СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЯБЛОК
METHOD FOR PRODUCTION OF POWDER FROM APPLES PROCESSING SECONDARY RAW MATERIAL

Изобретение относится к перерабатывающей промышленности в частности к производству порошка из вторичного сырья в технологии производства сока из яблок. Яблочные выжимки транспортером подаются на сушилку с инфракрасными лучами, где обезвоживаются до влажности не более 10% за 2 часа, затем измельчаются в мельнице молоткового типа до размера частиц от 1,0 до менее 0,3 мм, а затем на универсальном классификаторе инерционного типа проводится трехуровневый цикл разделения измельченной массы на фракции определенного качества и с заданными свойствами.
Изобретение позволяет за счет применения универсального классификатора инерционного типа в технологической схеме получить три фракции порошка разного назначения - для получения нектаров, фракции порошка с высокими желирующими свойствами, и фракции балластных веществ, которые различаются разными физико-химическими показателями - содержанием моносахаров, пектина, клетчатки.
Изобретение относится к перерабатывающей промышленности в частности к производству порошка из вторичного сырья в технологии производства сока из яблок.
При переработке яблок на сок от 40 до 60% образуются выжимки, которые в основном используют на корм скоту. Однако их можно использовать и более рационально, получая из них пектин или порошки, которые применяют в кондитерской, консервной, хлебобулочной и промышленностях в качестве наполнителя, обладающего желирующими свойствами. Основное преимущество порошкообразных продуктов состоит в их хорошей восстанавливаемости при добавлении жидкости, и после восстановления мало отличаются от свежих.
Известен способ получения яблочного порошка, включающий мойку плодов, инспектирование, дробление, отделение сока от мезги, сушку и измельчение, в котором в процессе отделения отводят 38-43% сока от общей массы, а после отделения сока мезгу бланшируют и протирают, при этом сушку проводят в вальцовой сушилке при давлении пара 0,36-0,42 МПа и толщине наносимого слоя 0,5-1,00 мм в течение 30-45 с (авт. св. СССР N1405769, кл. A23B 7/02, 1988). Данный способ позволяет повысить качество готового продукта, снизить его термопластичность. Однако способ трудоемок в технологическом процессе, воздействуют на обрабатываемую массу острым паром, давление 0,42 МПа, нагревая до 90-95°C, что неминуемо приводит к разложению клетчатки и сворачиванию белка в обрабатываемой массе и, как следствие, к снижению качества готового продукта.
Известен способ получения порошка из сырья растительного происхождения, включающий подачу сырья, механическое измельчение, вспучивание измельченного сырья в сушильной камере одновременно с предварительной подсушкой при 75-150°C и сушку в кипящем слое при скорости теплоносителя 15-20 м/с, при этом температура теплоносителя азота в кипящем слое составляет 75-98°C. Азот после очистки и регенерации возвращают на стадию сушки (патент РФ N1792303, кл. A23L 1/212, 1993). Данный способ позволяет повысить качество готового продукта. Однако предварительная тепловая обработка при довольно высокой температуре, а затем контактная сушка в потоке азота сказываются на желирующей способности и качестве порошка, а сам процесс технологически трудоемок и энергоемок, при этом продолжительность сушки составляет в среднем 4 ч.
Известен способ получения порошков из сырья растительного происхождения, который позволил при значительном сокращении времени сушки за счет повышения коэффициента массообмена и снижения температуры кипения осуществлять технологический цикл в одном аппарате, исключив из традиционной технологии операции химической и тепловой (контактной) обработки высушиваемого сырья, повысив при этом качество готового продукта. Поставленная задача решается тем, что в способе получения порошков из сырья растительного происхождения, включающем подачу сырья, измельчение и сушку проводят одновременно, воздействуя на сырье мелющими телами в вибрационном поле, при этом вакуумирование осуществляют до остаточного давления не более 131,6 Па (патент №2064477, кл. C09B 61/00, 27.07.1996).
Недостатком такого способа является использование дорогостоящих вакуум-аппаратов и внесение мелющих тел при вибрации, в качестве мелющих тел используют полидисперсную среду из шариков и роликов подшипников качения при соотношении мелющие тела сырье, равном 2:1.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения порошка из яблочных выжимок методом конвективной сушки на установке конвейерного типа при использовании ступенчатого типа сушки, когда в течение первых 10 минут температура в сушилке составляла 120°C, а затем снижалась до 80°C, после чего сушеные яблоки измельчались на диспергирующих устройствах ударного типа (Производство фруктовых порошков из цельных яблок и сухофруктов - Алма-Ата. - Кайнар. - 1988. - 26 с.).
Недостатком такого способа является длительный технологический процесс, использование дополнительного оборудования для измельчения порошка, использование в качестве основного сырья целых яблок, что повышает материальные затраты на их приобретение. Кроме этого, для сокращения времени сушки яблок необходим постоянный контроль за количеством яблок, закладываемых на сушку, т.к. увеличение высоты слоя яблок увеличивает продолжительность периода постоянной сушки и температуры, в результате чего сушеные плоды приобретают темно-коричневый цвет, обусловленный карамелизацией сахаров, что сказывается на вкусовых и пищевых качествах получаемых порошков.
В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа получения порошков из сырья растительного происхождения, который позволил бы при значительном сокращении времени сушки за счет использования в технологическом процессе сушилки с ИК-лучами снизить температуру сушки выжимок до 35-40°C, интенсифицировать процесс сушки за счет быстрого проникновения инфракрасных лучей во внутренние слои выжимок, равномерного прогрева сырья, что позволяет сохранить исходный цвет и сохранить высокое качество выжимок. В результате ИК прогрева происходит разрушение цитоплазменных оболочек плодовых клеток, являющихся основным препятствием в диффузионно-осматических процессах, и повышается клеточная проницаемость для влаги. Температуру сушки поддерживают на уровне 35-40°C, что предохраняет выжимки от перегрева, в результате сохраняются метоксильные группы в структуре пектина, не наблюдаются процессы деполимеризации пектиновых соединений, что, в свою очередь, обеспечивает высокую желирующую способность студнеобразующей фракции порошка.
Техническим результатом в предлагаемом изобретении является также использование мельницы молоткового типа, позволяющей провести измельчение сырья до размера частиц менее 0,3 мм, а также классификатора (типа ГИЛ-21), в котором используется принцип резонанса, т.е. резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к тем заданным значениям, которые нам необходимы и которые определяются свойствами используемого сырья. При совпадении внешней (возбуждающей) генерируемой частоты с внутренней (собственной) частой всей колебательной системы наступает резонанс, явление, которое можно использовать при разделении составляющих на фракции, отсеять, разложить или смешать в зависимости от поставленных задач. При некоторой задаваемой генерируемой частоте колебательная система - классификатор - окажется особенно отзывчивой на действие этой силы, которую мы можем использовать в своих интересах.
За счет подбора соответствующих горизонтальных и вертикальных частот вибрации сеток-мембран с разными пропускными отверстиями происходит вначале основное отделение включений (плодоножек, семян), а затем в других дифференциально-проницаемых мембранах происходит резкое ослабление молекулярных связей в высокомолекулярных соединениях выжимок (полисахариды, клетчатка, гемицеллюлоза, крахмал, протопектин), и с последующим увеличением частоты вибрации - разрушение этих связей, до получения необходимых соединений в готовом продукте.
Разработанный нами способ позволяет улучшить качество яблочного порошка за счет очистки его от семян, которые содержат глюкозиды, жиры, эфирные масла, приводящие к прогорканию порошка при хранении; увеличить содержание сахаров в готовом продукте за счет разрушения высокомолекулярных полисахаридов (целлюлозы, клетчатки, крахмала) в простые моносахара; увеличить желирующую способность порошка за счет перевода протопектина в растворимый пектин; увеличить пищевую ценность, качество готового продукта за счет лучшего сохранения исходных свойств сырья, сократить технологический процесс, а также снизить затраты при переработке яблочных выжимок.
Пример 1.
Исследование качества исходной яблочной выжимки, полученной при производстве яблочного сока с применением ферментных препаратов показало, что в выжимках после применения энзимов практически нет сахаров (общий сахар составил 0,5% и представлен в основном сахарозой). Содержание пектина достигает 7,7%, содержание клетчатки - 35% (табл.1).
Таблица 1.
Качественные показатели исходной яблочной выжимки, полученной в технологии сокового производства с применением ферментных препаратов
Наименование показателей, единицы измерений
Результаты испытаний
Сахар общий, % в т.ч.:
0,5
Сахароза, %
0,5
Фруктоза, %
не обн.
Глюкоза, %
не обн.
Клетчатка, %
35,1
Пектин общий, %:
7,7
Степень этерификации, %
33,3
Желирующая способность, мм.рт.ст.
60,0
Пример 2.
Исследовано качество яблочного порошка из выжимок, полученных после отжатия сока с применением энзимов. Производство яблочного порошка из вторичного сырья сокового производства осуществлялось следующим способом: выжимку подают в сушилку с ИК лучами, где происходит ее сушка до содержания сухих веществ не более 8%. Сушеная выжимка измельчается на молотковой мельнице типа МД с отверстиями сит малого диаметра (менее 3 мм). Измельченный сухой продукт подается в классификатор типа ГИЛ 21, на котором происходит разделение измельченного продукта по фракциям. На первом уровне, с определенной частотой вибрации сеток-мембран и заданными пропускными отверстиями происходит на 80% отделение посторонних включений, вредных веществ, а также частичное ослабление молекулярных связей в высокомолекулярных соединениях, что подтверждается увеличением содержания общего сахара, представленного главным образом простыми моносахарами - глюкозой и фруктозой. Отсеянная фракция подается на второй уровень, а оставшаяся - возвращается по транспортеру для вторичного просеивания на первый уровень.
На втором уровне, с увеличенной на 10% частотой вибрации (вынуждающей силы) сеток-мембран и меньшими размерами пропускных отверстий происходит разрушение молекулярных связей, позволяющих увеличить содержание общих и моносахаров, снизить содержание клетчатки. Дополнительно отделяются посторонние, баластные включения до 95-98%. Отсев подается в бункер отсева, а очищенная фракция - на третий уровень, где с той же частотой вибрации сеток-мембран и меньшими размерами пропускных отверстий происходит дополнительная очистка продукта (до 99%). Готовый продукт подается в накопительный бункер чистого продукта, а выявленный отсев - в бункер отсева. Качественные показатели яблочного порошка с применением данного способа обработки представлены в табл.2.
Таблица 2.
Показатели качества порошка яблочного, полученного на яблочном классификаторе
Наименование показателей, единицы измерений
Результаты испытаний
Сахароза, %
7,4
Фруктоза, %
21,6
Глюкоза, %
24,3
Сахар общий
53,3
Клетчатка, %
8,1
Пектин общий, %:
6,4
Степень этерификации, %
52,0
Желирующая способность, мм.рт.ст.
180,0
Пример 3.
Исследование качественных показателей балластных веществ, полученных после первого и второго отсева, показало, что балластные вещества представлены в основном семенной камерой, кожицей яблок, семенами. По биохимическим показателям они также представляют ценность как источники пищевых волокон, представленные клетчаткой до 30,2%, содержат пектиновые вещества до 4,4% (табл.3).
Таблица 3
Показатели качества балластных веществ, полученных на яблочном классификаторе, согласно описания в примере 3.
Наименование показателей, единицы измерений
Результаты испытаний
Сахароза, %
не обн.
Фруктоза, %
не обн.
Глюкоза, %
не обн.
Сахар общий
не обн.
Клетчатка, %
30,2
Пектин общий, %:
4,4
Степень этерификации, %
35,0
Желирующая способность, мм.рт.ст.
менее 60,0
При изучении качественных показателей порошка яблочного полученного по предлагаемой технологии с использованием выжимки разных годов выработки наблюдаются различия в биохимических показателях, однако они подчеркивают высокое содержание Сахаров (до 57,2%), представленных в основном фруктозой (до 21,2%), глюкозой (до 28,8%). При этом в порошке сохранилась аскорбиновая кислота до 4,0%, полифенольные вещества - 150,0 мг%, пектиновые вещества, содержание которых обусловлено технологическими режимами работы универсального классификатора. Яблочный порошок является также высоким источником минеральных веществ - до 860,0 мг% калия, 116,7 мг/% - кальция, 82,0 мг/% - магния, 3,5 мг/% - железа.
Изобретение позволяет за счет применения универсального классификатора инерционного типа в технологической схеме получить три фракции порошка разного назначения - фракция для получения нектаров с низкими желирующими свойствами, фракции порошка с высокими желирующими свойствами для производства пюреобразных продуктов и фракции балластных веществ. Все фракции яблочного порошка различаются физико-химическими показателями - содержанием моносахаров, пектина, клетчатки.
Основными потребителями порошков предполагаются кондитерские фабрики, хлебопекарная промышленность, консервная промышленность.
Тонкодисперсные порошки, в которых максимально сохранены полезные свойства исходного сырья, витамины, биологически активные вещества, вкусовые, ароматические и другие составляющие, введенные в различные рецептурные композиции, будут способствовать удовлетворению организма человека в необходимых питательных веществах, придавать функциональную, лечебно-профилактическую значимость готовому продукту.
В отличие от используемых в настоящее время технологий получения порошка из растительного сырья, данное изобретение позволяет получать более качественный продукт с высоким содержанием сахаров, пектина, пищевых волокон, полифенолов, витаминов и, при этом, не требует больших затрат и вложений. Изобретение может быть внедрено как на предприятиях малого бизнеса, так и на крупных промышленных предприятиях.