СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ
METHOD OF PRODUCING POWDER-LIKE PRODUCTS

Изобретение относится преимущественно к фармацевтической и пищевой промышленности, а именно к способам получения в виде порошка фармацевтических продуктов, биологически активных веществ растительного, животного и природного происхождения, специальных и диетических продуктов, пищевых добавок, продуктов быстрого приготовления и др., а также может быть использовано в производстве сельскохозяйственных химикатов, кормовых продуктов, керамических материалов, пигментов, при утилизации отходов производства и др.
Сушка как технологический процесс в химико-фармацевтической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности в значительной мере определяет качество готового продукта.
Известны различные виды сушки [1], в том числе конвективная, радиационно-конвективная, кондуктивная, сублимационная, сушка в электромагнитном поле и др. Известны способы сушки продуктов пищевой промышленности [2].
Общим недостатком известных способов является высокая энергоемкость и длительность процесса, во время которого происходят изменения биохимических, структурно-механических и технологических свойств продуктов сушки, связанные с испарением влаги и изменением формы связи влаги с продуктом.
Известен способ сушки дисперсионного материала и вихревая камера для его осуществления [3]. Способ предусматривает тангенциальную подачу дисперсионного материала в спутном газовом потоке, формирование псевдоожиженного слоя материала закрученным газовым потоком, нагревание и испарение влаги с поверхности дисперсионного материала. Способ предназначен для сушки и фракционирования дисперсионного угля с поверхностным распределением влаги.
Однако известный способ не позволяет получать готовый продукт в форме порошка, особенно из пастообразного и вязкого сырья с распределением влаги в общем объеме.
Актуальным есть вопрос получения натуральных концентратов в форме порошка из растительного, природного, животного сырья, которые представляют собой биологически активные субстанции, перспективные для получения фармацевтических средств, диетических и специальных продуктов питания, продуктов быстрого приготовления, пищевых добавок и др. Основной проблемой в производстве порошков из биологического сырья является получение готового продукта высокого качества без образования комков при хранении с максимальным сохранением свойств исходного продукта, а именно биологически активных веществ, витаминов, вкусовых, ароматических и прочих составляющих.
Задача изобретения заключается в создании нового способа получения порошкообразных продуктов преимущественно растительного, животного и природного происхождения, который, благодаря использованию специальных операций в заданном режиме, может быть эффективно использован в переработке пастообразного и особо вязкого сырья, обеспечивая сохранность практически всех биологически активных веществ, витаминов и микроэлементов, сохраняя неизменными цвет, аромат и другие свойства объектов сушки, причем новый способ является более экономично целесообразным вследствие относительно низкой себестоимости готового продукта, соответствия его экологическим нормам, низкой энерго- и трудоемкости.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе получения порошкообразных продуктов в условиях образования циркуляционного движения сушильного агента в псевдоожиженном слое в отличие от прототипа изобретением предусмотрено, что к сушильному агенту добавляют вспомогательные вещества в виде порошка в количестве 5-80% от исходного сырья, процесс осуществляют в течение 20-80 минут при температуре сушильного агента 5-80°С и скорости вращения циркуляционного потока 6-40 м/с.
Согласно изобретению вспомогательными веществами могут быть использованы продукты в форме порошка растительного или природного, или минерального происхождения.
Порошкообразные вспомогательные вещества, введенные в поток сушильного агента с циркуляционным движением, в процессе диффузии, проходя сквозь межклеточные структуры сырья, интенсифицируют процесс доведения его до порошкообразного состояния. Вспомогательные вещества могут включаться или не включаться в состав готового продукта.
Согласно изобретению вспомогательные вещества в форме порошка по удельному весу необязательно могут отличаться от готового порошкообразного продукта. В варианте осуществления способа при разном удельном весе вспомогательного вещества и готового продукта они образуют отдельные слои, которые находятся во взвешенном состоянии в циркуляционном потоке сушильного агента. В этом случае вспомогательные вещества отделяются от готового продукта. В другом варианте осуществления способа, когда удельный вес вспомогательного вещества и готового продукта совпадает, вспомогательные вещества полностью или частично включаются в состав готового продукта в зависимости от скорости потока сушильного агента.
Изобретением предусмотрено, что в качестве сушильного агента может быть использован очищенный атмосферный воздух или инертный газ, или любой другой приемлемый газ со сниженным содержанием кислорода, что предотвращает образование взрывоопасных ситуаций. Главными критериями при выборе сушильного агента являются его нейтральность к продуктам сушки, взрыво- и пожаробезопасность, экологическая безопасность. В зависимости от выбора сушильного агента заявленный способ может быть осуществлен с использованием оборудования открытого типа с выходом очищенного безвредного сушильного агента в атмосферу или закрытого типа с рециркуляцией сушильного агента в замкнутом цикле.
Изобретением предусмотрена возможность стерилизации готового продукта. Такой прием целесообразен при получении фармацевтических средств с жесткими требованиями к нормам микробного загрязнения или при получении продукта с повышенной гигроскопичностью, или при необходимости хранения и транспортировки продукта в условиях повышенной влажности и др.
В качестве сырья для осуществления заявленного способа преимущественно используют измельченные до пастообразного состояния свежие продукты растительного происхождения, например, фрукты, овощи, лекарственные травы, грибы, коренья и др., или вязкие продукты природного происхождения, например, мед, или пищевые продукты животного происхождения. Заявленный способ также пригоден для использования другого пастообразного или вязкого сырья.
Способ предусматривает добавление к сушильному агенту порошкообразного вспомогательного вещества в количестве от 5 до 80% от исходного сырья. Варьирование количественного содержания вспомогательного вещества в пределах заявленного интервала зависит от густоты и вязкости исходного сырья, количественного включения вспомогательного вещества в готовый продукт, причем интенсификация способа находится в прямой зависимости от количества вспомогательного вещества в сушильном агенте.
Согласно изобретению температура сушильного агента может варьироваться от 5 до 80°С. Термолабильные биологически активные вещества в составе сырья разрушаются при высокой температуре. Наиболее приемлемым для них есть интервал температур 5-35°С. В случае более стойкого к повышенной температуре сырья сушильный агент может быть нагрет до более высокой температуры, даже до 80°С. В этом случае повышается эффективность способа получения порошкообразного продукта и сокращается продолжительность сушки.
Заявленный способ осуществляют в течение 20-80 минут, что свидетельствует в пользу его экономической целесообразности. Срок сушки зависит от вида сырья, степени его влажности, температуры сушильного агента и скорости вращения циркуляционного потока. Эта скорость может варьироваться от 6 до 40 м/с, что является достаточным для различных видов сырья, которые могут быть использованы при осуществлении заявленного способа. Скорость вращения циркуляционного потока сушильного агента влияет на интенсивность и длительность способа, степень включения вспомогательного вещества в готовый продукт, поддержания во взвешенном состоянии слоев порошкообразного готового продукта и вспомогательного вещества.
Все параметры заявленного способа определены экспериментальным путем. Совокупность признаков способа является новой, неизвестной из источников информации.
Изобретение осуществляют следующим образом. В сушильную камеру загружают пастообразное или вязкое сырье. Обеспечивают тангенциальную (по касательной) подачу газообразного сушильного агента, насыщенного вспомогательным веществом в форме порошка в количестве 5-80% от массы исходного сырья. Образовывают циркуляционное движение сушильного агента с частицами вспомогательного вещества со скоростью 6-40 м/с с преимущественно вертикальной осью вращения. В процессе осуществления способа от общей массы сырья отделяются частицы, которые затягиваются во вращательное движение, где в потоке сушильного агента, нагретого до температуры 5-80°С, влага быстро испаряется. Частицы вспомогательного вещества, находящиеся в потоке сушильного агента, в процессе диффузии проходят сквозь межклеточные структуры высушиваемого сырья и интенсифицируют процесс его доведения до порошкообразного состояния. В результате диффузионно-циркуляционного процесса образуется слой сухого порошкообразного готового продукта, который вращается и находится во взвешенном состоянии в потоке сушильного агента. В зависимости от разницы между удельным весом вспомогательного вещества и готового продукта и скоростью циркуляционного потока получают готовый продукт, который полностью или частично включает вспомогательное вещество (образуется один совместный слой готового продукта со вспомогательным веществом) или получают чистый готовый продукт с образованием отдельных слоев готового продукта и вспомогательного вещества. Готовый продукт удаляют из сушильной камеры любым технически пригодным приемом. Способ осуществляют в течение 20-80 минут. Получают порошкообразный готовый продукт. По результатам исследований в готовом порошкообразном продукте не только сохраняется весь комплекс биологически активных веществ, но и зафиксировано увеличение содержания витамина С, каротина, пектина по крайней мере втрое, то есть готовый продукт имеет свойства концентрата.
Изобретение иллюстрируется примерами.
Пример 1. В сушильную камеру загружают 10 кг предварительно измельченных яблок. Одновременно с этим в камеру по касательной подают отфильтрованный сушильный агент - атмосферный воздух, нагретый до температуры 25°С и насыщенный вспомогательным веществом минерального происхождения - мелом в количестве 0,8 кг. Запускают диффузионно-циркуляционный процесс со скоростью вращения циркуляционного потока сушильного агента 35 м/с. Длительность процесса - 15 мин. Получают 1,2 кг порошка яблок с остаточной влажностью 7%. По заключению компетентной организации порошкообразный продукт из яблок, полученный по заявленному способу, рекомендован для детского питания.
Пример 2. По схеме, аналогичной приведенной в примере 1, по заявленному способу осуществляют получение порошкообразного продукта из 5 кг очищенной тыквы при температуре сушильного агента 32°С, насыщенного минеральным агентом - мелом в количестве 0,5 кг. Скорость циркуляционного потока сушильного агента - 28 м/с. Длительность процесса - 20 минут. Получают 0,35 кг порошка тыквы с остаточной влажностью 8%. Продукт сохраняет неизменными цвет, аромат, комплекс биологически активных веществ.
Пример 3. По схеме, аналогичной приведенной в примере 1, по заявленному способу осуществляют получение порошкообразного продукта из 20 кг свежего лекарственного растения - травы тимьяна обыкновенного (чабреца). Температура сушильного агента составляет 20°С при скорости вращения циркуляционного потока 40 м/с. В качестве вспомогательного вещества растительного происхождения используют 1 кг порошка листьев ореха грецкого. Длительность процесса - 20 минут. Получают 7 кг готового порошкообразного продукта с содержанием тимьяна обыкновенного (чабреца) и листьев ореха грецкого с усиленным фармакологическим действием вследствие возникновения синергетического эффекта между компонентами. Остаточная влажность готового продукта - 6%.
Таким образом, заявляется способ получения порошкообразных продуктов, имеющий следующие преимущества:
- возможность обработки пастообразного и вязкого сырья;
- щадящая сушка термочувствительных продуктов;
- высокое качество готового продукта, которое характеризуется максимальным сохранением биологически активных веществ, витаминов, микроэлементов, оставляя при этом неизменными цвет, аромат, вкус и другие свойства объектов сушки;
- высокая эффективность способа в сравнении с существующими вследствие интенсификации процесса образования и сушки порошкообразных продуктов путем обогащения сушильного агента вспомогательными веществами.
Источники информации
1. Лыков А.В., Теория сушки. «Энергия», Москва, 1968 г., 472 с.
2. Киселева Т.Ф., Технология сушки. Изд-во «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», Кемерово, 2007 г., 117 с.
3. Патент 2178543, RU, МПК F26B 3/10, F26B 17/10, заявл. 08.02.2000, опубл. 20.01.2002 (прототип).