Способ сушки желатинового бульона при производстве сухого желатина
METHOD FOR DRYING GELATIN BROTH IN THE PRODUCTION OF DRY GELATIN

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению сухого желатина, используемого при производстве продуктов питания.
Известен способ производства желатина [патент РФ № 2487152, 2011 г.], который предусматривает: промывку коллагенсодержащего сырья; ополаскивание промытого сырья анолитом электрохимически активированного (ЭХА) раствора с pH 2,5-6; измельчение сырья; варку и экстракцию коллагена путем ферментативного гидролиза сырья с помощью католита ЭХА - раствора pH 7,5-8,5 в течение 2-2,5 часов до достижения глубины гидролиза по растворимости сырья 45,5-48,5 мас. %; отделение, фильтрацию и упаривание желатинового бульона до содержания сухих веществ 15-20%; сушку  желатинового бульона во вспененном состоянии с толщиной пенослоя 2-4 мм при относительной влажности воздуха 50-60% в течение 3-4 часов. Недостатками данного способа являются: сравнительно низкая интенсивность процесса, низкий выход сухого желатина, малоэффективное использование пеноструктурных и физико-механических свойств продукта.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения сухих белковых концентратов [патент РФ № 2134524, 1999г.] предусматривающий диспергирование исходной эмульсии с концентрацией сухих веществ 38-41%, вспенивание и нанесение вспененного продукта на сушильную поверхность в вакууме при давлении не более 8 кПа и сушку при инфракрасном нагреве. Недостатками данного способа являются: низкая интенсивность процесса, сравнительно высокие энергетические затраты и необходимость использования сложного и материалоемкого оборудования.
Техническая задача: создание способа, позволяющего интенсифицировать сушку желатинового бульона при производстве сухого желатина.
Технический результат - увеличение удельного съема сухого желатина.
1
2
2
Он достигается тем, что желатиновый бульон упаривают до концентрации сухих веществ С=14-26%; упаренный бульон сушат при атмосферном давлении в желатинизированном состоянии, в форме стержней квадратного или прямоугольного сечения со сторонами сечения h=2-4 мм или в форме слоя с толщиной h=2-4 мм, при температуре воздуха, не превышающей температуру желатинизации и скорости потока воздуха v=4-5 м/с, и, одновременно, при двустороннем инфракрасном облучении стержней с плотностью теплового потока, падающего с одной стороны стержня Е=0,95-2,45 кВт/м, которое для упаренного бульона с концентрацией сухих веществ С=14-24% начинают через период времени t=0,03-0,15 ч после начала сушки вспененного бульона. Для упаренного бульона с концентрацией сухих веществ С=25-26%, инфракрасное облучение стержней начинают с начала процесса сушки вспененного бульона.
1
2
2
3
Сущность предложенного способа состоит в следующем:  желатиновый бульон, полученный путем фильтрации ферментативно гидролизованного коллагенсодержащего сырья, предварительно упаренный до концентрации сухих веществ С=14-26%, вспененный до образования пены с максимальной кратностью и желатинизированный, подается в сушильную камеру при атмосферном давлении равномерными стержнями квадратного или прямоугольного сечения со сторонами сечения h=2-4 мм,  или равномерным слоем с толщиной h=2-4 мм. Поступившие в сушильную камеру стержни или слой фиксируются параллельно потоку воздуха, например, между двух разнесенных между собой пар параллельных вальцов с инертной поверхностью. Сушку производят воздухом с относительной влажностью W=50-60% и при двустороннем инфракрасном облучении стержней, при температуре воздуха, не превышающей температуру желатинизации, скорости потока воздуха v=4-5 м/с и плотности теплового потока инфракрасного облучения, падающего с одной стороны стержня Е=0,95-2,45 кВт/м. Для упаренного бульона с концентрацией сухих веществ С=14-24% инфракрасное облучение стержней начинают через период времени t=0,03-0,15 ч после начала процесса сушки вспененного бульона. Вспененный желатиновый бульон высушивают и выводят из сушильной камеры. Удельный съем сухого желатина составляет П=0,136-0,807 кг/(м·ч).
2
Сущность изобретения поясняется на следующих примерах сушки желатинового бульона. Оценка интенсивности процесса сушки производилась по удельному съему высушенного продукта (П, кг/(м·ч)). Оценка качества сухого желатина производилась по следующим критериям ГОСТ 11293-89 «Желатин. Технические условия»: массовая доля влаги; массовая доля золы; прочность студня с массовой долей желатина 10%.
1
2
3
Пример 1. Сушке подвергали желатиновый бульон, полученный путем фильтрации ферментативно гидролизованного коллагенсодержащего сырья (рыбные отходы (кожа, чешуя, кости, плавники, хрящи), полученные при разделке или филетировании рыбы-сырца) и предварительно упаренный до концентрации сухих веществ С=26%. Желатиновый бульон вспенивали до образования пены максимальной кратности, желатинизировали и затем подавали в сушильную камеру в форме стержней квадратного сечения со стороной h=3 мм и фиксировали в держателе параллельно потоку воздуха. Сушку проводили воздухом с относительной влажностью W=60% и при двустороннем инфракрасном облучении стержней, при температуре воздуха T=22°C, скорости потока воздуха v=5 м/с и плотности теплового потока инфракрасного облучения, падающего с одной стороны стержня Е=2,45 кВт/м. Удельный съем сухого желатина составил П=0,807 кг/(м·ч). Критерии оценки качества высушенного продукта: массовая доля влаги - 10,3%; массовая доля золы - 1,5%; прочность студня с массовой долей желатина 10% - 11,9 Н.
1
2
3
Пример 2. Сушке подвергали желатиновый бульон, полученный путем фильтрации ферментативно гидролизованного коллагенсодержащего сырья (рыбные отходы (кожа, чешуя, кости, плавники, хрящи), полученные при разделке или филетировании рыбы-сырца) и предварительно упаренный до концентрации сухих веществ С=24%. Желатиновый бульон вспенивали до образования пены максимальной кратности, желатинизировали и затем подавали в сушильную камеру в форме стержней квадратного сечения со стороной h=2 мм и фиксировали в держателе параллельно потоку воздуха. Сушку проводили воздухом с относительной влажностью W=60% и при двустороннем инфракрасном облучении стержней, при температуре воздуха T=22°C, скорости потока воздуха v=4 м/с и плотности теплового потока инфракрасного облучения, падающего с одной стороны стержня Е=0,95 кВт/м. Подачу инфракрасного облучения стержней начали через период времени t=0,03 ч после начала процесса сушки. Удельный съем сухого желатина составил П=0,532 кг/(м·ч). Критерии оценки качества высушенного продукта: массовая доля влаги - 10,4%; массовая доля золы - 1,4%; прочность студня с массовой долей желатина 10% - 11,5 Н.
2
2
3
Пример 3. Сушке подвергали желатиновый бульон, полученный путем фильтрации ферментативно гидролизованного коллагенсодержащего сырья (рыбные отходы (кожа, чешуя, кости, плавники, хрящи), полученные при разделке или филетировании рыбы-сырца) и предварительно упаренный до концентрации сухих веществ С=14%. Желатиновый бульон вспенивали до образования пены максимальной кратности, желатинизировали и затем подавали в сушильную камеру в форме слоя со стороной h=3 мм и фиксировали в держателе параллельно потоку воздуха. Сушку проводили воздухом с относительной влажностью W=60% и при двустороннем инфракрасном облучении стержней, при температуре воздуха T=22°C, скорости потока воздуха v=5 м/с и плотности теплового потока инфракрасного облучения, падающего с одной стороны стержня Е=2,45 кВт/м. Подачу инфракрасного облучения стержней начали через период времени t=0,15 ч после начала процесса сушки. Удельный съем сухого желатина составил П=0,283 кг/(м·ч). Критерии оценки качества высушенного продукта: массовая доля влаги - 10,8%; массовая доля золы - 1,6%; прочность студня с массовой долей желатина 10% - 11,3 Н.
Существенное влияние на интенсивность сушки оказывает начальная концентрация сухих веществ в желатиновом бульоне, варьируемая, исходя из данных о пеноструктурных, структурно-механических и теплофизических характеристик, в пределах С=14–26%. При концентрации сухих веществ С=26% пена обладает стабильностью, достаточной для реализации процесса влагоудаления без предварительного подсушивания. Превышение значения С=26% не целесообразно ввиду увеличения длительности упаривания желатинового бульона, соответственно, ухудшения его качественных характеристик и увеличения энергозатрат на реализацию процесса. Нижний предел С=14% обусловлен резким снижением стабильности стержня пены, что приводит к его разрушению в процессе сушки.
1
2
Диапазон изменения стороны сечения стержня пенослоя желатинового бульона h=2-4 мм или толщины пенослоя h=2-4 мм обусловлен обеспечением стабильности пены в процессе сушки. Формирование стороны стержня или пены с толщиной менее 2 мм технически трудноосуществимо и нецелесообразно ввиду резкого снижения выхода сухого желатина. Увеличение стороны стержня или пены с толщиной более 4 мм приводит к снижению производительности процесса, а также к локальному поверхностному расплавлению и последующему стеклованию высушиваемого продукта, при сохранении влаги в центре слоя и, как следствие, ухудшению качества сухого желатина.
Диапазон варьирования скорости потока воздуха v=4-5 м/с ограничивается техническими возможностями осуществления процесса. Превышение v=5 м/с нецелесообразно ввиду механического разрушения (разрыва стержней) и уноса продукта. Снижение v<4 м/с обусловливает увеличение температуры высушиваемого пенослоя более 60°C, что приводит к ухудшению его качественных характеристик, локальному плавлению и разрушению пенослоя.
2
2
2
В результате экспериментальных исследований установлено, что применение только инфракрасного энергоподвода в процессе пеносушки желатинового бульона затруднительно в силу неконтролируемого резкого повышения температуры пенослоя, и, как следствие, последующего плавления и разрушения пены. Использование в процессе сушки воздуха, как охлаждающего агента, температура которого не превышает температуру желатинизации (T=19-22°C), а также выдерживание плотности теплового потока инфракрасного облучения, падающего с одной стороны стержня в диапазоне Е=0,95-2,45 кВт/м, позволяют стабилизировать температуру высушиваемого пенослоя на уровне, не превышающем температуру его плавления. Уменьшение плотности теплового потока менее 0,95 кВт/м нецелесообразно ввиду резкого сокращения выхода сухого продукта. Увеличение плотности теплового потока (Е > 2,45 кВт/м) приводит к увеличению температуры продукта более 60°C, что обусловливает ухудшение его качественных характеристик, приводит к локальному плавлению и разрушению пенослоя.
Температура плавления желатинизированного студня ограничивает нагрев пенослоя и, соответственно, интенсификацию процесса сушки только до определенного значения влажности высушиваемого продукта. Начиная с этого значения влажности, пеноструктура в процессе сушки образует прочный каркас, не подвергающийся плавлению, а температура нагрева продукта ограничивается исключительно температурой начала разложения содержащихся в нем термолабильных веществ.
2
В результате исследований установлено, что пена желатинового бульона с начальной концентрацией сухих веществ С=25-26% обладает стабильностью при одновременно действующих конвективном (T=19-22°C, v=4-5 м/с, W=50-60%) и двустороннем инфракрасном энергоподводе с плотностью теплового потока, падающего с одной стороны стержня Е=2,45 кВт/м, соответствующей температуре пенослоя 57-60°C. Вспененные образцы продукта с начальной концентрацией сухих веществ С=14-24 % в силу своих структурно-механических, пеноструктурных и теплофизических характеристик нуждаются в предварительной подсушке в течении t=0,03-0,15 ч воздухом с температурой, не превышающей температуру желатинизации. Превышение значения t=0,15 ч нецелесообразно, так как по достижении указанного периода времени пенослой образует прочный каркас, не подвергающийся плавлению, при этом дальнейшее увеличение t>0,15 ч приводит к снижению удельного съема сухого желатина. Снижение t<0,03 ч не обеспечивает стабильность пенослоя, и, после начала подачи инфракрасного энергоподвода, приводит к плавлению стержня пены при его нагреве выше температуры желатинизации.
2
Таким образом, предложенный способ сушки позволяет интенсифицировать сушку желатинового бульона при производстве сухого желатина и увеличить удельный съем сухого желатина П (0,136–0,807 кг/(м·ч)) при высоких качественных показателях  сухого продукта.
Положительный эффект - предлагаемый способ сушки желатинового бульона позволяет увеличить удельный съем сухого желатина.