УСТАНОВКА ТОСТИРОВАНИЯ СОИ И ОБРАБОТКИ ЗЕРНОВОЙ ОСНОВЫ ДЛЯ ПРОДУКТОВ БЫСТРОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию тепловой обработки зернобобовых продуктов, сои в том числе, электрофизическими методами и может быть использована в пищевой промышленности для тестирования соевых бобов и производства зерновой основы для продуктов быстрого приготовления.
Известен способ обработки не обезжиренных бобов сои [Патент РФ RU 2038797, А 23 К 1/00, А 01 F 25/00, А 23 N 12/00, опубл. 09.07.95] позволяющий повысить питательную ценность сои и снизить содержание антипитательных веществ до безопасного уровня. В основу способа положено замачивание бобов в воде не менее 3 часов. Поверхностную влагу удаляют пропусканием через массу потока воздуха и СВЧ обработкой при температуре массы бобов 90°С до остаточной влажности 7% с последующим охлаждением бобов до температуры окружающей среды.
Известен способ инактивации антипитательных веществ соевых бобов [Патент РФ RU 2057464, А 23 L 1/211, опубл. 10.04.96], который предусматривает промывку цельных соевых бобов водой, замачивание их в щелочном растворе со значением рН 8,3-8,5 до степени набухания 0,3-0,35 и термическую обработку в поле токов СВЧ при градиенте температуры 7-9°С в 1 минуту до влажности соевых бобов 8-12%.
Известен также способ получения жмыха и масла из бобов сои [Патент РФ RU 2232799, С 11 В 1/00 опубл. 04.11.2002], включающий влаготепловую обработку рушанки влажностью 7-20% в электромагнитном поле СВЧ - диапазона удельной мощностью 0,2-2,0 кВт/кг в течение 1-6 минут и термопластическую экструзию.
Реализация предлагаемых способов обработки позволяет снизить активность ингибиторов трипсина до приемлемых величин, а показатель рН уреазы, характеризующий активность ингибиторов, до нулевого значения, но не обеспечивает получения высококачественного продукта из-за остаточного бобового привкуса или привкуса щелочи, кроме того, происходит денатурация или деструкция белка из-за большой длительности обработки в СВЧ поле, что ухудшает его усвояемость или снижает его количество, не удается снизить уровень содержания олигосахаридов далеко не безвредных для организма [Г.И.Мендельсон. Значение соевых белковых продуктов в питании человека. Журнал "Пищевая промышленность" N7, 2004 г., стр.84].
При реализации вышеупомянутых способов предполагается циклическая обработка продукта, замачивание и промывка бобов, для чего требуется наличие громоздкого специального оборудования и дополнительные затраты на утилизацию отходов производства, содержащих вещества, загрязняющие окружающую среду.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой установке является установка для микронизации зерновых продуктов [Патент РФ RU 2168911, А 23 L 1/18, 1/025, 3/01, А 23 В 9/04, F 26 В 3/34 опубл. 20.06.2001], содержащая загрузочный бункер с теплообменным устройством, камеру облучения, вытяжной и нагнетающий вентиляторы, замкнутую систему рециркуляции очистки и подогрева воздуха, плющилку-дозатор и пневмотранспортную систему, при этом теплообменное устройство образовано тремя концентрическими вертикально расположенными корпусами, в верхней части теплообменного устройства наружный сплошной и промежуточный перфорированный корпуса выполнены в виде усеченных конусов, соединенных с загрузочным бункером, в нижней части теплообменного устройства дно наружного корпуса и промежуточный перфорированный корпус соединены с входом камеры облучения, внутренний корпус теплообменного устройства образует своей перфорированной частью с промежуточным перфорированным корпусом по всей его длине равномерный зазор и своей верхней частью соединен с вытяжным воздуховодом замкнутой системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха, который через циклон состыкован с первым патрубком вытяжного вентилятора, выход которого через теплоэлектронагреватель соединен равномерно распределенными подводящими воздуховодами с наружным корпусом теплообменного устройства, причем в качестве камеры облучения используется СВЧ - камера с источником СВЧ - энергии, расположенная соосно с теплообменным устройством, выход которой соединен с плющилкой - дозатором, под которой расположена пневмотранспортная система из нагнетающего вентилятора, приемного устройства и
продуктопровода, воздуховод от источника СВЧ - энергии соединен со вторым патрубком вытяжного вентилятора.
Эта установка хорошо зарекомендовала себя при обработке (микронизации) зернобобовых культур при исходной влажности 10-13%, при этом обеспечиваются оптимальные соотношения качества, длительности обработки и энергопотребления. Зерно в результате обработки имеет низкую остаточную влажность 5%, получается хрупкое, для применения в качестве зерновой основы для продуктов быстрого приготовления не обладает достаточной пластичностью. Для получения необходимого качества зерновой основы требуется повысить исходную влажность зерновых (до 15-17%). При обработке зерна с повышенной влажностью растет содержание влаги в горячем воздухе, проходящем через слой зерна, напрямую зависит от исходной влажности зерна. Поэтому, при обработке зерна с повышенной влажностью, в теплообменном устройстве на внутренней конусообразной поверхности верхней части внутреннего корпуса конденсируется влага, собирается в капли, стекает по конусообразной поверхности и попадает в зерно в зоне обдува воздухом, происходит возврат влаги в зерно, что приводит к росту энергетических затрат, длительности обработки, ухудшению качества обработки. При этом в замкнутой системе рециркуляции, очистки и подогрева воздуха, в циклоне не обеспечивается полная очистка воздуха от влаги, возникает возможность попадания воздуха с содержанием остаточной влаги на теплоэлектронагреватель, что способствует выходу его из строя.
На этой установке удается провести тестирование сои (термическая обработка с остаточным количеством уреазы до 0,25 рН) с собственной влажностью до 12%, без дополнительного увлажнения, при этом обеспечивается разрушение антипитательных веществ. Однако, из-за хорошей продуваемости сои, уже при 12% влажности продуваемый горячий воздух чрезмерно насыщается влагой, возникает возврат влаги в обрабатываемое зерно, удлиняется процесс обработки, невозможно получить на этапе СВЧ обработки градиент температуры достаточный для разрушения олигосахаридов до безопасного уровня.
Целью создания полезной модели является создание установки тестирования сои и обработки зерновой основы для продуктов быстрого приготовления, позволяющей получить высококачественную тестированную сою, при обработке исходного продукта с собственной влажностью, без предварительного увлажнения; улучшение качества обработки зерновых с повышенной исходной влажностью; снижение энергозатратности процесса обработки; увеличение номенклатуры обрабатываемого сырья.
Поставленная цель достигается тем, что в известную установку для микронизации зерновых продуктов [Патент РФ RU 2168911, А 23 L 1/18, 1/025, 3/01, А 23 В 9/04,
F 26 В 3/34 опубл. 20.06.2001], содержащую: загрузочный бункер; камеру облучения в виде СВЧ - камеры с источником СВЧ - энергии; вытяжной и нагнетающий вентиляторы; замкнутую систему рециркуляции очистки и подогрева воздуха; плющилку - дозатор; пневмотранспортную систему; теплообменное устройство, образованное тремя концентрическими вертикально расположенными корпусами, в верхней части наружный сплошной и промежуточный перфорированный, выполнены в виде усеченных конусов соединенных с загрузочным бункером, в нижней части дно наружного корпуса и промежуточного соединены с входом камеры облучения, внутренний корпус образует своей перфорированной частью с промежуточным корпусом по всей его длине равномерный зазор и своей верхней частью соединен с вытяжным воздуховодом замкнутой системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха, который через циклон состыкован с патрубком вытяжного вентилятора соединенного через теплоэлектронагреватель с наружным корпусом теплообменного устройства, дополнительно в теплообменном устройстве выполнен кольцеобразный желоб расположенный наклонно на внутренней конусообразной поверхности сплошной верхней части внутреннего корпуса, нижняя точка желоба располагается на плоскости стыковки с нижней перфорированной частью внутреннего корпуса и соединена с отводящим патрубком; в замкнутой системе рециркуляции, очистки и подогрева воздуха между циклоном и патрубком вытяжного вентилятора установлен паросепаратор, снабженный патрубком приточного воздуха с задвижкой, сливным краном; продуктопровод пневмотранспортной системы через устройство фильтрации соединен с патрубком вытяжного вентилятора замкнутой системы рециркуляции.
Сущность полезной модели заключается в поэтапном воздействии горячего воздуха и СВЧ энергии на обрабатываемый продукт. На первом этапе сухим горячим воздухом обеспечивается испарение влаги с поверхности зерен со скоростью выше скорости ее перемещения из внутренних слоев к поверхности. Это позволяет подсушить поверхностный слой зерен, увеличить подвижность молекул воды в капиллярах и клетках зерновки, приблизить ее температуру к температуре кипения, получить парциальное давление внутри капилляров превышающее давление теплоносителя. При повышенной влажности исходного обрабатываемого зерна избыточная влага горячего воздуха частично конденсируется в теплообменном устройстве на внутренней конусообразной поверхности верхней части внутреннего корпуса. Конденсат собирается в кольцеобразном желобе и через отводящий патрубок выводится наружу, что устраняет попадания этой влаги в зерно. Окончательная очистка горячего воздуха от влаги осуществляется в замкнутой системе рециркуляции, очистки и подогрева воздуха, в паросепараторе, в
котором на внутренней стенке циклона, при соприкосновении с ней потоков горячего и холодного забортного воздуха, оседает конденсат и через кран выводится наружу. Степень очистки определяется температурой и количеством забортного воздуха, при этом горячий воздух охлаждается, а забортный нагревается. В замкнутой системе рециркуляции, очистки и подогрева воздуха потери количества воздуха и снижение его температуры компенсируются подогретым забортным воздухом паросепаратора и пневмотранспортной системы. На втором этапе обработки под воздействие СВЧ поля в обрабатываемом продукте за счет резкого скачкообразного нагрева вскипает внутренняя влага, происходят структурные изменения зерновки, разрушение низкомолекулярных белков (ингибиторов трипсина и уреазы), преобразование крахмала в легкоусвояемую форму, разрушение олигосахаридов. Фиксация результатов обработки осуществляется последующей выдержкой обработанного продукта в спадающем по уровню по экспоненциальному закону СВЧ поле при неизменной температуре.
На фиг.изображена установка тестирования сои и обработки зерновой основы для продуктов быстрого приготовления (далее установка) и схема технологического процесса (стрелками показаны направления движения зерна и пути прохождения воздуха, качественные изменения продукта и состояние воздушных потоков в процессе обработки характеризуются видом и окраской стрелок), цифрами обозначены:
1 - загрузочный бункер;
2 - камера облучения;
3 - СВЧ - камера;
4 - источник СВЧ - энергии;
5 - вытяжной вентилятор;
6 - нагнетающий вентилятор;
7 - замкнутая система рециркуляции, очистки и подогрева воздуха;
8 - плющилка - дозатор;
9 - пневмотранспортная система;
10 - теплообменное устройство;
11 - наружный корпус;
12 - промежуточный корпус;
13 - внутренний корпус;
14 - дно наружного корпуса;
15 - зазор между внутренним и наружным корпусами;
16 - вытяжной воздуховод;
17-циклон;
18 - патрубок вытяжного вентилятора;
19 - теплоэлектронагреватель;
20 - кольцеобразный желоб;
21 - верхняя часть внутреннего; корпуса;
22 - отводящий патрубок;
23 - паросепаратор;
24 - патрубок приточного воздуха;
25 - задвижка;
26 - сливной кран;
27 - устройство фильтрации;
28 - циклон;
29 - наружная оболочка - корпус;
30 - продуктопровод.
Установка содержит загрузочный бункер 1, камеру облучения 2 в виде СВЧ-камеры 3 с источником СВЧ-энергии 4, вытяжной 5 и нагнетающий 6 вентиляторы, замкнутую систему рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7, плющилку - дозатор 8, пневмотранспортную систему 9, теплообменное устройство 10, наружный 11, промежуточный 12, внутренний 13 корпуса теплообменного устройства, дно 14 наружного корпуса, зазор 15 между внутренним и наружным корпусами, вытяжной воздуховод 16 замкнутой системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха, циклон 17, патрубок 18 вытяжного вентилятора, теплоэлектронагреватель 19, кольцеобразный желоб 20 на внутренней поверхности верхней части 21 внутреннего корпуса, отводящий патрубок 22, паросепаратор 23, патрубком приточного воздуха 24, задвижку 25, сливной кран 26, устройство фильтрации 27.
В загрузочном бункере 1 цилиндрической формы в теплообменном устройстве 10 выполнены три вертикально расположенные корпуса 11-13. В верхней части теплообменного устройства 10 наружный 11 сплошной и промежуточный 12 перфорированный корпуса выполнены в виде усеченных конусов, соединенных с загрузочным бункером 1. В нижней части теплообменного устройства 10, дно 14 наружного 11 корпуса и промежуточный 12 перфорированный корпус соединены с входом камеры облучения 2. Внутренний корпус 13, теплообменного устройства 10, своей перфорированной частью повторяет форму промежуточного 12 корпуса и образует с ним равномерный зазор 15, размеры которого выбраны из соображения обеспечения устойчивого движения минимального слоя зерна самотеком, под тяжестью собственного веса, при максимальном обтекании горячим воздухом. Форма и размеры отверстий перфорации выбраны таким образом, чтобы не происходило просыпания зерна через них и обеспечивалось вращение зерен при скольжении по поверхности перфорированных частей корпусов промежуточного 12 и внутреннего 13, что способствует перемешиванию зерна при движении и улучшает доступ горячего воздуха к поверхности зерна. Верхняя часть 21 внутреннего 13 корпуса выполнена в виде сплошного конуса вершиной соединенного с вытяжным воздуховодом 16 замкнутой системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7. На внутренней конусообразной поверхности верхней части 21 внутреннего 13 корпуса выполнен кольцеобразный желоб 20, расположенный наклонно, нижняя точка которого, находится на плоскости стыковки верхней сплошной и нижней перфорированной частей внутреннего 13 корпуса и соединена с отводящим патрубком 22. Размеры и угол наклона желоба 20 выбираются из соображения обеспечения отвода жидкости конденсируемой на внутренней конусообразной поверхности внутреннего 13 корпуса.
Замкнутая система рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7 представляет собой последовательное соединение вытяжного воздуховода 16, отводящего воздух из внутреннего 13 корпуса теплообменного устройства 10, циклона 17, паросепаратора 23, снабженного патрубком приточного воздуха 24 с задвижкой 25 и сливным краном 26, соединенного с вытяжным вентилятором 5 через патрубок 18, теплоэлектронагревателя 19, который соединен с наружным корпусом 11 теплообменного устройства. Циклон 17 выполнен цилиндрического типа с винтовой вставкой для закручивания потока воздуха [В.И.Горбатюк Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999, 335 с., стр.132.], что удлиняет путь его прохождения, следовательно, способствует улучшению очистки воздуха от пыли, влаги, за счет оседания ее капель на стенках циклона. Паросепаратор 23 выполнен в виде циклона 28, оснащенного наружной оболочкой-корпусом 29, заполняемой через патрубок приточного воздуха 24 задвижку 25 холодным забортным воздухом, поступающим далее через патрубок 18 на вытяжной вентилятор 5. Выделяемая внутри циклона 28 влага через сливной кран 26 выводится наружу. Конструктивно это две цилиндрические емкости, вставленные одна в другую, между стенками которых пропускается воздух. Задвижка 25 служит для регулировки подачи холодного воздуха.
Камера облучения 2 состоит из СВЧ - камеры 3, источника СВЧ - энергии 4 с принудительным охлаждением, выделенное тепло используется в замкнутой системе рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7. СВЧ - камера выполнена компактной, размеры обеспечивают воздействие на обрабатываемое зерно СВЧ полем с удельной мощностью не менее 35 кВт/кг при напряженности электрической составляющей электромагнитного поля не менее 200 В/см. и градиенте роста температуры 10-15°С в секунду. Она расположена под загрузочным бункером 1, соосно с теплообменным устройством 10. Выход СВЧ - камеры 3 соединен с плющилкой - дозатором 8, которая выполнена с регулируемой скоростью плющения зерна.
Пневмотранспортная система 9 состоит из нагнетающего вентилятора 6, продуктопровода 30 и устройства фильтрации 27 соединенного с вытяжным вентилятором замкнутой системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7.
Для предотвращения потерь тепла при обработке, конструктивные элементы теплообменного устройства 10, системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7 и камеры облучения 2 выполнены теплоизолированными.
Установка работает следующим образом.
Предварительно очищенное зерно подается в загрузочный бункер 1, самотеком заполняет зазор 15 между промежуточным 12 и внутренним 13 корпусами теплообменного устройства 10, где обдувается горячим воздухом, подаваемым с замкнутой системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7 вытяжным вентилятором 5 через электронагреватель 19, воздух проходит по пространству между наружным 11 и промежуточным 12 корпусами, через перфорированные стенки промежуточного 12 и внутреннего 13 корпусов и, отдавая часть тепла зерну, отсасывается тем же вытяжным вентилятором 5 через его патрубок 18, через вытяжной воздуховод 16, циклон 17, где очищается от мелких примесей зерна, пыли и частично влаги, через паросепаратор 23, где окончательно очищается от влаги, и вновь поступает через теплоэлектронагреватель 19 в теплообменное устройство 10. Горячий воздух проходит через зерно под давлением, обеспечивающим удаление поверхностной влаги, и разогревает его до заданной температуры, значение которой регулируется автоматически количеством тепла, отдаваемым теплоэлектронагревателем 19. Насыщенность горячего воздуха влагой прошедшего через слой зерна напрямую зависит от исходной влажности зерна, поэтому при обработке зерна с повышенной влажностью на внутренней конусообразной поверхности верхней части 21 внутреннего корпуса 13 конденсируется влага, собирается в капли, стекает по конусообразной поверхности и попадает в наклонный кольцеобразный желоб 20, по которому через патрубок 22 выводится наружу. Потери воздуха в системе рециркуляции, очистки и подогрева воздуха 7 компенсируются теплым воздухом от источника СВЧ - энергии 4, забортным подогретым из паросепаратора 23 и подогретого из устройства фильтрации 27 пневмотранспортной системы 9. Далее разогретое зерно самотеком поступает в СВЧ - камеру 3, где под действием СВЧ - энергии подводимой от источника СВЧ - энергии 4, происходит интенсивный объемный нагрев зерна, воздействуя на внутреннюю свободную и связанную влагу, благодаря чему происходят структурные изменения в зерновке по двум направлениям - резкое повышение давления в клетках, избыточное давление в порах и капиллярах, создается ситуация когда время истечения жидкости и пара из капилляров больше времени нагрева происходит тепловой взрыв, в результате чего разрушаются клетки зерновки [В.М.Кононов, А.Ф.Носовец. Теория микронизации зерновых воздействием СВЧ энергии. Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия: Общие вопросы радиоэлектроники, Вып.1, Москва-Таганрог, 2003, стр.146]. В результате этого крахмал превращается в легкоусвояемую форму декстрин, в сое снижается активность уреазы, разрушаются ингибиторы трипсина, олигосахариды, растет переваримость протеина. Одновременно происходит дезодорация сои, исчезает бобовый привкус, уничтожаются патогенные микроорганизмы и грибки. При перемещении по СВЧ - камере 3 зерно, после воздействия СВЧ - энергии, выдерживается определенное время в спадающем по уровню по экспоненциальному закону СВЧ-поле, при неизменной температуре зерна, этим достигается фиксация результатов обработки. Значительно увеличенное в размерах зерно поступает в плющилку - дозатор 8, где плющится для закрепления результатов обработки, для предотвращения восстановления молекулярных связей, и поступает в пневмотранспортную систему 9, где подхватывается воздушным потоком, создаваемым нагнетающим вентилятором 6, образуется зерновоздушная смесь, которая транспортируется по продуктопроводу 30 на выгрузку. В процессе транспортировки зерно охлаждается, а воздух нагревается, очищается в устройстве фильтрации 27, и поступает в вытяжной вентилятор 5. Установка оснащена элементами автоматики, которые позволяют поддерживать оптимальные режимы обработки зерна, при этом соотношение воздействия конвективной и СВЧ - энергии составляет как 2,5:1 [В.М.Кононов, А.Ф.Носовец, И.М.Чекрыгина. Оптимальные энергетические соотношения при микронизации зерновых культур. Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия: Общие вопросы радиоэлектроники, Вып.1, Москва-Таганрог, 2004, стр.261-265].
Данная установка обеспечивает следующий технический результат по сравнению с прототипом:
- качественное тестирование сои с исходной собственной влажностью, без предварительного увлажнения, достигается разрушении уреазы (до уровня не более 0,25 рН), ингибитора трипсина и олигосахаридов (до уровня содержания не более 2%);
- получение высокого качества обработанной продукции с повышенной исходной влажностью, улучшение питательных свойств сои и зерновых за счет более глубокого преобразования крахмала в легкоусвояемую форму;
- снижение энергозатратности процесса обработки, за счет более глубокой очистки воздуха в системы рециркуляции, очистки и подогрева воздуха;
- увеличение номенклатуры обрабатываемого сырья, за счет расширение диапазона исходной влажности сырья.
Установка тестирования сои и обработки зерновой основы для продуктов быстрого приготовления может применятся в пищевой промышленности в производстве продуктов питания с содержанием сои, в производстве продуктов питания быстрого приготовления на зерновой основе, а также в комбикормовой промышленности при производстве высокопитательных комбикормов.
Практическая промышленная применимость установки не вызывает затруднений. Установка выполнена в виде шкафа, все элементы конструкции смонтированы на раме, выполненной из металлических профилей. Элементы соединения, опорные стойки, устройства обработки продукта выполнены из условия обеспечения механической прочности с учетом массы обрабатываемого продукта. Биологическая защита установки обеспечивается защитными кожухами и закрытой конструкцией.
В установке максимально используются серийно выпускаемые комплектующие и устройства: вентиляторы ВТ-300-45-2.1 и 1,0 ЭВ-1-4-4-3270, электродвигатель AИP100S4-1P44, магнетрон М-168 с блоком питания и замкнутой системой охлаждения на основе радиатора водяного 3302-1301.010-34 и электронасоса П8-ОНВ-М..
Установка выполнена в виде конструктивно законченного отдельного модуля, легко сопрягается с имеющимся оборудованием, встраивается в существующие линии по переработке зернобобовых. Электропитание - промышленная трехфазная электросеть напряжением 380 В, 50 Гц.