каждого семени осуществляют путем подвода к нему тепла со всех сторон. При таком нагреве влага, содержащаяся в каждом семени, будет перераспределятся от периферии в центру. Следовательно, для удаления влаги из центральной части семени потребуются большие затраты энергии, то есть для прогрева всего семени до заданной температуры необходимо осуществить нагрев всего объема материала до сравнительно высокой температуры, обеспечивающей удаление влаги из центрального ядра каждого семени. Кроме того, к недостаткам известного способа и устройства для его реализации можно отнести цикличность осуществления работ, то есть обработке подвергается определенный сравнительно небольшой объем материала. Указанное обстоятельство существенно снижает производительность всего процесса по переработке семян бобовых культур в целом, поскольку большинство остальных операций по переработке семян бобовых культур может осуществляться в непрерывном режиме и, следовательно, сравнительно низкая скорость процесса инактивации будет определять производительность всего процесса в целом.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такой технологии инактивации семян бобовых культур и устройства для ее реализации, которые обеспечивали бы снижение энергоемкости процесса и повышение производительности при одновременном сохранении качества конечного продукта. Технический результат, который может быть получен при реализации способа и устройства для его осуществления, заключается в снижении затрат энергии на удаление влаги из семени бобовой культуры за счет обеспечения возможности перераспределения тепла и влаги после каждого цикла нагрева.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе инактивации семян бобовых культур, согласно которому продукт подвергают циклическому нагреву, одновременно с нагревом продукта осуществляют его перемещение в направлении сверху вниз, при этом нагрев продукта осуществляют через равные промежутки времени, причем продолжительность нагрева продукта при каждом цикле составляет 0,5 от промежутка времени между смежными циклами нагрева.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что осуществляют удаление образовавшейся при нагреве влаги.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что скорость перемещения продукта поддерживают постоянной.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что перед перемещением продукта его равномерно распределяют по площади потока.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что после осуществления последнего цикла нагрева, по меньшей мере, часть продукта направляют на повторную инактивацию.

Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для инактивации семян бобовых культур, включающем, по меньшей мере, одну секцию нагревателя, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе горизонтальных труб и распределителя для подвода теплоносителя к трубам, при этом трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду, а горизонтальный шаг труб в каждом ряду составляет не менее 1,3 и не более 2,0 диаметра трубы, причем расстояние между смежными рядами труб составляет не менее 1,3 и не более 2,0 диаметра трубы, а этом смещение труб от ряда к ряду составляет 0,5 горизонтального шага труб.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что оно выполнено с приспособлением для удаления образовавшейся при нагреве продукта влаги из полости корпуса нагревателя.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что узел загрузки продукта выполнен с приспособлением для равномерного распределения продукта по сечению секции нагревателя.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для равномерного распределения продукта по сечению секции нагревателя выполнено в виде шнека.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что узел для выгрузки продукта выполнен с приспособлением для стабилизации и регулирования скорости перемещения продукта в нагревателе.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для стабилизации и регулирования скорости перемещения продукта в нагревателе выполнено в виде решета.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для инактивации семян бобовых культур; на фиг.2 - один из вариантов конструктивного выполнения устройства для инактивации семян бобовых культур; на фиг.3 - схема расположения труб нагревателя; на фиг.4 - разрез по А-А на фиг.1.

Согласно способу инактивации семян бобовых культур, осуществляют перемещение продукта (семян бобовых культур) в направлении сверху вниз. Указанное перемещение может быть осуществлено, например, самотеком. Для этого семена бобовых культур подают сверху в емкость, а удаление инактивированных семян осуществляют из нижней части указанной емкости. При перемещении продукта осуществляют его циклический нагрев через равные промежутки времени. Продолжительность нагрева продукта во время каждого цикла нагрева должна быть одинаковой. При этом продолжительность нагрева продукта при каждом цикле составляет не менее 0,5 от промежутка времени между смежными циклами нагрева. При перемещении продукт поступает в первую зону нагрева (первый цикл нагрева), где к каждому семени подводится определенное количество тепла. При дальнейшем перемещении продукт выходит из зоны нагрева и в семени происходит процесс перераспределение тепла и влаги. При указанном процессе перераспределения подведенное во время первого цикла нагрева тепло равномерно перераспределяется по всему объему семени. При этом влага частично испаряется и частично перераспределяется по всему объему семени. Промежуток времени, во время которого в семени осуществляется процесс перераспределения тепла и влаги, то есть промежуток времени между окончанием первого цикла нагрева и началом второго цикла нагрева продукта, должен не превышать удвоенной продолжительности нагрева продукта. Указанное временное соотношение между продолжительностью цикла нагрева и цикла перераспределения тепла и влаги определено эмпирически. Как показали проведенные исследования, при выходе за границу указанного диапазона происходит существенное увеличение энергоемкости всего процесса. При дальнейшем перемещении продукта он поступает во вторую зону нагрева (второй цикл нагрева), где к каждому предварительно нагретому во время первого цикла семени подводится определенное количество тепла. За счет подведенного во время второго цикла нагрева тепла происходит нагрев семени. При дальнейшем перемещении продукт выходит из зоны нагрева и в семени происходит процесс перераспределение тепла и влаги. Далее циклы повторяются описанным выше образом, то есть осуществляют ступенчатый нагрев каждого семени до необходимой температуры и перераспределения тепла и влаги после каждого цикла нагрева. Нагрев семян приводит к разрушению и значительному снижению активности содержащейся в них липоксигеназы и подобных ферментов, вызывающих плохой запах, вкус и вкусо-ароматические ощущения в готовых продуктах. При выполнении указанных операций существенно снижается активность “антипитательных” ферментов, что способствует увеличению срока хранения конечного продукта, при существенном снижении энергоемкости процесса.

По одному из вариантов реализации заявленной технологии при перемещении продукта осуществляют удаление образовавшейся при нагреве влаги, например, с помощью вытяжной или естественной вентиляции.

По одному из вариантов реализации заявленной технологии скорость перемещения продукта внутри емкости поддерживают постоянной, для чего на выходе из емкости может быть осуществлено, например, дросселирование потока продукта.

Целесообразно перед перемещением продукта равномерно распределять его по площади потока, то есть по поперечному сечению емкости, в которой осуществляется перемещение продукта.

После осуществления последнего цикла нагрева, по меньшей мере, часть продукта может быть направлена на повторную инактивацию.

Более подробно способ инактивации семян бобовых культур будет раскрыт ниже при описании работы устройства для инактивации семян бобовых культур.

Пример выполнения способа инактивации семян бобовых культур

Бобы сои загружают сверху в емкость. Внутри емкости бобы перемещаются под действием силы тяжести (самотеком) сверху вниз. При перемещении внутри емкости бобы подвергаются циклическому нагреву через 4 мин. Количество циклов нагрева - 50. Нагрев бобов во время каждого цикла нагрева осуществляют в течение 2 мин.

Скорость перемещения потока бобов внутри емкости поддерживают равной 0,42 мм/с. Температура теплоносителя, осуществляющего нагрев бобов во время каждого цикла, составляет 85°С.

Устройство для инактивации семян бобовых культур включает, по меньшей мере, одну секцию нагревателя 1 с корпусом 2. При необходимости устройство может содержать дополнительные секции 3 нагревателя, которые имеют аналогичную конструкцию и соединены между собой с помощью разъемного или неразъемного соединения. На входе в нагреватель 1 расположен узел 4 загрузки продукта, который предназначен для подачи продукта в полость корпуса 2 нагревателя 1 и может быть выполнен, например, в виде загрузочной воронки или лотка. На выходе из нагревателя 1 расположен узел 5 для выгрузки продукта, который предназначен для удаления прошедшего инактивацию продукта из полости корпуса 2 нагревателя 1 и может быть выполнен, например, в виде разгрузочной воронки или лотка. Нагреватель 1 выполнен в виде расположенных в его корпусе 2 горизонтальных труб 6 и распределителя 7 для подвода теплоносителя к трубам 6. Распределитель 7 содержит патрубок 8, посредством которого он сообщен с источником для выработки теплоносителя, например парогенератором, и патрубок 9 для отвода отработавшего теплоносителя. Распределитель 7 предназначен для обеспечения подвода и отвода теплоносителя соответственно к трубам 6 и от них и может быть выполнен из теплоизолирующего материала, обеспечивающего снижение утечек тепла из полости корпуса 2 нагревателя 1 в атмосферу. Трубы 6 расположены в полости корпуса 2 нагревателя 1 параллельными рядами со смещением от ряда к ряду. Горизонтальный шаг (А) труб 6 в каждом ряду составляет не менее 1,3 и не более 2,0 диаметра (Д) трубы 6, то есть соблюдается следующее соотношение между геометрическими параметрами устройства: 1,3 Д≤А≤2,0Д. Указанное соотношение получено эмпирическим путем и определяет диапазон оптимальных параметров нагрева семян во время каждого цикла. Расстояние (Б) между смежными рядами труб 6 составляет не менее 1,3 и не более 2,0 диаметра (Д) трубы 6, то есть должно выполняться следующее соотношение между геометрическими параметрами устройства: 1,3 Д≤Б≤2,0Д. Указанное соотношение получено эмпирически и определяет диапазон оптимальных параметров цикла перераспределения тепла и влаги в семенах между смежными их циклами нагрева. Смещение (В) труб 6 от ряда к ряду составляет 0,5 горизонтального шага (А) труб 6, то есть соблюдается следующее соотношение между геометрическими параметрами устройства: В=0,5 А. Указанное соотношение выбрано из условия обеспечения равномерного нагрева всех семян в потоке перемещающегося сверху вниз продукта.

По одному из вариантов конструктивного выполнения устройство для инактивации семян бобовых культур может быть выполнено с приспособлением для удаления образовавшейся при нагреве продукта влаги из полости корпуса 2 нагревателя 1. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде патрубков 10, сообщающих полость корпуса 2 нагревателя 1 с окружающей средой, или в виде вытяжного вентилятора (на чертежах не изображен), обеспечивающего удаление влаги из полости корпуса 2 нагревателя 1.

В соответствии с одним из вариантов конструктивного выполнения устройства, узел 4 загрузки продукта может быть выполнен с приспособлением для равномерного распределения продукта по площади поперечного сечения секции нагревателя 1. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде вращающихся лопаток (не изображены), захватывающих семена и равномерно распределяющих их по площади поперечного сечения корпуса 2 нагревателя 1. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения указанного приспособления, при котором оно выполнено в виде шнека 11.

Узел 5 для выгрузки продукта может быть выполнен с приспособлением для стабилизации и регулирования скорости перемещения продукта в полости корпуса 2 нагревателя 1. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде диафрагмы (не изображена) с принудительно изменяемой площадью ее проходного сечения. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения приспособления для стабилизации и регулирования скорости перемещения продукта в полости корпуса 2 нагревателя 1, при котором оно выполнено в виде решета 12. Решето 12 выполнено в виде двух пластин с отверстиями для дозированного прохода продукта. Пластины перекрывают выходное сечение корпуса 2 нагревателя и установлены с возможностью взаимного перемещения в горизонтальной плоскости. Пластины кинематически связаны с регулируемым двигателем 13.

Корпус 2 нагревателя 1 может иметь в поперечном сечении любую геометрическую форму, например круглую или многогранную. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения корпуса 2 нагревателя 1, при котором он имеет в поперечном сечении прямоугольную форму.

Устройство для инактивации семян бобовых культур может быть выполнено с приспособлением для транспортировки продукта на повторную инактивацию. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде вертикально расположенного шнекового транспортера 14, обеспечивающего перемещение продукта из узла 5 для выгрузки продукта к узлу 4 загрузки продукта.

Устройство для инактивации семян бобовых культур работает следующим образом.

Предварительно очищенные от примесей семена бобовых культур, например бобы сои, подают в узел 4 загрузки продукта. С помощью шнека 11 семена равномерно распределяют по площади поперечного сечения корпуса 2 нагревателя 1. Таким образом формируют поток перемещающихся в полости корпуса 2 в направлении сверху вниз семян бобовых культур. Одновременно через патрубок 8 к распределителю 7 подают теплоноситель, в качестве которого может быть использован пар с заданными температурными характеристиками. Из распределителя 7 теплоноситель проходит по горизонтальным трубам 6 и нагревает их. После прохода по трубам 6 теплоноситель поступает в распределитель 7 и удаляется из него через патрубок 9. При перемещении в полости корпуса 2 нагревателя 1 каждое семя, обтекая трубу 6, вступает в контакт с нагретой поверхностью последней. В результате такого контакта происходит локальный нагрев семени до определенной температуры. При дальнейшем перемещении семя выходит из контакта с нагретой поверхностью трубы 6. При выходе из контакта с поверхностью трубы 6 происходит перераспределение тепла и влаги в семени, то есть тепло и влага перераспределяются от наиболее нагретого участка семени, то есть того участка, в котором произошел его контакт с трубой 6, к ненагретым частям семени. За время указанного перераспределения тепла и влаги в семени происходит нагрев всего семени и частичное удаление из него влаги. При этом следует отметить, что перераспределение влаги в семени происходит не только по направлению к его ядру (как это происходит в известном техническом решении), но и часть влаги удаляется наружу. Процесс перераспределения тепла и влаги в семени происходит до того времени, пока семя не вступает в контакт с нагретой поверхностью следующей трубы 6, расположенной ниже. Длительность контакта семени с поверхностью нагретой трубы 6 и длительность процесса перераспределения тепла и влаги в семени определяются скоростью перемещения продукта в полости корпуса 2 нагревателя 1 и геометрическими параметрами расстановки труб 6 в корпусе 2 нагревателя 1. При контакте семени с нагретой поверхностью следующей трубы 6 процесс повторяется, то есть снова происходит локальный нагрев семени до определенной температуры и последующее перераспределение тепла и влаги в семени при выходе его из контакта с нагретой поверхностью трубы 6. То есть циклы процесса нагрева семени и процесса перераспределения тепла и влаги в семени повторяют по мере перемещения продукта в полости корпуса 2 нагревателя, осуществляя процесс инактивации ступенчатым нагревом семян до заданной температуры. Температуру, до которой осуществляют ступенчатый цикличный нагрев продукта после последнего цикла, выбирают в зависимости от типа обрабатываемой культуры, от типа конечного продукта, который хотят получить в результате переработки. В процессе теплового воздействия осуществляют контроль над температурными и технологическими параметрами процесса.

В зависимости от используемой технологии продукт пропускают через нагреватель 1 и последовательно расположенные дополнительные секции 3, выполняя весь процесс инактивации за одно перемещение продукта. Процесс инактивации продукта может быть осуществлен и путем многократного пропуска продукта через нагреватель 1, что позволяет существенно уменьшить габариты устройства. В этом случае после выхода продукта из узла 5 для выгрузки продукта его с помощью транспортера 14 подают в узел 4 загрузки продукта.

В процессе перемещения продукта в корпусе 2 нагревателя 1 его скорость поддерживают постоянной. При взаимном перемещении пластин решета 12 в горизонтальной плоскости происходит совпадение их отверстий и тем самым осуществляется дозированный выпуск продукта из полости корпуса 2 в узел 5 для выгрузки продукта, то есть продукт из полости корпуса 2 выходит с определенной скоростью. Для изменения скорости перемещения продукта в полости корпуса 2 нагревателя 1 с помощью двигателя 13 изменяют частоту и/или амплитуду взаимного перемещения пластин решета 12.

Полученный в результате инактивации семян бобовых культур продукт может быть использован, например, для изготовления в промышленных объемах искусственного молока из соевых бобов, не обладающего нежелательными посторонними запахами, вкусовыми ощущениями или горечью.

Реферат

Изобретение относится к пищевой и перерабатывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для производства продуктов из сои. Способ инактивации семян бобовых культур включает перемещение семян в направлении сверху вниз и циклический нагрев семян, который осуществляют через равные промежутки времени. Продолжительность нагрева семян при каждом цикле составляет не менее 0,5 от промежутка времени между смежными циклами нагрева. Устройство для инактивации семян бобовых культур содержит секцию нагревателя, узел загрузки продукта и узел для выгрузки продукта. Нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе горизонтальных труб и распределителя для подвода теплоносителя к трубам. Трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду. Горизонтальный шаг труб в каждом ряду составляет не менее 1,3 и не более 2,0 диаметра трубы. Расстояние между смежными рядами труб составляет не менее 1,3 и не более 2,0 диаметра трубы. Смещение труб от ряда к ряду составляет 0,5 горизонтального шага труб. Изобретение позволяет снизить затраты энергии на удаление влаги из семени бобовой культуры за счет обеспечения возможности перераспределения тепла и влаги после каждого цикла нагрева. 2 н. и 10 з.п.ф-лы, 4 ил.

Формула