Автоматизированная линия вакуумной пропитки пищевых продуктов и способ обработки продуктов, реализованный в ней
AUTOMATED LINE FOR VACUUM IMPREGNATION OF FOOD PRODUCTS AND THE METHOD OF PROCESSING PRODUCTS IMPLEMENTED IN IT

Изобретение относится к пищевой промышленности и предназначено для проведения процесса вакуумной диффузии пропиточными растворами широкого ассортимента продуктов с высокой плотностью, преимущественно, злаков (подсолнечник, кукуруза и т.п.), орехоплодных и бобовых культур.
Вакуумная диффузия - процесс, при котором воздух, находящийся внутри продукта, удаляется с помощью вакуума, и освободившиеся поры заполняются вкусо-ароматической, витаминной, солевой, сахарной либо иной пропиткой.
Известно устройство для непрерывной вакуумной пропитки, JPS55134667(A), МПК A23L13/00; A3L17/00;A23L19/00; A23L3/00; A23L3/34; A23L3/3589; B05C3/10; B05C3/12, опубл.1980-10-12) /1/, в котором выполняется непрерывная вакуумная пропитка объектов, обрабатываемых вертикальной установкой вакуумно-пропиточной башни. В резервуаре для пропитки жидкостью вертикально установлена вакуумная пропиточная колонна с всасывающим впускным отверстием, соединенным с вакуумным насосом на верхней части башни, а дно башни открывается в резервуар для жидкости. При работе вакуумного насоса пропитывающая жидкость вводится из резервуара в вакуумно-пропиточную колонну. Способ особенно хорошо подходит для приготовления яблок для хранения при обычном охлаждении или для увеличения срока хранения кусочков яблока, которые были заморожены после обработки.
Известен способ вакуумной пропитки пищевых продуктов и устройство для его осуществления (RU2517227, опубл. 27.05.2014) /2/, согласно которому вакуумирование продуктов производится одновременно с их пропиткой пропиточным составом за счет его циркуляции с помощью насоса, на выходе которого пропиточный состав прокачивается под давлением через обрабатываемые продукты, захватывает от них кислород и после дополнительного вакуумирования состава поступает вторично на вход насоса. Пропиточный состав может представлять собой, например, рассол для засолки грибов или огурцов или какую-либо другую пищевую жидкую смесь, например различного рода приправы к блюдам, соки и т.д. Устройство для осуществления способа содержит насос, нагреватель, тару, вакуумную камеру, соединенную трубопроводом через вентиль с загрузочной емкостью, соединенные между собой трубопроводом с органами управления, при этом входной трубопровод, находящийся внутри вакуумной камеры, содержит перфорированную пластину для разбивания пропиточного раствора на струи. При окончании пропитки продукт может находиться в таре в соответствии со сроком годности данного продукта. При работе устройства могут выделяться газообразные фракции, которые при вакуумировании могут поглощаться пищевым продуктом, например, рыбой, получая различного рода копчености. Продукты в таре могут размещаться в цилиндрической герметичной термостойкой пищевой пленке. После обработки продуктов они извлекаются из тары и этой же пленкой с торцов герметично изолируются от воздуха. Тара содержит с двух сторон сетки для удержания продуктов и пропускания пропиточного состава. Вход тары через нагреватель с помощью трубопровода соединен с насосом, который обеспечивает циркуляцию пропиточного состава и пропитку обрабатываемых продуктов.
Известные способ и устройство не предназначены для пропитки продуктов с высокой плотностью, таких как подсолнечник, кукуруза и т.п., орехоплодных и бобовых культур.
Равномерная пропитка материалов высокой плотности может осуществляться в способе пропитки матрицы-носителя твердыми и/или жидкими соединениями с помощью сжатого газа (смеси газов), который заключается в том, что твердые или жидкие соединения и нерастворимую матрицу-носитель приводят в контакт с помощью сжатого газа при плотности газа между 0,15 и 1,3 кг/л в течение, по меньшей мере, двух несимметрично протекающих последовательностей перемены давления (пульсаций) (RU2257961, B05D 1/00, EP01/09669 от 21.08.2001) /3/. Ввиду сложности технологии и отсутствия в описании средств для технической реализации использование этого способа не целесообразно для пропитки твердых пищевых продуктов в промышленном масштабе.
Из уровня техники не выявлен ближайший аналог - прототип заявляемого изобретения по решаемой задаче и средствам ее реализации.
Задачей заявляемого изобретения является разработка автоматизированной линии вакуумной пропитки пищевых продуктов с высокой плотностью, преимущественно, злаков (подсолнечник, кукуруза и т.п.), орехоплодных и бобовых культур и способа обработки таких продуктов, реализованного в ней. В результате достигается улучшение потребительских свойств указанных пищевых продуктов за счет обеспечения равномерности их пропитки пропиточным раствором.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированная линия вакуумной пропитки пищевых продуктов с высокой плотностью содержит цилиндрическую вакуумную камеру, снабженную в верхней части, расположенной коаксиально к ней перфорированной кольцевой вставкой, имеющий зазор со стенкой вакуумной камеры и съемной горизонтально расположенной сетчатой заслонкой, отделяющей зону, свободную от продукта, герметичную крышку люка для загрузки и выгрузки продукта, датчик уровня раствора и патрубок для откачки воздуха, соединенный через электроконтактный вакууометр, шаровый кран вакуумного насоса, сепаратор жидкости и пыли с вакуумным насосом, другой вход электроконтактного вакууометра через шаровый кран вакуумного насоса, манометр с регулятором давления соединен с воздушным компрессором, имеющим ресивер и фильтр для очистки воздуха. Вакуумная камера в средней части жестко соединена с валом приводного устройства опрокидывания, снабженного индуктивным датчиком положения.
В нижней части вакуумная камера имеет патрубок подачи и слива пропиточного раствора, который соединен с шаровым краном подачи и откачки раствора, который соединен с трехходовым шаровым краном изменения направления всасывающего потока пропиточной жидкости и трехходовым шаровым краном изменения направления всасывающего потока пропиточной жидкости, указанные шаровые краны имеют электроприводы и установлены с возможностью включения и отключения по сигналам блока управления, а питание электроприводов шаровых кранов, вакуумного насоса, самовсасывающего насоса, мотор-редуктора устройства опрокидывания вакуумной камеры осуществляется путем подключения к трехфазной сети переменного тока 380 В через автоматический выключатель.
Блок управления содержит программируемый контроллер, выполненный с возможностью посредством пульта, имеющего кнопки «Приготовление Раствора", "Пуск", "Выгрузка", «Исходное положение», установки и контроля в вакуумной камере по заданной программе величины давления воздуха, длительности воздействия вакуума и пропитывающей жидкости на продукт, приготовления раствора пропиточной жидкости, включения устройства опрокидывания вакуумной камеры для выгрузки готового продукта после завершения процесса пропитки.
В предпочтительном варианте выполнения устройства:
- объем вакуумной камеры составляет 180 литров;
- в качестве вакуумного насоса использован пластинчато-роторный вакуумный насос для получения промышленного вакуума;
Способ обработки пищевых продуктов, реализованный в автоматизированной линии вакуумной пропитки пищевых продуктов с высокой плотностью характеризуется тем, что в цилиндрическую вакуумную камеру загружают пищевой продукт до уровня сетчатой заслонки, ограничивающей демпферную зону, свободную от продукта, откачивают воздух из вакуумной камеры при помощи вакуумного насоса и кратковременно выдерживают продукт в течение заданного времени, определяемого видом продукта, по окончании вакуумирования сухого продукта вакуумную камеру при помощи самовсасывающего насоса снизу заполняют пропиточной жидкостью из емкости с пропиточным раствором выше уровня сетчатой заслонки до 90% объема вакуумной камеры и выдерживают продукт в пропиточной жидкости в течение заданного времени, определяемого видом продукта, по окончании выдержки сбрасывают вакуум до атмосферного или выше давления, выдерживают продукт в течении заданного времени, определяемого видом продукта, затем откачивают остатки пропиточной жидкости обратно в емкость, открывают люк, удаляют сетчатую заслонку и переворачивают вакуумную камеру для выгрузки готового продукта в бункер-накопитель для последующей мойки и сушки.
В предпочтительном варианте выполнения способа:
- вакуумную камеру загружают пищевым продуктом до 80% ее объема;
- в качестве продуктов с высокой плотностью использованы семена подсолнечника, кукурузы, орехоплодных и бобовых культур;
- время выдержки сухих семян подсолнечника, орехов и бобовых в вакууме равном 0,09 МПа составляет 2 мин;
- время выдержки семян подсолнечника орехов и бобовых в пропиточной жидкости при вакууме над уровнем жидкости равным 0,09МПа составляет 5 мин.;
-время выдержки семян подсолнечника, орехов и бобовых в пропиточной жидкости при отключении вакуума и воздействии избыточного давления на продукт в пропиточной жидкости составляет 2 мин;
- время выдержки зерен кукурузы в вакууме равном 0,07 МПа составляет 3 мин;
- время выдержки зерен кукурузы в пропиточной жидкости при вакууме над уровнем жидкости равном 0,07 МПа составляет 6 мин;
- время выдержки зерен кукурузы в пропиточной жидкости при отключении вакуума и воздействии избыточного давления на продукт в пропиточной жидкости составляет 3 мин.
Из уровня техники известно, что при вакуумировании сухого пищевого продукта воздух, находящийся внутри продукта, удаляется с помощью вакуума, и освободившиеся поры заполняются пропиточной жидкостью. Однако, согласно изобретению для более глубокого проникновения пропиточной жидкости в продукт с высокой плотностью после выдержки продукта в пропиточной жидкости производят сброс вакуума, тем самым скачкообразно увеличивая давление в зоне над продуктом в пропиточной жидкости от вакуума до атмосферного или выше атмосферного при помощи компрессора, что приводит к вдавливанию пропиточной жидкости в продукт и способствует более глубокому и равномерному проникновению пропиточной жидкости в зерновой продукт с высокой плотностью.
Равномерная пропитка указанных пищевых продуктов вкусо-ароматической, витаминной, солевой, сахарной, либо иной пропиткой обеспечивает их высокие потребительские свойства. Сочетание вакуумирования сухого пищевого продукта, выдержки продукта в пропиточной жидкости в вакууме с последующим воздействием на продукт атмосферного или выше атмосферного давления для увеличения глубины проникновения пропиточной жидкости не известно из предшествующего уровня техники.
Автоматизация процесса вакуумной пропитки пищевых продуктов обеспечивает управление всеми стадиями процесса равномерной пропитки указанных продуктов, что повышает производительность труда.
Сущность изобретения поясняется фигурами чертежей, где:
Фиг. 1 - схема автоматизированной линии для вакуумной пропитки пищевых продуктов.
Фиг. 2 - функциональная схема блока управления.
Фиг. 3 - устройство опрокидывания готового продукта, вид сбоку справа. Фиг. 4 - устройство опрокидывания готового продукта, вид сбоку слева.
Фиг. 5 - блок - схема алгоритма управления процессом обработки продукта солевым раствором
Фиг. 6 - фотография опытного образца автоматизированной линии вакуумной пропитки пищевых продуктов.
Таблица. Режимы обработки семян подсолнечника, орехов, бобовых культур и кукурузы, используемые в автоматизированной линии вакуумной пропитки пищевых продуктов.
Автоматизированная линия вакуумной пропитки пищевых продуктов содержит цилиндрическую вакуумную камеру 1, которая в верхней части имеет люк 2 для загрузки и выгрузки продукта, снабженный герметичной крышкой 3. Под люком 2 на кольцевом выступе вакуумной камеры 1 коаксиально к ней жестко закреплена перфорированная кольцевая вставка 4, в нижней части которой установлена съемная сетчатая заслонка 5. Вакуумная камера 1 в нижней части имеет всасывающий патрубок 6, соединенный через двухходовый шаровый кран 7 с трехходовыми шаровыми кранами 8, 9 с самовсасывающим жидкостным насосом 10, который установлен в устройстве переливного типа 11 для приготовления пропиточной жидкости, которое содержит емкость, разделенную перегородкой с отверстием на две части.
На боковой поверхности вакуумной камеры 1 в центральной части жестко закреплен вал 12, подключенный к мотор-редуктору, обеспечивающий опрокидывание вакуумной камеры 1 при выгрузке готового продукта при срабатывании индуктивного датчика положения 13. В верхней части вакуумная камера 1 имеет патрубок 14 для ее подключения через электроконтактный вакууметр 15, двухходовый шаровый кран 16, сепаратор жидкости и пыли 17 к вакуумному насосу 18. На боковой поверхности в верхней части вакуумной камеры 1 резьбовым соединением закреплен электроконтактный датчик уровня жидкости 19. Другой вход электроконтактного вакууометра 15 соединен с двухходовым шаровым краном 20 сброса вакуума, вход которого через манометр с регулятором давления 21 (0-8 бар со скоростью 720 л/мин) с воздушным компрессором 22 с ресивером и фильтром очистки воздуха.
Блок управления 23 (фиг.2) содержит программируемый контроллер 24, выполненный на логическом модуле LOGO, фирмы Siemens, первый выход которого через контактор 25 на 12 А подключен к входу самовсасывающего жидкостного насоса 10, второй выход через контактор 26 на 9А подключен к входу вакуумного насоса 18 и к входу двухходового шарового крана 16, третий и четвертый выходы подключены к электроприводу двухходового шарового крана 20 сброса вакуума, пятый выход подключен к трехходовому шаровому крану 9 направления подаваемого потока жидкости, шестой выход подключен к трехходовому шаровому крану 8 подачи и откачки пропиточной жидкости, седьмой и восьмой выходы подключены к электроприводу двухходового шарового крана 7 направления всасывающего потока жидкости, девятый и десятый выходы подключены к входу частотного преобразователя 27, выход которого подключен к валу 12 мотор-редуктора устройства опрокидывания вакуумной камеры 1, одиннадцатый и двенадцатый выходы соединены с красным и зеленым светодиодами светодиодного индикатора 28.
Первый вход контроллера 24 соединен с кнопкой «Приготовление раствора» 29, второй вход с кнопкой «Пуск» 30, третий вход с кнопкой «Выгрузка» 31, четвертый вход с кнопкой «Исходное положение» 32. Контроллер 24 так же управляет переключателем транспортера 33 и переключателем вентилятора 34 обдува готового продукта, как это показано на фиг.1. Пятый вход микроконтроллера 24 подключен к выходу электроконтактного вакууометра 15, шестой вход подключен к выходу индуктивного датчика положения 13, седьмой вход подключен к выходу электроконтактного датчика уровня жидкости 19. Питание электроприводов шаровых кранов, вакуумного насоса, самовсасывающего насоса, мотор-редуктора устройства опрокидывания вакуумной камеры осуществляется путем подключения к трехфазной сети переменного тока 380 В через автоматический выключатель (на чертеже не показан).
Алгоритм управления процессом обработки продукта солевым раствором приведен на фиг.5 и раскрыт далее в описании работы автоматизированной линии вакуумной пропитки пищевых продуктов.
Загружают вакуумную камеру через люк загрузки и выгрузки 2 зерновым продуктом до уровня сетчатой заслонки 5, что составляет не более 80% объема вакуумной камеры, закрепляют сетчатую заслонку 5 в нижней части перфорированной кольцевой вставки 4 и закрывают герметичную крышку 3 люка загрузки и выгрузки 2. При нажатии кнопки «Пуск» 29 на блоке управления 23 напряжение 24 В поступает на второй вход контроллера 24, который через выход 11 подает сигнал на выключение красного светодиода светового индикатора 28. При этом контроллер 24 через четвертый выход подает сигнал на электропривод двухходового крана 20 сброса вакуума на закрытие.
Далее через второй выход поступает сигнал, включающий контактор 26 на 9А, который подает сигнал на электропривод двухходового шарового крана 16 на открытие и включение вакуумного насоса 18 до создания значения промышленного вакуума в вакуумной камере 1. При достижении заданного значения вакуума электроконтактный вакууометр 15 подает сигнал на пятый вход контроллера 24, со второго выхода которого подается сигнал на включение контактора 26 на 9А, который выключает вакуумный насос 18 и закрывает двухходовый шаровый кран 16 вакуумного насоса. Кратковременная выдержка продукта в вакууме происходит в течение времени, заданного контроллером 24 для каждого продукта, при этом происходит диффузия влаги и воздуха из зерновых продуктов.
Далее контроллер 24 вырабатывает сигнал на открытие двухходового шарового крана 7 подачи пропиточной жидкости и через пятый выход переключает трехходовый шаровый кран 9 на подачу пропиточной жидкости из емкости в вакуумную камеру 1. Для приготовления пропиточного раствора в одну часть устройства переливного типа 11 заливают воду, а в другую часть- наполнитель в заданном количестве, вес %. При нажатии кнопки «Приготовление раствора» 29 на первый вход контроллера 24 поступает сигнал и контроллер подает управляющий сигнал через первый выход и контактор 25 12А на включение самовсасывающего жидкостного насоса 10. При этом пропиточная жидкость через всасывающий патрубок 6 заполняет продукт в вакуумной камере 1 до 90% ее объема, что контролируется электроконтактным датчиком жидкости 19, который подает сигнал на седьмой вход контроллера 24, который через восьмой выход подает сигнал на электропривод двухходового шарового крана 7 подачи раствора и через пятый выход переключает трехходовый шаровый кран 9 подачи жидкости в исходное положение. Затем контроллер 24 включает таймер выдержки продукта в вакууме и пропиточной жидкости. Поддержание постоянного значения вакуума в заданном диапазоне обеспечивается включением и выключением вакуумного насоса 18 по показаниям электроконтактного вакууометра 15 посредством подачи сигнала на пятый вход контроллера 24, а со второго выхода на выключение/включение контактора 26 на 9А, который включает/выключает вакуумный насос 18 и открывает/закрывает двухходовый шаровый кран 16 вакуумного насоса. Далее при сбросе вакуума в демпферную зону через всасывающий патрубок 6 поступает воздух из атмосферы и атмосферное давление воздействует на пропиточную жидкость сверху и вдавливает пропиточную жидкость в продукт, что увеличивает глубину и, следовательно, равномерность пропитки продукта.
После окончания процесса пропитки открывают герметичную крышку 3 люка 2 загрузки и выгрузки продукта и по сигналу частотного преобразователя 27, который регулирует скорость и направление вращения вала 12 мотор- редуктора производится опрокидывание вакуумной камеры 1 на 180 градусов при срабатывании индуктивного датчика положения 13, далее выгружают обработанный продукт в бункер - накопитель отводящего транспортера, где производится его дальнейшая промывка, продувка и при необходимости просушка.
Вакуумная пропитка семян подсолнечника осуществлялась в заявляемом устройстве в соответствии с операциями способа, используемого в нем. Приготавливался водный раствор пропиточной жидкости с концентрацией поваренной соли 20 вес.% на 1 л.
В таблице приведены значения давления, МПа, на шкале электроконтактного вакууометра ТМ-610Р05 и времени выдержки, мин., полученные на трех стадиях пропитки зерновых продуктов в солевом растворе.
Таблица
Режимы обработки семян подсолнечника, орехов, бобовых культур и кукурузы, используемые в автоматизированной линии вакуумной пропитки пищевых продуктов.
Стадия обработки
Давление, МПа
Время выдержки, мин.
Подсолнечник, орехи, бобовые
Сухое вакуумирование
0,09
2
Продукт в пропиточной жидкости
0,09
5
Продукт в пропиточной жидкости
0,101
2
Кукуруза
Сухое вакуумирование
0,07
3
Продукт в пропиточной жидкости
0,07
3
Продукт в пропиточной жидкости
0,101
После окончания процесса пропитки производится выгрузка обработанного продукта в бункер - накопитель отводящего транспортера, где производится его дальнейшая промывка, продувка и при необходимости просушка.
Вакуумная пропитка семян подсолнечника осуществлялась в заявляемом устройстве в соответствии с операциями способа, используемого в нем и режимами давления и выдержки на стадиях обработки. Приготавливался водный раствор пропиточной жидкости с концентрацией поваренной соли 20 вес.% на 1 л. Для доказательства равномерности пропитки семян подсолнечника в пропиточную жидкость добавляли пищевой краситель красного цвета и осуществляли пропитку в соответствии с настоящим изобретением. Из обработанных таким образом семян подсолнечника были отобраны контрольные партии из 10 навесок семян по 50 г каждая для зрительной индикации окраски. После отделения от шелухи и разрезания зернышка все образцы показали равномерную розовую окраску по всему сечению.
Разработана техническая документация и изготовлен и прошел испытания опытный образец автоматизированной линии для вакуумной пропитки пищевых продуктов, планируется серийное производство для использования в пищевой промышленности. Заявляемая автоматизированная линия может быть успешно использована для вакуумной пропитки зерновых культур пропиточными составами для обеззараживания или повышения урожайности при предпосадочной обработке.
Источники информации:
1.JPS55134667(A), МПК A23L13/00; A3L17/00;A23L19/00; A23L3/00.
2. A23L3/34; A23L3/3589; B05C3/10; B05C3/12, опубл.1980-10-12.
3. RU2517227, опубл. 27.05.2014.
4. RU2257961, B05D 1/00, EP01/09669 от 21.08.2001.