Способ комбинированного получения растительных порошков из различных видов сельскохозяйственного сырья и дикоросов
COMBINED METHOD FOR PRODUCING VEGETABLE POWDERS FROM VARIOUS TYPES OF AGRICULTURAL RAW MATERIALS AND WILD PLANTS

Изобретение относится к области переработки сельскохозяйственных растений и дикорастущих растений с получением порошков, применяемых в пищевой промышленности.
В дальнейшем при характеристике разработанного технического решения будет использован термин «Сушка дезинтеграционно-кондуктивным методом». В рамках разработанного технического решения данный термин означает оптимальное сочетание известных методов сушки и измельчения. В отличие от традиционных технологий данное конструктивное решение сушки характеризуется меньшим числом технологических операций во время подготовки сырья и в процессе сушки, за счет совмещения операций измельчения и сушки, т.е. физико-химических превращений структурных компонентов растительного сырья и меньшим энергопотреблением. Сушка и измельчение перерабатываемого продукта происходят одновременно в интенсивном массовоздухообменном процессе.
Известен (RU, патент 2256379, опубл. 20.07.2005) способ производства сушеного топинамбура, включающий мойку, сортировку, инспекцию, калибровку, очистку, доочистку, резку, бланширование и сульфитацию, сушку и последующий помол, причем сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа, на первом этапе кубики топинамбура с размерами 6×6×6 мм обрабатывают в плотном слое перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа в течение первых 4,5 мин составляет 90 с, затем в течение 16 мин - 120 с и, наконец, в течение 8 мин - 240 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого в течение всего процесса сушки составляет 4 с, причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 270 с составляет - 408 К, затем в течение 960 с - 413 К, и, наконец, в течение 480 с - 418 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое в течение первых 1230 с составляет 2,8 м/с, затем в течение 480 с - 1,85 м/с, а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 123/0 с - 10,1 м/с, затем в течение 480 с - 8,0 м/с.
Недостатком известного способа следует признать его узкую область применения (только сушка топинамбура), сложность, высокие энергетические затраты.
Известен также (RU, патент 2367136, опубл. 10.04.2003) способ переработки органических веществ, в том числе и растительного сырья, путем нагрева их в газовой среде или в вакууме. Согласно известному способу переработку выполняют постадийно вблизи границы существования выделяемого вещества в конденсированном состоянии, достижение которой осуществляется путем высокоскоростного нагрева со скоростью 10-10 град/с, которая для каждой стадии различна, а количество стадий определяется количеством выводимых из процесса продуктов или увеличивается при существовании температурных интервалов, в которых не протекает химических реакций, причем на одной из стадий при температуре 200-375°C из системы удаляют влагу, а температура последней стадии равна 550-750°C, а газообразные фракции, получаемые на каждой стадии процесса переработки, выводят из системы и направляют для дальнейшей конденсации, переработки или сжигают, твердые продукты, оставшиеся после последней стадии, также направляют на переработку или сжигают. Предпочтительно нагрев осуществляют в две последовательные стадии с возможностью получения водяного пара при температуре 200-375°C на первой стадии и с возможностью получения горючих газов при температуре нагрева 550-750°C в зависимости от вида органического вещества.
Недостатком известного способа следует признать использование очень высоких температур сушки, а также длительность и сложность процесса.
Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (SU, авторское свидетельство 1588313, опубл. 30.08.1990) способ сушки травяного растительного сырья. Перед сушкой определяют температуру наступления биологической смерти растительных клеток. Сырье нагревают до этой температуры и затем сушат в два этапа. На первом этапе сырье подвергают активному вентилированию до влажности не менее 40%, окончательное досушивание до кондиционной влажности проводится с подводом теплоты высокого потенциала.
Недостатком известного способа следует признать использование значительного количества энергии.
Данное решение принято в качестве ближайшего аналога.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в оптимизации процесса получения растительных порошков.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в получении высококачественного продукта полученного при пониженной температуре проведения процесса, с одновременным сокращением расхода энергии и времени сушки на заключительном этапе.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ комбинированного получения растительных порошков из различных видов сельскохозяйственного сырья и дикоросов. Согласно разработанному способу сушку исходного сырья осуществляют в два этапа, причем на первом этапе сушку проводят до остаточной влажности 30-35% при температуре до 90°C, а на втором этапе - до остаточной влажности 6-8% при температуре, не превышающей 40°C, с одновременной дезинтеграцией обрабатываемых материалов.
На первом этапе происходит удаление свободной воды из продукта на традиционных сушилках, типа кондуктивной, инфракрасной и т.д. до границы критического влагосодержания (Wк), когда свободная влага из продукта удалена. Так как продукт в процессе сушки обрабатываемый продукт защищен паровоздушной смесью, которая очень интенсивно образуется на начальной стадии сушки, когда удаляется свободная влага, то температура сушки может достигать до 90°C без вреда для самого продукта. Время подсушивания с влажности 80-92% до влажности 30-35% составляет, в зависимости от типа установок и поставленной технологической задачи, 20-180 мин. На выходе - недосушенный продукт. На втором этапе (досушивание) происходит удаление связанной влаги из недосушенного продукта на дезинтеграционно-кондуктивных установках, основанных на методе одновременного измельчения и обезвоживания продукта, при температуре не выше 40°C. Время сушки 3-5 мин. На выходе получаем полидисперсный порошок с влажностью 6-8%.
В отличие от традиционных технологий данное технологическое решение сушки характеризуется меньшим числом технологических операций во время подготовки сырья и в процессе сушки за счет совмещения операций измельчения и сушки, т.е. физико-химических превращений структурных компонентов растительного сырья, и меньшим энергопотреблением.
Сушка и измельчение перерабатываемого продукта происходят одновременно в интенсивном массовоздухообменном процессе.
Осушаемый потенциал достигается не высокой температурой осушаемого агента, а за счет получения максимального градиента относительной влажности между продуктом и осушаемым агентом и оптимального подбора центробежных сил и сил макро- и микро ударов, воздействующих на перерабатываемый продукт.
Процесс сушки и измельчения ускоряется за счет интенсивного трения и соударения частиц продукта друг о друга в плотном слое при движении с высокой окружной скоростью.
Компактная и малогабаритная конструкция достигнута за счет высокой скорости осушающего агента (25-28 м/с) относительно частиц продукта.
При этом способе получения овощных и фруктово-ягодных порошков температура исходного сырья при его дезинтеграции и сушке не превышает 40°C, а время удаления влаги составляет 1-3 минуты. Поэтому высушенные продукты, полученные данным методом, не уступают по качеству сублимированным дорогостоящим продуктам (см. Таблицу 1), богаты витаминами, антиоксидантами, макро- и микроэлементами, минералами, которые в организме человека не синтезируются и должны поступать с пищей. Также высушенные продукты сохраняют свой цвет, вкус и запах.
Предпочтительно на первом этапе сушат продукт в течение времени, обеспечивающего передачу тепловой энергии радиационно-конвективным способом до промежуточной влажности продукта 30-35%, на втором этапе сушат в течение времени, обеспечивающего появление теплогравитационного конвективного потока частиц порошка, обусловленного их морфологией и конечной влажностью 6-8%.
На первом этапе сушки может быть использована установка, аналогичная известным из патентов РФ №2037752 (опубл. 27.05.1995) или №2036398 (опубл. 19.06.1995).
На втором этапе сушки может быть использована установка, аналогичная известным из патента РФ №2246839 (опубл. 27.02.2005) или №2013058 (опубл. 30.05.94).
Обычно продолжительность сушки растительного сырья на первом и втором этапах устанавливают по относительной влажности воздуха в зонах сушки продукта, а температуру сушки продукта с учетом его вида и сорта на первом этапе регулируют величиной теплового потока, создаваемого радиационно-конвективным способом, а на втором - скоростью дезинтеграции продукта, температурой сушильного агента и скоростью его движения.