Результат интеллектуальной деятельности: ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЛОДООВОЩНЫХ ЧИПСОВ

Изобретение относится к переработке плодоовощного сырья и может быть использовано в линии производства плодовых и овощных чипсов, например для производства чипсов из яблок, груш, тыквы и другого растительного сырья.

Известна технологическая линия для сушки плодов и ягод [Патент РФ 71059, МПК А23В 7/02. Линия для сушки плодов и ягод [Текст] / А.Г.Хантургаев, Г.И.Хантургаева, Т.И.Котова, Б.В.Бадмацыренов, А.В.Залуцкий, В.Г.Ширеторова; заявитель и патентообладатель: ГОУ ВПО Восточно-Сибирский государственный технологический университет.- №2007138377/22; заявл. 16.10.2007; опубл. 27.02.2008 Бюл. №6]. Линия для сушки плодов и ягод, характеризуется тем, что содержит последовательно установленные по ходу технологического процесса инспекционный стол или транспортер, моечную машину или ванну, микроволновую вакуумную установку, инспекционный стол и фасовочно-укупорочный автомат.

Недостатками технологической линии для сушки плодов и ягод являются высокая себестоимость готовой продукции вследствие использования вакуума для переработки сельскохозяйственного сырья и необходимость герметизации оборудования.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является технологическая линия производства сушеных яблок с применением паровой конвейерной сушилки [Кац З.А. Производство сушеных овощей, картофеля и фруктов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 216 с.], включающая ковшовый элеватор, валковый калиброватель, барабанную моечную машину, ленточный инспекционный транспортер, машину для удаления семенного гнезда, яблокорезку, ванну для сульфитации яблок с раствором сернистой кислоты 0,15%-ной концентрации, сетчатый транспортер для стекания излишнего раствора, паровую конвейерную сушилку, весы и оборудование фасовки продукции.

Известная технологическая линия производства сушеных яблок имеет следующие недостатки: повышенные удельные энергозатраты на осуществление производства, недостаточное качество готовой продукции, связанное с большой потерей пищевой ценности, применение большого числа промежуточных подъемно-транспортных устройств, а также значительная длительность производства, особенно сушки, и небольшой ассортимент готовой продукции.

Техническая задача изобретения - повышение качества готового продукта и тепловой эффективности производства за счет более рационального чередования технологических режимов влагоприращения и влагоудаления с высокой степенью использования энергетического потенциала теплоносителя, применения одинакового по виду инертного теплоносителя (пара) для технологических тепловых процессов, снижение удельных энергозатрат и металлоемкости, а также интенсификация влагоиспарения и создание компактной многофункциональной технологической линии для производства плодоовощных чипсов с расширенным ассортиментом.

Поставленная задача достигается тем, что в технологической линии производства плодоовощных чипсов, содержащей моечную машину, инспекционный транспортер, калиброватель, машину для удаления семенного гнезда и устройство резки плодов и овощей на пластины, сульфитатор, сушилку и расфасовочно-упаковочный автомат, новым является то, что в качестве сушилки установлен комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки непрерывного действия, разделенный на секции: секцию подогрева сырья, секцию конвективной сушки, секцию предварительной гидротермической обработки, которая расположена между секциями СВЧ-сушки, и секцию охлаждения высушенного продукта, предназначенную для доведения продукта до конечной готовности, при этом через корпус проходят рабочие секции с продуктом, а также в зависимости от типа сырья в линии предусмотрен комплекс оборудования из барабанной машины с моечным блоком и многофункциональной установки с дроблением сырья и отделением семечек.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества готового продукта и тепловой эффективности производства за счет более рационального чередования технологических режимов влагоприращения и влагоудаления с высокой степенью использования энергетического потенциала теплоносителя, применения одинакового по виду инертного теплоносителя (пара) для технологических тепловых процессов, снижении удельных энергозатрат и металлоемкости, а также интенсификации влагоиспарения и создании компактной многофункциональной технологической линии для производства плодоовощных чипсов с расширенным ассортиментом.

На фиг.1 изображен общий вид технологической линии производства плодоовощных чипсов.

Технологическая линия производства плодоовощных чипсов (фиг.1) содержит емкости 1 для исходного плодоовощного сырья (яблоки, груши, тыква и т.д.) с роторными питателями 2 и весовым механизмом, сортировочно-инспекционный транспортер 3, моечную машину 4, калиброватель 5, ориентатор 6, машину 7 для удаления семенного гнезда с устройством резки сырья на пластины, сульфитатор 8, комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки 9 и расфасовочно-упаковочный автомат 10 с весовым дозирующим агрегатом.

При использовании в качестве исходного сырья овощей (например, тыквы, кабачков и т.д.) технологическая линия комплектуется вместо барабанной моечной машины 4 и калибрователя 5 комплексом оборудования 11 для переработки овощей, например тыквы, с отделением фракции семечек, представляющей собой высоколиквидный пищевой продукт. Комплекс в базовом варианте состоит из приемной барабанной машины с моечным блоком и многофункциональной установки, которая включает процессы предварительного дробления плодов тыквы на крупную фракцию, пригодную для визуальной инспекции, обрушения (отделение) семечек от мякоти, оттирку семечек от семенников. Семечки выводятся из оборудования, а нарезанная с заданным размером мякоть поступает на дальнейшую стадию обработки.

Сориентированные в ориентаторе 6 калиброванные плоды или нарезанные куски овощей (тыквы) поступают в машину 7 для удаления семенного гнезда и устройство резки плодов или овощей на пластины толщиной 2-4 мм. Нарезанные на пластины плоды или овощи проходят через сульфитатор 8. Сульфитатор 8 представляет собой ванну, в которую погружаются рабочие секции с нарезанными на пластины плодами или овощами. В ванне находится раствор лимонной кислоты с рН 4,0-4,5, который на протяжении всего процесса подогревается для поддержания заданной температуры предварительной гидротермической обработки.

Далее плодоовощное сырье направляется в комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки 9. При этом сырье подвергается сушке и предварительной гидротермической обработке в соответствии с кинетическими закономерностями влагоиспарения и влагопоглощения [Калашников, Г.В. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов [Текст] / Г.В.Калашников, А.Н.Остриков. - Воронеж: ВГУ, 2001. - 355 с.].

Комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки 9 включает секции: подогрева сырья 12, конвективной сушки 13, предварительной гидротермической обработки (ПГТО) 15, расположенную между секциями СВЧ-сушки 14, 16 и секцию 17 охлаждения высушенного продукта, предназначенную для доведения продукта до конечной готовности. Через все секции 12, 13, 14, 15, 16 и 17 проходят рабочие секции 18 с продуктом.

В блоке конвективной сушки 13 продукт обрабатывается восходящим потоком перегретого пара атмосферного давления. Внизу и вверху секций 14 и 16 СВЧ-сушки, по обе стороны, расположены отсеки, в которых размещены СВЧ-блоки 19, состоящие из магнетронов, волноводов и антенных излучателей. Магнетроны расположены попеременно чередующимися друг с другом по траектории движения рабочими секциями 18. Отсеки СВЧ-блоков 19 сделаны влагонепроницаемыми, отделены от внутреннего пространства СВЧ-сушки радиопрозрачной перегородкой и снабжены принудительным воздушным охлаждением.

Секция 15 ПГТО предназначена для обработки плодоовощного сырья водным раствором и снабжена циркуляционным трубопроводом 20 контура подачи водного раствора с теплообменником, насосом и увлажнителями для подогрева и подачи жидкости при обработке продукта.

Система управления или блок управления и ввода информации осуществляет контроль и управляет всем технологическим процессом обработки. Блок управления предназначен для регулирования магнетронами, задания времени работы и мощности, а также синхронизации влаготепловой обработки плодоовощного сырья в секциях комбинированного тороидального аппарата непрерывного действия. В шкафу управления 21 смонтированы автоматизированные системы регулирования температуры теплоносителя, средства измерения и регулирования режимных параметров для контроля и управления процессами влаготепловой обработки плодов и овощей.

Предлагаемая технологическая линия производства плодоовощных чипсов работает следующим образом (фиг.1).

Исходное плодоовощное сырье (например, яблоки и овощи, соответственно, обозначенные на технологической линии 0.7 и 0.8) из емкости 1 с помощью ротационных питателей 2 дозируется и направляется на сортировочно-инспекционный транспортер 3. Для влаготепловой обработки используют преимущественно яблоки с содержанием сухих веществ не менее 12%. Сырье, предназначенное для обработки, не должно содержать посторонние примеси и предметы, битые, загнившие, поврежденные вредителями и с другими дефектами плоды и овощи.

После сортировочно-инспекционного транспортера плодоовощное сырье поступает в барабанную моечную машину 4, предназначенную для мойки твердых плодов и овощей (яблок, груш, и т.д.), или комплекс 11 в зависимости от вида сырья. На жестком каркасе укреплена ванна, которая разделена перегородкой на две части. В каждой части ванны размещено по барабану, которые одинаковы по длине и диаметру. За двумя первыми барабанами расположен третий барабан. Все три барабана приводятся во вращательное движение общим валом. Первые два барабана предназначены для отмочки и отделения загрязнений. На поверхности этих барабанов имеются щели, через которые проходят загрязнения и осаждаются на дне ванны. Загрязнения удаляются из машины через специальный люк. Третий барабан предназначен для чистового ополаскивания водой, для чего он снабжен душевым устройством, а его поверхность перфорирована. Сырье в машину подается через приемный лоток, из него поступает в первый барабан, затем лопастями перебрасывается сначала во второй барабан, а из него специальным ковшом - в третий барабан. Промытое сырье выгружается из машины через выгружающий лоток.

Вымытый продукт при помощи скребкового конвейера подается в калиброватель 5. Плоды, например яблоки, калибруют на несколько размеров, что облегчает очистку и нарезку. При калибровании удаляют мелкие яблоки размером менее 3,5 см, непригодные для производства яблочных чипсов. Калиброванное сырье калибрователем 5 транспортируется на ориентатор 6, в котором плоды и овощи ориентируют.

Далее, в зависимости от вида исходного сырья плоды поступают в машину 7 для удаления семенного гнезда с устройством резки плодов на пластины. На первом этапе плоды насаживаются на фруктодержатели. Затем, при вращении плода в зоне резки, он очищается и затем блок ножей опускается и разрезает его на кружки толщиной 2-4 мм. Данная машина подходит для большого диапазона размеров яблок (в диаметре 60-120 мм). Переключение с одного размера яблока на другой можно настроить в течение двух минут, не используя инструменты. Также регулируется толщина нарезания пластин и диаметр выколки для сердцевины. Машина для удаления семенного гнезда и резки на пластины может использоваться как для измельчения плодов (яблоки, груши), так и для измельчения овощей (например, тыквы) после предварительной подготовки.

Затем нарезанное плодоовощное сырье (кроме тыквы) подвергают сульфитации в сульфитаторе 8, т.е. погружению в раствор лимонной кислоты с рН 4,0-4,5 или 2,5%-ный раствор бисульфита натрия на 3-5 минут. Это необходимо для предотвращения потемнения нарезанного плодоовощного сырья. После стекания излишнего раствора плоды и овощи с помощью наклонного транспортера (на схеме не показан) загружают в комбинированный тороидальный аппарат.

Далее уложенный в рабочие секции 18 продукт последовательно проходит по секторам корпуса комбинированного тороидального аппарата для влаготепловой обработки через секции, соответственно, подогрева сырья 12, конвективной сушки 13, СВЧ-сушки 14, 16 с промежуточным влагонасыщением водным раствором на стадии ПГТО 15, расположенной между секциями СВЧ-сушки, и охлаждения 17 с выдержкой высушенного продукта.

Чередование стадий влагоприращения и влагоудаления обуславливается характером кинетических закономерностей влаготепловой обработки капиллярно-пористых коллоидных материалов [Калашников, Г.В. Развитие процессов влаготепловой обработки пищевого растительного сырья (теория, технология и техника) [Текст]. - Дисс. докт. техн. наук. Воронеж, 2004. - 365 с.]

Сушка продукта в секции 13 конвективной сушки осуществляется перегретым паром при активных гидродинамических режимах слоя (возможен кипящий слой, импульсный псевдоожиженный слой и др.) в зависимости от вида производимой продукции.

Активные гидродинамические режимы слоя продукта в начале сушки создаются импульсной подачей потока теплоносителя. Импульсный псевдоожиженный слой продукта обеспечивается открытием заслонки диффузора на нужную величину и включением электропривода вентилятора. Теплоноситель проходит в рабочую камеру через газораспределительную решетку и приводит слой растительного сырья, расположенного на ней, в состояние активного гидродинамического режима. В этом состоянии каждая частица контактирует с теплоносителем, который нагревает сырье, испаряя влагу с поверхности каждой частицы, и уносит испаренную влагу из слоя.

Затем осуществляется сушка с использованием нагрева за счет энергии СВЧ-колебаний. Излучаемые магнетроном волны проходят через волновод, предназначенный для направленного рассеивания лучей. Затем они проходят через слюдяной фильтр и попадают в рабочую камеру СВЧ-установки и воздействует на продукт. Принцип преобразования СВЧ-энергии в теплоту основан на эффективном поглощении влагой нагреваемого продукта подводимой к нему СВЧ-энергии. При этом подводимая в рабочую камеру СВЧ-энергия и теплота, генерируемая во всем объеме обрабатываемого продукта, практически полностью поглощается им независимо от его формы и массы. Вследствие проникновения волн вглубь объекта происходит преобразование этой энергии в тепло не на поверхности, а в его объеме, и поэтому можно добиться более интенсивного нарастания температуры при большей равномерности нагрева по сравнению с традиционными способами нагрева, что приводит к улучшению качества готового изделия. Кроме того, при использовании СВЧ-энергоподвода можно обеспечить равномерное распределение СВЧ-поля по объему сушильной камеры и вследствие СВЧ-термообработки достигнуть стерильности процесса и безинерционности регулирования нагревом..

Процесс тепловой обработки пищевых продуктов в электромагнитном поле характеризуется высокой скоростью нагрева и небольшой продолжительностью, что сокращает длительность воздействия на продукт повышенных температур и способствует сохранению питательной ценности, в частности термолабильных витаминов, повышению качества и увеличению выхода готовой продукции.

Секции 18 состоят из каркаса с ситчатым днищем, боковых стенок, задней и передней перегородок, шаровых колесных опор. Задняя перегородка имеет в верхней части дугообразный козырек, перекрывающий сверху переднюю перегородку последующей секционной камеры. Шаровые колесные опоры при помощи оси соединены с секцией 18, которые снабжены амортизирующими буферами, закрепленными на осях и жестко соединенными с перегородками. Рабочие секции 18 расположены в направляющих с возможностью перемещения внутри торовой поверхности корпуса на шаровых колесных опорах.

Секция ПГТО 15 предназначена для обработки продукта водным раствором и снабжена циркуляционным трубопроводом 20 контура подачи жидкости с теплообменником, насосом и увлажнителями для подачи жидкой среды (раствора). Отработанный инертный теплоноситель подогревает в теплообменнике водный раствор, который подается для увлажнения.

Нижняя часть секции 15 обработки водным раствором выполнена дугообразной для сбора жидкой среды в нижней точке и подачи в циркуляционный трубопровод 20, соединенный с насосом. При этом секция 15 обработки водным раствором, вследствие дугообразного днища, имеет возможность погружения секционных рабочих камер с продуктом в раствор в зависимости от вида обрабатываемого сырья и технологических режимов процесса влагонасыщения.

Торцевые стенки перед СВЧ-сушкой способствуют выравниванию слоя продукта в рабочих секциях, что способствует равномерной его обработке и повышению качества продукта. Таким образом, изменением скорости подачи теплоносителя и обеспечением осциллированной обработки продукта с чередованием периодов воздействия пара, СВЧ-энергии и жидкости добиваются достижения наиболее рационального гидродинамического режима слоя и оптимальной продолжительности процесса влаготепловой обработки продукта.

Перед бункером выгрузки готового продукта расположен регулируемый привод, имеющий на выходном валу звездочки, расположенные на противоположных сторонах боковых стенок рабочих секций 18 и выполненные с возможностью их перемещения в горообразном корпусе за счет контактирования с симметричными консолями осей. Выходной вал регулируемого привода соединяется с электродвигателем через вариатор и выполнен с возможностью обеспечения переменных значений вращающего момента и частоты вращения в зависимости от вида сырья и удельной нагрузки секционных рабочих камер.

В тороидальном аппарате после секции 16 СВЧ-сушки готовый продукт перед бункером выгрузки выдерживается и охлаждается.

После комбинированного тороидального аппарата 9 готовый продукт направляется в расфасовочноу паковочный автомат 10 с весовым дозирующим агрегатом, например, в виде фасовочной машины с вертикальным пакетообразователем [Машины и аппараты пищевых производств [Текст] / Под ред. академика РАСХН В.А.Панфилова. - М.: Высшая школа, 2004. - 1800 с.]. Она предназначена для фасования сыпучих продуктов в пакеты из термосвариваемой полиэтиленовой пленки. Машина состоит из станины, дозатора, бункера, рулонодержателя, направляющего ролика, пакетообразователя, сваривающего устройства, отводящего конвейера и привода. Станина является основной и несущей частью машины. На ней смонтированы привод, электрическая часть, коммуникации гидравлической и пневматической систем. Вращательное движение осуществляется от электродвигателя через вариатор и редуктор на главный вал, на котором находятся рычаги, кулачки и звездочки. Дозатор представляет собой два диска, укрепленных на вертикальном валу. В дисках смонтированы четыре пары мерных стаканов, телескопически вставляющихся один в другой. Нижний диск, перемещаясь вдоль оси вала, сближает или раздвигает стаканы, изменяя, таким образом, величину порции. Продукт в стаканы дозатора подается из бункера непрерывно. Рулон ленты полиэтиленовой пленки устанавливается в рулонодержателе, который обеспечивает равномерную ее подачу и регулирование в осевом направлении. С помощью направляющего ролика пленка подается в пакетообразователь. В нем лента свертывается в рукав, края ее накладываются один на другой, двигаясь мимо продольного нагревателя. Сваривающее устройство имеет нагревательную и охлаждающую части. В нагревательной смонтированы спирали. Воздух, проходя через раскаленную нихромовую спираль, прогревается, затем через отверстия сварочной головки направляется на края движущегося рукава и сваривает пленку в продольном направлении. Часть воздуха через охладитель подается на сваренный шов и охлаждает его. Устройство, с помощью которого делается поперечный шов на пакетах и производится их отрезка, состоит из нагревателя, опоры и монтируется на рычагах. При одновременном сближении нагревателя и опоры пленка сжимается и образуется поперечный шов, а две пары клещей отрезают пакет и протягивают рукав. Длина пакета регулируется изменением амплитуды колебаний рычагов. Машина имеет пневматическую систему для сварки и охлаждения продольного шва. Сжатый воздух через регулятор давления подается в сваривающее устройство. В камере он прогревается до заданной температуры и поступает в зону сварки. Для охлаждения нагревателей машина оснащена гидравлической системой.

Таким образом, использование технологической линии производства плодоовощных чипсов дает возможность:

- достижения равномерной влаготепловой обработки продукта вследствие попеременного влаготеплового воздействия потоком инертного теплоносителя (например, пара), СВЧ-энергии и увлажнения, а также использования «мягких» температурных и «щадящих» режимов перемещения продукта при максимальном сохранении формы частиц обрабатываемого продукта [Калашников, Г. В. Развитие процессов влаготепловой обработки пищевого растительного сырья (теория, технология и техника) [Текст]. - Дисс. докт. техн. наук, Воронеж, 2004. - 365 с.];

- комбинированного постадийного осуществления процесса конвективно-СВЧ-сушки с учетом кинетических закономерностей процесса и подогрева сырья, водного раствора отработанным теплоносителем, что повышает тепловую эффективность конструкции;

- преобразовывать большую часть получаемой энергии в теплоту при СВЧ-нагревании и способствовать направленной обработке объекта по месту и времени;

- интенсифицировать процесс влагоудаления при сушке вследствие использования при конвективной сушке активных гидродинамических режимов слоя сырья, инертного теплоносителя (например, перегретого пара) и применения попеременного подвода СВЧ-энергии;

- осуществлять не сложный контроль технологического режима и управление процессом сушки, монтаж и эксплуатацию секций;

- достигнуть экономию производственных площадей;

- повышения качества готового продукта за счет использования рационального гидродинамического режима слоя дисперсного продукта, обеспечения микробиологического благополучия готового продукта и снижения отрицательного влияния термического процесса на термолабильный продукт;

- обеспечения оптимального увлажнения вследствие применения подогрева водного раствора и возможности влагонасыщения за счет распыливания или непосредственного контактирования с жидкостью в зависимости от вида сырья;

- увеличения производительности линии за счет последовательного выполнения любого сочетания технологических операций (увлажнения, сушки и т.п.) в комбинированном тороидальном аппарате непрерывного действия, так как при этом исключается необходимость в дополнительных перегрузочных и транспортных операциях;

- эффективного использования напора теплоносителя, СВЧ-энергии и, следовательно, энергетического потенциала, внутренних источников энергии для обеспечения требуемой гидродинамики процесса влаготепловой обработки продукта.