СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ, В ЧАСТНОСТИ НА ЗАМОРОЖЕННЫЕ ПРОДУКТЫ, ПРИ КОНТРОЛИРУЕМОМ НАГРЕВЕ РОТОРА(ОВ)
METHOD FOR CONTINUOUS COATING OF FOOD PRODUCTS, IN PARTICULAR FROZEN PRODUCTS, WITH CONTROLLED HEATING OF ROTOR(S)

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из (жидкого или пастообразного) вещества на пищевые продукты, включающему один или несколько этапов подведения фригорий для образования корки из вещества покрытия вокруг пищевых продуктов.
Пищевыми продуктами могут быть, в частности, овощи, бобовые, мясо, рыба, фрукты или зерновые продукты, взятые раздельно или в смеси.
В частности, в данном случае предметом изобретения являются способы нанесения покрытия, включающие:
- этап а) переохлаждения пищевых продуктов путём подвода снаружи фригорий, до температуры ниже их начальной температуры перед приведением в соприкосновение пищевых продуктов с веществом покрытия, затем
- этап б) приведения в соприкосновение переохлаждённых пищевых продуктов, полученных на этапе а), с веществом покрытия, причём на этом этапе покрытие вокруг продуктов образуется вследствие замерзания упомянутого вещества покрытия только под действием переноса фригорий с пищевых продуктов на вещество покрытия, т.е. без подвода фригорий снаружи.
В источнике информации FR 2789270 А1 раскрыт такой способ нанесения покрытия, в котором этапы а) и b) проводятся непрерывно.
При необходимости замерзание вещества покрытия вокруг пищевых продуктов согласно изобретению может быть только частичным по окончании этапа b), при этом способ может включать дополнительно этап c), на котором к продуктам с нанесённым на этапе b) покрытием подводятся снаружи фригории до полного замерзания вещества покрытия.
Начальная температура продуктов на этапе а) может соответствовать замёрзшему состоянию, например, температуре от -20 до -10°С.
Предметом изобретения являются способы нанесения покрытия, в которых этапы а), b) и при необходимости этап c) проводятся предпочтительно непрерывно, в частности, способы нанесения покрытия в промышленном масштабе с целью достижения значительной производственной мощности.
В частности, предметом изобретения является этап b), применённый заявителем на испытательной стадии в производственной линии, содержавшей узел нанесения покрытия и приведения в соприкосновение вещества покрытия, содержавший камеру обработки и систему смешивания и подачи с двумя роторами противоположного вращения, что позволяло перемешивать пищевые продукты в камере обработки; при (предпочтительно непрерывной) подаче вещество покрытия поступает в эту камеру обработки для опрыскивания переохлаждённых пищевых продуктов, в частности, в нескольких местах впрыскивания в зависимости от заданной длины камеры обработки. Остаточная часть этой длины камеры предназначена для завершения процесса образования корки из вещества покрытия.
Камеру обработки загружают с учётом заданного расхода переохлаждённых на этапе а) продуктов, по меньшей мере, через одно загрузочное отверстие в камере. Оба ротора противоположного вращения приводят в действие. Приведённые в действие роторы противоположного вращения обеспечивают подачу пищевых продуктов с учётом заданного времени их выдержки в камере обработки; во время своего перемещения переохлаждённые пищевые продукты опрыскиваются веществом покрытия с целью обеспечения соприкосновения вещества покрытия с пищевыми продуктами и образования, по меньшей мере, частичной корки из вещества покрытия (в результате перехода фригорий от пищевых продуктов к веществу покрытия, в соответствии с этапом b)).
Вращением роторов обеспечивается перемешивание пищевых продуктов. Перемешивание под действием ротора позволяет обеспечить непрерывное относительное движение пищевых продуктов и таким образом избежать их комкование под действием сильного холода. Такое перемешивание даёт также возможность для распределения впрыскиваемого в камеру обработки вещества покрытия по всей поверхности пищевых продуктов для получения однородного покрытия вокруг пищевых продуктов.
Такой способ нанесения покрытия был испытан в том случае, когда узел нанесения покрытия и приведения в соприкосновение вещества покрытия содержал два ротора противоположного вращения, расположенных по существу рядом и параллельно, каждый из которых был образован по существу цилиндрическим валом и снабжён комплектом устройств, по существу радиальных относительно вала, равномерно распределённых по длине вала по геликоидальной траектории.
Такой способ непрерывного нанесения покрытия является удовлетворительным в том случае, когда производственные мощности являются умеренными, даже средними, или же когда вещество покрытия характеризуется определёнными признаками (малая доля покрытия, природа вещества, содержание сухих веществ, содержание жира и соли).
В то же время возникли проблемы блокирования в том случае, когда производственные мощности возросли и стала значительной продолжительность работы производственной линии и/или когда доля вещества покрытия стала значительной, обычно свыше 10 % по массе по отношению к пищевым продуктам, и/или когда для этого стало пригодным вещество покрытия по своей природе и/или по содержанию в нём сухих веществ или же по содержанию жирового вещества и соли; при использовании такого способа было отмечено нарастающее накопление вещества покрытия в камере обработки, при этом отмечено прохождение через разные реологические/термодинамические состояния, что могло доходить до замерзания и блокированию камеры узла через несколько часов работы.
Анализ камеры обработки, проведённый авторами изобретения, позволил установить, что скопление вещества покрытия происходит преимущественно на роторах и, в частности, на радиальных элементах ротора; слой покрывает периферийную поверхность, утолщаясь радиально до заполнения промежутка между обоими роторами противоположного вращения. В этом случае пищевые продукты более не могут перемещаться надлежащим образом между роторами; следовательно, способ оказывается полностью блокированным.
В отношении некоторых веществ покрытия, а также в случае умеренных показателей производственной мощности авторами изобретения были выявлены неравномерности качества нанесённого покрытия на пищевые продукты, а именно, образовавшее корку вещество покрытия не было равномерно распределено по всей поверхности пищевых продуктов.
Целью настоящего изобретения является устранение приведённых выше недостатков путём предложения способа нанесения покрытия на пищевые продукты, который, по меньшей мере, согласно варианту выполнения, был бы надёжным даже в том случае, когда производственные мощности являются значительными, какими бы при этом не были продолжительность работы линии нанесения покрытия и/или доля наносимого вещества и/или содержание сухого вещества и/или содержание жирового вещества и соли.
Другой целью данного изобретения является предложение, по меньшей мере, согласно варианту выполнения, способа нанесения покрытия, который позволяет существенно повысить качество покрытия и при котором вещество покрытия равномерно покрывает всю поверхность пищевых продуктов.
Другие цели и преимущества настоящего изобретения изложены ниже в его описании, приведённом только для сведения и не ограничивающем его.
Сущность изобретения
Заявителю удалось исключить явление, при котором вещество покрытия скапливается на устройствах с механическим приводом для перемешивания (т.е. на обоих роторах противоположного вращения), путём применения контролируемого нагрева при проведении этапа b) при индуктивном подводе килокалорий, в частности, вплоть до радиальных элементов роторов.
Понятно, что применение такого вида нагрева сложно и нетипично, поскольку требуется подвести к устройству перемешивания (т.е. к роторам) достаточное количество тепла для предупреждения упомянутого скопления на устройстве, являющееся однако умеренным из опасения не получить (по меньшей мере, частичного) замерзания вещества покрытия на этапе b) при передаче фригорий от переохлаждённых пищевых продуктов к веществу покрытия.
Таким образом, особое внимание уделяется достаточно точному регулированию степени нагрева для достижения указанной цели; при использовании электрического (резистивного) нагрева возможно точно регулировать степень нагрева через управление мощностью посредством PWM (Pulse Width Modulation – широтно-импульсная модуляция, ШИМ). Путём снижения циклического соотношения при управлении посредством ШИМ уменьшают степень нагрева. И наоборот, при увеличении циклического соотношения при управлении посредством ШИМ повышают степень нагрева.
Такой контролируемый нагрев при проведении этапа b) позволяет избежать проблем блокирования линии в том случае, когда показатели производственной мощности являются значительными, составляя обычно около одной тонны в час пищевых продуктов с нанесённым покрытием (или более).
Неожиданно, даже при более средних показателях производственной мощности (составляющих менее 1 т/ч продуктов с нанесённым покрытием), при которых проблемы в отношении накопления не являются существенными, авторами изобретения отмечено значительное повышение качества нанесённого покрытия, а именно лучшее распределение вещества покрытия вокруг пищевых продуктов и значительное снижение мелких фракций по сравнению с применением на этапе b) без нагрева.
Согласно имеющемуся пониманию авторов изобретения применение контролируемого нагрева позволяет эффективно сократить время для застывания и замерзания вещества покрытия. Без нагрева и передачи калории веществу покрытия замерзание протекает довольно часто слишком резко для того, чтобы вещество покрытия имело время для равномерного покрытия всей поверхности пищевых продуктов.
Раскрытие изобретения
Поэтому изобретение относится к способу нанесения вещества покрытия на пищевые продукты, включающему:
- этап а) переохлаждения пищевых продуктов подводом снаружи фригорий до температуры ниже их начальной температуры перед приведением в соприкосновение пищевых продуктов с веществом покрытия, затем
- этап b) приведения в соприкосновение переохлаждённых полученных на этапе а) пищевых продуктов, с веществом покрытия, причём на этом этапе покрытие вокруг продуктов образуется вследствие замерзания упомянутого вещества покрытия только под действием подвода фригорий с пищевых продуктов на вещество покрытия, т.е. без подвода фригорий снаружи,
при этом этапы а) и b) проводятся предпочтительно непрерывно.
Согласно изобретению на этапе b):
- приводят в соприкосновение переохлаждённые пищевые продукты с веществом покрытия в камере обработки,
- перемешивают пищевые продукты посредством механизированной системы с механическим приводом, содержащей, по меньшей мере, одно устройство перемешивания внутри камеры обработки, являющееся подвижным по отношению к камере обработки,
- нагревают, указанное по меньшей мере одно устройство перемешивания и задают умеренную степень нагрева таким образом, чтобы вещество покрытия равномерно распределялось вокруг пищевых продуктов и/или чтобы исключалось накопление вещества на устройстве перемешивания при создании покрытия вокруг пищевых продуктов в результате замерзания вещества покрытия под действием переноса фригорий с пищевых продуктов на вещество покрытия.
В соответствии с необязательными признаками изобретения, взятыми раздельно или в сочетании:
- указанное, по меньшей мере, одно устройство перемешивания является ротором, в частности, указанная механизированная система с механическим приводом содержит два устройства перемешивания, состоящих соответственно из двух роторов противоположного вращения, расположенных рядом, по существу параллельно;
- по меньшей мере, один из указанных роторов, при необходимости каждый ротор противоположного вращения, содержит радиальные элементы, расположенные вдоль ротора и выполненные с возможностью обеспечения подачи вещества вдоль камеры обработки при вращении ротора или при необходимости при вращении роторов противоположного вращения;
- нагрев устройства перемешивания представляет собой электрический индукционный нагрев или электрический резистивный нагрев;
- нагрев устройства перемешивания является электрическим, при этом применяется регулирование мощности посредством широтно-импульсной модуляции, проводят этап регулирования степени нагрева путём изменения циклического соотношения между регулированием мощности и широтно-импульсной модуляцией;
- электрическая цепь для электрического нагрева содержит, с одной стороны по меньшей мере, одну вставную часть с ротором, при этом вставная часть содержит, в частности, одно или несколько электрических сопротивлений и, с другой стороны, часть, жёстко соединённую с рамой камеры обработки и соединённую с источником тока, причём скользящие электрические контакты обеспечивают электрическую связь между обеими подвижными между собой частями электрической цепи;
- замерзание вещества покрытия вокруг пищевых продуктов является частичным в конце этапа b), при этом способ содержит этап c), на котором к продуктам с нанесённым покрытием, полученным на этапе b), подводят снаружи фригории до полного замерзания вещества покрытия, образующего покрытие вокруг пищевых продуктов (без впрыскивания вещества покрытия).
Согласно другому варианту выполнения нагрев перемешивающего элемента достигается теплообменом между теплоносителем и этим устройством перемешивания. В этом случае устройство перемешивания, в частности, ротор или роторы, оборудован внутренними трубопроводами для циркуляции теплоносителя. В данном варианте нагрева можно осуществить этап регулирования степени нагрева путём повышения или снижения температуры теплоносителя до момента его теплообмена с указанным устройством перемешивания и/или путём увеличения или уменьшения расхода теплоносителя, поступающего, по меньшей мере, к одному указанному устройству перемешивания.
Как правило, начальная температура продуктов соответствует температуре замороженного состояния, например, температуре от -20 до -10°С.
Согласно варианту выполнения температура переохлаждённых пищевых продуктов после этапа b) составляет от -65 до -25°С и/или температура вещества покрытия до соприкосновения с переохлаждёнными продуктами составляет свыше 0°С, например, равна комнатной температуре.
Как правило, подведение фригорий снаружи можно выполнить на этапе а) и/или этапе с) путём впрыскивания криогенной жидкости и приведения в непосредственное соприкосновение криогенной жидкости с пищевыми продуктами, полученными на этапе а), и/или с пищевыми продуктами с покрытием, полученным на этапе с).
Способ согласно изобретению специально применяется на линии производительностью свыше 1 т/ч, предпочтительно производительностью 2 т/ч, пищевых продуктов с покрытием при исключении накопления вещества на устройстве перемешивания, более того при значительном улучшении распределения вещества покрытия вокруг пищевых продуктов.
Также способ согласно изобретению находит специальное применение в производственных линиях с более умеренной производительностью, составляющей менее 1 т/ч, например, менее 500 кг/ч, пищевых продуктов с покрытием для улучшения качества покрытия, а именно для обеспечения лучшего распределения вещества покрытия.
Описание фигур
Изобретение будет более понятно при чтении описания с приложенными чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 – вид на установку для осуществления способа нанесения покрытия согласно изобретению;
фиг. 2 – вид сверху на узел нанесения покрытия и приведения в соприкосновение вещества покрытия в установке на фиг. 1, содержащий систему подачи и перемешивания с двумя роторами противоположного вращения;
фиг. 3 – схематический вид на вал ротора системы подачи на фиг. 2, содержащий внутри нагревательную электрическую цепь с комплектом электрических сопротивлений;
фиг. 4 – график электрического напряжения по времени, иллюстрирующий регулирование мощности электрической цепи посредством широтно-импульсной модуляции.
Подробное описание изобретения
Поэтому на фиг. 1 показана (в качестве не ограничивающего примера) установка 1 для нанесения покрытия, предназначенная для осуществления способа нанесения покрытия из вещества Se на пищевые продукты Р согласно изобретению на описанных выше этапах а) и b). Эта установка 1 содержит последовательно, в направлении обработки продуктов, узел 3 переохлаждения и узел 4 нанесения покрытия и приведения в соприкосновение с веществом покрытия.
Пищевые продукты Р непрерывно (или периодически) поступают в узел 3 переохлаждения.
2
Переохлаждение на этапе а) обеспечивается подводом фригорий снаружи к пищевым продуктам Р при впрыскивании криогенной жидкости (например, жидкого азота или СО) в узел 3 переохлаждения в одном или нескольких местах впрыскивания.
N
Расход криогенной жидкости регулируется для получения заданной температуры (например, -35°С) переохлаждённых продуктов на этапе а), которая выше -65°С и ниже -25°С на выходе из узла 3 переохлаждения. Такое регулирование может производиться посредством «пропорционального» клапана V.
Переохлаждённые продукты после этапа а) непрерывно (или периодически) поступают через входное отверстие в узел 4 нанесения покрытия и приведения в соприкосновение с веществом покрытия, в частности, под действием силы тяжести.
Этот узел 4 нанесения покрытия применяется на этапе b) способа покрытия и содержит для этого:
- камеру 40 обработки, образующую лоткообразный держатель для системы подачи и перемешивания,
- систему подачи и перемешивания с двумя роторами 41а, 41b противоположного вращения,
- систему 42 впрыскивания вещества покрытия Se в камеру 40 обработки заданной длины,
- длину камеры (доходящей до системы впрыска 42), необходимую для образования корки из вещества покрытия Se, т.е. без впрыскивания вещества покрытия.
Каждый ротор содержит вал 43, являющийся по существу цилиндрическим, вдоль которого распределены по существу радиальные устройства 44. Эти устройства 44 расположены по длине вала по геликоидальной траектории вблизи друг от друга. Во время вращения ротора 41а или 41b устройства 44 обеспечивают перемешивание пищевых продуктов Р. Их компоновка позволяет перемещать продукты подобно шнеку.
В результате вращения роторов 41а, 41b в противоположных направлениях можно подавать пищевые продукты Р вдоль камеры 40 обработки от входа до выхода, как показано парной стрелкой на фиг. 2.
Se
На первой части пути непрерывно впрыскивают вещество Se покрытия, в нескольких местах впрыскивания вдоль камеры 40 обработки с помощью системы 42. Вещество покрытия может быть комнатной температуры, но в любом случае свыше 0°С. Расход вещества Se покрытия может регулироваться клапаном V с пропорциональным управлением, как функция заданного количества вещества Se покрытия и расхода пищевых продуктов Р. Вещество Se приходит в соприкосновение с переохлаждёнными пищевыми продуктами в камере 40; образуется корка покрытия, по меньшей мере, частично в результате подвода фригорий от пищевых продуктов к веществу защитной оболочки, т.е. минуя подвод фригорий снаружи (следовательно без впрыскивания криогенной жидкости в камеру 40) по всей длине камеры 40, остающейся свободной от системы 42.
Нагрев роторов
Согласно изобретению при проведении этапа b) производят нагрев роторов 41а и 41b с целью ограничения передачи фригорий на вал 43 и устройства 44 роторов 41а и 41b. При этом подводится достаточное количество энергии, необходимое для прекращения накопления вещества Se покрытия на роторах 41а и 41b и на их радиальных элементах 44, и/или для замедления замерзания вещества покрытия, однако умеренное с тем, чтобы не исключить (по меньшей мере частичное) замерзание вещества покрытия на этапе b).
Следовательно, особое внимание уделяется достаточно точному регулированию степени нагрева для достижения поставленной цели, поскольку в случае электрического (резистивного) нагрева точное регулирование степени нагрева возможно регулированием мощности посредством широтно-импульсной модуляции.
Такое регулирование показано на графике на фиг. 4, на котором изображено такое регулирование мощности, в частности, напряжения U, во времени. Нагрев регулируют посредством широтного импульса напряжения ΔТ в каждый временной отрезок Т. Циклическое соотношение α (в процентах) составляет:
При уменьшении циклического соотношения α при регулировании посредством ШИМ снижается степень нагрева. При повышении циклического соотношения α при регулировании посредством ШИМ повышается степень нагрева. Это циклическое соотношение задаётся при каждом производственном цикле для умеренного предупреждения накопления вещества Se покрытия, как пояснялось выше. На фиг. 4 показана электрическая нагревательная цепь внутри вала 43 каждого ротора 41а и 41b, содержащая комплект электрических сопротивлений 45, установленных с возможностью вращения вместе с валом 43 ротора. Электрическая цепь содержит скользящие электрические контакты 46, расположенные между вращающейся, вставной в вал 43 частью цепи и неподвижной частью цепи, подключённой к источнику тока.
Перечень позиций
1 установка для нанесения покрытия
3 узел переохлаждения
4 узел нанесения покрытия и приведения в соприкосновение с веществом покрытия
40 камера обработки
41а, 41b роторы противоположного вращения
42 система впрыска вещества покрытия
43 валы (роторов)
44 радиальные элементы (роторов)
45 электрические сопротивления (для нагрева ротора)
46 скользящие электрические контакты
2
N криогенная жидкость
Se вещество покрытия
Р пищевые продукты
Тр температура пищевых продуктов
N
Vклапан регулировки расхода криогенной жидкости
Se
V клапан регулировки расхода вещества покрытия
U напряжение питания электрических цепей нагрева внутри роторов.