Способ приготовления жидких и пастообразных продуктов питания

Изобретение реализуют следующим способом. На сушеное и порошкообразное сырье воздействуют акустическим полем. Воздействие осуществляют в диапазоне частот 100…1000 кГц с качанием частоты. Период качания устанавливают в пределах (4,5…5,5)10^-5 сек. Удельную мощность воздействия устанавливают в пределах 2…8 Вт/см². Дополнительно используют амплитудную модуляцию с частотой 100 Гц. Изобретение позволяет повысить эффективность способа (сократить время приготовления продукта, упростить процесс, сократить энергозатраты) и улучшить вкусовые качества получаемого продукта. 1 ил., 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу приготовления жидких и пастообразных продуктов питания.

Уровень техники

Известен экструзионный способ приготовления жидких и пастообразных продуктов питания, при котором воздействие на сухие и жидкие ингредиенты осуществляют посредством шнека. Продукту передают через шнек значительное количество механической энергии, которая благодаря трению преобразуется в тепловую энергию (происходит кипение жидкой фракции продукта под давлением). Качество получаемого данным способом продукта определяется механическим перемешиванием и тепловым воздействием на его компоненты (Н.А.Дубинина. Организация производства на предприятиях пищевой промышленности. М., «Феникс», 2009 г., стр.114).

Недостатками такого способа являются снижение пищевой и биологической ценности приготовляемого продукта в результате теплового воздействия, разрушающего часть полезных химических веществ, а также большие габариты и значительная потребляемая мощность применяемого для реализации способа оборудования.

Известен другой способ приготовления жидких и пастообразных продуктов питания, который взят за прототип к предлагаемому техническому решению, содержащий воздействие на компоненты продукта акустическим полем. Акустическое поле создают в открытой смесительной камере при помощи роторно-диспергирующего аппарата. Температура продукта в смесительной камере достигает 70°…90°С. С помощью данного способа осуществляют приготовление продукта из порошкообразных компонентов (Патент РФ № 2159052 «Соевая паста, майонез и способ его получения», МПК A23L 1/212, опубл. 27.04.99).

В этом способе смешивание и растворение исходных компонентов продукта осуществляют за счет физических эффектов в акустическом поле, при этом происходит нагрев продукта до температуры более низкой, чем температура кипения жидкой фракции, что позволяет получать продукт с более высокой пищевой и биологической ценностью. Оборудование для реализации способа является менее громоздким и энергоемким, так как не требуется мощного привода шнека и создания давления в смесительной камере (заявка на патент № 99109305 от 27.04.99 г.).

Недостатками этого способа - прототипа являются невысокая эффективность, снижение вкусовых и ценностных качеств из-за наличия теплового воздействия на продукт, значительный уровень шума работающего оборудования. Невысокая эффективность способа определяется параметрами акустического поля, создаваемого роторно-диспергирующим аппаратом, создающим звуковые колебания с частотой в диапазоне 300…3000 Гц, при котором физические эффекты в акустическом поле (перемешивание, пропитка, растворение) при малых мощностях проявляются слабо, а повышение мощности привода ведет к увеличению уровня шума, а также повышению выделения тепла и перегреву продукта. Для приготовления этим способом, например, продукта из порошкообразных компонентов требуется предварительное замачивание порошка перед обработкой, или время на «дозревание» (окончательное набухание) продукта после обработки.

Сущность изобретения

Задачей создания настоящего изобретения является повышение эффективности способа приготовления жидких и пастообразных продуктов питания из порошкообразных компонентов и улучшение вкусовых качеств продуктов.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ приготовления жидких и пастообразных продуктов питания из сушеного и порошкообразного сырья, путем воздействия на него акустическим полем,

и отличительных существенных признаков, таких как воздействие, осуществляют в диапазоне частот 100…1000 кГц с качанием частоты; период качания устанавливают в пределах (4,5…5,5) 10^-5 сек; удельную мощность воздействия устанавливают в пределах 2…8 Вт/см²; при этом дополнительно используют амплитудную модуляцию с частотой 100 Гц.

Воздействие на продукт акустическим полем с частотой 100…1000 кГц позволяет обеспечить быстрое и эффективное смачивание, насыщение влагой, диспергирование и растворение сухих компонентов, частицы которых представляют собой пористо-капиллярное тело и находятся во взвешенном состоянии, за счет акустических течений и акустокапиллярного эффекта в ультразвуковом поле. Это объясняется следующим. Эффективность воздействия в целом зависит от интенсивности I ультразвукового поля, которая прямо пропорциональна квадрату частоты колебаний, и I=2·(π·f·ξ)²ρ·c определяется по формуле, где f, ξ, ρ и с - частота, амплитуда колебаний, плотность и скорость звука в среде, соответственно (Казанцев В.Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей для технологических установок. - М.: Машиностроение. 1980. - 44 с). Скорость насыщения тканей сухих компонентов влагой зависит от глубины проникновения влаги в микроскопические поры, с размерами 0,1…0,01 мм, в результате акустокапиллярного эффекта, который, в свою очередь, определяется явлением кавитации, а средний диаметр R_p кавитационных пузырьков, образующихся в ультразвуковом поле, обратно пропорционален частоте колебаний f и определяется из соотношения:

где: Р_ст - гидростатическое давление, σ - коэффициент поверхностного натяжения (Казанцев В.Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей для технологических установок. - М.: Машиностроение. 1980. - 44 с). В водном растворе в открытом смесителе при частотах колебания ультразвукового поля от 100 до 1000 кГц средний резонансный размер кавитационных пузырьков имеет, соответственно, порядок величины 0,1…0,01 мм, что обеспечивает быстрое проникновение влаги в микроскопические поры соответствующего размера.

Качание частоты в указанном диапазоне от 100 до 1000 кГц обеспечивает непрерывное образование кавитационных пузырьков с размерами от 0,1 до 0,01 мм и глубокое проникновение влаги во все микроскопические поры с размерами до 0,01 мм, а также динамический характер ультразвуковых течений, ускоряющий процессы смачивания, насыщения влагой, диспергирования и растворения сухих компонентов. Кроме того, при этом обеспечивается резонансное условие максимальной передачи энергии от источника ультразвуковых колебаний к жидкому продукту вне зависимости от уровня жидкости в смесителе (уровня заполнения смесителя продуктом), т.к. за каждый полупериод качания частоты в спектре ультразвукового излучения будет присутствовать колебание, которое укладывается целым числом полуволн на величину толщины слоя жидкости.

Качание частоты ультразвукового излучения с периодом качания в пределах (4,5…5,5) 10^-5 сек (что соответствует частотам 18…22 кГц) создает дополнительный эффект ультразвукового воздействия с частотой 18…22 кГц за счет появления в жидком продукте акустических волн с этой частотой, что способствует коагуляции взвешенных частиц и усиливает суммарный эффект воздействия.

Установление удельной мощности воздействия в пределах 2…8 Вт/см² позволяет обеспечить оптимальные энергетические параметры реализации способа, т.к. при удельной мощности ниже 2 Вт/см² интенсивность воздействия недостаточна, а свыше 8 Вт/см² затруднен теплоотвод от излучателя и происходит тепловое воздействие на продукт.

Применение амплитудной модуляции позволяет увеличить пиковое значение амплитуды колебаний излучателя относительно среднего его значения, а использование частоты в 100 Гц позволяет использовать частоту напряжения сети (50 Гц) и достигается наиболее простыми средствами - при помощи двухполупериодного выпрямителя, т.е. не используя фильтров и формирующих цепей.

Все вышеперечисленные существенные признаки позволяют произвести приготовление высококачественных жидких и пастообразных продуктов питания из порошкообразных компонентов, сократив при этом время приготовления и исключив тепловую обработку, т.е. в холодной воде, а также снизить удельное энергопотребление.

Это позволяет получить следующий технический результат - повысить эффективность способа приготовления жидких и пастообразных продуктов питания(сократить время приготовления продукта, упростить процесс, сократить энергозатраты) и улучшить вкусовые качества получаемого продукта.

Осуществление предлагаемого способа иллюстрируется устройством, приведенным на чертеже.

В смесительную камеру 1 загружают исходные компоненты приготовляемого жидкого или пастообразного продукта 2, содержащие сушеные измельченные и порошкообразные вещества, воду или водосодержащий раствор. Источник акустического поля, выполненный в виде ультразвукового излучателя 3, расположенный на стенке 4 смесительной камеры 1, подключают к генератору высокочастотных сигналов качающейся частоты 5 диапазона 100…1000 кГц.

Включают генератор 5. Ультразвуковой излучатель (УЗИ) 3 начинает излучать в объем 2 приготовляемого продукта акустические волны качающейся частоты в указанном диапазоне.

Под воздействием акустических волн с частотой 100…1000 кГц происходит быстрое и эффективное смачивание, насыщение влагой, диспергирование и растворение сухих компонентов в объеме 2, за счет акустических течений и акустокапиллярного эффекта в ультразвуковом поле. Образующиеся в жидкости кавитационные пузырьки с размерами 0,1…0,01 мм создают условия проникновения влаги соответствующего размера в микроскопические поры твердых частиц, обеспечивая их быстрое насыщение влагой.

При этом за счет качания частоты, задаваемого с помощью генератора 5, при любом уровне жидкости в объеме 2 в спектре ультразвукового излучения будет присутствовать колебание, которое укладывается целым числом полуволн на величину h толщины слоя жидкости, что обеспечивает максимальную передачу ультразвуковой энергии к продукту.

С помощью генератора 5 осуществляют качание частоты ультразвукового излучения с периодом качания в пределах (4,5…5,5) 10^-5 сек (что соответствует частотам 18…22 кГц), что создает в объеме 2 дополнительный эффект ультразвукового воздействия с частотой 18…22 кГц за счет появления в жидком продукте акустических волн с этой частотой, что способствует коагуляции взвешенных частиц и усиливает суммарный эффект воздействия.

Удельную мощность излучателя 3, подключенного к генератору 5, устанавливают в пределах 2…8 Вт/см², что обеспечивает оптимальные условия приготовления продукта.

Излучатель 3 подключают к генератору 5 через двухполупериодный выпрямитель 6, который обеспечивает амплитудную модуляцию электрического сигнала на излучателе с частотой 100 Гц, что увеличивает пиковое значение амплитуды колебаний излучателя.

При этом в смесительной камере 1 производится приготовление высококачественных жидких и пастообразных продуктов питания 2, за меньшее время и без теплового воздействия, а также с меньшими энергозатратами.

Ниже в таблице приведено сравнение времени на приготовление овощного сока или соуса из сухого порошкообразного сырья и воды различными способами.

Способ приготовления	Время воздействия акуст. полем	Удельная мощность воздействия	Дополнительные операции	Общее время приготовления продукта
1. Замачивание в горячей воде	-	-	Периодическое перемешивание	Более 3 часов
2. В акустическом поле роторно-диспергирующего аппарата (прототип)	10 мин	200 Вт/л	Выстаивание («дозревание») продукта - 10 мин	20 мин
3. В акустическом поле по предлагаемому способу	3 мин	200 Вт/л	-	3 мин

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Способ приготовления жидких и пастообразных продуктов питания из сушеного и порошкообразного сырья путем воздействия на него акустическим полем, отличающийся тем, что воздействие осуществляют в диапазоне частот 100…1000 кГц с качанием частоты, период которого устанавливают в пределах (4,5…5,5)10^-5 с, а удельную мощность воздействия устанавливают в пределах 2…8 Вт/см², при этом дополнительно используют амплитудную модуляцию с частотой 100 Гц.