СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СУШЕНОЙ СВЕКЛЫ 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 свеклы.

Известен способ производства сушеной свеклы, предусматривающий мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование, обработку раствором пектина 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.337-341].

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 свеклы в псевдоожиженном и плотном слое.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе производства сушеной свеклы, включающем мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование, обработку раствором пектина и сушку, новым является то, что сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа: на первом этапе кубики свеклы обрабатывают в плотном слое высотой 60 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляла 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2,5 с; причем температура перегретого пара в течение первых 15 мин составляла 418 К, с 15 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляла в течение первых 16 мин 2,1 м/с, с 16 мин по 32 мин - 1,3 м/с и с 32 мин и до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое - в течение первых 16 мин 8,0 м/с, с 16 мин по 32 мин - 6,7 м/с, с 32 мин по 38 мин - 5,3 м/с, с 38 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 свеклы в псевдоожиженном и плотном слое.

На фиг.1 представлены кинетические зависимости процесса сушки кубиков свеклы 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) свеклы перегретым паром, где U - влагосодержание свеклы, кг/кг, τ - время, с; в - термограмма процесса сушки свеклы перегретым паром Т_к=f(τ), где Т_к - температура свеклы; на фиг.2 - диаграмма изменения содержания углеводов в свекле.

Способ производства сушеной свеклы осуществляется следующим образом.

В качестве объекта исследования использовали свеклу, которая соответствовала требованиям действующего ГОСТ 1722-85 “Свекла столовая свежая”. Свекла столовая, используемая для обработки, по своему качеству отвечала следующим требованиям:

по внешнему виду: корнеплоды свежие, целые, без заболеваний, сухие, незагрязненные, нетреснувшие, без повреждений сельскохозяйственными вредителями, одного ботанического сорта; длина оставшихся черешков не более 20 мм;

по внутреннему строению: мякоть сочная, темно-красная разных оттенков в зависимости от особенностей ботанического сорта. Встречались корнеплоды с узкими светлыми кольцами не более 3%;

по размеру корнеплодов (по наибольшему поперечному диаметру) -50...140 мм;

отсутствие корнеплодов с отклонениями по размерам, с механическими повреждениями глубиной более 3 мм, с зарубцевавшимися трещинами, с порезами головок, легким увяданием;

отсутствие корнеплодов увядших, с признаками морщинистости, загнивших, запаренных и подмороженных;

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

Свеклу, предварительно очищенную и мытую, разрезали на кубики (с размером сторон от 5 до 10 мм).

Перед сушкой кубики свеклы бланшировали при температуре 95...98°С в течение 10...15 мин и обрабатывали 0,5%-ным раствором пектина путем обильного опрыскивания.

Обработанную таким образом свеклу помещали в рабочую камеру сушилки и подвергали обработке в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа (фиг.1а). На первом этапе кубики свеклы обрабатывают в плотном слое высотой 60 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляла 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2,5 с; причем температура перегретого пара в течение первых 15 мин составляла 418 К, с 15 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляла в течение первых 16 мин 2,1 м/с, с 16 мин по 32 мин - 1,3 м/с и с 32 мин и до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое - в течение первых 16 мин 8,0 м/с, с 16 мин по 32 мин - 6,7 м/с, с 32 мин по 38 мин - 5,3 м/с, с 38 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.

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

Одной из основных причин интенсификации процесса сушки свеклы в импульсном псевдоожиженном слое перегретым паром атмосферного давления является быстрый прогрев продукта до температуры насыщения T_s=373 К, который обусловлен конденсацией пара на поверхности частиц вследствие их относительно низкой начальной температуры (фиг.1в).

Анализ кривых сушки свеклы (фиг.1б) показывает, что продолжительность периода прогрева весьма значительна и составляет 9...10 мин. Этот период был использован для проведения процесса варки свеклы. 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 свеклы 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 свеклы представляют собой высокомолекулярные углеводные соединения, отличающиеся структурными характеристиками и размерами молекулярных цепей. Набухание свеклы обусловлено также набуханием содержащихся в них белков, которые поглощают воду и связывают ее адсорбционно и осмотически.

Процесс варки свеклы 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 свеклы позволяет повысить энергетическую эффективность процесса, сократить время обработки свеклы и повысить его качество.

Способ получения свеклы поясняется следующим примером.

Пример реализации способа получения сушеной свеклы. В качестве объекта исследования использовали свеклу столовую “Бордо - 237”. Свеклу, предварительно очищенную и мытую, разрезали на кубики (с размером сторон 6×6×6 мм).

Перед сушкой кубики свеклы бланшировали при температуре 95...98°С в течение 10...15 мин и обрабатывали 0,5%-ным раствором пектина путем обильного опрыскивания.

Обработанную таким образом свеклу помещали в рабочую камеру сушилки и подвергали обработке в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа (фиг.1а). На первом этапе кубики свеклы обрабатывают в плотном слое высотой 60 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляла 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2,5 с; причем температура перегретого пара в течение первых 15 мин составляла 418 К, с 15 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляла в течение первых 16 мин 2,1 м/с, с 16 мин по 32 мин - 1,3 м/с и с 32 мин и до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое - в течение первых 16 мин 8,0 м/с, с 16 мин по 32 мин - 6,7 м/с, с 32 мин по 38 мин - 5,3 м/с, с 38 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.

Выбор данной высоты (60 мм) слоя кубиков свеклы 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 свеклы, например до 70 мм, приводило к чрезмерному переувлажнению нижних слоев свеклы и недостаточному увлажнению конденсатом верхних слоев свеклы. При этом нижние слои свеклы разваривались, в то время как верхние слои пересушивались из-за недостатка влаги. При сушке в псевдоожиженном слое данная высота слоя кубиков свеклы (70 мм) не позволяла добиться равномерного кипения: наблюдался либо пузырьковый режим движения пара сквозь слой кубиков свеклы, либо струйный режим движения пара сквозь слой кубиков свеклы.

Уменьшение высоты слоя кубиков свеклы, например до 50 мм, приводил к чрезмерному переувлажнению всех слоев свеклы и их быстрому слипанию. При этом образовывались конгломераты частиц свеклы, которые при дальнейшей обработки 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 свеклы 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 свеклы из-за их переувлажнения, что также приводило к некачественной варке.

На втором этапе обработку свеклы осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2,5 с. При продолжительности второго этапа меньше 2,5 с, например 1 с, имело место недостаточно равномерное и полное перемешивание кубиков свеклы при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к неполной и некачественной варке и сушке. И, наоборот, при продолжительности второго этапа более 2,5 с, например 4 с, имел место срыв пленки конденсата с поверхности кубиков свеклы при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к пересыханию кубиков свеклы и неоправданно завышенным энергозатратам.

Выбор скоростного режима обработки кубиков свеклы перегретым паром (скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляла в течение первых 16 мин 2,1 м/с, с 16 мин по 32 мин - 1,3 м/с и с 32 мин и 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 свеклы уменьшалась, их масса также становилась меньше. При сушке свеклы наблюдалась усадка, т.е. уменьшение размеров кубиков. Поэтому для равномерной обработке кубиков свеклы требовался регулируемый теплоподвод, который обеспечивался данным законом изменения скорости перегретого пара. Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к пересушиванию и подгоранию свеклы, либо, наоборот, к недосушиванию и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

На втором этапе при сушке свеклы в псевдоожиженном слое скорость перегретого пара составляла в течение первых 16 мин 8,0 м/с, с 16 мин по 32 мин - 6,7 м/с, с 32 мин по 38 мин - 5,3 м/с, с 38 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с (фиг.1а). Выбор скоростного режима обработки кубиков свеклы перегретым паром (скорость перегретого пара при сушке в псевдоожиженном слое составляла в течение первых 16 мин 8,0 м/с, с 16 мин по 32 мин - 6,7 м/с, с 32 мин по 38 мин - 5,3 м/с, с 38 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 свеклы уменьшалась, их масса также становилась меньше. Поэтому для равномерной обработки кубиков свеклы в псевдоожиженном слое требовалось постепенное и регулируемое изменение скорости перегретого пара. Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к уносу и пересушиванию свеклы, либо, наоборот, к недостаточно равномерному кипению и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

Температура перегретого пара в течение первых 15 мин составляла 418 К, с 15 мин и до конца сушки - 423 К. Выбор температурного режима обработки кубиков свеклы 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 свеклы уменьшалась, их температура повышалась. Для того чтобы температура свеклы не превышала предельно-допустимую температуру (выше которой наблюдалось терморазложение ценных питательных веществ: меланоидино-образование, термолиз и др.), требовалось постепенное и регулируемое изменение температуры перегретого пара для достижения равномерной обработки кубиков свеклы. Несоблюдение данного временного и температурного режимов приводило либо к пересушиванию и терморазложению свеклы, либо, наоборот, к недосушиванию и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

Таким образом, наилучшим вариантом обработки свеклы 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 свеклы этого размера.

При этом нагрев кубиков свеклы 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 свеклы составляет 42 мин по предлагаемой технологии и 4,5 часа - по заводской.

Оценку эффективности предлагаемого способа производства сушеной свеклы и заводской технологии проводили по величине удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг готовой продукции. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеной свеклы, приготовленной по заводской технологии, составляет 5320 кДж/кг. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеной свеклы, приготовленной по предлагаемой технологии, составляет 4120 кДж/кг.

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

Исследование показателей качества столовой свеклы производили в соответствие с ГОСТ 7589-71 “Свекла столовая сушеная”. Она была исследована по органолептическим и физико-химическим показателям. Определение указанных показателей позволяет выявить структурные изменения в свекле, происходящие в процессе ее сушки, и оценить качество полученного продукта.

Органолептические и физико-химические показатели, пищевая и энергетическая ценность сушеной столовой свеклы приведены в табл. 1 и 2.

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 (%).

Таблица 1Органолептические и физико-химические показатели свеклы, приготовленной по заводской и предлагаемой технологииНаименование показателейХарактеристика моркови, приготовленной по заводской технологиипредлагаемой технологииВнешний видСвекла в виде кубиков правильной формы, с ровной поверхностью, равномерных по толщине, целых, без обломанных граней, сохраняющих формуФорма и размерыРавномерно нарезанная толщиной не более 4 мм, длиной не менее 5 ммКонсистенцияКубики твердыеКубики эластичныеВкус и запахСвойственные свекле, без посторонних привкусов и запаховЦветБордовый разных оттенковМассовая доля влаги, %1414Массовая доля кубиков с черными пятнами и остатками кожицы, %2,81,1Массовая доля кубиков с белыми прожилками, %4,74,3Развариваемость, мин246Массовая доля металлических примесей, %0,0003нетМассовая доля минеральных примесей (песка), %0,0080,003

Таблица 2Пищевая и энергетическая ценность сушеной столовой свеклы (100 г), приготовленной по заводской и предлагаемой технологииНаименование показателейХарактеристика свеклы, приготовленной по заводской технологиипредлагаемой технологииУглеводы, г59,860,3Витамины, мг  β-каротин0,0410,044B₁0,0420,043В₂0,210,22РР1,21,3С10,010,2Энергетическая ценность, ккал278280

В свекле углеводы представлены в основном крахмалом, сахарами, целлюлозой и пектиновыми веществами. В исходном (сыром) образце свеклы моно- и дисахариды составляют 11,09 г/100 г.

Порядок удерживания R_f и площади пятен S (%) углеводов свеклы приведены в табл. 3 для образцов: 1 - сырая свекла, 2 - сушеная свекла, полученная по заводской технологии, 3 - сушеная свекла, 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 свеклы содержание высокомолекулярных соединений углеводов (полисахаридов 2 порядка, три-, тетра- и пентосахаридов) составляет 8% от общего состава углеводов (табл. 3).

Таблица 3Порядок удерживания R_f и площади пятен S (%) углеводов свеклыНаименование углеводовR_fСвекла "Бордо - 237"  123МоносахаридыФруктоза0,6...0,8831,4618,3519,695Глюкоза0,4...0,626,7^*20,6765,119ДисахаридыСахароза0,3...0,47,118,7638,697Мальтоза0,21...0,310,793,9732,675Другие олигосахаридыТри-, тетра- и пентосахариды0,1...0,217,9428,710,558Полисахариды 2 порядкаДекстрины и крахмал0,01...0,10,369,5343,256

* - неидентифицированный остаток моноз, приближающийся по R_f к глюкозе.

Для свеклы 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.

Особенно это заметно для свеклы при сушке перегретым паром с повышением полисахаридов 2 порядка, олигосахаридов (без дисахаров) и высших декстринов до 38%. Однако в связи с большим содержанием моно- и дисахаров в исходном образце свеклы после сушки по заводской и предлагаемой технологии их удельный вес остается по-прежнему высоким. Например, для свеклы в заводском и предлагаемом образцах содержание моносахаридов составляет соответственно 39% и 85%.

Содержание моно- и дисахаров (С, г/кг) в свекле до и после обработки по заводской и предлагаемой технологии показано на диаграмме (фиг.2).

Фруктоза, глюкоза и сахароза снижаются по сравнению с исходным образцом при сушке перегретым паром по предлагаемой технологии соответственно в 36, 24 и 13 раз, а при обработке по заводской технологии - в 55, 90 и 15 раз.

Данное значительное изменение моно- и дисахаридов в свекле объясняется термолабильностью клетчатки (целлюлозы), являющейся основной частью клеточных оболочек растений, а также присутствием производных углеводов - пектиновых веществ, которых в сырой свекле больше почти в 2 раза.

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

Сушка по предлагаемой технологии перегретым паром по сравнению с сушкой по заводской технологии позволяет повысить в свекле содержание фруктозы в 1,5 раза, глюкозы - в 3,9 раза, сахарозы - в 1,2 раза.

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

- значительное сокращение продолжительности обработки с 4,5 ч в заводской технологии до 42 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 свеклы. Способ производства сушеной свеклы включает мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование, обработку раствором пектина и сушку. Сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа. На первом этапе кубики свеклы обрабатывают в плотном слое высотой 60 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., 3 табл.

Способ производства сушеной свеклы, включающий мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование, обработку раствором пектина и сушку, отличающийся тем, что сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа: на первом этапе кубики свеклы обрабатывают в плотном слое высотой 60 мм перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа составляет 120 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 2,5 с; причем температура перегретого пара в течение первых 15 мин составляет 418 К, с 15 мин и до конца сушки - 423 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое составляет в течение первых 16 мин 2,1 м/с, с 16 по 32 мин - 1,3 м/с и с 32 мин и до конца процесса сушки - 0,8 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 16 мин 8,0 м/с, с 16 по 32 мин - 6,7 м/с, с 32 по 38 мин - 5,3 м/с, с 38 мин и до конца процесса сушки - 3,7 м/с.