СПОСОБ ВАКУУМНОЙ СУШКИ ТВОРОГА
METHOD OF VACUUM DRYING OF YOGHURT CHEESE

Изобретение относится  к вакуумной сушке пищевых продуктов и может быть использовано для вакуумной сушки творога.
Известны способы вакуумной сублимационной сушки творога в герметичном объеме, основанные на: нагреве творога при помощи греющих плит до температуры, не превышающей (30±1)°С [1]; нагреве творога высокотемпературными ламповыми нагревателями до температуры (40-60)°С с последующим отделением паров воды и откачиваемых газов [2].
Недостатком первого способа является низкое качество технологического процесса сушки за счет длительности процесса сушки (18±3) часа и высокого градиента температур по объему высушиваемого слоя творога.
Недостатком второго способа являются большие затраты энергии и длительность процесса сушки.
Наиболее близким по реализации и получаемому результату является способ вакуумной сушки пищевых продуктов при остаточном давлении (4-8) кПа путем нагрева пищевых продуктов в герметичной камере импульсами инфракрасного излучения до (30-50)°С при перемешивании, с последующей конденсацией паров воды системой водяного охлаждения [3].
Недостатком прототипа являются относительно большие затраты энергии за счет длительности процесса сушки и низкое качество высушенных продуктов из-за неучета величины тепловой нагрузки и состояния, в котором продукт поступает на сушку.
В основу изобретения положена задача создания технологии получения сухого творога, имеющего высокие качественные показатели при сокращенной продолжительности процесса сушки и низких затратах энергии.
2
Эта задача решается за счет того, что в камере сушки создается остаточное давление 3-4 кПа, нагрев творога осуществляют импульсами инфракрасного излучения до температуры (57-63)°С при величине плотности теплового потока (3,48-3,88) кВт/м, а также тем, что творог на сушку поступает с толщиной слоя, равной 15 мм при диаметрах гранул 5 мм.
2
Пример 1. Гранулированный творог с диаметром гранул 5 мм толщиной слоя 15 мм помещают на поддон и устанавливают в вакуумную камеру. Создают остаточное давление 4 кПа, творог нагревают импульсами инфракрасного излучения до 60°С при величине плотности теплового потока 3,68 кВт/м. Сушку ведут до достижения творогом влажности 4%. Конденсацию испарившейся влаги осуществляют испарителем холодильной машины с температурой поверхности минус 30°С. Полученный сухой творог имеет высокие оценки по качеству, длительные сроки хранения при продолжительности сушки, не превышающей 4,5 часа.
Пример 2. Выполняют по примеру 1, при этом творог нагревают импульсами инфракрасного излучения до 57°С. Качество творога и характер процесса сушки аналогичны примеру 1.
Пример 3. Выполняют по примеру 1, при этом творог нагревают импульсами инфракрасного излучения до 50°С. Качество творога аналогично примеру 1. Продолжительность процесса увеличивается до 5,2 часа за счет менее интенсивного испарения влаги из творога.
Пример 4. Выполняют по примеру 1, при этом творог нагревают импульсами инфракрасного излучения до 63°С. Качество творога и характер процесса сушки аналогичны примеру 1.
Пример 5. Выполняют по примеру 1, при этом творог нагревают импульсами инфракрасного излучения до 70°С. Продолжительность процесса сокращалась до 3,5 часов, но качество творога было неудовлетворительное, так как некоторые гранулы пригорали.
2
Пример 6. Выполняют по примеру 1, при величине плотности теплового потока 3,48 кВт/м. Качество творога и характер процесса сушки аналогичны примеру 1.
2
Пример 7. Выполняют по примеру 1, при величине плотности теплового потока 3,08 кВт/м. Качество творога аналогично примеру 1. Продолжительность процесса увеличивается до 5 часов.
2
Пример 8. Выполняют по примеру 1, при величине плотности теплового потока 3,88 кВт/м. Качество творога и характер процесса сушки аналогичны примеру 1.
2
Пример 9. Выполняют по примеру 1, при величине плотности теплового потока 4,28 кВт/м. Происходит нежелательное быстрое удаление влаги из поверхностного слоя, что резко увеличивает температуру творога выше допустимой, наблюдается наличие пригорелых гранул.
Пример 10. Выполняют по примеру 1, при величине остаточного давления 3 кПа. Качество творога и характер процесса сушки аналогичны примеру 1.
Пример 11. Выполняют по примеру 1, при величине остаточного давления 2 кПа. Качество творога аналогично примеру 1, но процесс сушки протекает при больших затратах энергии.
Пример 12. Выполняют по примеру 1, при величине остаточного давления 5 кПа. Качество творога аналогично примеру 1. Продолжительность процесса увеличивается до 5,1 часа за счет того, что повышается температура кипения.
Пример 13. Выполняют по примеру 1, при сушке творога слоем 10 мм. Качество творога аналогично примеру 1, но производительность установки снижается по сравнению с примером 1. Это объясняется тем, что фактическая масса творога, поступающего на сушку при толщине 15 мм, больше в 1,5 раза чем при толщине 10 мм, а продолжительность сушки при толщине 15 мм увеличивается всего на 15% по сравнению с продолжительностью сушки при толщине 10 мм.
Пример 14. Выполняют по примеру 1, при сушке творога слоем 20 мм. Качество творога ухудшается, так как гранулы между собой слипались и творог имел повышенную массовую долю влаги, равную 5,5%. Продолжительность процесса сушки увеличилась до 6,3 часа.
Пример 15. Выполняют по примеру 1, при сушке творога с диаметром гранул 4 мм. Гранулы между собой слипались, но продолжительность процесса оставалась неизменной, равной 4,5 часа.
Пример 16. Выполняют по примеру 1, при сушке творога с диаметром гранул 6 мм. Гранулы плохо прогреваются, и продолжительность сушки увеличивается до 5,4 часа.
Пример 17. Выполняют по примеру 1, при этом сушку ведут до влажности 3%. Продолжительность процесса увеличивается до 5,8 часа, что приводит к неоправданному расходу энергии.
Пример 18. Выполняют по примеру 1, при этом сушку ведут до влажности 5%. Продолжительность процесса сокращается до 4,3 часа. Продолжительность хранения сокращается до 14 месяцев, это объясняется тем, что повышенное содержание влаги является благоприятным условием для более быстрого развития микроорганизмов.
Пример 19. Выполняют по примеру 1, при этом поддерживают температуру поверхности испарителя минус 27°С. Повышение температуры поверхности испарителя от минус 30°С до минус 27°С приводит к повышению парциального давления у поверхности испарителя. При этом разница парциальных давлений в камере и у поверхности испарителя становится меньше, что приводит к замедлению отвода влаги из вакуумной камеры и увеличению продолжительности сушки до 4,8 часа.
Пример 20. Выполняют по примеру 1, при этом поддерживают температуру поверхности испарителя минус 33°С. Понижение температуры испарителя приводит к повышению коэффициента рабочего времени холодильной машины и, как следствие, увеличению затрат энергии. Заметного сокращения времени сушки не наблюдается, поэтому неоправданно понижать температуру поверхности испарителя ниже минус 30°С.
Качественные показатели творога вакуумной сушки приведены в таблице.
Как видно из примеров, предлагаемый способ по сравнению с аналогами и прототипом сокращает продолжительность сушки в среднем в 2-4 раза, кроме того, позволяет улучшить качественные показатели сухого творога при низких затратах энергии.
При остаточных давлениях (3-4) кПа температура кипения воды составляет (24,09-28,97)°С. Нагрев импульсами инфракрасного излучения до температуры (57-63)°С при остаточном давлении 3-4 кПа обеспечивает интенсивное вскипание и удаление влаги из творога за счет того, что температура, равная (57-63)°С, в два раза больше температур кипения (28,09-28,97)°С при остаточных давлениях, равных (3-4) кПа. За счет этого происходит сокращение процесса вакуумного обезвоживания творога.
Важной характеристикой процесса сушки является тепловая нагрузка, в аналогах и прототипе она не учитывается, что является одним из их недостатков.
2
2
Тепловая нагрузка на поверхности творога не должна превышать (3,48-3,88) кВт/м при температуре (57-63)°С и остаточном давлении (3-4) кПа в течение всего процесса сушки. Величина тепловой нагрузки (3,48-3,88) кВт/м при сушке творога обеспечивает максимальную скорость сушки без образования сухой корочки на поверхности, которая препятствует выходу влаги и, как следствие, увеличивает продолжительность сушки.
Кроме тепловой нагрузки в аналогах и прототипе не учитывается, в каком состоянии продукт должен поступать на сушку, а это, в свою очередь, приводит к увеличению затрат энергии, продолжительности сушки и ухудшению качества сухого продукта.
Для обеспечения экономичной работы вакуумной сушилки и получении сухого творога высокого качества необходимо сушить его в виде гранул диаметром 5 мм и толщиной слоя, равной 15 мм, при вышеперечисленных режимных параметрах. Высушенный творог имеет высокие оценки по физико-химическим, органолептическим и микробиологическим показателям. Конденсация испарившихся паров осуществляется испарителем холодильной машины с температурой минус (27-33)°С.
Способ вакуумной сушки творога поясняется при помощи установки, схема которой представлена на чертеже.
Схема установки для осуществления способа включает: насос вакуумный 1, камеру 2, компрессор холодильной машины 3, конденсатор 4, отделитель жидкости 5, десублиматор 6, ресивер 7, вакуумметр 8, терморегулирующий вентиль 9.
Способ реализуется следующим образом, в вакуумную камеру 2 на электронные весы устанавливается поддон с творогом, и камера герметично закрывается. Инфракрасные нагреватели установлены в камере в верхней и нижней части на расстоянии (50-70) мм от поддона, на котором расположен творог, производят нагрев импульсами инфракрасного излучения до температуры (57-63)°С.
В нижней части камеры расположен трубопровод, соединяющий камеру 2 с десублиматором 6. Десублиматор представляет собой кожухозмеевиковый теплообменный аппарат с внутритрубным кипением хладагента. Змеевик, расположенный внутри десублиматора, является испарителем холодильной машины. Десублиматор предназначен для удаления паров воды из вакуумной камеры, образующихся в процессе сушки. Наличие холодной поверхности змеевика позволяет сконденсировать влагу, удаленную из творога, что интенсифицирует процесс сушки в результате установления разности парциальных давлений в конденсаторе и сушильной камере. Разность парциальных давлений заставляет пар перемещаться от творога к поверхности испарителя. В течение всего процесса сушки на поверхности змеевика происходит намораживание влаги, испарившейся из продукта. В нижней части десублиматора расположен вентиль для разгерметизации системы и удаления намерзшей на испарителе влаги по завершению процесса сушки. Остаточное давление, равное 3-4 кПа, поддерживается с помощью двухступенчатого вакуумного насоса.
Предложенный способ сушки творога позволяет получить сухой творог высокого качества за счет относительно низкой температуры и плотности тепловой нагрузки в течение всего процесса сушки, сократить продолжительность процесса до (4-4,5) часов и значительно снизить затраты энергии. Сухой творог имеет длительный срок хранения 18 месяцев, так как остаточная влажность составляет не более 4%.
Источники информации
1. Петров А.Н. Консервирование творога на основе лиофилизации / А.Н.Петров, С.Н.Россихина, С.Н.Туровская // Молочная промышленность. - 2004. - №8. - С 32-35 (аналог).
2. Радаева И.А. Сушка молочных продуктов методом сублимации: Обзорная информация / И.А.Радаева, С.П.Шулькина. - М.: ЦНИИИ и ТЭИ мясомолпром СССР, 1973, - 48 с. (аналог).
3. Патент №2279020 Российская Федерация, МПК 7 F26B 5/04. Способ вакуумной сушки пищевых продуктов / Попов A.M., Белокуров А.Г., Попов А.А. - КемТИПП. - №2004133432/13; заявл. 16.11.2004; опубл. 27.06.2006 (прототип).