СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СУШЕНОЙ МОРКОВИ Российский патент 2005 года по МПК A23B7/02 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству пищевых концентратов, и может быть использовано для производства сушеной моркови.

Известен способ производства сушеной моркови, предусматривающий мойку, калибрование, очистку, сульфитацию, резку, бланширование и сушку [Справочник технолога пищеконцентратного и овощесушильного производства / В.Н.Гуляев, Н.В.Дремина, З.А.Кац и др.; Под ред. В.Н.Гуляева. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 488 с., с.334-337].

Недостатками известного способа являются значительные энергозатраты и невысокое качество готового продукта.

Технической задачей изобретения является повышение тепловой эффективности и интенсификация процесса сушки, улучшение качества готового продукта за счет использования в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления и чередующихся режимов обработки моркови в плотном и псевдоожиженном слоях.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе производства сушеной моркови, включающем мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование и сушку, новым является то, что сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа: на первом этапе кубики моркови обрабатывают в плотном слое высотой 65 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляла 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2 с; причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 600 с составляет - 413 К, затем с 10 мин по 18 мин - 418 К, с 18 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляет в течение первых 12 мин 2,1 м/с, с 12 мин по 22 мин -1,3 м/с и с 22 мин до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое - в течение первых 10 мин 6,7 м/с, с 10 мин по 22 мин - 5,6 м/с и с 22 мин по 28 мин - 5,4 м/с, с 28 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.

Технический результат заключается в повышении тепловой эффективности и интенсификации процесса сушки, улучшении качества готового продукта за счет использования в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления и чередующихся режимов обработки моркови в плотном и псевдоожиженном слоях.

На фиг.1 представлены кинетические зависимости процесса сушки кубиков моркови при рациональных режимных параметрах: а - диаграмма изменения скорости ν_n и температуры Т перегретого пара во времени, б - кривая сушки U=f(τ) (1) и кривая скорости сушки dU/dτ=f(U) (2) моркови перегретым паром, где U - влагосодержание моркови, кг/кг, τ - время, с; в - термограмма процесса сушки моркови перегретым паром Т_к=f(τ), где T_к - температура моркови; на фиг.2 - диаграмма изменения содержания углеводов в моркови.

Способ производства сушеной моркови осуществляется следующим образом.

В качестве объекта исследования использовали морковь, которая соответствовала требованиям ГОСТ 1721-67 “Морковь столовая свежая”. Морковь столовая, используемая для обработки, по своему качеству отвечала следующим требованиям:

по внешнему виду: корнеплоды свежие, неувядшие, без заболеваний, целые, нетреснувшие, сухие, незагрязненные, без повреждений сельскохозяйственными вредителями, однородные по окраске, свойственной данному ботаническому сорту, неуродливые по форме; длина оставшихся черешков не более 20 мм;

по размеру корнеплодов (по наибольшему поперечному диаметру) - 25...60 мм;

отсутствие корнеплодов треснувших, поломанных, уродливых по форме (но неразветвленных), с неправильно обрезанной ботвой (порезами головок);

отсутствие корнеплодов загнивших, запаренных, подмороженных, с посторонними запахами, вызванными условиями выращивания, хранения и транспортирования

наличие земли, прилипшей к корнеплодам, не превышало 1%.

Морковь, предварительно очищенную и мытую, обрабатывали раствором бисульфита натрия 0,20...0,25%-ной концентрации в течение 3 мин и разрезали на кубики (с размером сторон от 5 до 9 мм).

Перед сушкой кубики моркови бланшировали в камере при температуре 95...98°С в течение 3...5 мин.

Обработанную таким образом морковь помещали в рабочую камеру сушилки и подвергали обработке в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа (фиг.1а). На первом этапе кубики моркови обрабатывают в плотном слое высотой 65 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляла 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2 с; причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 600 с составляет - 413 К, затем с 10 мин по 18 мин - 418 К, с 18 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляет в течение первых 12 мин 2,1 м/с, с 12 мин по 22 мин - 1,3 м/с и с 22 мин до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое - в течение первых 10 мин 6,7 м/с, с 10 мин по 22 мин - 5,6 м/с и с 22 мин по 28 мин - 5,4 м/с, с 28 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.

Из анализа кривых сушки и скорости сушки моркови (фиг.1б) видно, что имеют место три периода: прогрева, постоянной и падающей скоростей сушки.

Одной из основных причин интенсификации процесса сушки моркови в импульсном псевдоожиженном слое перегретым паром атмосферного давления является быстрый прогрев продукта до температуры насыщения Т_s=373 К, который обусловлен конденсацией пара на поверхности частиц вследствие их относительно низкой начальной температуры.

Анализ кривых сушки моркови (фиг.1б) показывает, что продолжительность периода прогрева весьма значительна и составляет 9...10 мин. Этот период был использован для проведения процесса варки моркови. При варке изменяются не только физико-химические и структурно-механические показатели исходного сырья, но и создается новый в качественном отношении продукт со свойствами, сформированными под воздействием теплоты и влаги. При этом большая часть влаги, как сконденсировавшейся из пара, так и собственной продукта, активно поглощается продуктом. В процессе варки моркови происходят качественные изменения веществ. Так, например, в результате денатурации белки свертываются, что влечет за собой уплотнение обводненных гелей и выпрессовывание значительной части содержащейся в них влаги, которая поглощается углеводами. Углеводы моркови представляют собой высокомолекулярные углеводные соединения, отличающиеся структурными характеристиками и размерами молекулярных цепей. Набухание моркови обусловлено также набуханием содержащихся в них белков, которые поглощают воду и связывают ее адсорбционно и осмотически.

Процесс варки моркови является сложным физико-химическим и структурно-механическим изменением веществ продукта, обусловливающим качественное его преобразование и сопровождаемым нестационарным переносом теплоты и влаги.

Вследствие высоких коэффициентов теплообмена при конденсации пара на поверхности кубиков в периоде прогрева очень быстро повышается температура (фиг.1в) и при дальнейшей сушке влага удаляется из продукта в виде пара.

Такая комбинированная обработка моркови позволяет повысить энергетическую эффективность процесса, сократить время обработки моркови и повысить его качество.

Способ получения моркови поясняется следующим примером.

Пример реализации способа получения сушеной моркови. В качестве объекта исследования использовали морковь “Нантская - 4”. Морковь, предварительно очищенную и мытую, обрабатывали раствором бисульфита натрия 0,20...0,25%-ной концентрации в течение 3 мин и разрезали на кубики (с размером сторон 6×6×6 мм).

Перед сушкой кубики моркови бланшировали в камере при температуре 95...98°С в течение 3...5 мин.

Обработанную таким образом морковь помещали в рабочую камеру сушилки и подвергали обработке в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа (фиг.1а). На первом этапе кубики моркови обрабатывают в плотном слое высотой 65 мм перегретым паром, причем продолжительность первого этапа составляла 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2 с; причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 600 с составляет - 413 К, затем с 10 мин по 18 мин - 418 К, с 18 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляет в течение первых 12 мин 2,1 м/с, с 12 мин по 22 мин - 1,3 м/с и с 22 мин до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое - в течение первых 10 мин 6,7 м/с, с 10 мин по 22 мин - 5,6 м/с и с 22 мин по 28 мин - 5,4 м/с, с 28 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.

Выбор данной высоты (65 мм) слоя кубиков моркови обусловлен тем, что конденсация пара протекает равномерно по всему объему слоя и на поверхности кубиков образовывается равномерная пленка конденсата для обеспечения нормального протекания процесса варки.

Увеличение высоты слоя кубиков моркови, например до 75 мм, приводило к чрезмерному переувлажнению нижних слоев моркови и недостаточному увлажнению конденсатом верхних слоев моркови. При этом нижние слои моркови разваривались, в то время как верхние слои пересушивались из-за недостатка влаги. При сушке в псевдоожиженном слое данная высота слоя кубиков моркови (75 мм) не позволяла добиться равномерного кипения: наблюдался либо пузырьковый режим движения пара сквозь слой кубиков моркови, либо струйный режим движения пара сквозь слой кубиков моркови.

Уменьшение высоты слоя кубиков картофеля, например до 55 мм, приводил к чрезмерному переувлажнению всех слоев моркови и их быстрому слипанию. При этом образовывались конгломераты частиц моркови, которые при дальнейшей обработке равномерно не разваривались.

Выбор продолжительности первого этапа (120 с) обусловлен тем, что в начале процесса сушки из-за конденсации пара идет варка. При более частом перемешивании, т.е. когда продолжительность первого этапа была меньше 120 с, например 100 с, имел место срыв пленки конденсата с поверхности кубиков моркови при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к неполной и некачественной варке. И, наоборот, при продолжительности первого этапа более 120 с, например 140 с, имело место раскисание поверхности кубиков моркови из-за их переувлажнения, что также приводило к некачественной варке.

На втором этапе обработку моркови осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2 с. При продолжительности второго этапа была меньше 2 с, например 1 с, имело место недостаточно равномерное и полное перемешивание кубиков моркови при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к неполной и некачественной варке и сушке. И, наоборот, при продолжительности второго этапа более 2 с, например 4 с, имел место срыв пленки конденсата с поверхности кубиков моркови при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к пересыханию кубиков моркови и неоправданно завышенным энергозатратам.

Выбор скоростного режима обработки кубиков моркови перегретым паром (скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляет в течение первых 12 мин 2,1 м/с, с 12 мин по 22 мин - 1,3 м/с и с 22 мин до конца процесса сушки - 0,8 м/с) был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кубиков моркови уменьшалась, их масса также становилась меньше. При сушке моркови наблюдалась усадка, т.е. уменьшение размеров кубиков. Поэтому для равномерной обработки кубиков моркови требовался регулируемый теплоподвод, который обеспечивался данным законом изменения скорости перегретого пара. Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к пересушиванию и подгоранию моркови, либо, наоборот, к недосушиванию и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

На втором этапе скорость перегретого пара при сушке в псевдоожиженном слое составляла в течение первых 10 мин 6,7 м/с, с 10 мин по 22 мин - 5,6 м/с и с 22 мин по 28 мин - 5,4 м/с, с 28 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с (фиг.1а).

Выбор скоростного режима обработки кубиков моркови перегретым паром (скорость перегретого пара при сушке в псевдоожиженном слое составляла в течение первых 10 мин 6,7 м/с, с 10 мин по 22 мин - 5,6 м/с и с 22 мин по 28 мин - 5,4 м/с, с 28 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с) был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кубиков моркови уменьшалась, их масса также становилась меньше. Поэтому для равномерной обработки кубиков моркови в кипящем слое требовалось постепенное и регулируемое изменение скорости перегретого пара. Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к уносу и пересушиванию моркови, либо, наоборот, к недостаточно равномерному кипению и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

Температура перегретого пара в течение первых 600 с составляла 413 К, затем с 10 мин по 18 мин - 418 К, с 18 мин и до конца сушки - 423 К.

Выбор температурного режима обработки кубиков моркови перегретым паром (температура перегретого пара составляла в течение первых 600 с - 413 К, затем с 10 мин по 18 мин - 418 К, с 18 мин и до конца сушки - 423 К) был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кубиков моркови уменьшалась, их температура повышалась. Для того, чтобы температура моркови не превышала предельно-допустимую температуру (выше которой наблюдалось терморазложение ценных питательных веществ: меланоидинообразование, термолиз и др.) требовалось постепенное и регулируемое изменение температуры перегретого пара для достижения равномерной обработки кубиков моркови. Несоблюдение данного временного и температурного режимов приводило либо к пересушиванию и терморазложению моркови, либо, наоборот, к недосушиванию и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

Таким образом, наилучшим вариантом обработки моркови по всем качественным и энергетическим показателям является вышеприведенный способ с обоснованием каждого приведенного параметра. Это объясняется равномерностью сушки по всему объему кубиков и интенсивным испарением влаги с их поверхности. Достигается снижение скорости внутреннего теплопереноса в сравнении со скоростью перемещения влаги и ее испарения с поверхности кубиков моркови этого размера.

При этом нагрев кубиков происходит медленнее, чем из них испарится влага, что полностью исключает перегрев продукта и обеспечивает его высокое качество. С энергетической точки зрения предлагаемый вариант позволяет обеспечить наиболее рациональный расход электроэнергии на 1 кг получаемого продукта, что объясняется гидродинамикой процесса, изменяющейся во времени не только путем пульсирующего изменения скорости с чередованием интервалов времени сушки в плотном и псевдоожиженном слое, но и выбранным эквивалентным размером частиц. В этом случае перепад давления в слое продукта, соответствующий массовому и тепловому потоку перегретого пара для заданного режима обработки, обеспечивает минимальные энергозатраты на получение качественного продукта. Продолжительность сушки моркови составляет 35 мин по предлагаемой технологии и 4,5 часа - по заводской.

Оценку эффективности предлагаемого способа производства сушеной моркови и заводской технологии проводили по величине удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг готовой продукции. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеной моркови, приготовленной по заводской технологии, составляет 4930 кДж/кг. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеной моркови, приготовленной по предлагаемой технологии, составляет 3960 кДж/кг.

Таким образом, приведенный анализ показывает высокую тепловую эффективность предлагаемой технологии производства сушеной моркови по сравнению с заводской технологией.

Исследование показателей качества столовой моркови производили в соответствии с ГОСТ 7588-71 “Морковь столовая сушеная”. Она была исследована по органолептическим и физико-химическим показателям. Определение указанных показателей позволяет выявить структурные изменения в моркови, происходящие в процессе ее сушки, и оценить качество полученного продукта.

Органолептические и физико-химические показатели, микробиологические показатели и пищевая и энергетическая ценность сушеной столовой моркови приведены в табл.1-3.

Таблица 1
Органолептические и физико-химические показатели моркови, приготовленной по заводской и предлагаемой технологииНаименование показателейХарактеристика моркови, приготовленной по заводской технологиипредлагаемой технологииВнешний видМорковь в виде кубиков правильной формы, с ровной поверхностью, равномерные по толщине, целые, без обломанных граней, сохраняющие формуФорма и размерыРавномерно нарезанная толщиной не более 3 мм, шириной не более 5 мм, длиной не менее 5 ммКонсистенцияКубики твердые.Кубики эластичныеВкус и запахСвойственный моркови, без посторонних привкусов и запаховЦветОранжево-желтоватый. Сердцевина имеет желтоватую окраскуОранжевый. Сердцевина имеет желтоватую окраскуМассовая доля влаги, %1414Массовая доля кубиков поджаренных, зеленоватых, с черными пятнами и остатками кожицы, %5,62,9Развариваемость, мин245Массовая доля металлических примесей, %0,0003нетМассовая доля минеральных примесей (песка),%0,0090,004Массовая доля сернистого ангидрида, %0,037нет

Таблица 2
Микробиологические показатели сушеной столовой моркови, приготовленной по заводской и предлагаемой технологииНаименование показателяМорковь, приготовленная по заводской технологиипредлагаемой технологииМезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы в 1 г1,9×10⁴1,1×10⁴Coli-формные бактерии в 1 г86Плесневелые грибы в 1 г4,9×10²2,3×10²

Таблица 3
Пищевая и энергетическая ценность сушеной столовой моркови (100 г), приготовленной по заводской и предлагаемой технологииНаименование показателейХарактеристика моркови, приготовленной по заводской технологиипредлагаемой технологииУглеводы, г54,856,3Витамины, мг  β-каротин4144B₁0,120,14В₂0,310,35РР2,82,9С10,011,2Энергетическая ценность, ккал275282

Для анализа динамики изменения содержания углеводов был использован метод тонкослойной хроматографии (ТСХ), предусматривающий использование ЭВМ и типового лабораторного оборудования. При помощи программы Видеоденситометр Sorbfil TLC на основе хроматограмм рассчитали величину порядка удерживания R_f и площадь полученных пятен S (%).

В моркови углеводы представлены в основном крахмалом, сахарами, целлюлозой и пектиновыми веществами. В исходном (сыром) образце моркови моно- и дисахариды составляют 2,35 г/100 г.

Порядок удерживания R_f и площади пятен S (%) углеводов моркови приведены в табл.4 для образцов: 1 - сырая морковь, 2 - сушеная морковь, полученная по заводской технологии, 3 - сушеная морковь, полученная по предлагаемой технологии.

Содержание углеводов в продукте достаточно точно отражается площадью пятна углевода. Из анализа данных о площади пятен следует, что в исходном (сыром) образце моркови содержание высокомолекулярных соединений углеводов (полисахаридов 2 порядка, три-, тетра- и пентосахаридов) составляет 5,5% от общего состава углеводов (табл. 4).

Таблица 4
Порядок удерживания R_f и площади пятен S (%) углеводов морковиНаименование углеводовR_fМорковь "Нантская - 4"  123МоносахаридыФруктоза0,6...0,8868,45250,94439,647Глюкоза0,4...0,624,8543,36930,452ДисахаридыСахароза0,3...0,40,9071,2596,86Мальтоза0,21...0,30,4331,45613,13Другие олигосахаридыТри-, тетра- и пентосахариды0,1...0,211,8552,2939,875Полисахариды 2 порядкаДекстрины и крахмал0,01...0,13,5030,6790,036

* - неидентифицированный остаток моноз, приближающийся по R_f глюкозе

Для моркови повышение содержания три-, тетра-, пентосахаридов и высших декстринов при сушке по сравнению с исходным (сырым) образцом связано с редуцированием сахаров, изменением клетчатки и пектиновых веществ. Например, для моркови в заводском и предлагаемом образцах содержание моносахаридов составляет, соответственно, 94 и 70%.

Содержание моно- и дисахаров (С, г/кг) в моркови до и после обработки по заводской и предлагаемой технологии показано на диаграмме (фиг.2). Отмечено повышение моносахаров в моркови, преимущественно глюкозы, при сушке по предлагаемой технологии - примерно в 2,5 раза и по заводской технологии - в 1,8 раза.

Возрастание моно- и дисахаридов моркови в процессе сушки предположительно обусловлено следующими факторами. Данное повышение наблюдается в результате гидролиза, особенно низкомолекулярных олигосахаридов под действием амилолитических ферментов в условиях повышенной ферментативной активности с возрастанием температуры. Вместе с тем, в моркови содержание клетчатки более высокое (12 г/кг). Вследствие большей прочности и термоустойчивости клеточных оболочек моркови возможно из исходных образцов не удается высвободить полностью, в первую очередь, глюкозу, затем фруктозу, дисахара. Поэтому при деструкции клеточных стенок в условиях повышенной температуры и влаги наблюдается возрастание идентифицированных моно- и дисахаров.

Таким образом, методом тонкослойного хроматографического анализа с использованием ЭВМ определено соотношение моно- и полисахаридов, содержание моно- и дисахаров, изменение углеводов моркови при сушке по заводской и предлагаемой технологии.

В результате исследований выявлены характерные особенности изменения углеводов в процессе сушки: повышение глюкозы и дисахаров в моркови при сушке перегретым паром.

Сушка по предлагаемой технологии перегретым паром по сравнению с сушкой по заводской технологии позволяет повысить в моркови содержание фруктозы в 1,3 раза, глюкозы - в 1,35 раза, сахарозы - в 5 раз.

Таким образом, предлагаемый способ производства сушеной моркови имеет следующие преимущества:

- значительное сокращение продолжительности обработки с 4,5 час в заводской технологии до 35 мин в предлагаемой;

- получение продукта с более высоким содержанием ценных питательных веществ (белков, углеводов и др.);

- значительное сокращение энергозатрат на проведение процесса.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству пищевых концентратов, и может быть использовано для производства сушеной моркови. Способ производства сушеной моркови включает мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование и сушку. Сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа. На первом этапе кубики моркови обрабатывают в плотном слое высотой 65 мм перегретым паром атмосферного давления. На втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое при определенной температуре и скорости перегретого пара. Изобретение позволяет повысить тепловую эффективность и интенсификацию процесса сушки, улучшить качество готового продукта. 2 ил., 4 табл.

Способ производства сушеной моркови, включающий мойку, калибрование, очистку, резку, бланширование и сушку, отличающийся тем, что сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа; на первом этапе кубики моркови обрабатывают в плотном слое высотой 65 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляет 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2 с, причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 600 с составляет 413 К, затем с 10 по 18 мин - 418 К, с 18 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляет в течение первых 12 мин 2,1 м/с, с 12 по 22 мин - 1,3 м/с и с 22 мин до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 10 мин 6,7 м/с, с 10 по 22 мин - 5,6 м/с и с 22 по 28 мин - 5,4 м/с, с 28 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.