Способ сушки сельскохозяйственных продуктов и устройство для размещения сельскохозяйственных продуктов при их обработке в микроволновой печи

 

Использование: изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к способам и устройствам для сушки сельскохозяйственных продуктов в условиях личных и фермерских хозяйств, имеющих микроволновые печи. Сущность изобретения: сушка продуктов проводится в два этапа, причем на первом этапе производится частичная отгонка влаги из сырья путем обработки его в микроволновой печи, а досушивание частично обезвоженного продукта производится методом конвективной сушки, а в частности активной вентиляции, причем для сбора влаги, выделяющейся на первом этапе сушки, устройство имеет сменную разделительную решетку и канал для слива сока. 2 c.и 2 з. п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам и устройствам для сушки сельскохозяйственных продуктов с использованием СВЧ-излучения, в частности ягод, пряных и лекарственных растений и может быть применено в пищевой, медицинской и перерабатывающей промышленности, а также в в индивидуальном и фермерском хозяйствах, имеющих микроволновые печи для переработки выращенных и дикорастущих ягод и плодов.

Известно использование микроволнового электронагрева для обработки частично обезвоженных продуктов. Сушку подготовленного сырья СВЧ-энергией производят при атмосферном давлении или под вакуумом. При этом картофель перед микроволновой сушкой предварительно подсушивают нагретым до 68^oС воздухом в течении двух часов до содержания влаги 47% а яблоки до влажности 20% после чего продукты прогревают полем СВЧ в течение 7 минут, а затем досушивают в лотковой сушилке воздухом, нагретым до 52^oС в течение 7 часов (см. Сушеные овощи и фрукты. Под редакцией В.И.Гуляева. М. Пищевая промышленность, 1980, с. 26-27).

Недостатками такого комбинированного трехступенчатого способа сушки являются его сложность и длительность. Кроме того, в процессе всех трех этапов сушки: подсушивание, микроволновая обработка СВЧ-полем и досушивание - требуется проведение постоянного контроля технологических параметров, что усложняет и удорожает такую сушку.

Известен также способ сушки продуктов, например, орехов и грибов в микроволновой печи путем воздействия на продукт сушки только сверхчастотным полем (СВЧ) частотой 2460 МГц (см. С.В.Некрутман. Сверхбыстрая кулинария или СВЧ-печь в вашем доме.М. ВО Агропромиздат, 1988, с. 106-107).

Недостатком этого способа является то, что при сушке растительной продукции с исходной влажностью (содержанием влаги) 70-92% в микроволновых печах выгнанная при СВЧ-прогреве продукта влага в виде пара, конденсируясь, оседает на стенках рабочей камеры, что приводит к их нагреву, нарушению рабочего процесса, требует дополнительного проветривания рабочей камеры и постоянного переворачивания продукта, что затягивает процесс сушки. Кроме того, в бытовых СВЧ-печах технически сложно полностью высушить сельскохозяйственные продукты до заданной кондиции (до остаточной влажности 6-12%). Этo объясняется тем, что по правилам эксплуатации бытовых печей СВЧ при полезной мощности порядка 600 Вт нельзя эксплуатировать печь, если в рабочей камере находится менее 250 г продуктов или 200 г воды (Некрутман С.В. с.61;66). При сушке же растительного сырья получается, что, загрузив печь 500 г, например, пижмы, рябины, крапивы, выход которых в сухом виде составляет 20-25% от исходного сырья (см. Чижов П.С. Лекарственные растения: Справочник - 2е издание М. Агропромиздат, 1989 с.170; 265) масса продукта будет составлять 100-125 г, а это примерно в 2-2,5 раза ниже допустимой массы продукта для загрузки СВЧ-печи. При таком режиме работы магнетрон может выйти из строя, а установка в камеру печи балластного сосуда с водой повышает влажность воздуха в рабочей камере и не позволяет досушить продукт до заданной кондиции.

Кроме того, в период досушивания от 20-15% влажности до конечной влажности 6-10% вследствие незначительной энергоемкости подсушенного материала по отношению к полю СВЧ, интенсивность сушки резко уменьшается, что приводит к увеличению продолжительности сушки и может приводить к местному (очаговому) пережогу продукта из-за неоднородной плотности СВЧ-поля в печи, что снижает качество конечного продукта.

При сушке сельскохозяйственных продуктов в СВЧ-печах, в частности грибов, их раскладывают на диэлектрической решетке в один слой, чтобы улучшить равномерность сушки (см. Некрутман С.В. с.106 5 строка снизу). При раскладке продукта сушки на диэлектрических решетках вся выделяемая из продукта сушки влага в виде пара должна быть удалена системой вентиляции СВЧ-печи из рабочей камеры, что приводит к повышенному расходу электроэнергии и дополнительной нагрузке на магнетрон, при этом на стенках рабочей камеры (в местах вторичного испарения конденсата) возможно образование подтеков и после окончания сушки требуется дополнительная чистка рабочей камеры. Возможна также раскладка продукта сушки на решетке или перфорированной подставке, размещенных в кастрюле, по образцу посуды, применяемой для размораживания полуфабрикатов, при этом снижается выпадение конденсата на стенках рабочей камеры (см. Некрутман С.В. с.63 рис.47).

Недостатком такого устройства является то, что по существующим способам сушки крышка кастрюли должна быть открыта, чтобы удалять пары влаги от продукта сушки, а конденсат, скапливающийся под решеткой, приходится сливать через продукт сушки или удалив продукт сначала из кастрюли, что усложняет работу, так как невозможно слить из емкости конденсат не потревожив продукт сушки.

Задачей изобретения является упрощение и ускорение процесса сушки растительного сырья, а также снижение затрат энергии и средств на сушку в частности, ягод и лекарственных растений путем рационального использования подводимой к продукту энергии и утилизацией (сборкой) выделяемой в процессе сушки влаги. Способ сушки характеризуется последовательностью проводимых термообработок растительного сельскохозяйственного сырья, включающих два этапа. Первый этап нагревание и обезвоживание продукта в микроволновой печи СВЧ-излучением в течение 5-40 минут при температуре сырья не выше 95^oС с отводом выделяемой влаги. Второй этап это конвективная сушка (досушивание) частично обезвоженного на первом этапе сырья с массой от 90 до 30% от первоначальной.

Комбинированная двухступенчатая сушка (обезвоживание) с отводом выделяемой влаги дает возможность интенсифицировать (ускорить) процесс при высоком качестве сушки и дополнительно получать жидкую фракцию сок, например, черноплодной рябины, облепихи, не подвергая ягоды механическому воздействию.

Способ сушки осуществляется с использованием устройства для размещения сельскохозяйственных продуктов при их обработке в микроволновой печи, представленного на чертеже.

На чертеже схематично показан общий вид устройства в разрезе. Устройство выполнено в виде емкости (кастрюли) и состоит из корпуса 1 с каналом 2, крышки 3 и сменной разделительной решетки 4, делящей емкость на части, на которую загружается обрабатываемый продукт и под которую стекает влага, выделившаяся из продукта под воздействием СВЧ-излучения. В зависимости от размеров продукта устанавливаются различные разделительные решетки 4. Для крупных ягод (садовая земляника, черноплодная рябина) устанавливается решетка с отверстиями диаметром 6-8 мм, для мелких ягод (облепихи) диаметр отверстий может быть 3-5 мм. Корпус 1, крышка 3 и разделительная решетка 4 изготовлены из радиопрозрачного материала (закаленное стекло, фарфор).

Сменная разделительная решетка 4 устанавливается в корпусе 1 на специальных боковых выступах корпуса или на ножках, при этом объем резервуара отделяемого для сбора жидкости (под решеткой) должен составлять ориентировочно от 20 до 50% объема резервуара для размещения продукта (над решеткой). Такое распределение объемов резервуаров (емкости) позволяет наиболее рационально использовать само устройство и эффективно обезвоживать продукт сушки. При этом входное отверстие отводного канала 2 должно сообщаться с пространством под разделительной решеткой 4 (резервуаром сбора жидкости).

Двухступенчатый способ сушки сельскохозяйственных продуктов осуществляется следующим образом.

Нa первом этапе обработки продукт, подлежащий сушке, например ягоды, предварительно отсортированные и подготовленные, засыпают ровным слоем толщиной 2-4 см на разделительную решетку 4, установленную в корпусе 1. Закрывают крышкой 3 и помещают в рабочую камеру микроволновой печи. Дверцу печи закрывают. Задают программу работы печи и печь включается в работу. При этом микроволновое излучение нагревает продукт и происходит испарение влаги. Пар, конденсируясь на стенках и крышке емкости, стекает через слой продукта и отверстия разделительной решетки в нижнюю часть емкости, где и скапливается в виде жидкой фазы.

При обработке лекарственных растений по предлагаемому способу, листья, стебли или соцветия, подлежащие СВЧ-обработке, укладываются ровным слоем толщиной 2,5-4,0 см на разделительную решетку емкости. При размещении растений в емкости и если нет потребности в сборе влаги крышка не закрывается, чтобы испаряемая влага (пар) системой вентиляции удалялась из рабочей камеры микроволновой печи.

После истечения заданного времени печь отключается. Емкость с обработанным продуктом вынимают и собранную влагу, нагнанную при нагреве из ягод, сливают через отводной канал 2 в подготовленный сосуд. В дальнейшем влага (сок) может быть использована для пищевых или технических целей. Применение специального отводного канала позволяет сливать влагу без контакта с продуктами над решеткой, что исключает обратное поступление и потерю собранной жидкости.

После слива жидкости крышка открывается и частично обезвоженное сырье, массой от 90 до 30% от начальной, рассыпается (раскладывается) на поддоны для проведения второго этапа сушки воздушной сушки или камерной по общепринятой методике до требуемой (остаточной) влажности 6-12% Второй этап сушки может осуществляться в сушильных установках типа "флора 1", "флора 2" методом активного обезвоживания с помощью инфракрасного излучения или в других сушильных шкафах путем обдува нагретым воздухом.

Продолжительность и интенсивность микроволновой обработки подбирается опытным путем с учетом влажности и количества сырья, загружаемого в рабочую камеру микроволновой печи, а также от требуемой степени обезвоживания сырья для второго этапа сушки.

Контроль температуры материала производится путем установки термометра в слой продукта сразу после отключения печи. При этом необходимо контролировать прогрев, чтобы температура продукта не превышала 95^oС. Конечная температура обработки продукта в СВЧ-печи 95^oС обусловлена сохранением биологической ценности продукта.

Длительность процесса микроволновой обработки продукта в пределах 5-40 минут является необходимой для прогрева продукта и выгонки из него влаги в объеме от 10 до 70% от исходной массы сырья.Выгонка большого объема жидкости в микроволновой печи нецелесообразна, так как это требует значительных затрат энергии и времени и снижает качество высушенного на втором этапе продукта.

Сбалансированное же обезвоживание путем отгонки влаги и пара ускоряет процесс сушки и позволяет получать, в частности, из ягод два вида конечного продукта жидкую фазу (конденсат) в виде натурального сока и высушенные ягоды, которые в зависимости от режимов сушки второго этапа можно использовать как изюм (вяленые ягоды) или как лекарственное сырье для сборов, настоев и чая (при полной сушке).

Обоснование параметров СВЧ-обработки на первом-этапе сушки проведено по результатам экспериментальной проверки предлагаемого способа на различных сельскохозяйственных продуктах (ягодах, лекарственном сырье травах).

Описания проведенной экспериментальной проверки двухступенчатого способа сушки представлены в примерах N 1, 2, 3.

Пример 1. Продукт-ягоды черноплодной рябины, подготовленные к сушке (отобранные, вымытые и обсушенные на воздухе), массой в количестве 1000 граммов, загружают в предлагаемое устройство (кастрюлю из жаропрочного стекла, с разделительной решеткой) и помещают в рабочую камеру бытовой микроволновой печи "Титан" (объем камеры 32 л, полезная мощность в камере 600 Вт, потребляемая мощность 1300 Вт). Суммарное время микроволновой обработки 40 минут, из них 1 минута режим "Минута прогрева" (100% мощности) и 39 минут- режим "Умеренный нагрев" (75% мощности). Контрольные замеры выделения влаги из ягод проводились последовательно через каждые 5 минут. Конечная температура продукта после СВЧ-обработки 94-95^oС. Масса собранного сока 340 грамм (34%). Масса ягод после первого этапа сушки (отгонки влаги) 533 грамма или 53,3% от массы исходного сырья. После проведения второго этапа сушки (воздушная сушка) получено 170 граммов сухих ягод (сушка до постоянного веса). Взвешивание проводилось на весах марки ВЛ-500, с точностью до одного грамма. Результаты замеров представлены в табл. 1.

Данные, приведенные в табл. 1, доказывают, что через 6 минут СВЧ-нагрева происходит выделение пара и сбор жидкой фазы. Через 25-40 минут СВЧ-нагрева прирост выхода жидкой фазы практически прекращается, а идет только испарение влаги в объемах 1-1,5% от массы сырья и унос пара вентиляцией.

Следовательно, СВЧ-обработку менее 5 минут и более 40 минут делать нецелесообразно, а частично обезвоженные ягоды нужно направлять на досушивание (2-й этап сушки).

Затраты электроэнергии на 40-минутную микроволновую обработку ягод черноплодной рябины (1-й этап сушки) составили 0,8 кВт часа на 1 кг ягод (сырья) или 1,7 кВт часа на 1 кг удаленной из ягод влаги.

Пример 2. Продукт соцветия пижмы. Исходная (первоначальная) масса 800 граммов. Время обработки в микроволновой печи 10 минут. За два цикла по 5 минут удалено из сырья 176 грамм влаги (107+69 или 13,4% и 9,9%). На второй этап сушки (досушивание) направлено 624 грамма соцветий или 78% от их первоначальной массы. Масса сухих соцветий пижмы после второго этапа сушки составила 237 грамм или 29,6% от массы исходного сырья. Второй этап предлагаемого способа сушки проводился в виде воздушной сушки при комнатной температуре (20-25^oС) Общее время сушки составило 94 часа. Контрольный вариант соцветия пижмы такой же массы, из той же партии сбора, но без обработки в микроволновой печи. Время воздушной сушки контрольного варианта до постоянной массы (до 29,9% от исходной) составило 118 часов (на 24 часа больше).

Зa счет сушки в два этапа, с кратковременным нагревом продукта в микроволновой печи, время сушки соцветий пижмы сократилось на 24 часа (со 118 до 94-х) или на 20,3% при минимальных затратах электроэнергии на работу СВЧ-печи. Затраты электроэнергии 0.20 кВт часа на 800 грамм сырья, или 1,13 кВт часа на 1 кг удаленной из соцветий влаги.

Пример 3. Продукт-картофель очищенный, нарезанный кружками толщиной 6-8 миллиметров. Исходная масса 601 грамм. Время обработки в микроволновой печи 45 минут (девять циклов по 5 минут с замером массы картофеля через каждые 5 минут СВЧ-обработки). Результаты обработки картофеля в микроволновой печи представлены в табл. 2.

За время СВЧ-обработки картофеля удалено из него 365 грамм влаги или 61% от исходной массы сырья. Масса картофеля, направленного на 2-й этап сушки (досушивание), 236 грамм или 39% Визуальный контроль показал, что через 35 минут СВЧ-обработки наблюдаются местные подгорания (изменения цвета) на ломтиках картофеля, а через 40-45 минут цвет стал желтовато-коричневый с темными пятнами (темно-коричневыми). Поэтому обработка картофеля в СВЧ-печи с целью обезвоживания более 40 минут нецелесообразна. Затраты электроэнергии на 40-минутную обработку ( сушку) 601 грамма картофеля в печи СВЧ составили 0,8 кВт часа или 2,35 кВт часа на 1 кг удаленной из картофеля влаги.

Результаты экспериментов (примеры 1-3) показывают техническую осуществимость предложенного способа и подтверждают его эффективность для производства. За время СВЧ-обработки от 5 до 40 минут из обрабатываемого сырья (ягод, растений, картофеля) выгоняется влага (сок, пар) массой ориентировочно от 10 до 70% от первоначальной массы сырья. Направление на второй этап сушки частично обезвоженного сырья (массой от 90 до 30% от первоначальной) позволяет снизить общее время сушки ориентировочно на 17-20% при минимальных энергетических затратах на микроволновую обработку. Снижение энергетических затрат происходит за счет того, что влага из растений удаляется в основном в виде жидкости и энергия не растрачивается на испарение влаги.

Дополнительным преимуществом нового способа по сравнению с известными способами сушки является то, что при его использовании потребитель получает два конечных продукта сырье, высушенное с минимальными затратами (1,2-1,7 кВт часа на 1 кг удаленной влаги), и дополнительный продукт жидкую фазу (сок), полученный из сырья без его механического травмирования.

Предложенное устройство для размещения сельскохозяйственных продуктов при их обработке в микроволновой печи, в виде емкости с разделительной решеткой и каналом для слива жидкости, позволяет максимально собирать выделяемую на первом этапе сушки влагу и рационально ее использовать в виде стерилизованного СВЧ-энергией сока для пищевых или технических целей, снижая затраты энергии на обезвоживание растительного сырья. Кроме того, применение предложенного устройства улучшает условия труда на рабочем месте, так как не происходит выброса пара от микроволновой печи в окружающую среду.

Формула изобретения

1. Способ сушки сельскохозяйственных продуктов, включающий нагревание продуктов в микроволновой печи и отвод выделяемой влаги, отличающийся тем, что обработку в микроволновой печи ведут до остаточной массы продукта 30-90% от первоначальной и далее досушивают продукт до кондиционной влажности в сушилке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку в микроволновой печи ведут в течение 5-40 мин при температуре продукта, не превышающей 95^oС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукты при обработке их в микроволновой печи размещают в закрытой посуде.

4. Устройство для размещения сельскохозяйственных продуктов при их обработке в микроволновой печи, содержащее емкость, выполненную из радиопрозрачного материала, разделительную решетку, установленную в емкости с образованием в нижней части емкости сборника для жидкости, отличающееся тем, что в сборнике для жидкости выполнен канал для слива жидкости, при этом разделительная решетка выполнена съемной и установлена таким образам, что объем сборника для жидкости составляет 20-50% объема емкости над разделительной решеткой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3