СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОБЖАРЕННЫХ КОРНЕЙ ЦИКОРИЯ
FRIED CHICORY ROOTS PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к овощесушильней и пищеконцентратной промышленности и может быть использовано при производстве кофейных напитков с добавлением цикория.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства сушеного цикория [Пат. 2246840 РФ, МПК А23В 7/02. Способ производства сушеного цикория [Текст] / А.А.Шевцов, А.Н.Остриков, О.А.Сизоненко; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия. - №2003138143/13, заявл. 31.12.2003, опубл. 27.02.2005]. Согласно этому способу цикорий инспектируют, моют, режут, сушат и сортируют; сушку осуществляют в плотном слое перегретым паром атмосферного давления с температурой 453…463 К и скоростью 2,0…0,9 м/с, причем через каждые 150 с скорость пара увеличивают до 5,6…3,5 м/с в течение 5 с, приводя плотный слой в псевдоожиженное состояние.
Недостатком известного способа являются невысокие органолептические показатели качества готовой продукции из-за недостаточно глубокого прохождения физико-химических и биохимических превращений, длительность процесса сушки и высокие удельные энергозатраты.
Технической задачей изобретения является улучшение качества готового продукта и повышение тепловой эффективности процесса обжарки за счет использования ступенчатого режима обжарки корней цикория перегретым паром, интенсификация процесса обжарки и снижение энергозатрат на получение готового продукта.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе производства обжаренных корней цикория, включающем мойку сырья, инспекцию, сортировку, резку, обжарку перегретым паром атмосферного давления, новым является то, что обжарку перегретым паром атмосферного давления проводят в три этапа: на первом этапе через слой корней цикория, порезанных на кубики с линейным размером 6-8 мм, пропускают перегретый до температуры 453 К пар со скоростью 1,85 м/с в течение 7 мин, при этом кубики нагреваются до температуры 360±1 К; на втором этапе через слой корней цикория пропускают перегретый до температуры 463 К пар со скоростью 0,8 м/с в течение 8 мин, при этом кубики нагреваются до температуры 373±1 К; на третьем этапе пропускают перегретый до температуры 473 К пар со скоростью 0,35 м/с в течение 21 мин, при этом кубики нагреваются до температуры 393±1 К, затем обжаренные до конечной влажности 5% кубики цикория измельчают для дальнейшего использования.
Технический результат изобретения заключается в улучшении качества готового продукта за счет использования ступенчатых щадящих режимов комбинированного теплоподвода, повышении тепловой эффективности и интенсификации процесса обжарки и в снижении энергозатрат на получение готового продукта.
На фиг.1 приведены кинетические закономерности ступенчатого режима обжарки корней цикория с комбинированным теплоподводом: а - кривая обжарки, б - кривая скорости обжарки; в - температурная кривая; г - термограмма.
Свежие корни цикория, поступающие в переработку, по своему качеству отвечали требованиям РСТ РСФСР 309-72 «Цикорий корневой свежий»:
по внешнему виду: корни свежие, неувядшие, целые, незастволившиеся, незагрязненные, не пораженные сельскохозяйственными вредителями, очищенные от мочковатых корешков, с черешками листьев длиной не более 10 мм;
по размерам корней, мм, не менее: по наибольшему поперечному диаметру - 20; по наименьшему поперечному диаметру 10 мм;
по содержанию корней, %, не более: с механическими повреждениями - 5; с неправильно обрезанными листьями - 10; с засечкой головки корня, разветвленных, с мочковатыми корешками - 15; ветвистых - нет; поврежденных вредителями - 3; увядших - 5; стрелкующихся - 3; дуплистых, цветущих - 15; корней, зараженных болезнями, раздавленных более чем на 1/3 поверхности, мороженных и подмороженных, а также загнивших - не допускается;
по наличию земли, прилипшей к корням, % - 2.
Общее число допустимых отклонений не должно превышать 25% к массе свежих корней, причем допуски по каждому показателю не должны превышать установленной для них нормы.
Корни белые, почти без запаха, в них содержится 60-65% воды. Корень содержит горькое вещество интибин (0,10…0,20%), (4,5…9,5%) фруктозы, (10…20%) левулозы, (4,7…6,5%) пентозанов, холина, инулин (до 49%, по другим данным до 60%), протеины (3,6%), жиры (0,3%), гликозид интибин [Машанов В.И. Пряно-ароматические растения. / В.И.Машанов, А.А.Покровский. - М.: Агропромиздат, 1991. - 235 с.].
Корни цикория заготавливают осенью после увядания листьев (сентябрь-октябрь). Их выкапывают, обрезают надземные части, промывают холодной водой. Толстые корни разрезают вдоль, а длинные - поперек на куски. В течение нескольких дней провяливают до прекращения выделения млечного сока.
Способ производства обжаренных корней цикория осуществляют следующим образом.
Корни цикория моют в вентиляторной моечной машине. Для более интенсивной мойки загрязненных корней в моечной ванне машины создается бурление посредством подводимого в перфорированные трубы сжатого воздуха. Вымытые корни из моечной ванны перемещаются наклонным конвейером, в верхней части которого (перед выгрузкой) они ополаскиваются водой из душевого устройства. При обработке сильно загрязненных корней можно увеличить время их пребывания в зоне отмывки путем периодических остановок транспортера.
Затем мытый цикорий подвергают инспекции и сортированию, которые проводят вручную на сортировочно-инспекционном транспортере. Одновременно с сортированием проводится инспекция сырья, при которой удаляют дефектные экземпляры (загнившие, поврежденные, заплесневелые, сильно загрязненные), посторонние примеси и предметы. Затем обработанные корни нарезают кубиками с линейным размером 6-8 мм.
Нарезание корней цикория на кубики с большим линейным размером, чем 6-8 мм, например 10 мм, значительно увеличивает продолжительность обжарки и снижает производительность линии.
Нарезание корней цикория на кубики с меньшим линейным размером, чем 6-8 мм, например 4 мм, приводит к образованию в процессе обжарки пылеобразной массы, неравномерности обжарки и, как следствие, снижению качества конечного продукта.
Затем нарезанные на кубики корни цикория подвергают обжарке перегретым паром. Перегретый пар обладает существенными преимуществами перед другими теплоносителями: высокий энергетический КПД процесса, обусловленный возможностью утилизации вторичного пара; уменьшение требуемого количества пара в контуре циркуляции вследствие более высокой удельной теплоемкости пара по сравнению с теплоемкостью воздуха; отсутствие кислорода в перегретом паре, что позволяет значительно повысить температуру процесса обжарки без существенного ухудшения качества готового продукта; улучшение качественных показателей готового продукта, т.к. уменьшаются градиенты влагосодержания и повышается пластичность материала [Остриков А.Н. Обжарка кофе перегретым паром. / А.Н.Остриков, А.А.Шевцов, В.М.Кравченко, А.Н.Зотов: Воронеж. гос. технол. акад., Воронеж, 2003. - 174 с.].
На первом этапе порезанные кубики цикория с линейным размером 6-8 мм нагреваются до температуры 360±1 К при обдуве перегретым паром со скоростью 1,85 м/с и температурой 453 К в течение 7 мин (фиг.1). При этом удаляется физико-механическая влага, т.е. влага микро- и макрокапилляров и влага смачивания. Основным параметром, влияющим на интенсивность влагоудаления в этот период, является скорость теплоносителя. Поэтому наиболее целесообразно в начальный момент обжарки использовать обжарку с высокой скоростью теплоносителя и невысокой температурой нагрева продукта. Этому требованию наиболее полно отвечает обжарка на первом этапе.
Нагрев продукта до меньшей температуры, чем 360±1 К, например 350 К, снижает эффективность испарения физико-механической влаги. Нагрев продукта до большей температуры, чем 360±1 К, например 370 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ (витаминов, углеводов, аминокислот и др.).
Обдув продукта воздушным потоком со скоростью меньшей, чем 1,85 м/с, например 1,6 м/с, снижает эффективность удаления испаряемых водяных паров, а следовательно, уменьшает эффективность тепломассообмена процесса обжарки. Обдув продукта потоком перегретого пара со скоростью большей, чем 1,85 м/с, например 2 м/с, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков цикория и образованию корочки на поверхности корней цикория, что затрудняет удаление испаряемой влаги.
Продолжительность первого этапа (7 мин) определена экспериментально в результате анализа полученных кривых обжарки. Использование большей продолжительности первого этапа, например 9 мин, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков цикория и затруднению удаления влаги, содержащейся в центральных слоях кубиков. Использование меньшей продолжительности первого этапа, например 5 мин, приводит к тому, что не вся физико-механическая влага удаляется из корней цикория, что влечет за собой увеличение продолжительности последующих этапов обжарки и ухудшению качества готового продукта.
На втором этапе предварительно поджаренные порезанные кубики цикория нагреваются до температуры 373±1 К при обдуве перегретым паром со скоростью 0,8 м/с и температурой 463 К в течение 8 мин (фиг.1). По мере удаления физико-механической влаги скорость теплоносителя, как определяющий фактор интенсивности процесса, теряет свое значение. Поэтому на втором этапе обжарку предпочтительнее вести при снижающейся скорости и повышающейся температуре теплоносителя. В связи с тем, что на интенсивность удаления осмотической (внутриклеточной) влаги наибольшее влияние оказывает температура, как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влагопереноса, продукт нагревают перегретым паром до температуры 373±1 К. Нагрев продукта до меньшей температуры, чем 373±1 К, например 365 К, снижает эффективность испарения осмотической влаги. Нагрев продукта до большей температуры, чем 373±1 К, например 380 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ (витаминов, моносахаров, аминокислот и др.).
Обдув продукта потоком перегретого пара со скоростью меньшей, чем 0,8 м/с, например 0,6 м/с, не обеспечивает полного удаления испаряемых водяных паров, а следовательно, снижает эффективность тепломассообмена процесса обжарки. Обдув продукта воздушным потоком со скоростью большей, чем 0,8 м/с, например 1,0 м/с, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков цикория и образованию корочки на поверхности частиц, что затрудняет удаление испаряемой влаги.
Продолжительность второго этапа (8 мин) определена экспериментально в результате анализа полученных кривых обжарки. Использование большей продолжительности второго этапа, например 10 мин, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков цикория и затрудняет удаление влаги, содержащейся в центральных слоях частиц. Использование меньшей продолжительности второго этапа, например 6 мин, приводит к тому, что не вся осмотическая влага удаляется из кубиков цикория, что влечет за собой увеличение продолжительности последующих этапов обжарки и ухудшению качества готового продукта.
На третьем этапе предварительно поджаренные порезанные кубики цикория нагреваются до температуры 393±1 К при обдуве перегретым паром со скоростью 0,35 м/с и температурой 473 К в течение 21 мин (фиг.1). По мере удаления осмотической влаги скорость теплоносителя, как определяющий фактор интенсивности процесса, теряет свое значение. В связи с тем, что на интенсивность удаления адсорбционной влаги наибольшее влияние оказывает температура, как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влагопереноса, продукт обжаривают перегретым паром до температуры 393±1 К. Нагрев продукта до меньшей температуры, чем 393±1 К, например 385 К, снижает эффективность испарения адсорбционной влаги. Нагрев продукта до большей температуры, чем 393±1 К, например 400 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ.
Обдув продукта потоком перегретого пара со скоростью меньшей, чем 0,35 м/с, например 0,2 м/с, не обеспечивает полного удаления испаряемых водяных паров, а следовательно, снижает эффективность тепломассообмена процесса обжарки. Обдув продукта воздушным потоком со скоростью большей, чем 0,35 м/с, например 0,5 м/с, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков цикория и образованию корочки на поверхности продукта, что затрудняет удаление испаряемой влаги.
Продолжительность третьего этапа (21 мин) определена экспериментально в результате анализа полученных кривых обжарки. Использование большей продолжительности третьего временного этапа, например 25 мин, приводит к пересушиванию кубиков цикория и излишним энергозатратам. Использование меньшей продолжительности третьего этапа, например 15 мин, приводит к тому, что не вся адсорбционная влага удаляется из кубиков цикория, что влечет за собой повышенную конечную влажность готового продукта и быстрое ухудшение его качества в процессе хранения.
Адаптированный в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса обжарки подвод теплоносителя на трех этапах обжарки продукта позволяет выбрать рациональные режимы обжарки с учетом изменения влагосодержания продукта по ходу процесса обжарки.
Затем обжаренные до конечной влажности 5% кубики цикория передаются на дальнейшую переработку.
Способ производства обжаренных корней цикория поясняется следующим примером.
Корни цикория моют в вентиляторной моечной машине. Затем вымытые корни подвергают инспекции и сортированию, которые проводят вручную на сортировочно-инспекционном транспортере. Далее цикорий нарезают кубиками с линейным размером 6-8 мм.
Затем нарезанный на кубики цикорий подвергают комбинированной тепловой обработке перегретым паром. Причем обжарку кубиков цикория проводят перегретым паром с начальной температурой 453 К в три этапа.
На первом этапе цикорий, порезанный на кубики с линейным размером 6-8 мм, обжаривают перегретым паром до температуры 360±1 К при скорости теплоносителя 1,85 м/с в течение 7 мин. При этом удаляется физико-механическая влага, т.е. влага микро- и макрокапилляров и влага смачивания.
На втором этапе предварительно поджаренные кубики цикория обжаривают до температуры 373±1 К при обдуве потоком перегретого пара со скоростью 0,8 м/с в течение 8 мин. При этом удаляется осмотическая (внутриклеточная) влага.
На третьем этапе предварительно поджаренные кубики цикория обжаривают до температуры 393±1 К при обдуве потоком перегретого пара со скоростью 0,35 м/с в течение 21 мин. При этом из цикория удаляется адсорбционная влага.
Затем обжаренные до конечной влажности 5% кубики цикория передают на дальнейшую переработку.
В таблице приведен химический состав свежих, сушеных по прототипу и обжаренных по предлагаемому трехступенчатому режиму комбинированного теплоподвода корней цикория (в пересчете на сухое вещество).
Таблица
Измеряемые параметры
Цикорий свежий
Цикорий
сушеный по прототипу
обжаренный по предлагаемому способу
Общая влага, %
61,44±0,04
14,00±0,02
5,00±0,02
Массовая доля сырого протеина, %
13,28±0,02
6,11±0,02
6,40±0,02
Массовая доля сырой клетчатки, %
67,61±0,02
67,43±0,02
68,86±0,02
Зола, %
3,68±0,02
1,93±0,02
1,48±0,02
Углеводы (общий сахар), %
43,08±0,02
44,22±0,02
47,78±0,02
Содержание NO<sup>3-</sup>, мг/кг
117,01±0,02
53,13±0,02
51,55±0,02
Минеральный состав
Натрий (Na), мг %
3,65±0,02
3,43±0,02
3,39±0,02
Калий (K), мг %
163,21±0,02
152,34±0,02
152,68±0,02
Кальций (Са), мг %
21,81±0,02
20,08±0,01
20,38±0,01
Магний (Mg), мг %
10,50±0,01
10,02±0,02
10,10±0,02
Железо (Fе), мг %
0,60±0,02
0,59±0,02
0,57±0,02
Фосфор (Р), мг %
21,85±0,02
20,55±0,02
20,81±0,02
Аминокислотный состав (незаменимые)
Валин, мг/100 г
4,28±0,002
3,99±0,002
4,20±0,002
Изолейцин, мг/100 г
1,84±0,002
1,54±0,002
1,70±0,002
Лейцин, мг/100 г
2,96±0,002
2,35±0,002
2,74±0,002
Лизин, мг/100 г
38,33±0,002
34,28±0,002
36,56±0,002
Метионин + цистин, мг/100 г
16,30±0,002
15,88±0,002
16,20±0,002
Треонин, мг/100 г
3,47±0,002
3,09±0,001
3,20±0,001
Фенилаланин + тирозин, мг/100 г
14,57±0,002
13,77±0,002
14,01±0,002
Содержание тяжелых металлов
Ртуть (Hg), мг/г
-
-
-
Свинец (Pb), мг/г
0,026±0,001
0,024±0,002
0,024±0,002
Мышьяк (As), мг/г
0,000076±0,00003
0,000069±0,00008
0,000068±0,00008
Кадмий (Cd), мг/г
-
-
-
Цезий (Cs<sup>137</sup>), мг/г
-
-
-
Стронций (Sr<sup>90</sup>), мг/г
-
-
-
Содержание пестицидов
ГЧЦГ, мг/кг
0,737±0,001
0,672±0,001
0,670±0,001
ДДТ, мг/кг
-
-
-
Микробиологические показатели
КМАФАнМ, КОЕ/г
83
80
80
S. aureus, КОЕ/г
-
-
-
БГКП (колиформы), КОЕ/г
-
-
-
Витаминный состав
Тиамин (В<sub>1</sub>), мг %
0,044±0,002
0,031±0,001
0,038±0,001
Рибофлавин (В<sub>2</sub>), мг %
0,031±0,002
0,023±0,002
0,025±0,002
Витамин Е, мг %
0,010±0,002
0,003±0,002
0,005±0,002
Витамин С, мг %
8,600±0,002
7,421±0,001
7,673±0,001
Ниацин (РР), мг %
0,210±0,001
0,155±0,002
0,180±0,002
Витамин А, мг %
0,044±0,002
0,032±0,002
0,038±0,002
Витамин В<sub>9</sub>, мг %
0,031±0,002
0,024±0,002
0,025±0,002
Как видно из таблицы, цикорий, обжаренный по предлагаемому способу, имеет более высокое содержание ценных питательных термолабильных веществ по сравнению с прототипом. Это свидетельствует о правильности выбора мягких, щадящих температурно-гидродинамических режимов обжарки, позволяющих в максимальной степени сохранить нативные свойства цикория.
Таким образом, использование предложенного способа производства обжаренных корней цикория позволяет:
- получать обжаренный цикорий с высоким содержанием ценных термолабильных веществ (витамины, моносахара, аминокислоты и др.);
- интенсифицировать процесс и повысить его тепловую эффективность;
- снизить энерго- и трудозатраты на производство обжаренного цикория вследствие использования ступенчатых режимов комбинированной тепловой обработки перегретым паром.