СПОСОБ СУШКИ КОАГУЛИРОВАННОГО БЕЛКА
COAGULATED ALBUMEN DRYING METHOD

Предполагаемое изобретение относится к процессам обезвоживания продуктов, обеспечивающим возможность продолжительного хранения продукта в потребительской и транспортной таре, уменьшение веса и снижение транспортных расходов.
Известные способы обезвоживания коагулированного белка, такие как: сушка сгущенного фильтрата в циклонной сушилке с распылительным соплом; сушка паром концентрата, нанесенного на поверхность барабана, с последующим срезанием концентрата с поверхности; пропускание белкового жгута между валками, снабженными эластичным покрытием, при этом происходит отделение жидкости; центрифугирование смеси сыворотки и белка с последующей сушкой белка, имеют характерные недостатки. К ним относятся потери белка с влажным воздухом в распылительных сушилках, потери белка при сушке паром, связанные с отделением белка от нагретых поверхностей барабанов; аппаратурная и конструктивная усложненность реализации отдельных способов обезвоживания белка; большая продолжительность рабочего цикла особенно в устройствах с использованием глухого пара.
Известна, например, установка для сушки коагулированного белка из крови убойных животных, содержащая обогревательную камеру-смеситель коагулированной крови с водой и сепаратор с приемной камерой, снабженный клапаном для регулирования поступления коагулята крови в сепаратор, приводимый в действие «механизмом Уатта» при вращении вала сепаратора (А.с. №423451 (СССР), кл. А23В 1/04, заявл. 05.04.73, опубл. 23.12.74 г.).
Основным недостатком установки является усложненность аппаратурного оформления процесса обезвоживания коагулированного белка до заданной остаточной влажности. Недостаток особенно ощутим в условиях, когда необходимо варьировать остаточную влажность белка.
Известна также сушилка EGAL с рабочей камерой, заполненной пластмассовыми шариками. Белковый концентрат подается на шарики, а противотоком к нему движется поток сухого воздуха при температуре 85°С, удаляющий влагу. Осуществляется способ конвективной сушки концентрата, процесс обезвоживания протекает плавно (Реферативный журнал «Оборудование пищевой промышленности», 1977. - №2. - реферат 2.38.289 - прототип). Данная установка реализует способ того же назначения, что и предполагаемое изобретение.
Основным недостатком прототипа при осуществлении способа обезвоживания коагулированного белка являются потери белка при очистке пластмассовых шариков, потери тепла нагретого воздуха - теплоносителя на нагрев массы шариков, значительно усложнено выполнение санитарных требований. Упомянутые недостатки увеличивают энергозатраты на реализацию процесса обезвоживания концентрата.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь белка при обезвоживании и снижение энергозатрат на реализацию процесса.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в соответствии со способом сушки коагулированного белка, включающим послойное его распределение в рабочей камере, принудительную подачу нагретого воздуха по длине камеры для взаимодействия с коагулированным белком, систему нагрева и систему циркуляции воздуха, подача нагретого воздуха ведется с изменением направления его движения от начала рабочей камеры к ее концу - прямой ход и от конца камеры к ее началу - обратный ход, при этом в каждой паре прямого и обратного ходов обеспечивается равная начальная температура нагретого воздуха, возрастающая в последующих парах ходов, время окончания любого из ходов нагретого воздуха определяется по достижении равенства температур воздуха и коагулированного белка в зоне подачи воздуха в рабочую камеру, начальная температура воздуха в первой паре его ходов превышает начальную температуру коагулированного белка на 15-20°С, а в последней паре ходов начальная температура воздуха соответствует максимально допустимой температуре обезвоживания коагулированного белка.
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
2
2
2
2
2
1
2
1
2
1
При прохождении воздуха через системы нагрева и циркуляции изменяются соотношения его параметров: температуры t, относительной влажности φ, влагосодержания d и теплосодержания i, при этом воздух поступает в систему нагрева со следующими значениями параметров t, φ, d, i, далее нагретый воздух поступает в рабочую камеру с параметрами t, φ, d, i, отличающимися от начальных t>t, i>i, d=d, φ<φ, затем воздух выходит из рабочей камеры с параметрами t, φ, d, i, при этом t<t, d>d, φ>φ.
Подача нагретого воздуха в рабочую камеру при прямом и обратном ходах выполняется автоматически.
Сушка коагулированного белка с целью исключения его порчи при последующем хранении предполагает такое его обезвоживание, при котором белок не контактирует с теплоносителем, температура которого выше максимально допустимой для продукта данного вида, а также исключается длительное нахождение белка в зоне температур, близких к максимально допустимой температуре. Предлагаемый способ сушки коагулированного белка соответствует данным требованиям, поскольку обеспечивает «мягкий» температурный режим обезвоживания коагулированного белка.
Сменой направления движения нагретого воздуха по длине рабочей камеры обеспечивается равномерный нагрев массы коагулированного белка на всех участках: в зоне подачи нагретого воздуха, в средней части камеры, в зоне выхода воздуха из камеры. Выравнивание температуры коагулированного белка по длине камеры до соответствующего значения достигается в каждой паре ходов нагретого воздуха. Процесс выравнивания температуры коагулированного белка завершается, когда его температура оказывается равной температуре нагретого воздуха в зоне его подачи в камеру при обратном ходе. Это исключает перегрев белка, возможный на завершающем этапе процесса обезвоживания. Возможность уменьшения интервалов при увеличении начальной температуры воздуха в последующих парах его прямого и обратного ходов способствует ускорению процесса обезвоживания белка. Температура воздуха в интервале его прямого и обратного ходов на 15-20°С превышает начальную температуру коагулированного белка. Это ускоряет нагрев белка до температуры, близкой к 40°С, и способствует уменьшению в последующем времени непосредственно процесса обезвоживания коагулированного белка.
Скорость высушивания белка до содержания влаги в нем не более 10% находится в прямой зависимости от скорости испарения свободной влаги с поверхности белка и скорости диффузии влаги из толщи его к поверхности. Скорость диффузии зависит от температуры, поэтому ускоренное высушивание может быть достигнуто применением максимально сухого воздуха, а также повышением его температуры, поскольку при этом возрастает водопоглощательная способность воздуха. Частой сменой подогреваемого воздуха с поверхности продукта удаляется слой воздуха, обогащенный влагой, поэтому диффузия происходит за счет разности в влагосодержании внутри белка и на его поверхности, а также за счет температуры нагрева.
Параметры теплоносителя - воздуха, такие как температура, относительная влажность, влагосодержание и теплосодержание, значительно влияют на равномерность процесса обезвоживания коагулированного белка, поэтому на границах систем нагрева воздуха и его циркуляции, т.е. на границах «выход из калорифера» - «вход в рабочую камеру» и «выход из рабочей камеры» - «выброс в атмосферу», необходимо выдерживать заданные отношения упомянутых параметров.
Контроль за ходом обезвоживания коагулированного белка ведется путем систематического наблюдения за температурой и влагосодержанием воздуха, при этом обеспечивается автоматическая подача нагретого воздуха при прямом и обратном его ходах.
Способ сушки коагулированного белка поясняется чертежом. На чертеже представлена схема систем нагрева и циркуляции теплоносителя - воздуха.
Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит калориферы 1, технологическую - рабочую камеру 2, вентиляторы 3, трубопровод 4 для подачи воздуха при прямом ходе, трубопровод 5 для подачи воздуха при обратном ходе, вентили 6 и 7 для автоматического переключения потока воздуха.
Рабочая камера 2 выполнена в виде туннеля прямоугольного сечения, снабженного концевыми заслонками, на внутренней поверхности боковин туннеля укреплены прямолинейные направляющие для размещения лотков с коагулированным белком. Размеры поперечного сечения рабочей камеры, число направляющих для лотков по высоте камеры и длина последней выбираются при проектировании с учетом производительности. При однослойном размещении лотков предпочтительной является камера цилиндрической формы, длина камеры выбирается от 3 до 7 м.
Предлагаемый способ сушки коагулированного белка осуществляется следующим образом.
Влажный коагулированный белок послойно наносят на лотки, которые посредством направляющих размещают по длине рабочей камеры, при этом толщина слоя белка не должна превышать 20-30 мм. Концевые заслонки камеры ставят в положение «закрыто», включают в работу систему нагрева сухого воздуха и после достижения им температуры на 15-20°С выше начальной температуры белка открытием вентиля 6 включают в работу систему циркуляции нагретого воздуха, обеспечивая его прямой ход по длине рабочей камеры.
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
Воздух поступает в калориферы 1 с параметрами t, φ, d, i. В калориферах воздух получает некоторое количество тепла, поэтому его температура и теплосодержание повышаются; влагосодержание воздуха не изменяется, поскольку в калориферах воздух не отдает влагу и не получает ее извне. Относительная влажность воздуха, выходящего из калориферов, ниже относительной влажности воздуха, поступающего в калориферы. После калориферов параметры воздуха будут составлять t, φ, d, i, a отношения параметров воздуха до и после калориферов составят t>t, i>i, d=d, φ<φ.
2
2
2
2
2
1
2
1
2
1
Пройдя через рабочую камеру и восприняв часть влаги из высушиваемого белка, воздух выходит из камеры с параметрами t, φ, d, i, при этом отношения параметров воздуха на входе в камеру и выходе из нее составляют t<t, d>d, φ>φ. Нагретый воздух в период сушки белка теряет ощутимую теплоту с полным переходом этой теплоты в теплоту парообразования, которую он воспринимает вместе с парами влаги; последние повышают влагосодержание воздуха. Потеря воздухом ощутимой теплоты характеризуется понижением его температуры.
При повышении температуры белка до температуры нагретого воздуха в зоне подачи его в рабочую камеру заканчивается прямой ход воздуха, при этом температура белка по длине рабочей камеры будет убывающей от начала к концу камеры. Далее вентиль 6 автоматически переключается в положение «закрыто», а вентиль 7 включает в работу систему циркуляции нагретого воздуха при его обратном ходе по длине рабочей камеры.
При обратном ходе нагретого воздуха его температура в зоне входа в рабочую камеру равна той начальной температуре, которую воздух имел при его прямом ходе. После повышения температуры белка до уровня температуры подаваемого воздуха обратный ход нагретого воздуха в первой паре ходов завершается, при этом температура сушимого белка по длине рабочей камеры оказывается равной или близкой к начальной температуре воздуха при его прямом и обратном ходах. По завершении обратного хода нагретого воздуха вентиль 7 автоматически переключается в положение «закрыто», а вентиль 6 включает в работу систему циркуляции нагретого воздуха для осуществления второй пары прямого и обратного ходов по длине рабочей камеры.
Начальная температура воздуха во второй паре прямого и обратного ходов и в каждой последующей паре ходов будет больше начальной температуры ходов предыдущей пары, при этом величина шагов увеличения начальной температуры будет убывающей от начала к концу процесса обезвоживания коагулированного белка.
Так, при сушке коагулированного белка, полученного из молочной сыворотки, можно рекомендовать следующее шаговое изменение начальной температуры теплоносителя - воздуха, представленное в таблице.
Таблица
Номера пар ходов
Температура воздуха, °С
1
35
2
55
3
70
4
80
5
85
При сушке коагулированного белка, полученного, например, из крови убойных животных или из жидких отходов рыбомучного производства, предпочтительные шаговые изменения начальной температуры теплоносителя можно определить экспериментально.
При движении вдоль рабочей камеры воздух теряет теплоту, что приводит к понижению его температуры, поэтому при окончании любого из прямых ходов температура воздуха на выходе из рабочей камеры оказывается ниже его начальной температуры на входе в камеру. Соответственно этому в конце прямого хода температура коагулированного белка в концевой части камеры будет ниже его температуры в начале камеры.
Обратный ход нагретого воздуха начинается при разных температурах коагулированного белка по длине рабочей камеры, при этом белок на входе воздуха в камеру имеет меньшую температуру, а на выходе воздуха из камеры - большую. Это означает, что температура коагулированного белка по длине рабочей камеры перед началом обратного хода нагретого воздуха является увеличенной. Результатом этого является то, что время на совершение обратного хода нагретого воздуха в каждой паре ходов оказывается меньше времени соответствующего прямого хода.
После завершения ходов теплоносителя с максимально допустимой для данного вида белка температурой процесс сушки заканчивается. Подачей сухого охлажденного воздуха при прямом или обратном его ходе по длине камеры обезвоженный белок охлаждается до температуры 15-18°С с последующей расфасовкой и упаковкой.
Предлагаемый способ сушки коагулированного белка позволяет интенсифицировать процесс обезвоживания, исключает перегрев белка, снижает энергозатраты на осуществление процесса.