СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СУШЕНОЙ МОРКОВИ Российский патент 2009 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.

Известен способ обезвоживания растительного сырья, включающий предварительную подсушку с температурой сушильного агента 130-200°С сначала во встречном потоке со скоростью, равной 0,4-0,9 скорости витания частиц высушиваемого материала, а затем одновременно с перемешиванием - в прямотоке при скорости, в 3-7 раз превышающей скорость витания частиц, а окончательную сушку в кипящем слое осуществляют при начальной температуре сушильного агента 90-130°С до влажности продукта 20-30% с последующим доведением температуры сушильного агента до 55-75°С для обезвоживания продукта до конечной заданной влажности [Пат.№2054262 Россия, МПК⁶ А23В 7/02. Способ обезвоживания растительного сырья / М.Е.Цельнер, Е.С.Шитиков; М.Е.Цельнер, Е.С.Шитиков. - №5034408/13; Заявл. 28.12.1994; Опубл. 20.02.1996].

Недостатками известного способа являются значительные энергозатраты, высокая продолжительность процесса сушки и невысокое качество готового продукта.

Наиболее близким к предлагаемому способу решением-прототипом является «Способ производства сушеной моркови» [Пат. №2252564 Россия, МПК⁷ А23В 7/02. Способ производства сушеной моркови / А.Н.Остриков, Г.В.Калашников, В.М.Калабухов, И.А.Зуев, С.А.Шевцов; Воронеж, гос. технол. акад. - №2003138144/13; Заявл. 31.12.2003; Опубл. 27.05.2005, Бюл.15]. Способ 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, 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 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.

Недостатками способа-прототипа являются: значительные энергозатраты, высокая продолжительность процесса сушки, сложность регулирования изменяющихся параметров процесса сушки.

Технической задачей изобретения является повышение тепловой эффективности и интенсификация процесса сушки, улучшение качества готового продукта за счет проведения бланширования кусочков моркови в потоке жидкости и использования двухэтапного режима их обработки в закрученном потоке сушильного агента и псевдоожиженном слое.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе производства сушеной моркови, включающем мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование и сушку, новым является то, что бланширование кусочков моркови проводят в потоке жидкости, которое предусматривает предварительный нагрев двухфазной смеси до температуры 70-95°С, окончательный нагрев острым паром до температуры 110-140°С, выдержку при последней температуре в течение 1-1,5 мин и мгновенное охлаждение до температуры 70-95°С; сушку проводят в два последовательных этапа: на первом этапе кусочки моркови обрабатывают в закрученном потоке сушильного агента, причем продолжительность первого этапа составляет 12 мин, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 20 мин; причем температура сушильного агента в процессе сушки в течение первых 12 мин составляет - 413 К, затем с 12 мин по 22 мин - 403 К, с 22 мин и до конца сушки - 398 К, а скорость тангенциально подводимого потока сушильного агента при сушке в закрученном потоке составляет 8 м/с, а при сушке в псевдоожиженном слое скорость сушильного агента составляет с 12 мин по 22 мин - 6,5 м/с, с 22 мин до 27 мин - 5 м/с, с 27 мин и до конца процесса сушки - 3,5 м/с.

Технический результат заключается в повышении тепловой эффективности и интенсификации процесса сушки, улучшении качества готового продукта за счет проведения бланширования кусочков моркови в потоке жидкости и использования двухэтапного режима их обработки в закрученном потоке сушильного агента и псевдоожиженном слое.

Одной из основных причин интенсификации процесса сушки моркови является бланширование кусочков моркови в потоке жидкости, которое позволяет интенсифицировать процессы термической обработки материала по сравнению с процессами, протекающими в слое материала, так как каждая частица материала омывается потоком жидкости и тем самым увеличивается теплообмен между жидкостью и кусочками моркови. Уменьшение продолжительности бланширования моркови позволяет уменьшить удельные энергозатраты на проведение процесса и способствует сохранению органолептических показателей и пищевой ценности готового продукта.

В процессе бланширования кусочков моркови перед сушкой растительная ткань претерпевает значительные изменения: изменяется конфигурация молекул белка, происходит его денатурация, при температуре ткани выше 63°С. Денатурация белка приводит к усадке и уплотнению растительных тканей, к уменьшению их гидрофильности. При бланшировании, когда ткань нагревается до температуры 60-65°С, происходит гидролиз нерастворимого протопектина срединных пластинок и стенок клеток в растворимый пектин. В результате этого уменьшается прочность сцепления клеток, нарушается избирательная проницаемость клеточных мембран. До нагревания растительные клетки находятся в напряженном упругом состоянии тургора, при котором протопласт плотно прижат к оболочке и осмотическое давление в клетках колеблется от 0,5 до 1,0 МПа. При бланшировании вследствие потери полупроницаемости клеточных оболочек состояние тургора исчезает, наступает явление плазмолиза, давление по обе стороны клеточной оболочки выравнивается, цитоплазма сжимается, оболочка сморщивается, часть влаги переходит из клетки в межклеточные пространства и сосудистые системы, вытесняя оттуда воздух. Тем самым создаются благоприятные условия для сушки.

После бланширования в моркови часть вытесненной влаги становится несвязанной. Обработанные кусочки моркови теряют хрупкость, приобретают эластичность, упругость. Это объясняется заменой воздуха и газов в межклеточных пространствах влагой, денатурацией белка цитоплазмы, образованием мостиков кальция между молекулами пектина, так как карбоксильные группы пектина, освободившиеся в результате гидролиза протопектина, реагируют с ионами кальция.

Бланширование кусочков моркови в потоке жидкости обеспечивает также улучшение сохранности готового продукта, так как инактивируются окислительно-восстановительные гидролитические ферменты и эстеразы в результате свертывания белковых носителей ферментов путем изменения конфигурации белка. Разрушение ферментов предохраняет сырье от потемнения, способствует сохранению вкуса, цвета, аромата, консистенции материалов и восстанавливаемости сушеного продукта; значительно улучшаются технологические показатели: ускоряется развариваемость сушеной моркови, увеличивается набухаемость.

Второй причиной интенсификации процесса сушки моркови является быстрый прогрев продукта в закрученном потоке до температуры Т=373 К, который обусловлен активным перемешиванием и движением частиц, выравнивающим температуру нагретого воздуха и частиц. Вследствие высоких коэффициентов теплообмена на поверхности кусочков моркови в периоде прогрева очень быстро повышается температура и при дальнейшей сушке влага удаляется из материала в виде пара.

Применение на втором этапе сушки воздуха с температурами свыше 398 К приводит к значительной интенсификации удаления остаточной влаги. Это объясняется перемещением ее внутри материала преимущественно в виде пара, испарением влаги внутри частиц, что приводит к возникновению градиента давления внутри материала. Поэтому при сушке в развитой стадии псевдоожиженного слоя с применением температур нагретого воздуха 398-403 К морковь можно высушить до остаточного влагосодержания 12% за 20 мин.

Такая комбинированная обработка моркови (проведение бланширования кусочков моркови в потоке жидкости и использование двухэтапного режима их обработки в закрученном потоке сушильного агента и псевдоожиженном слое) позволяет повысить тепловую эффективность, интенсифицировать процесс сушки моркови и повысить качество готового продукта.

Способ получения сушеной моркови поясняется следующим примером.

Пример реализации способа получения сушеной моркови. В качестве объекта исследования использовали морковь "Шантенэ", которая соответствовала требованиям ГОСТ 1721-67 "Морковь столовая свежая". Морковь, 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, разрезали на кубики (с размером сторон 6×6×6 мм).

Перед сушкой выполняли бланширование кубиков моркови в потоке жидкости, которое предусматривает предварительный нагрев двухфазной смеси до температуры 70-95°С, окончательный нагрев острым паром до температуры 110-140°С, выдержку при последней температуре в течение 1-1,5 мин и мгновенное охлаждение до температуры 70-95°С.

Обработанную таким образом морковь помещали в рабочую камеру сушилки и подвергали обработке в два последовательных этапа.

На первом этапе кубики моркови обрабатывают в закрученном потоке сушильного агента, причем продолжительность первого этапа составляет 12 мин, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 20 мин; причем температура сушильного агента в процессе сушки в течение первых 12 мин составляет - 413 К, затем с 12 мин по 22 мин - 403 К, с 22 мин и до конца сушки - 398 К, а скорость тангенциально подводимого потока сушильного агента при сушке в закрученном потоке составляет 8 м/с, а при сушке в псевдоожиженном слое скорость сушильного агента составляет с 12 мин по 22 мин - 6,5 м/с, с 22 мин до 27 мин - 5 м/с, с 27 мин и до конца процесса сушки - 3,5 м/с.

За счет проведения бланширования кубиков моркови в потоке жидкости уменьшается продолжительность ее тепловой обработки, что позволяет уменьшить удельные энергозатраты на проведение процесса бланширования и способствует сохранению органолептических показателей и пищевой ценности готового продукта.

Бланширование кубиков моркови в потоке жидкости приводит к интенсификации процесса сушки. Влияние бланширования на продолжительность процесса сушки кубиков моркови приведено в табл.1.

Таблица 1
Влияние бланширования на продолжительность процесса сушки кубиков морковиНаименование материалаПодготовка перед сушкойПродолжительности сушки (в мин) до остаточного влагосодержания, %70605040302012Морковь, кубики 6×6×6 ммБез обработки11,515,018,621,224,928,834,9Бланширование11,815,117,520,022,025,132,0

Интенсификация сушки кубиков моркови, прошедших бланширование в потоке жидкости, объясняется уменьшением прочности сцепления клеток, потерей полупроницаемости клеточных оболочек, выделением влаги и слабовязких растворов в межклеточные пространства.

Выбор продолжительности первого этапа (12 мин) обусловлен тем, что в начале процесса сушки удаляется свободная влага. Применение повышенных температур нагретого воздуха значительно сокращает продолжительность сушки. Увеличение продолжительности первого этапа более 12 мин приводило к пересыханию кубиков моркови (повышенной усадке) и неоправданно завышенным энергозатратам.

На втором этапе обработку кубиков моркови осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 20 мин при более низких температурах сушильного агента (температура сушильного агента в процессе сушки в течение первых 12 мин составляет - 413 К, затем с 12 мин по 22 мин - 403 К, с 22 мин и до конца сушки - 398 К).

Такой режим сушки при небольших перепадах влагосодержания в продукте обеспечивал минимальную усадку частиц, форма кубиков моркови сохранялась.

Выбор скоростного режима обработки кубиков моркови сушильным агентом на первом этапе (скорость тангенциально подводимого потока сушильного агента при сушке в закрученном потоке составляет 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 кубиков моркови наблюдалась их усадка, т.е. уменьшение размеров кубиков. Поэтому для равномерной обработки кубиков моркови требовался регулируемый теплоподвод, который обеспечивался данным законом изменения скорости сушильного агента. 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 при сушке в псевдоожиженном слое скорость сушильного агента составляет с 12 мин по 22 мин - 6,5 м/с, с 22 мин до 27 мин - 5 м/с, с 27 мин и до конца процесса сушки - 3,5 м/с.

Выбор скоростного режима обработки кубиков моркови сушильным агентом (при сушке в псевдоожиженном слое скорость сушильного агента составляет с 12 мин по 22 мин - 6,5 м/с, с 22 мин до 27 мин - 5 м/с, с 27 мин и до конца процесса сушки - 3,5 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 псевдоожиженном слое требовалось постепенное и регулируемое изменение скорости сушильного агента. Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к уносу и пересушиванию кубиков моркови, либо, наоборот, к недостаточно равномерному кипению и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующего ГОСТ.

Температура сушильного агента в процессе сушки в течение первых 12 мин составляет 413 К, затем с 12 мин по 22 мин - 403 К, с 22 мин и до конца сушки - 398 К.

Выбор температурного режима обработки кубиков моркови сушильным агентом (температура сушильного агента в процессе сушки в течение первых 12 мин составляет 413 К, затем с 12 мин по 22 мин - 403 К, с 22 мин и до конца сушки - 398 К) был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кусочков 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 сушильного агента 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 кубиков 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 проведением бланширования кубиков моркови в потоке жидкости и гидродинамикой процесса, изменяющейся во времени за счет проведения двухэтапной сушки в закрученном потоке и псевдоожиженном слое. Регулирование технологических параметров обработки кубиков моркови в закрученном потоке и псевдоожиженном слое (продолжительность обработки, скорость и температура сушильного агента) обеспечивает минимальные энергозатраты на получение качественного продукта. Продолжительность сушки моркови составляет 32 мин по предлагаемому способу и 35 мин по способу-прототипу.

Оценку эффективности предлагаемого способа производства сушеной моркови и способа-прототипа проводили по величине удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг готовой продукции. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеной моркови, приготовленной по способу-прототипу, составляет 3960 кДж/кг. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеной моркови, приготовленной по предлагаемому способу, составляет 3170 кДж/кг.

Таким образом, приведенный анализ показывает высокую тепловую эффективность предлагаемого способа производства сушеной моркови по сравнению со способом-прототипом.

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 моркови приведены в табл.2.

Таблица 2
Органолептические и физико-химические показатели моркови, приготовленной по способу-прототипу и предлагаемому способуНаименование показателейХарактеристика моркови, приготовленной поспособу-прототипупредлагаемому способуВнешний 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 эластичныеКубики эластичные, пористыеВкус и запахСвойственные моркови, без посторонних привкусов и запаховЦветОранжевый. Сердцевина имеет желтоватую окраскуОранжевый. Сердцевина имеет желтоватую окраскуМассовая доля влаги, %1412Массовая доля кубиков поджаренных, зеленоватых, с черными пятнами и остатками кожицы, %2,92,7Развариваемость, мин54,5Массовая доля металлических примесей, %нетнетМассовая доля минеральных примесей (песка), %0,0040,004Массовая доля сернистого ангидрида, %нетнет

Пищевая и энергетическая ценность сушеной моркови приведена в табл.3.

Таблица 3
Пищевая и энергетическая ценность сушеной моркови (100 г), приготовленной по способу-прототипу и предлагаемому способуНаименование показателейХарактеристика моркови, приготовленной поспособу-прототипупредлагаемому способуУглеводы, г56,357,8Витамины, мг  β-каротин44,046,5В₁0,140,15В₂0,350,39РР2,93,0С11,212,3Энергетическая ценность, ккал282290

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

- значительное сокращение энергозатрат на проведение процесса;

- сокращение продолжительности обработки с 35 мин по способу-прототипу до 32 мин в предлагаемом способе;

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

Способ включает мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование и сушку. Бланширование кусочков моркови проводят в потоке жидкости, которое предусматривает предварительный нагрев двухфазной смеси до температуры 70-95°С, окончательный нагрев острым паром до температуры 110-140°С, выдержку при последней температуре в течение 1-1,5 мин и мгновенное охлаждение до температуры 70-95°С. Сушку проводят в два последовательных этапа. На первом этапе кусочки моркови обрабатывают в закрученном потоке сушильного агента при температуре 413К, на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое. Предложенный способ позволяет повысить тепловую эффективность, интенсивность процесса сушки, улучшить качество готового продукта. 3 табл.

Способ производства сушеной моркови, включающий мойку, инспектирование, калибрование, очистку, резку, бланширование и сушку, отличающийся тем, что бланширование кусочков моркови проводят в потоке жидкости, который предусматривает предварительный нагрев двухфазной смеси до температуры 70-95°С, окончательный нагрев острым паром до температуры 110-140°С, выдержку при последней температуре в течение 1-1,5 мин и мгновенное охлаждение до температуры 70-95°С; сушку проводят в два последовательных этапа: на первом этапе кусочки моркови обрабатывают в закрученном потоке сушильного агента, причем продолжительность первого этапа составляет 12 мин, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 20 мин; причем температура сушильного агента в процессе сушки в течение первых 12 мин составляет 413 К, затем с 12 мин до 22 мин - 403 К, с 22 мин и до конца сушки - 398 К, а скорость тангенциально подводимого потока сушильного агента при сушке в закрученном потоке составляет 8 м/с, а при сушке в псевдоожиженном слое скорость сушильного агента составляет с 12 мин по 22 мин 6,5 м/с, с 22 мин до 27 мин - 5 м/с, с 27 мин и до конца процесса сушки - 3,5 м/с.