Способ сушки пищевых продуктов и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано для сушки пищевых продуктов. Сущность способа сушки пищевых продуктов заключается в одновременном воздействии на продукт электростатического поля напряженностью 0,3-20,0 кВ/см и потока воздуха, насыщенного отрицательно заряженными аэроионами с концентрацией 0,3 ·10⁷-50·10⁷ ион/см³. Поток воздуха, насыщенного аэроионами, может быть нагрет до безопасных для продукта температур. Устройство для осуществления способа сушки включает корпус, внутри которого на границе рабочего объема расположены потенциальные электроды, соединенные с источником высокого напряжения, датчики температуры и концентрации аэроионов. Ионизаторы расположены вне корпуса и соединены с ним воздуховодами. Воздухооборот в устройстве осуществляется по замкнутой системе. Для этого вентиляторы сообщаются с ионизаторами, а в цепи воздуховода между камерой и вентиляторами установлен кондиционер. Ионизаторы могут содержать корпус, генерирующий электрод с металлическими иголками,соединенными с источником высокого напряжения, ускоряющий электрод, расположенный по ходу движения аэроинов, и сетчатый электрод в торцевой стенке газоразрядной камеры. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс сушки. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для сушки и вяления широкого ассортимента продуктов питания.

Все известные способы сушки основаны на различных методах интенсификации процессов переноса внутренней влаги в окружающее пространство. Эти процессы лимитируются скоростью перемещения влаги от внутренних слоев продукта к его поверхности, а далее ее превращением в газообразную форму и переходом в состав воздушной смеси вблизи продукта. Механизм такого переноса обусловлен формой и энергией связи влаги с подложкой (материалом).

Сушка в применении к пищевым продуктам является одним из видов консервирования и предусматривает снижение влаги в продуктах иногда до весьма малых (<10%) величин. В процессах сушки наиболее сложно удалять адсорбционно связанную влагу. Этим определяется продолжительность сушки продукта и энергетические затраты.

Все известные и широко применяемые методы сушки основаны на том или ином способе интенсификации испарения влаги. Наиболее часто используют нагревание продукта.

Известен способ сушки при нагревании пищевых продуктов (заявка Японии N 55-48788, A 23 L 3/00, опублик. 08.12.80), когда пищевой продукт сушат до удаления свободной влаги, затем подвергают микроволновому обогреву до 120-180^oC и сушат на холодном воздухе.

Однако использование микроволновых нагревателей большой мощности на производстве сопряжено с высокой стоимостью оборудования, наличием факторов, вредных для здоровья работающих, и значительными энергозатратами из-за ограниченного КПД источников микроволнового излучения.

Известен способ быстрого приготовления сухих пищевых продуктов (Заявка ФРГ NOS 3540544, A 23 L 3/40, опублик. 21.05.87), в котором высушиваемый продукт подвергают действию газа под высоким давлением, затем давление газа снижают, а газ, оставшийся при низкой температуре в продукте, удаляют во время нагрева в процессе сушки.

Известен способ сушки пищевых продуктов, овощей, фруктов, водорослей, мяса (Заявка Японии N 62-54466, A 23 L 3/40, опублик. 16.11.87), включающий пропитывание продукта жидкостью, содержащей гелеобразователь, проведение гелеобразования, обезвоживание путем пропитывания продукта водным раствором безвредного органического растворителя и сушку под действием температуры.

Известен способ вяления пищевых продуктов, таких как рыба и мясо (Патент ФРГ N 1.099.833, 53с. 1, опублик. 16.02.61), в котором продукт при принудительной циркуляции воздуха подвергают инфракрасному облучению. Способ отличается высокими энергозатратами, к тому же при инфракрасном облучении имеет место неравномерный (поверхностный) нагрев, часто нежелательный и малоприемлемый для получения качественного продукта.

Известен способ сушки рыбы в первоначальном виде (Акцептованная заявка Японии N 51-7358, 34FI, опублик. 16.11.51). Способ основан на пропускании в продольном направлении через тушку рыбы электрического тока с целью обеспечения однородной просушки всей рыбы. Способ технологически сложен для непрерывного производства, а также не отличается экономичностью. К тому же работникам приходится иметь дело с продукцией под напряжением опасной величины (около 120 В), что ограничивает применение такого метода интенсификации сушки.

Наиболее близким техническим решением является способ приготовления пищевых продуктов, который предусматривает обработку подготовленного продукта отрицательно заряженными аэроионами кислорода в концентрации 1·10⁷ - 10·10⁷ ионов/см³ воздуха [1]. Этим способом получают провесную и подвяленную продукцию с очень малым содержанием соли.

Известно устройство для вяления продуктов (А.С. СССР N 725642), содержащее камеру, сообщенный с ней канал с приспособлением для подачи воздуха, его охлаждения, подогрева и перемешивания, датчик температуры.

Наиболее близким устройством к предлагаемому является устройство для приготовления пищевых продуктов, которое состоит из корпуса, кондиционеров, вентилятора, воздуховодов, ионизаторов, датчиков плотности аэроионов, концентрации аэроионов, температуры, относительной влажности, приспособления для размещения изделий, при этом ионизаторы могут быть расположены на всех шести стенках корпуса и выполнены двухступенчатыми: 1 ступень состоит из излучающего и экстрагирующего электродов; 2 ступень - из ряда последовательно расположенных электродов, выполняющих функции ускорения и формирования потока аэроионов [1].

Это устройство невозможно использовать для реализации заявленного способа интенсификации сушки из-за структурной пропорциональной связи интенсивности потоков аэроионов, генерируемых панельными ионизаторами, и величиной высокого напряжения на их электродах.

В заявленном способе требуется независимое регулирование этих параметров для обеспечения максимальной интенсивности процесса.

Задача, решаемая изобретением, - интенсификация процессов сушки за счет снижения энергии связи воды с материалом, активизации внутренней диффузии влаги к поверхности продукта и ее перехода в окружающее пространство и создание экологически чистого способа и устройства с минимальным потреблением энергии.

Сущность предлагаемого способа сушки пищевых продуктов заключается в том, что обработку продукта проводят одновременно электростатическим полем напряженностью от 0,3 до 20 кВ/см и потоком воздуха, насыщенного направленными отрицательно заряженными аэроионами до концентрации от 0,3·10⁷ до 50·10⁷ ион/см³. За счет приложенного электрического поля происходит нарушение энергии связи воды с материалом, а далее за счет процессов холодной автоэмиссии с поверхности продукта - разрушение внутренних молекулярных связей влаги.

При этом происходит активное обезвоживание обрабатываемого материала. Количество удаляемой из продукта воды прямо пропорционально концентрации аэроионов и продолжительности обработки. Следовательно, меняя концентрацию аэроионов при одинаковом времени их воздействия или продолжительность обработки при одной и той же концентрации, можно получать продукты с разным содержанием воды - от 60 до 30%.

При необходимости еще большей интенсификации сушки по предложенному способу можно ввести дополнительно принудительную конвекцию внутреннего ионизированного воздуха в камере и подогрев его до более высокой температуры.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого располагаются приспособление для размещения продукции 2 и датчики технологических параметров - температуры 3 и концентрации аэроионов 4. Вентиляционная система состоит из вентиляторов 5, которые соединены воздуховодами с ионизаторами 6. Ионизаторы подсоединены к камере через патрубок 7.

Рабочий объем камеры составляет пространство между потенциальными электродами 8, соединенными с источником высокого напряжения 9. Кондиционер 10 расположен между камерой и вентиляторами.

Ионизатор газа может быть выполнен в виде устройства, описанного в патенте N 95107625/13.

Ионизатор может быть выполнен в виде корпуса, генерирующего электрода с металлическими иголками, соединенными с источником высокого напряжения, ускоряющего электрода, расположенного по ходу движения аэроионов, и сетчатого электрода на выходе газоразрядной камеры.

Устройство работает следующим образом.

Продукцию, предназначенную для сушки, размещают на приспособлениях 2. Включают источник высокого напряжения 9 и устанавливают необходимую величину потенциала на электродах 8 для обеспечения напряженности в пределах 0,3 - 20 кВ/см. Далее в камеру подают ионизированный воздух (воздушно-ионную смесь), для чего последовательно включают вентиляторы 5 и ионизаторы 6. Концентрация аэроионов в пределах 0,3·10⁷ - 50·10⁷ ион/см³ устанавливается путем регулирования скорости потока воздуха через ионизаторы и их режима. Такую регулировку производят исходя из показаний, поступающих от датчика удельной концентрации аэроинов 4, и в соответствии с заданной технологией процессов.

Если в технологии сушки предусмотрена более высокая температура, то воздух перед подачей в ионизаторы подогревается в кондиционере 10.

Установленный режим работы удерживается на протяжении промежутка времени, указанного в технологии для получения заданных характеристик продукции.

Пример 1. Два образца продукта с известной и одинаковой массой загружаются в камеры с естественной конвективной сушкой.

В объеме одной из сушильных камер создается сильное электростатическое поле с напряженностью не менее 0,5 кВ/см.

Во второй (контрольной) камере сушка осуществляется за счет естественных процессов конвективной сушки.

В обеих камерах сушка осуществляется при обычной температуре 20^oC при влажности 60%.

Контроль процесса сушки осуществляется путем измерения массы обрабатываемого продукта каждый час. Уровень обезвоживания измерялся убытием массы продукта по формуле где Δm - уменьшение массы продукта; m₀ - начальная масса продукта; m - масса продукта в каждый период определения.

На фиг. 2 кривая I отражает изменение массы контрольного продукта, кривая II - изменение во времени массы продукта, который находится в электростатическом поле.

Пример 2. В камеру с высоким напряжением электростатического поля, равного 0,5 кВ/см, дополнительно вводятся аэроионы до концентрации 1·10⁷ ион/см³. Все прочие условия соответствуют примеру 1.

Кривая III на фиг. 2 отражает динамику процесса изменения массы продукта при совместном действии электростатического поля и аэроионов.

Из приведенных кривых видно, что в обычных естественных условиях в контрольном продукте уменьшение массы через короткое время прекращается за счет установления равновесия между парциальным давлением паров влаги в продукте и в окружающем воздухе.

При сушке в электростатическом поле темп потери массы увеличивается примерно в два раза по сравнению с контрольным и не наблюдается возникновения равновесия между давлением паров воды в продукте и в приповерхностном слое воздуха. Характерно, что создание электростатического поля практически не требует расхода электроэнергии, а только подачи электрического потенциала на соответствующие электроды.

Одновременное воздействие электростатического поля и аэроионов резко интенсифицирует процесс сушки (кривая III). Темп потери массы (обезвоживания) возрастает еще более чем в два раза, по сравнению с предыдущими условиями.

Следовательно, предлагаемый способ сушки под воздействием электростатического поля или аэроионов, а тем более при совместном воздействии этих факторов, обеспечивает интенсификацию процессов перехода внутренней влаги в окружающее пространство. В предлагаемом способе активизируются процессы перехода воды из жидкого состояния в газообразное и повышается перепад парциального давления паров в поверхностном слое воздуха. Это создает благоприятные условия для диффузии парообразной влаги из внутренних слоев продукта к его поверхности и ее переход в окружающее пространство.

Пример 3. Приготовление слабосоленой рыбы по типу провесной.

50 кг филе терпуга солят (сухим посолом или в растворе, содержащем 26% хлористого натрия) до содержания соли 2%, после этого полуфабрикат размещают в камере на рамках, камеру закрывают. Сушку рыбы проводят следующим образом: включают источник питания 9 электродов 8, создают электростатическое поле напряженностью 1 кВ/см, включают вентиляторы 5, включают ионизаторы 6, создают концентрацию аэроионов 0,3·10⁷ ион/см³. Обработку проводят в течение 36 ч при 20^oC.

В процессе обработки по датчикам 3 и 4 контролируют температуру и концентрацию аэроионов.

По окончании обработки установку отключают, филе вынимают из камеры, упаковывают.

Филе имеет чистую, подсушенную поверхность, нежную, сочную консистенцию, массовая доля влаги составляет 55%, что соответствует требованиям нормативной документации на провесную рыбную продукцию.

Пример 4. Приготовление слабосоленой тихоокеанской сельди по типу кипперс.

50 кг размороженной сельди разделывают на пласт без головы с удалением хребтовой кости, проводят обработку солью по примеру 3, размещают в камеру. Сушку проводят по примеру 3, но с напряженностью электростатического поля 0,3 кВ/см и концентрацией аэроионов 5·10⁷ ион/см³. Обработку проводят в течение 18 ч при 20^oC.

По окончании обработки установку отключают, продукт выгружают из камеры и упаковывают.

Продукт имеет чистую, подсушенную поверхность, нежную, сочную консистенцию, цвет, запах и вкус, соответствующие данному виду продукта.

Массовая доля влаги составляет 50%, массовая доля соли 3%.

Пример 5. Приготовление вяленой камбалы.

50 кг камбалы обезглавливают и удаляют внутренности, солят (сухим посолом или в тузлуке с плотностью 1,2 г/см) до содержания соли в мясе рыбы 1%, размещают в камере по примеру 3. Сушку проводят по примеру 3 при напряженности электростатического поля 1 кВ/см и концентрации аэроионов 5·10⁷ ион/см³. Обработку проводят в течение 36 ч при 20^oC.

Контролируют температуру и концентрацию аэроионов по примеру 3.

По окончании обработки установку отключают, продукт вынимают из камеры и упаковывают.

Продукция имеет сухую, чистую поверхность, плотную консистенцию. Вкус, цвет, запах - свойственные данному виду продукции. Массовая доля влаги составляет 45%, что соответствует требованиям нормативной документации на вяленую рыбную продукцию.

Пример 6. Приготовление балыка терпуга вяленого.

50 кг размороженного терпуга разделывают на балык, солят (сухим посолом или в растворе поваренной соли плотностью 1,2 г/см) до содержания соли в мышечной ткани рыбы 1%, размещают в камере по примеру 3. Сушку осуществляют в соответствии с примером 3 при напряженности электрического поля 2 кВ/см при концентрации аэроионов 6·10⁷ ион/см³. Процесс обработки проводят в течение 30 ч при 18^oC.

Контролируют температуру и концентрацию аэроионов по примеру 3.

Продукт имеет органолептические (консистенцию, вкус и запах) показатели, соответствующие требованиям нормативной документации на данный вид продукции. Массовая доля влаги составляет 40%.

Пример 7. Приготовление вяленой горбуши.

50 кг размороженной горбуши разделывают, удаляя внутренности, солят (сухим посолом или в растворе поваренной соли плотностью 1,2 г/см) до содержания соли в мясе рыбы 1%, размещают в камере по примеру 3 и сушат при напряженности электрического поля 3 кВ/см и концентрации аэроионов 10·10⁷ ион/см³ в течение 36 ч при 18^oC.

Полученный продукт по органолептическим показателям и массовой доле влаги соответствует требованиям нормативной документации на вяленую рыбную продукцию.

Пример 8. Приготовление сушеного минтая.

50 кг размороженного минтая разделывают на спинку с удалением головы, солят (сухим посолом или в растворе хлористого натрия плотностью 1,2 г/см) до содержания соли в мясе рыбы 1%. Размещают в камере по примеру 3 и сушат при напряженности электрического поля 5 кВ/см и концентрации аэроионов 50·10⁷ ион/см³ в течение 36 ч при 18^oC.

Контроль процесса и окончание обработки осуществляются по примеру 3. Полученный продукт по органолептическим (консистенции, вкусу) показателям и массовой доле влаги 35% соответствует требованиям нормативной документации на сушеную рыбную продукцию данного вида.

Пример 9. Приготовление сушеного кальмара.

50 кг размороженной мантии кальмара обесшкуривают, шинкуют, размещают на хлопчато-бумажной сетке и сушат при напряженности электрического поля 1 кВ/см и концентрации аэроионов 30·10⁷ ион/см³ в течение 40 ч при 18^oC.

Контроль процесса и окончание обработки осуществляются по примеру 3. Полученный продукт по консистенции, вкусу, запаху и массовой доле влаги 30% соответствует требованиям нормативной документации на данный вид сушеной продукции.

Пример 10. Приготовление сушеной рыбы типа юколы.

50 кг размороженной рыбы лососевых видов (горбуша, кета и др.) разделывают со стороны хребта на пласт без головы, хребтовой и реберных костей, проводят продольный и поперечный надрезы мяса рыбы, не нарушая целостности кожи.

Полученный полуфабрикат размещают в камере. Процесс сушки осуществляют по примеру 3 при напряженности электрического поля 20 кВ/см и концентрации аэроионов 10·10⁷ ион/см в течение 72 ч при 18^oC.

Контроль процесса осуществляется по примеру 3. Полученный пищевой продукт имеет консистенцию, вкус и аромат, свойственные сушеным лососевым рыбам типа юколы с содержанием влаги до 30%.

Пример 11. Приготовление вяленых мясных изделий.

50 кг мясного филе (шейки) после посола, проведенного в соответствии с технологической инструкцией по производству соленых мясопродуктов, помещают в камеру. Вяление проводят по примеру 3 при напряженности электрического поля 0,8 кВ/см и концентрации аэроионов 15·10⁷ ион/см³ в течение 48 ч при 18^oC.

По окончании обработки установку отключают, продукт выгружают из камеры и упаковывают.

Филе (шейка) имеют плотную, сочную консистенцию, вкус и запах, свойственные мясным вяленым продуктам.

Пример 12. Приготовление сушеного продукта из морской капусты.

50 кг слоевищ свежей или размороженной морской капусты тщательно промывают, шинкуют, помещают на хлопчато-бумажной сетке. Сушку проводят по примеру 3 при напряженности электрического поля 1 кВ/см и концентрации аэроионов 25·10⁷ ион/см³ в течение 48 ч при 30^oC.

Полученный продукт с содержанием массовой доли влаги 35% имеет плотную консистенцию, вкус и запах, свойственные данному виду продукции.

Формула изобретения

1. Способ сушки пищевых продуктов, включающий подготовку сырья и обработку его отрицательно заряженными аэроионами, отличающийся тем, что продукт обрабатывают потоком воздуха, насыщенного отрицательно заряженными аэроионами с концентрацией 0,3.10⁷ - 50.10⁷ ион/см³ и электростатическим полем напряженностью 0,3 - 20 кВ/см.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку продукта проводят при подогреве воздуха, насыщенного отрицательно заряженными аэроионами, до безопасных для продукта температур.

3. Устройство для сушки пищевых продуктов, включающее корпус, кондиционеры, вентиляторы, воздуховоды, ионизаторы, датчик концентрации аэроионов и температуры, приспособления для размещения продукта, отличающееся тем, что ионизаторы расположены вне корпуса и соединены с ним воздуховодами, а внутри корпуса, на границах рабочего объема, расположены потенциальные электроды, соединенные с источником высокого напряжения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ионизаторы выполнены в виде устройств, включающих корпус, генерирующий электрод с металлическими иголками, соединенными с источниками высокого напряжения, ускоряющий электрод, расположенный по ходу движения аэроионов, и сетчатый электрод на выходе газоразрядной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2