Способ получения фруктовых порошков для детского питания и установка для его осуществления

 

Назначение: в пищеконцентратной промышленности при производстве фруктовых порошков для детского питания. Сущность изобретения: протирают фрукты, отделяют мякоть, сушат ее токами СВЧ в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18 - 80 кГц. Устройство содержит узел протирки фруктов, сепаратор, СВЧ-камеру и узел УЗ-распыления. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к оборудованию и технологии пищеконцентратного производства и может быть использовано при производстве фруктовых порошков для детского питания.

Известен способ получения фруктовых порошков для детского питания, включающий протирку фруктов, отделение мякоти от сока и отходов и сушку токами СВЧ агломератов выжимок.

Недостатками этого способа являются низкая производительность из-за длительности процесса сушки и снижение питательной и биологической ценности порошка после отделения сока от мякоти, что приводит к потере до 80-90% водорастворимых углеводов и витаминов.

Также известна установка получения фруктовых порошков для детского питания, содержащая узел протирки, сепаратор и СВЧ-камеру.

Установка сохраняет недостатки реализуемого ею способа.

В предлагаемом способе получения фруктовых порошков для детского питания, включающем протирку фруктов, отделение мякоти и сушку токами СВЧ, сушку токами СВЧ осуществляют в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18-80 кГц.

Это позволяет повысить производительность за счет ускорения процесса сушки при увеличении поверхности тепломассообмена в процессе ультразвукового распыления и сохранить питательную и биологическую ценность нативного продукта за счет обеспечения возможности высокоскоростной сушки мякоти без отделения сока.

В предлагаемой установке получения фруктовых порошков для детского питания, содержащей узел протирки, сепаратор и СВЧ-камеру, узел протирки выполнен в виде установленного в корпусе с загрузочным и разгрузочным отверстиями приводного шнека с полым валом и винтовой нарезкой с разрывами и стержневых ножей, закрепленных в корпусе в местах разрывов нарезки шнека с возможностью изменения и фиксации угла поворота относительно собственной продольной оси, сепаратор выполнен в виде закрепленного соосно на валу полого шнека полого цилиндра со сплошной и перфорированной частью, обращенной к валу шнека, втулки с винтовой канавкой, закрепленной в корпусе и охватывающей перфорированную часть полого цилиндра, запорного конуса, установленного на сплошной части полого цилиндра с возможностью осевого перемещения и соединенного с ней или с корпусом посредством механизма регулируемого противодавления, приводного шнека с осевым каналом, установленного в полости вала и цилиндра, и лотка для отвода отходов, соединенного с последним витком канавки втулки, при этом выходное отверстие корпуса сообщено с СВЧ-камерой, а в осевом канале шнека сепаратора установлен источник ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний, свободный конец которого размещен заподлицо в выходном отверстии корпуса с образованием кольцевого зазора.

Такая установка позволяет реализовать предлагаемый способ при минимальном контакте перерабатываемого продукта с кислородом воздуха, что увеличивает содержание в нем питательных и биологически активных веществ, лабильных к окислению.

В предпочтительном варианте стержневые ножи установлены по соосным полому шнеку окружностям. Это позволяет повысить качество измельчения сырья.

Возможно выполнение механизма регулируемого противодавления в виде упругого элемента, установленного с возможностью регулировки степени предварительного сжатия, или в виде силового цилиндра с регулируемым предохранительным клапаном, или в виде зубчато-реечной пары, связанной с приводом вращения зубчатого колеса через предохранительную кулачковую или фрикционную муфту с регулируемой степенью сжатия поджимной пружины, в зависимости от необходимой величины противодавления для качественного отделения мякоти от отходов конкретного вида перерабатываемого фруктового сырья.

В другом предпочтительном варианте втулка выполнена с винтовой канавкой, площадь поперечного сечения которой уменьшается по направлению к запорному конусу. Это позволяет сократить количество отходов за счет повышения надежности отделения мякоти сырья от отходов за счет сохранения коэффициента заполнения канавки по мере отвода мякоти.

Последним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение полого цилиндра съемным. Это позволяет регулировать степень измельчения сырья в зависимости от вида получаемого продукта.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка, продольный разрез; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 вид А на фиг.2; на фиг.4 механизм регулируемого противодавления в виде зубчато-реечной пары; на фиг.5 то же в виде силового цилиндра; на фиг. 6 узел II на фиг.4; на фиг.7 узел III на фиг.1; на фиг.8 узел IV на фиг.1.

Установка, реализующая предлагаемый способ получения фруктовых порошков для детского питания, содержит корпус 1 с загрузочным бункером 2 и разгрузочным отверстием 3, связанный в приводом 4 шнек 5 с полым валом 6 и винтовой нарезкой 7 с разрывами 8, стержневые ножи 9, закрепленные в корпусе 1 в местах расположения разрывов 8 с возможностью изменения угла поворота относительно собственной продольной оси совместно с фланцем 10 и его фиксации стопором 11, закрепленный посредством нарезки 12 на валу 6 полый цилиндр 13 со сплошной частью 14 и перфорированной частью 15, обращенной к валу 6, втулку 16 с винтовой канавкой 17, закрепленную в корпусе 1, охватывающую перфорированную часть 15 полого цилиндра 13 и выполненную с уменьшением площади поперечного сечения канавки 17 в сторону запорного конуса 18, установленного на сплошной части 14 полого цилиндра 13 с возможностью осевого перемещения и соединенного с ней или корпусом 1 посредством механизма регулируемого противодавления, связанный с приводом 4 шнек 19 с осевым каналом 20, установленный в полости 21 вала 6 шнека 5, лоток 22 для отвода отходов, соединенный с последним витком канавки 17, СВЧ-камеру 23, соединенную с выходным отверстием 3 корпуса 1, источник 24 ультразвука, установленный в осевом канале 20 шнека 19 и снабженный стержневым концентратором 25 продольных колебаний, свободный конец которого размещен заподлицо в выходном отверстии 3 корпуса 1 с образованием кольцевого зазора 26.

Механизм регулируемого противодавления может быть выполнен в виде упругого элемента 27 (фиг.1), установленного с возможностью регулировки степени предварительного сжатия перемещением гайки 28 по сплошной части 14 полого цилиндра 13, или в виде силового цилиндра 29 (фиг.5) с регулируемым предохранительным клапаном 30, или в виде зубчато-реечной пары (фиг.4 и 6), содержащей рейку 31, связанную с запорным конусом 18, и зубчатое колесо 32, связанное с приводом 33 вращения через предохранительную кулачковую или фрикционную муфту 34 с регулируемой перемещением гайки 35 степенью сжатия поджимной пружины 36.

Способ осуществляют следующим образом.

Обрабатываемое фруктовое сырье подают в корпус 1 через бункер 2, где оно захватывается винтовой нарезкой 7 шнека 5, вращаемого от привода 4, и транспортируется по направлению к полому цилиндру 13. При проходе сырья через разрывы 8 нарезки 7 оно взаимодействует со стержневыми ножами 9, режущие кромки установлены в зависимости от коэффициента трения сырья о внутреннюю поверхность корпуса 1 параллельно вектору скорости сырья путем поворота ножей 9 совместно с фланцами 10 и зафиксированы в этом положении стопорами 11. Расположение ножей 9 по соосным шнеку 5 окружностям снижает вероятность проскока сырья без взаимодействия с ножами 9, которое приводит к измельчению сырья с высокой надежностью. Далее нарезка 7 шнека 5 нагнетает сырье в винтовую канавку 17 втулки 16, в которой сырье перемещается за счет перепада давления. Уменьшение площади поперечного сечения канавки 17 по ходу перемещения сырья и противодавление, создаваемое запорным конусом 18, приводят к отжатию мякоти сырья через отверстия перфорированной части 15 полого цилиндра 13 с одновременной протиркой при взаимодействии с втулкой 16. Фракция отходов, не проходящая в отверстия перфорированной части 15 полого цилиндра 13, перемещается по канавке 17 и удаляется по лотку 22, отжимая запорный конус 18. Регулировка степени отжатия мякоти от отходов, состоящих из плодоножек, семян, гребней, чашелистиков, семенных камер и прочих твердых включений, осуществляется изменением усилия противодавления, которое достигается в зависимости от конструкции механизма регулируемого противодавления перемещением гаек 28 или 35 или регулировкой усилия срабатывания клапана 30. При этом постоянное заданное усилие противодавления достигается изменением проходного сечения последнего витка канавки 17 за счет осевого перемещения запорного конуса 18 по гладкой части 14 полого цилиндра 13. Так, при увеличении относительного содержания мякоти или при уменьшении коэффициента заполнения нарезки 7 шнека 5 происходит падение давления в канавке 17 и на запорном конусе 18. Это приводит к разжатию упругого элемента 27, закрытию предохранительного клапана 30 и увеличению объема рабочей среды в силовом цилиндре 29, сжатию поджимной пружиной 36 полумуфт муфты 34, провороту приводом 33 зубчатого колеса 32 и поступательному перемещению рейки 31. В итоге запорный конус 18 перемещается по сплошной части 14 полого цилиндра 13 в сторону втулки 16, уменьшая проходное сечение последнего витка ее канавки 17, увеличивая его гидравлическое сопротивление и давление в канавке 17 до заданного. При относительном увеличении содержания отходов в сырье или при увеличении коэффициента заполнения нарезки 7 шнека 5 происходит увеличение давления в канавке 17 и на запорном конусе 18. Это приводит к сжатию упругого элемента 27, открытию предохранительного клапана 30 и стравливанию рабочей среды из силового цилиндра 29, сжатию поджимной пружины 36 полумуфтами муфты 34 и их взаимному провороту при отходе зубчатой рейки 31 и провороте зубчатого колеса 32 против направления вращения привода 33. В итоге запорный конус 18 перемещается по сплошной части 14 полого цилиндра 13 в сторону от втулки 16, увеличивая проходное сечение последнего витка ее канавки 17, снижая его гидравлическое сопротивление и давление в канавке 17 до заданного. Таким образом достигается постоянство качественного состава отделяемой мякоти и снижение количества отходов. Мякоть из полого цилиндра 13 захватывается расположенным в полости 21 вала 6 шнека 5 и вращаемым от привода 4 шнеком 19 и транспортируется в выходное отверстие 3 корпуса 1, в котором поступает в зазор 26 и на боковую поверхность стержневого концентратора 25 продольных колебаний, перемещаясь к торцовой поверхности последнего. За счет продольных колебаний стержневого концентратора 25 от размещенного в канале 20 шнека 19 источника 24 ультразвука с торцовой поверхности концентратора 25 на выходе из отверстия 3 корпуса 1 происходит распыление протертой фруктовой мякоти при дроблении ее агломератов до отдельных частиц независимо от наличия жидкой фазы при максимально возможной дисперсности распыления до 0,1 мкм при частоте колебаний 18-80 кГц. Поток распыленного сырья поступает в СВЧ-камеру 23, в которой за счет воздействия электромагнитных полей сверхвысоких частот, высокой дисперсности сырья и интенсификации тепломассообмена ультразвуковой волной, носителем которой является дисперсный поток сырья, происходит высушивание сырья до порошкообразного состояния за короткое время полета от отверстия 3 корпуса 1 до дна СВЧ-камеры 23. Полученный таким образом готовый продукт удаляют из СВЧ-камеры 23 непрерывно или периодически в асептических условиях и подают на фасовку.

П р и м е р 1. Яблоки протирают, отделяя мякоть от плодоножек, семян и семенных камер, и сушат токами СВЧ в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18 кГц. Получен стерильный легкосыпучий порошок со средним размером частиц 48 мкм, содержащий по сравнению с базовым объектом водорастворимых витаминов в 3,5 раз, а водорастворимых углеводов в 4,1 раз больше.

П р и м е р 2. Айву протирают, отделяя мякоть от семян, плодоножек и семенных камер, и сушат токами СВЧ в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 22 кГц. Получен стерильный легкосыпучий порошок со средним размером частиц 23 мкм, содержащий по сравнению с базовым объектом водорастворимых витаминов и углеводов соответственно в 3,9 и 3,2 раза больше.

П р и м е р 3. Груши протирают, отделяя мякоть от плодоножек, семян и семенных камер, и сушат токами СВЧ в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 80 кГц. Получен стерильный легкосыпучий порошок со средним размером частиц 18 мкм, содержащий по сравнению с базовым объектом водорастворимых витаминов и углеводов соответственно в 4,3 и 4,1 раз больше.

Во всех случаях использования предлагаемого способа полученный после восстановления продукт сохраняет нативное соотношение всех компонентов, обладает естественными органолептическими свойствами, питательной и биологической ценностью. Степень снижения бактериальной обсемененности зависит от удельного энерговвода ультразвуковой и СВЧ-энергии, при этом в процессе проверки воспроизводимости продукта с неполной стерильностью получено не было. Интервал частот ультразвуковых колебаний выбран с учетом того, что при частоте ниже 18 кГц происходит частичное стекание продукта без распыления, а при частоте выше 80 кГц вязкость продукта оказывается достаточной для создания сбоев распыления при падении амплитуды колебаний за счет инерционности используемого узла распыления.

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяют повысить питательную и биологическую ценность получаемых порошков за счет сохранения в них нативного состава исходного сырья, а также обладает повышенной производительностью за счет ускорения процесса сушки при развитии поверхности тепломассообмена и его интенсификации ультразвуковыми колебаниями.

Формула изобретения

1. Способ получения фруктовых порошков для детского питания, включающий протирку фруктов, отделение мякоти и сушку токами СВЧ, отличающийся тем, что сушку токами СВЧ осуществляют в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18 80 кГц.

2. Установка для получения фруктовых порошков для детского питания, содержащая узел протирки, сепаратор и СВЧ-камеру, отличающаяся тем, что узел протирки выполнен в виде установленного в корпусе с загрузочным и разгрузочным отверстиями приводного шнека с полым валом и винтовой нарезкой с разрывами и стержневых ножей, закрепленных в корпусе в местах разрывов нарезки шнеков с возможностью изменения и фиксации угла поворота относительно собственной продольной оси, сепаратор выполнен в виде закрепленного соосно на валу полого шнека полого цилиндра со сплошной и перфорированной частью, обращенной к валу шнека, втулки с винтовой канавкой, закрепленной в корпусе и охватывающей перфорированную часть полого цилиндра, запорного конуса, установленного на сплошной части полого цилиндра с возможностью осевого перемещения и соединенного с ней или с корпусом посредством механизма регулируемого противодавления, приводного шнека с осевым каналом, установленного в полости вала и цилиндра, и лотка для отвода отходов, соединенного с последующим витком канавки втулки, при этом выходное отверстие корпуса сообщено с СВЧ-камерой, а в осевом канале шнека сепаратора установлен источник ультразвука со стержневым концентратором продольных концентраций, свободный конец которого размещен заподлицо в выходном отверстии корпуса с образованием кольцевого зазора.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что стержневые ножи установлены по соосным полому шнеку окружностям.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что механизм регулируемого противодавления выполнен в виде упругого элемента, установленного с возможностью регулирования степени предварительного сжатия.

5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что механизм регулируемого противодавления выполнен в виде силового цилиндра с регулируемым предохранительным клапаном.

6. Установка по п.2, отличающаяся тем, что механизм регулируемого противодавления выполнен в виде зубчато-реечной пары, связанной с приводом вращения зубчатого колеса через предохранительную кулачковую или фрикционную муфту с регулируемой степенью сжатия поджимной пружины.

7. Установка по пп. 2 6, отличающаяся тем, что втулка выполнена с винтовой канавкой, площадь поперечного сечения которой уменьшается по направлению к запорному конусу.

8. Установка по пп. 2 7, отличающаяся тем, что полый цилиндр выполнен съемным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8