СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОБЖАРЕННЫХ ЖЕЛУДЕЙ
METHOD FOR PRODUCTION OF FRIED ACORNS

Изобретение относится к овощесушильней и пищеконцентратной промышленности и может быть использовано при производстве кофейных напитков с добавлением желудей.
5
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обжарки кофейных зерен паром [Patent 5681607 US, Int. Cl. A23F 5/04; A23F 5/16; A23F 5/00 Process for roasting coffee beans with steam Maki, Yoshiaki (Suzuka, JP) Haruyama, Tsutomu (Mie-ken, JP). Filed: 26.07.1996. Date of Patent: 28.10.1997]. Согласно этому способу зерна кофе обжаривают перегретым паром в два этапа: на первом - в течение 50-300 с при температуре 251-400°С при давлении 6,5-20 бар; а на втором - в течение 60-800 с при температуре 251-400°С при атмосферном давлении.
Недостатком известного способа являются: невысокие показатели качества готовой продукции из-за потери ценных термолабильных веществ вследствие высокой температуры и значительные удельные энергозатраты.
Технической задачей изобретения является улучшение качества готового продукта и повышение тепловой эффективности процесса обжарки за счет использования четырехступенчатого, адаптированного в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса режима обжарки желудей перегретым паром, интенсификация процесса обжарки и снижение энергозатрат на получение готового продукта.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе производства обжаренных желудей, включающем инспекцию сырья, сортировку, мойку, очистку от кожуры, резку, обжарку перегретым паром атмосферного давления, новым является то, что обжарку перегретым паром атмосферного давления проводят в четыре этапа: на первом этапе желуди, порезанные на кубики с линейным размером 3-5 мм, нагревают до температуры 345 К, обрабатывая их перегретым паром с температурой 423 К и скоростью 1,85 м/с в течение 8 мин; на втором этапе - перегретым паром с температурой 433 К и скоростью 1,3 м/с в течение 8 мин, при этом кубики желудей нагреваются до температуры 355 К; на третьем этапе - перегретым паром с температурой 443 К и скоростью 0,8 м/с в течение 2 мин, при этом кубики желудей нагреваются до температуры 358 К; на четвертом этапе - перегретым паром с температурой 453 К и скоростью 0,35 м/с в течение 6 мин, при этом кубики желудей нагреваются до температуры 378 К, затем обжаренные до конечной влажности 3% кубики желудей измельчают для дальнейшего использования.
Технический результат изобретения заключается в улучшении качества готового продукта за счет использования ступенчатых щадящих режимов, повышении тепловой эффективности и интенсификации процесса обжарки и в снижении энергозатрат на получение готового продукта.
На фиг.1 приведены кинетические закономерности ступенчатого режима обжарки желудей с комбинированным теплоподводом: а - кривая обжарки, представляющая собой зависимость влагосодержания от времени; б - кривая скорости обжарки, представляющая собой зависимость скорости обжарки от времени; в - температурная кривая, представляющая собой зависимость температуры продукта от влагосодержания; г - термограмма, представляющая собой зависимость температуры продукта от времени.
Высушенные желуди, используемые в пищевой промышленности, по своему качеству отвечают требованиям ГОСТ 21537-76 «Желуди дубовые».
Внешний вид: очищенные от кожуры и отделенные друг от друга семядоли яйцевидно-продолговатой формы. Наружная сторона семядолей - выпуклая, бороздчатая, внутренняя - плоская или немного вогнутая.
Размеры, мм: длина: 15-20, поперечник: 7-12.
Цвет: светло- или темно-бурый.
Запах: отсутствует.
Вкус: вначале сладковатый, затем горьковяжущий.
Зольность: не более 3%.
Влажность: не более 11%.
Массовая доля неочищенных желудей, частей плодовой кожуры: не более 2%.
Массовая доля измельченных частей, проходящих сквозь сито по ТУ 23.2.2068-89 с отверстиями диаметром 3 мм, не более 2%.
Массовая доля минеральной примеси (песок, земля, пыль, камешки и др.): не более 0,5%.
Наличие помета грызунов и птиц: не допускается.
Наличие плесени и гнили: не допускается.
Наличие устойчивого постороннего запаха, не исчезающего при проветривании, не допускается.
Способ производства обжаренных желудей осуществляют следующим образом.
Желуди моют в вентиляторной моечной машине. Для более интенсивной мойки загрязненных желудей в моечной ванне машины создается бурление посредством подводимого в перфорированные трубы сжатого воздуха. Вымытые желуди из моечной ванны перемещаются наклонным конвейером, в верхней части которого они ополаскиваются водой из душевого устройства. При обработке сильно загрязненных желудей можно увеличить время их пребывания в зоне отмывки путем периодических остановок транспортера.
Затем мытые желуди 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 желуди очищают от кожуры и нарезают кубиками с линейным размером 3-5 мм.
Нарезание желудей на кубики с большим линейным размером, чем 3-5 мм, например 7 мм, значительно увеличивает продолжительность обжарки и снижает производительность линии.
Нарезание желудей на кубики с меньшим линейным размером, чем 3-5 мм, например 1 мм, приводит к образованию в процессе обжарки пылеобразной массы, неравномерности обжарки и, как следствие, снижению качества конечного продукта.
Затем нарезанные на кубики желуди 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 за счет уменьшения градиентов влагосодержания и повышения пластичности 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 желудей с линейным размером 3-5 мм нагреваются до температуры 345 К при обдуве перегретым паром со скоростью 1,85 м/с и температурой 423 К в течение 8 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 345 К, например 335 К, снижает эффективность испарения физико-механической влаги. Нагрев продукта до большей температуры, чем 345 К, например 355 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ (витаминов, углеводов, аминокислот и др.).
Обдув продукта перегретым паром 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 желудей и образованию корочки на поверхности желудей, что затрудняет удаление испаряемой влаги.
Продолжительность первого этапа (8 мин) определена экспериментально в результате анализа полученных кривых обжарки. Использование большей продолжительности первого этапа, например 11 мин, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков желудей 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 желудей, что влечет за собой увеличение продолжительности последующих этапов обжарки и ухудшение качества готового продукта.
На втором этапе предварительно поджаренные порезанные кубики желудей нагреваются до температуры 355 К при обдуве перегретым паром со скоростью 1,3 м/с и температурой 433 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 355 К. Нагрев продукта до меньшей температуры, чем 355 К, например 345 К, снижает эффективность испарения осмотической влаги.
Нагрев продукта до большей температуры, чем 355 К, например 365 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ (витаминов, моносахаров, аминокислот и др.).
Обдув продукта перегретым паром со скоростью, меньшей, чем 1,3 м/с, например 1,0 м/с, не обеспечивает полного удаления испаряемых водяных паров, а следовательно, снижает эффективность тепломассообмена процесса обжарки. Обдув продукта перегретым паром со скоростью, большей, чем 1,3 м/с, например 1,6 м/с, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков желудей 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 желудей 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 желудей, что влечет за собой увеличение продолжительности последующих этапов обжарки и ухудшение качества готового продукта.
На третьем этапе предварительно поджаренные порезанные кубики желудей нагреваются до температуры 358 К при обдуве перегретым паром со скоростью 0,8 м/с и температурой 443 К в течение 2 мин (фиг.1). По мере удаления осмотической (внутриклеточной) влаги скорость теплоносителя, как определяющий фактор интенсивности процесса, теряет свое значение. Поэтому на третьем этапе обжарку предпочтительнее вести при снижающейся скорости и повышающейся температуре теплоносителя. В связи с тем что на интенсивность удаления полиадсорбционной влаги наибольшее влияние оказывает температура, как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влагопереноса, продукт нагревают перегретым паром до температуры 358 К. Нагрев продукта до меньшей температуры, чем 358 К, например 348 К, снижает эффективность испарения полиадсорбционной влаги.
Нагрев продукта до большей температуры, чем 358 К, например 368 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ (витаминов, моносахаров, аминокислот и др.).
Обдув продукта перегретым паром 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 перегретым паром со скоростью, большей, чем 0,8 м/с, например 1,0 м/с, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков желудей и образованию корочки на поверхности частиц, что затрудняет удаление испаряемой влаги.
Продолжительность третьего этапа (2 мин) определена экспериментально в результате анализа полученных кривых обжарки. Использование большей продолжительности третьего этапа, например 3 мин, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков желудей и затрудняет удаление влаги, содержащейся в центральных слоях частиц. Использование меньшей продолжительности третьего этапа, например 1 мин, приводит к тому, что не вся осмотическая влага удаляется из кубиков желудей, что влечет за собой увеличение продолжительности последующих этапов обжарки и ухудшение качества готового продукта.
На четвертом этапе предварительно поджаренные порезанные кубики желудей нагреваются до температуры 378 К при обдуве перегретым паром со скоростью 0,35 м/с и температурой 453 К в течение 6 мин (фиг.1). По мере удаления полиадсорбционной влаги скорость теплоносителя, как определяющий фактор интенсивности процесса, теряет свое значение. В связи с тем что на интенсивность удаления моноадсорбционной влаги наибольшее влияние оказывает температура, как фактор, определяющий интенсивность внутреннего влагопереноса, продукт обжаривают перегретым паром до температуры 378 К.
Нагрев продукта до меньшей температуры, чем 378 К, например 368 К, снижает эффективность испарения моноадсорбционной влаги. Нагрев продукта до большей температуры, чем 378 К, например 388 К, приводит к чрезмерному перегреву продукта и снижению его качества из-за разложения ценных термолабильных веществ.
Обдув продукта перегретым паром 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 потоком перегретого пара со скоростью, большей, чем 0,35 м/с, например 0,5 м/с, приводит к пересушиванию поверхностных слоев кубиков желудей и образованию корочки на поверхности продукта, что затрудняет удаление испаряемой влаги.
Продолжительность четвертого этапа (6 мин) определена экспериментально в результате анализа полученных кривых обжарки. Использование большей продолжительности четвертого этапа, например 9 мин, приводит к пересушиванию кубиков желудей и излишним энергозатратам. Использование меньшей продолжительности четвертого этапа, например 3 мин, приводит к тому, что не вся моноадсорбционная влага удаляется из кубиков желудей, 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 четырех этапах обжарки продукта позволяет выбрать рациональные режимы обжарки с учетом изменения влагосодержания продукта по ходу процесса обжарки.
Затем обжаренные до конечной влажности 3% кубики желудей передаются на дальнейшую переработку.
Способ производства обжаренных желудей поясняется следующим примером.
Пример
Желуди моют в вентиляторной моечной машине. Затем вымытые желуди подвергают инспекции и сортированию, которые проводят вручную на сортировочно-инспекционном транспортере. Далее желуди очищают от кожуры и нарезают кубиками с линейным размером ≈4 мм.
Затем нарезанные на кубики желуди подвергают тепловой обработке перегретым паром. Причем обжарку кубиков желудей проводят перегретым паром в четыре этапа.
На первом этапе желуди, порезанные на кубики с линейным размером 4 мм, обжаривают перегретым паром с начальной температурой 423 К до температуры 345 К при скорости теплоносителя 1,85 м/с в течение 8 мин. При этом удаляется физико-механическая влага, т.е. влага микро- и макрокапилляров и влага смачивания.
На втором этапе предварительно поджаренные кубики желудей обжаривают потоком перегретого пара с начальной температурой 433 К и скоростью 1,3 м/с в течение 8 мин до температуры 355 К. При этом удаляется осмотическая (внутриклеточная) влага.
На третьем этапе предварительно поджаренные кубики желудей обжаривают потоком перегретого пара с начальной температурой 443 К и скоростью 0,8 м/с в течение 2 мин до температуры 358 К. При этом из желудей удаляется полиадсорбционная влага.
На четвертом этапе предварительно поджаренные кубики желудей обжаривают до температуры 378 К потоком перегретого пара с начальной температурой 453 К и скоростью 0,35 м/с в течение 6 мин. При этом из желудей удаляется моноадсорбционная влага.
Затем обжаренные до конечной влажности 3% кубики желудей передают на дальнейшую переработку.
В таблице приведен химический состав свежих и обжаренных по предлагаемому четырехступенчатому режиму желудей (в пересчете на сухое вещество).
Химический состав свежих и обжаренных по предлагаемому четырехступенчатому режиму желудей (в пересчете на сухое вещество)
Измеряемые параметры
Желуди
Свежие
Обжаренные по предлагаемому способу
Общая влага, %
38,10±0,04
2,87±0,02
Массовая доля сырого протеина, %
2,55±0,02
2,44±0,02
Массовая доля сырой клетчатки, %
30,16±0,02
27,83±0,02
Зола, %
3,26±0,02
2,04±0,02
Углеводы (общий сахар), %
68,85±0,02
67,68±0,02
Содержание NO<sup>3-</sup>, мг/кг
56,82±0,02
38,11±0,02
Минеральный состав
Натрий (Na), мг%
17,96±0,02
15,45±0,02
Калий (K), мг%
109,68±0,02
95,39±0,02
Кальций (Са), мг%
84,94±0,02
77,36±0,01
Магний (Mg), мг%
28,34±0,01
24,78±0,02
Железо(Fe), мг%
19,42±0,02
16,34±0,02
Фосфор(Р), мг%
19,64±0,02
16,48±0,02
Аминокислотный состав (незаменимые)
Валин, мг/100 г
4,91±0,02
4,28±0,04
Изолейцин, мг/100 г
-
-
Лейцин, мг/100 г
-
-
Лизин, мг/100 г
-
-
Метионин+цистин, мг/100 г
28,90±0,04
21,17±0,02
Треонин, мг/100 г
9,47±0,04
6,30±0,02
Фенилаланин + тирозин, мг/100 г
27,00±0,02
19,35±0,04
Содержание тяжелых металлов
Ртуть (Hg), мг/г
-
-
Свинец (Pb), мг/г
0,052±0,004
0,041±0,002
Мышьяк (As), мг/г
-
-
Кадмий (Cd), мг/г
-
-
Цезий (Cs<sup>137</sup>), мг/г
-
-
Стронций (Sr<sup>90</sup>), мг/г
-
-
Содержание пестицидов
ГЧЦГ, мг/кг
-
-
ДДТ, мг/кг
-
-
Микробиологические показатели
КМАФАнМ, КОЕ/г
176
115
S. aureus, КОЕ/г
-
-
БГКП (колиформы), КОЕ/г
-
-
Витаминный состав
Тиамин (В<sub>1</sub>), мг%
0,116±0,004
0,064±0,004
Рибофлавин (В<sub>2</sub>), мг%
0,498±0,004
0,306±0,004
Витамин Е, мг%
0,052±0,004
0,029±0,004
Витамин С, мг%
53,178±0,004
31,730±0,004
Ниацин (РР), мг%
1,570±0,004
0,887±0,004
Как видно из таблицы, желуди, обжаренные по предлагаемому способу, сохранили значительное количество ценных термолабильных веществ. Это свидетельствует о правильности выбора мягких щадящих температурно-гидродинамических режимов обжарки, позволяющих в максимальной степени сохранить нативные свойства желудей.
Таким образом, использование предложенного способа производства обжаренных желудей позволяет:
- получать обжаренные желуди с высоким содержанием ценных термолабильных веществ (витамины, моносахара, аминокислоты и др.);
- интенсифицировать процесс и повысить его тепловую эффективность;
- снизить энерго- и трудозатраты на производство обжаренных желудей вследствие использования четырехступенчатого, адаптированного в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса режима обжарки желудей перегретым паром.