Способ получения сублимированных пищевых продуктов и устройство для его осуществления

Предлагаемое изобретение относится к оборудованию пищевой промышленности при производстве сублимированных пищевых продуктов. В способе получения сублимированных пищевых продуктов, включающем формование исходного продукта путем его выдавливания методом экструзии непосредственно в сублимационную камеру в зону с давлением выше тройной точки, создаваемым за счет паров, образованных в результате интенсивного испарения влаги в зоне подачи продукта с получением высокоразвитой пористой его структуры, испарительное замораживание продукта в зоне с давлением ниже тройной точки, сублимационную сушку в поле сверхвысокочастотной энергии с последующим удалением готового продукта через шлюзовой затвор, новым является то, что в процессе выдавливания продукт одновременно охлаждается в экструдере до температуры выше криоскопической отработанными при десублимации парами азота, при этом подачу продукта в сублимационную камеру производят по коаксиальному периферийному каналу с последующим образованием подмороженного каркаса продукта путем охлаждения его внутренней поверхности парами азота, подаваемыми по центральному коаксиальному каналу во внутреннюю полость продукта с температурой ниже криоскопической температуры продукта, но выше температуры сублимации. В устройстве для получения сублимированных пищевых продуктов, состоящем из сублимационной камеры, вертикально расположенного экструдера, к нижней части которого вокруг выходного отверстия установлена насадка в форме сопла Лаваля, обеспечивающая создание парового затвора, отделяющего зону подачи продукта в вакуум и зону его сублимационной сушки и снабженная источниками сверхвысокочастотной энергии от самой узкой части сопла до его нижней кромки, выносного десублиматора, имеющего испаритель, новым является то, что экструдер имеет коаксиальный периферийный и центральный каналы, а испаритель десублиматора соединен трубопроводом с полостью, расположенной вокруг шнековой нагнетательной камеры экструдера, причем полость соединена трубопроводом с центральным каналом экструдера. Изобретения должны обеспечить ускорение процесса сублимационной сушки и снижение энергозатрат. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к производству сублимированных пищевых продуктов.

Известен способ непрерывной сублимационной сушки термолабильных материалов (Патент РФ 2187053, кл. F 26 В 7/00, 08.10.2002.), включающий образование и замораживание гранул капиллярно-пористого материала в вакууме, подсушку его в поле ИК-излучения до образования сухой коробки, из гранул с подсушенной внешней поверхностью создают слой с перемещающимися в нем сверху вниз гранулами, которые постоянно облучают в верхней части слоя полем СВЧ, и продувают снизу этот слой высушиваемого материала потоком инертного газа, например аргона, при этом остаточное давление над верхней поверхностью слоя поддерживают соответствующим температуре насыщения сублимирующихся паров, равной минимальной температуре замораживания, температура в слое на одной трети высоты от верхней поверхности не превышает криоскопической температуры продукта, температуру на нижней поверхности высушиваемого слоя материала устанавливают в потоке инертного газа не выше температуры, уменьшающей его биологическую активность по характеристическому параметру при остаточном давлении водяных паров, соответствующему криоскопической температуре замораживания материала, а при перемещении гранул в слое разницу изменения давления водяных паров между верхней и нижней поверхностью слоя оставляют постоянной в процессе непрерывной сушки материала.

Недостатками известного способа являются высокие энергозатраты, связанные с повышенным расходом инертного газа и невозможностью обеспечить структуру продукта в процессе осуществления его обезвоживания с заданными свойствами с точки зрения максимальной эффективности тепло- и массообмена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ получения сублимированных пищевых продуктов (Патент РФ 2197874, кл. А 23 L 3/44, 10.02.2003. Бюл. №4), включающий формование исходного продукта путем его выдавливания методом экструзии непосредственно в сублимационную камеру в зону с давлением выше тройной точки за счет одновременной его обработки паром под давлением выше тройной точки с образованием высокоразвитой равномерно распределенной пористой структуры, испарительное замораживание продукта в зоне с давлением ниже тройной точки и его сублимационную сушку в поле сверхвысокочастотной энергии с последующим удалением через шлюзовой затвор, при этом паровой затвор для образования зоны с давлением выше тройной точки, создается за счет паров, образованных в результате интенсивного испарения влаги в зоне подачи продукта, и устройство для его осуществления, состоящее из сублимационной камеры, вертикально расположенного экструдера, вокруг выходного отверстия которого установлена насадка в форме сопла Лаваля, обеспечивающая создание парового затвора, отделяющего зону подачи продукта в вакуум и его сублимационной сушки, снабженная источниками сверхвысокочастотной энергии с самой узкой части сопла до его нижней кромки, выносного десублиматора, имеющего испаритель.

Недостатком известного способа и устройства является образование неправильной формы продукта за счет локального вспучивания и разбрызгивания при введении его с температурой более высокой, чем криоскопическая в вакуумную камеру, а также большая продолжительность процесса сублимации вследствие затрудненного отвода молекул воды из зоны сублимации, вызванного незначительной разностью температур сублимации и десублимации и, соответственно, разности парциальных давлений на поверхности продукта и в камере сушилки и что приводит к низкой скорости движения парогазовой смеси из продукта к низкотемпературной панели десублиматора.

Технической задачей изобретения является образование правильной формы продукта за счет введения его в вакуумную камеру с температурой, близкой к криоскопической, а также малая продолжительность процесса сублимации вследствие облегченного отвода молекул воды из зоны сублимации в связи с высокой разностью температур сублимации и десублимации и, соответственно, большой разностью парциальных давлений на поверхности продукта и в камере сушилки и увеличение скорости движения парогазовой смеси из продукта к низкотемпературной панели десублиматора.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения сублимированных пищевых продуктов, включающем формование исходного продукта путем его выдавливания методом экструзии непосредственно в сублимационную камеру в зону с давлением выше тройной точки, создаваемым за счет паров, образованных в результате интенсивного испарения влаги в зоне подачи продукта с получением высокоразвитой пористой его структуры, испарительное замораживание продукта в зоне с давлением ниже тройной точки, сублимационную сушку в поле сверхвысокочастотной энергии с последующим удалением готового продукта через шлюзовой затвор, новым является то, что в процессе выдавливания методом экструзии продукт одновременно охлаждается в экструдере до температуры выше криоскопической отработанными при десублимации парами азота, при этом подачу продукта в сублимационную камеру производят по коаксиальному периферийному каналу, с последующим образованием подмороженного каркаса продукта путем охлаждения его внутренней поверхности парами азота, подаваемыми по центральному коаксиальному каналу во внутреннюю полость продукта с температурой ниже криоскопической температуры продукта, но выше температуры сублимации.

В устройстве для осуществления способа получения сублимированных пищевых продуктов, состоящем из сублимационной камеры, вертикально расположенного экструдера, к нижней части которого вокруг выходного отверстия установлена насадка в форме сопла Лаваля, обеспечивающая создание парового затвора, отделяющего зону подачи продукта в вакуум и зону его сублимационной сушки и снабженная источниками сверхвысокочастотной энергии от самой узкой части сопла до его нижней кромки, выносного десублиматора, имеющего испаритель, новым является то, что экструдер имеет коаксиальный периферийный и центральный каналы, а испаритель десублиматора соединен трубопроводом с полостью, расположенной вокруг шнековой нагнетательной камеры экструдера, причем полость соединена трубопроводом с центральным каналом экструдера.

Технический результат заключается в получении продукта правильной формы за счет введения его в вакуумную камеру с температурой, близкой к криоскопической, а также интенсификация процесса сублимации вследствие облегченного отвода молекул воды из зоны сублимации в связи с высокой разностью температур сублимации и десублимации и, соответственно, большой разностью парциальных давлений на поверхности продукта и в камере сушилки и увеличение скорости движения парогазовой смеси из продукта к низкотемпературной панели десублиматора.

На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления способа получения сублимированных пищевых продуктов с использованием паров азота, на фиг.2 - схема ввода продукта в вакуумную камеру сублимационной сушилки, на фиг.3 - срез жгута продукта по А-А, на фиг.4 - схема процесса тепло- и массообмена в зоне сублимации.

Устройство (фиг.1) для осуществления способа получения сублимированных пищевых продуктов с использованием паров азота состоит из сублимационной камеры 1, вертикально расположенного экструдера 2, имеющего шнековую нагнетательную камеру 3, вокруг которой имеется полость 4 с винтообразными каналами, выносного десублиматора 5 с испарителем 6.

Внутри сублимационной камеры 1 к нижней части экструдера 2 вокруг его выходного отверстия установлена насадка 7 в форме сопла Лаваля, обеспечивающая создание парового затвора, отделяющего зоны подачи продукта в вакуум и его сублимационной сушки, снабженная источниками 8 сверхвысокочастотной энергии с самой узкой части сопла до его нижней кромки. При этом экструдер 2 имеет коаксиальный периферийный 9 и центральный 10 каналы (фиг.2), а испаритель 6 десублиматора 5 соединен трубопроводом 11 с полостью 4 (фиг.1). Причем полость 4 в свою очередь соединена трубопроводом 12 с центральным каналом 10 экструдера 2 (фиг.1, 2).

Способ получения сублимированных пищевых продуктов с заданными свойствами осуществляется следующим образом.

Исходный продукт (фиг.1) подается в загрузочное устройство предварительно включенного экструдера 2. При этом выдавливание продукта методом экструзии производят по коаксиальному периферийному каналу 9 (фиг.2).

Во время прохождения в экструдере 2 продукт, во избежание разбрызгивания при испарительном замораживании, охлаждается парами азота, поступающими из испарителя 6 десублиматора 5 до температуры, близкой к криоскопической. После выхода продукта из канала 9 происходит образование подмороженного каркаса (фиг.3) путем охлаждения внутренней его поверхности парами азота с температурой ниже криоскопической температуры продукта (например -1-(-2)°С для растительного экстракта из Каркадэ), но выше температуры сублимации (например (-35)-(-45)°С), подаваемыми по центральному коаксиальному каналу 10 (фиг.2). В процессе тепло- и массообмена (фиг.4) паров азота с продуктом происходит их нагрев, в результате чего они выступают в качестве теплоносителя (так как их температура выше температуры сублимации) и транспортера влаги (так как их скорость движения в вакууме быстрее, чем молекул воды).

С целью предотвращения замерзания продукта при выходе из канала 6 экструдера 2 дальнейший ввод продукта (экструдата) в сублимационную камеру осуществляют через внутренний канал насадки 7, выполненной в форме сопла Лаваля и расположенной в сублимационной камере 1. В этом случае экструдат поступает в зону с давлением выше тройной точки. Далее продукт после преодоления самой узкой части сопла 7 перемещается в зону с давлением ниже тройной точки устройства, где происходит процесс самозамораживания. Полученный жгут продукта при этом приобретает форму трубы (фиг.4), внутри которой инертный носитель (пары азота) имеет возможность перемещаться, доставляя энергию, необходимую для проведения процесса сублимации, и уносить сублимированную влагу, проходя через слой продукта. Конвективный нагрев и прохождение паров азота через слой продукта позволяет интенсифицировать процессы тепло- и массообмена, так как градиенты температуры и влажности совпадают по направлению.

Параллельно с испарительным замораживанием экструдата продукт подвергают сублимационной сушке в зоне действия источников СВЧ-энергии (магнетронов) 8 с окончательным образованием высокоразвитой пористой структуры за счет интенсивного сублимирования влаги. Сублимированная влага вместе с неконденсирующимися газами откачиваются вакуум-насосом (не показан) через десублиматор 5, криопанели (испаритель 6) которого охлаждаются за счет испарения жидкого азота и перегрева его паров.

Таким образом, предлагаемый способ имеют следующие преимущества:

- осуществление сублимации влаги из экструдата в сверхвысокочастотном поле с его одновременным испарительным замораживанием и использованием инертного носителя значительно ускоряет процесс сублимационной сушки и позволяет снизить энергозатраты на ее проведение за счет исключения энергоемкой холодильной машины, обеспечивающей низкую температуру на панели десублиматора;

- использование сочетания СВЧ-энергии и энергии паров азота дает возможность значительно увеличить градиент температуры по слою продукта, причем этот градиент направлен в ту же сторону, что и градиенты влаги и давления;

- получение жгута в форме трубы дает возможность равномерной доставки паров азота к продукту на всем протяжении процесса сушки;

- более качественное разделение паров воды и неконденсирующихся газов в десублиматоре за счет более низкой температуры криопанелей позволяет значительно увеличить срок службы вакуум-насоса.

- позволяет обеспечить образование правильной цилиндрической формы продукта, исключая тем самым его локальное вспучивание

1. Способ получения сублимированных пищевых продуктов, включающий формование исходного продукта путем его выдавливания методом экструзии непосредственно в сублимационную камеру в зону с давлением выше тройной точки, создаваемым за счет паров, образованных в результате интенсивного испарения влаги в зоне подачи продукта с получением высокоразвитой пористой его структуры, испарительное замораживание продукта в зоне с давлением ниже тройной точки, сублимационную сушку в поле сверхвысокочастотной энергии с последующим удалением готового продукта через шлюзовой затвор, отличающийся тем, что в процессе выдавливания методом экструзии продукт одновременно охлаждается в экструдере до температуры выше криоскопической отработанными при десублимации парами азота, при этом подачу продукта в сублимационную камеру производят по коаксиальному периферийному каналу с последующим образованием подмороженного каркаса продукта путем охлаждения его внутренней поверхности парами азота, подаваемыми по центральному коаксиальному каналу во внутреннюю полость продукта с температурой ниже криоскопической температуры продукта, но выше температуры сублимации.

2. Устройство для осуществления способа получения сублимированных пищевых продуктов, состоящее из сублимационной камеры, вертикально расположенного экструдера, к нижней части которого вокруг выходного отверстия установлена насадка в форме сопла Лаваля, обеспечивающая создание парового затвора, отделяющего зону подачи продукта в вакуум и зону его сублимационной сушки, и снабженная источниками сверхвысокочастотной энергии от самой узкой части сопла до его нижней кромки, выносного десублиматора, имеющего испаритель, отличающееся тем, что экструдер имеет коаксиальный периферийный и центральный каналы, а испаритель десублиматора соединен трубопроводом с полостью, расположенной вокруг шнековой нагнетательной камеры экструдера, причем полость соединена трубопроводом с центральным каналом экструдера.