СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ИЗ ЗАМОРОЖЕННОГО ПЛОДОВО-ЯГОДНОГО СЫРЬЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF FROZEN FRUIT RAW MATERIAL POWDER

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способу производства плодово-ягодных порошков из замороженного сырья.
Известен способ переработки плодово-ягодного сырья (авт.св. №1220614, кл. А23L 2/14, F26В 5/06, опубл. 30.03.86), в котором для получения пищевых порошков в технологической линии используют замораживание измельченного продукта в жидком азоте, вакуумную сублимационную сушку, криогенный помол и расфасовку в герметичную упаковку, заполненную инертным газом. Продолжительность сублимационной сушки по этой технологической схеме составляет для клубники и черной смородины 6 ч, для яблок, нарезанных на дольки, 5 ч, а общее время переработки составляет 8-9 ч.
При высоком качестве получаемых пищевых порошков основными недостатками известной технологии являются ее сложность из-за использования криогенного и вакуумного оборудования в линии, его высокая стоимость, потребность в жидком азоте, ограниченная производительность и, в конечном итоге, высокая себестоимость получаемых порошков.
Известен способ переработки растительного сырья (патент №1576142 А1, МПК 5 А23L 2/14, опубликован 07.07.90), который включает измельчение сырья, замораживание в жидком азоте, вакуумную сублимационную сушку при вакууме 10-200 Па в течение 2,5-3,0 ч до влажности сырья 20-25%, повторное замораживание в жидком азоте, помол в среде азота до размеров частиц 200-400 мкм, вакуумную сублимационную до-сушку при вакууме 1-10 Па до конечной влажности 0,1-0,01% и расфасовку.
Недостатками известного способа переработки являются громоздкость двухстадийной вакуумной сублимационной сушки, длительность процесса (более 3 часов), следовательно, более высокий расход электроэнергии, применение жидкого азота экологически небезопасно.
Существует способ получения порошка из цитрусовых плодов (патент №1107352 А, МПК 3 А23В 7/02, опубликован 08.12.82). Известным способом цитрусовое сырье очищают от кожуры, полученную мякоть и кожуру обрабатывают аналогично в следующей последовательности: дробят; отжимают сок: из мякоти - до влажности выжимок 50-55%, из кожуры - до влажности выжимок 60-65%, сушат выжимки в два этапа путем продувки теплоносителем. Полученные сушеные продукты диспергируют и сепарируют, а затем смешивают друг с другом.
Использование достаточно высоких температур и длительность процесса: для мякоти на первом этапе 100-105°С, на втором этапе 65-70°С в течение 130-150 мин, для кожуры соответственно 110-115°С и 80-85°С в течение 90-120 мин отрицательно сказываются на качестве сырья и не позволяют сохранить в достаточном количестве биологически ценные составляющие сырья. Длительность процесса ведет к большим затратам электроэнергии.
Известен способ сушки плодово-ягодного сырья, преимущественно замороженного (патент №2322067 С1, МПК А23В 7/02, А23В 7/045, опубликован 20.04.08), характеризующийся тем, что дефростацию и сушку сырья осуществляют путем СВЧ-энергоподвода и вакуума при остаточном давлении 70-80 мм рт. ст. и равномерном вращении барабана 30 об/мин до влажности 12%.
Известный способ предназначен для получения сушеных плодов и ягод. Несмотря на хорошую сохранность биологически активных веществ в получаемых сушеных плодах и ягодах, недостатком известной технологии является то, что дефростацию и сушку сырья производят при одинаковых режимных параметрах - целесообразнее для дефростации применять более низкую СВЧ-мощность, а соответственно и температуру, чем для сушки, так как меньше будет повреждаться структура плодов и ягод, и качество готовой продукции еще более улучшится. Кроме того, в течение всего процесса обработки не изменяется частота вращения сушильного барабана - 30 об/мин. Данная скорость обеспечивает лишь равномерное перемешивание сырья, при этом не используется действие центробежных сил, которое увеличивается с нарастанием частоты вращения и позволяет сократить продолжительность процесса, снизить энергозатраты, что положительно отразится на себестоимости сушеной продукции.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения порошка из облепихового жома (патент №2192135 С2, МПК 7 А23В 7/02, опубликован 10.11.2002), выбранный в качестве прототипа. По известному способу сушка влажного жома облепихи осуществляется путем подвода СВЧ-энергии и одновременного вентилирования горячим воздухом в две стадии. На первой стадии температура жома поддерживается равной 60-65°С, а воздуха - 65-70°С до достижения продуктом влажности 14-18%. Затем жом вальцуется между ответно гофрированными валками с зазором 0,5-0,8 мм. Полученные пластинки досушивают при температуре продукта 50-55°С, а воздуха 55-60°С до остаточной влажности 1,5-2,0% и измельчают.
Однако известный способ имеет ряд недостатков. Окисление кислородом горячего теплоносителя с температурой 65-70°С приведет к значительной потере термолабильных биологически активных веществ (БАВ), таких как каротиноиды, флавоноиды и др. При высушивании продукт слипается, образуя пласт, при этом происходит местный перегрев с потерей БАВ. Большой расход электроэнергии.
Техническим результатом изобретения является ускорение процессов дефростации и сушки замороженного сырья, снижение энергозатрат и себестоимости готового продукта при значительной концентрации минеральных и биологически активных веществ в продукте.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения порошка из замороженного плодово-ягодного сырья, предусматривающем СВЧ-обработку сырья в две стадии, измельчение, согласно изобретению СВЧ-обработку замороженного сырья осуществляют под вакуумом при вращении контейнеров (барабанов), при этом на первой стадии замороженное сырье подвергают дефростации при остаточном давлении 45-60 мм рт. ст., температуре 27-36°С, удельной СВЧ-мощности 130-160 Вт/кг, частоте вращения барабана 34-40 об/мин в течение 12-18 мин; на второй - сушке при температуре 36-40°С, при остаточном давлении 75-85 мм рт. ст., удельной СВЧ-мощности 175-195 Вт/кг, частоте вращения барабана 50-60 об/мин в течение 85-95 мин.
Сушеные плоды и ягоды с крупной косточкой поступают в аспиратор, где происходит отделение косточки от мякоти.
Отличительными признаками заявляемого способа являются новые условия СВЧ-обработки плодово-ягодного сырья, а именно: обработку проводят под вакуумом при вращении барабанов в две стадии: первая стадия - дефростация сырья, которая осуществляется при остаточном давлении 45-60 мм рт. ст., температуре 27-36°С, удельной СВЧ-мощности 130-160 Вт/кг, частоте вращения барабана 34-40 об/мин, в течение 12-18 мин; вторая стадия - сушка дефростированного сырья, которую проводят при остаточном давлении 75-85 мм рт. ст., температуре 36-40°С, удельной СВЧ-мощности 175-195 Вт/кг, частоте вращения барабана 50-60 об/мин, в течение 85-95 мин.
Предлагаемые режимы СВЧ-обработки замороженного плодово-ягодного сырья позволяют получать сушеные плоды и ягоды, в которых происходит лучшее отделение трудноотделимых косточек плодов и ягод от мякоти, а мякоть впоследствии легко размалывается в порошок, что позволяет сократить продолжительность аспирации и измельчения. Уменьшение продолжительности процесса также достигается изменением частоты вращения барабана в пределах 34-40 и 50-60 об/мин, так как действие центробежных сил при вращении способствует более быстрому выходу дефростированной жидкой фазы из плодов и ягод. Сушеный порошок, полученный данным способом, обладает высокими органолептическими свойствами, биологической и пищевой ценностью, а также хорошей восстанавливающей способностью и растворимостью.
Из уровня техники известна линия получения порошка из ягод и другого растительного сырья (патент №2102894 С1, МПК 6 А23В 7/02, опубликован 27.01.98), в которой предусмотрена камера фиксации - микроволновая СВЧ печь, работающая на частоте 2450±50МГц и оборудованная системой приточной и вытяжной вентиляции. Технический результат известного способа состоит в принципе специфического воздействия СВЧ-поля, ускоряющем сокоотделение.
Недостатками данного способа являются применение высокой температуры - 80-90°С, длительность процесса - более 7,5 ч, большие затраты ручного труда, так как поддоны с ягодой или другим растительным сырьем, предварительно разложенным тонким слоем (3-4 см), вручную помещаются в рабочую камеру микроволновой СВЧ печи и вручную периодически перемешиваются.
Оптимальные параметры режимов СВЧ-обработки при дефростации сырья в заявляемом способе установлены экспериментальным путем. Результаты исследований представлены в табл.1.
Таблица 1
Параметры дефростации
№ опыта
1
2
3
4
5
6
Температура, °С
27
30
33
36
39
42
Остаточное давление, мм рт. ст.
45
50
55
60
65
70
Удельная СВЧ-мощность, Вт/кг
130
140
150
160
170
180
Частота вращения барабана, об/мин
34
36
38
40
42
44
Продолжительность процесса, мин
18
16
14
12
10
8
Степень дефростации, %
100
100
100
100
86
75
Полученные данные (табл.1) свидетельствуют о том, что 100%-ная дефростация плодов и ягод наблюдается в опытах №1-4. При температуре ниже 27°С, удельной СВЧ-мощности ниже 130 Вт/кг и частоте вращения барабана менее 34 об/мин продолжительность дефростации увеличивается, что повышает энергозатраты процесса. Повышение температуры более 36°С ведет к необходимости повышения СВЧ-мощности (более 160 Вт/кг) и применению более глубокого (выше 60 мм рт. ст.), что отрицательно сказывается на дефростации сырья - процесс происходит неравномерно, в результате чего плод сморщивается. Кроме того, данные режимы не обеспечивают 100%-ной дефростации, в связи с чем увеличение частоты вращения барабана более 40 об/мин не оказывает значительного влияния на процесс, так как данный фактор позволяет ускорить процесс только при 100%-ной дефростации. Таким образом, исходя из табл.1, были выбраны оптимальные параметры режимов дефростации: остаточное давление 45-60 мм рт. ст., температура 27-36°С, удельная СВЧ-мощность 130-160 Вт/кг, частота вращения барабана 34-40 об/мин, продолжительность 12-18 мин.
Оптимальные режимы СВЧ-обработки для сушки сырья выбраны также опытным путем. Данные исследований представлены в табл.2.
Таблица 2
Параметры сушки
№ опыта
1
2
3
4
5
6
Температура, °С
34
36
38
40
42
44
Остаточное давление, мм рт. ст.
70
75
80
85
90
95
Удельная СВЧ-мощность, Вт/кг
165
175
185
195
205
215
Частота вращения барабана, об/мин
45
50
55
60
65
70
Продолжительность процесса, мин
100
95
90
85
80
75
Влажность продукта (конечная), %
13
12
12
12
11
10
Полученные данные (табл.2) свидетельствуют о том, что наилучшие результаты для получения конечного сухого продукта с влажностью 12% (оптимальная влажность, при которой сушеная продукция хорошо подвергается аспирации, измельчению и хранению) находятся в опытах №2-4. При температуре ниже 36°С, удельной СВЧ-мощности ниже 175 Вт/кг и частоте вращения барабана менее 50 об/мин продолжительность сушки увеличивается, что повышает энергозатраты процесса. Повышение температуры более 40°С ведет к необходимости повышения СВЧ-мощности (более 195 Вт/кг) и применению более глубокого вакуума для равномерного высушивания и сохранения структуры плода, однако при более глубоком вакууме (более 85 мм рт. ст.) и высоких температуре, СВЧ мощности и частоте вращения барабана нарушается структура плода, что отрицательно сказывается на качественных характеристиках конечного продукта - плод становится сморщенным, хуже размалывается. Кроме того, увеличение частоты вращения барабана более 60 об/мин ведет к хаотичному забрызгиванию внутренней поверхности сушильной камеры диффузионным соком: происходит его налипание на стенки камеры и фторопластовые стекла, что составляет потери диффузионного сока, являющегося ценным полуфабрикатом для пищевой промышленности. Данный эффект (хаотичное забрызгивание) также затрудняет дезинфекционную обработку камеры после сушки и может явиться причиной сбоя работы магнетронов. Таким образом, исходя из таблицы 2, были выбраны оптимальные параметры режимов сушки: температура в сушильной камере 36-40°С, остаточное давление 75-85 мм рт. ст., удельная СВЧ-мощность 175-195 Вт/кг, частота вращения барабана 50-60 об/мин, продолжительность 85-95 мин.
Установленные экспериментальным путем оптимальные режимы дефростации и сушки, а также последующие аспирация (для плодов и ягод с крупной косточкой) и измельчение обеспечивают продукту хорошую сохранность минеральных веществ, а также витамина С, который подвержен значительному разрушению при измельчении сырья (табл.3)
Кроме того, заявляемое изобретение обеспечивает высокие органолептические показатели - цвет, вкус, аромат, внешний вид. Результаты исследований органолептических показателей представлены в табл.4.
Таблица 4
Показатель
Вид плодово-ягодного порошка (степень измельчения - 100 мкм)
Порошок из облепихи
Порошок из черной смородины
Порошок из брусники
Порошок из вишни
Цвет
Ярко-оранжевый
Сине-черный
Бордово-красный
Розово-красный
Вкус и запах
Приятные, натуральные, свойственные данному виду ягод, без посторонних привкусов и запахов
Внешний вид
Сыпучий однородный не слипающийся порошок
Таким образом, данные табл.3 и 4 свидетельствуют о том, что при использовании изобретения в процессе производства порошка из замороженных плодов и ягод повышается качество готового продукта вследствие повышения биологической ценности (хорошая сохранность и концентрация минеральных веществ и витамина C) и улучшения органолептических показателей (ярко выражены цвет, вкус, аромат готовой продукции). Повышается экономичность процесса вследствие сокращения времени процесса дефростации и сушки, уменьшения энергозатрат на процесс. Кроме этого, данный способ является экологически чистым.
Сущность изобретения заключается в том, что сырьем для обработки являются замороженные плоды и ягоды, которые подвергаются дефростации и сушке в аппарате с СВЧ-энергоподводом, вакуумом и центробежным вращением барабана, что позволяет значительно сократить продолжительность процесса. Благодаря микропроцессорному управлению установка после дефростации автоматически переключается на режим сушки, что положительно влияет на технологический процесс, делая его непрерывным и не требующим применения ручного труда.
Таким образом, именно заявляемая совокупность экспериментально установленных режимов дефростации и сушки исходного сырья, позволяющая получить сушеный продукт, легко поддающийся аспирации и измельчению, обеспечивает изобретению достижение технического результата, заключающегося в ускорении процесса, снижении энергозатрат при высоком качестве продукта, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Замороженные плоды или ягоды с начальной влажностью 78-83%, прошедшие мойку и инспекцию, загружают в перфорированные контейнеры (барабаны). Весь процесс осуществляют с подведением СВЧ-энергоподвода, вакуума при вращении контейнеров (барабанов). При дефростации температура в сушильной камере 27-36°С, остаточное давление 45-60 мм рт. ст., удельная СВЧ-мощность 130-160 Вт/кг, частота вращения барабанов 34-40 об/мин, продолжительность 12-18 мин. После дефростации установка автоматически переключается на режим сушки, температура которой составляет 36-40°С, остаточное давление 75-85 мм рт. ст., удельная СВЧ-мощность 175-195 Вт/кг, частота вращения барабанов 50-60 об/мин, продолжительность 85-95 мин. Продукт сушат до конечной влажности 12%. Общая продолжительность процесса дефростации и сушки составляет 97-113 мин. После сушки продукт измельчают до размера частиц 50-300 мкм. Сушеные плоды и ягоды с крупной косточкой перед измельчением отправляют на аспирацию.
Пример 1. Для получения порошка из замороженных плодов облепихи взяли 50 кг сырья с начальной влажностью 80%. Плоды облепихи промыли и поместили в два перфорированных контейнера (барабана) по 25 кг в каждый, затем контейнеры установили в аппарат с СВЧ-энергоподводом, вакуумом и заданной частотой вращения. Параметры процесса соблюдались постоянными и были для дефростации - остаточное давление 50 мм рт. ст., температура 30°С, удельная СВЧ-мощность 140 Вт/кг, частота вращения барабана 36 об/мин в течение 16 мин; для сушки - остаточное давление 75 мм рт. ст., температура 36°С, удельная СВЧ-мощность 175 Вт/кг, частота вращения барабана 50 об/мин в течение 95 мин. Сушку проводили до конечной влажности 12%. Время нахождения продукта в СВЧ-аппарате составило 111 мин. После сушки обезвоженные плоды направили в аспиратор, где отделили косточку от мякоти в течение 12 мин, затем 8 мин мякоть измельчали на универсальной мельнице УИМ-2 до размера частиц 100 мкм. Общая продолжительность процесса получения порошка из замороженных плодов облепихи составила 131 мин.
Результаты исследований органолептических показателей, а также биологической ценности полученного порошка из замороженных плодов облепихи представлены в табл.3, 4.
Пример 2. Для получения порошка из замороженной черной смородины взяли 50 кг сырья с начальной влажностью 78%. Плоды промыли и поместили в два перфорированных контейнера (барабана) по 25 кг в каждый, затем контейнеры установили в аппарат с СВЧ-энергоподводом и вакуумом. Параметры процесса соблюдались постоянными и были для дефростации - остаточное давление 55 мм рт. ст., температура 33°С, удельная СВЧ-мощность 150 Вт/кг, частота вращения барабана 38 об/мин в течение 14 мин; для сушки - остаточное давление 80 мм рт. ст., температура 38°С, удельная СВЧ-мощность 185 Вт/кг, частота вращения барабана 55 об/мин в течение 90 мин. Сушку проводили до конечной влажности 12%. Время нахождения продукта в СВЧ-аппарате составило 104 мин. После сушки обезвоженные плоды в течение 10 мин измельчали на универсальной мельнице УИМ-2 до размера частиц 100 мкм. Общая продолжительность процесса получения порошка из замороженных плодов черной смородины составила 124 мин.
Результаты исследований органолептических показателей, а также биологической ценности полученного порошка из замороженной черной смородины представлены в табл.3, 4.
Пример 3. Для получения порошка из замороженной брусники взяли 50 кг сырья с начальной влажностью 75%. Бруснику промыли и поместили в два перфорированных контейнера (барабана) по 25 кг в каждый, затем контейнеры установили в аппарат с СВЧ-энергоподводом и вакуумом. Параметры процесса соблюдались постоянными и были для дефростации - остаточное давление 60 мм рт. ст., температура 36°С, удельная СВЧ-мощность 160 Вт/кг, частота вращения барабана 40 об/мин в течение 12 мин; для сушки - остаточное давление 85 мм рт. ст., температура 40°С, удельная СВЧ-мощность 195 Вт/кг, частота вращения барабана 60 об/мин в течение 85 мин. Сушку проводили до конечной влажности 12%. Время нахождения продукта в СВЧ-аппарате составило 97 мин. После сушки обезвоженные плоды в течение 10 мин измельчали на универсальной мельнице УИМ-2 до размера частиц 100 мкм. Общая продолжительность процесса получения порошка из замороженных плодов черной смородины составила 107 мин.
Результаты исследований органолептических показателей, а также биологической ценности полученного порошка из замороженной брусники представлены в табл.3, 4.
Пример 4. Для получения порошка из замороженной красной вишни взяли 50 кг сырья с начальной влажностью 77%. Вишню промыли и поместили в два перфорированных контейнера (барабана) по 25 кг в каждый, затем контейнеры установили в аппарат с СВЧ-энергоподводом, вакуумом и заданной частотой вращения. Параметры процесса соблюдались постоянными и были для дефростации - остаточное давление 45 мм рт. ст., температура 27°С, удельная СВЧ-мощность 130 Вт/кг, частота вращения барабана 34 об/мин в течение 18 мин; для сушки - остаточное давление 75 мм рт. ст., температура 36°С, удельная СВЧ-мощность 175 Вт/кг, частота вращения барабана 50 об/мин в течение 95 мин. Сушку проводили до конечной влажности 12%. Время нахождения продукта в СВЧ-аппарате составило 113 мин. После сушки обезвоженные плоды вишни направили в аспиратор, где отделили косточку от мякоти в течение 10 мин, затем 7 мин мякоть измельчали на универсальной мельнице УИМ-2 до размера частиц 100 мкм. Общая продолжительность процесса получения порошка из замороженной красной вишни составила 130 мин.
Результаты исследований органолептических показателей, а также биологической ценности полученного порошка из замороженной красной вишни представлены в табл.3, 4.