Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СУШКИ ПЕКТИНСОДЕРЖАЩИХ МИКРОФИБРИЛЛЯРНЫХ ПИЩЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВОЛОКОН

Изобретение относится к способу сушки растительных волокон и имеет широкое применение в пищевой и непищевой промышленности.

Известен способ вакуумной сушки пищевых продуктов, при котором измельченный пищевой продукт с толщиной слоя 5-70 мм помещают в вакуумную камеру, создают остаточное давление 2-3 кПа, нагревают продукт до температуры 70-80°С при тепловой нагрузке 9,0-9,5 кВт/м². Конденсацию испарившейся влаги осуществляют испарителем холодильной машины с температурой на поверхности 25-30°С (патент RU 2426462 С1, опубл. 20.08.2011). Способ позволяет получать сухие пищевые продукты с высокими качественными показателями при сокращенной продолжительности сушки и низких затратах энергии, однако, использование высоких температурных режимов приводит к терморазрушению пектина.

Известен способ конвективной сушки пищевых волокон при температурах сушильного агента 115-145°С и продукта 75-85°С, из пектинового экстракта извлекают пектиносодержащий витаминизированный напиток микро- и ультрафильтрацией, упаренный пектиновый экстракт обезвоживают вакуумной сушкой во вспененном состоянии при инфракрасном энергоподводе, температуре продукта 40-50°С и остаточном давлении в сушильной камере 2,7-5,5 МПа (RU 2006101955 А, опубл. 27.07.2007). Недостатком данного способа является использование высоких температурных режимов, ведущих к терморазрушению пектина, что не позволяет получить продукт с заявленными свойствами.

Известен способ сушки продуктов в СВЧ-поле с последующим центрифугированием, отличающийся тем, что осушаемый продукт помещают в герметичную камеру и одновременно воздействуют СВЧ-полем, производят вакуумирование и центрифугирование, при этом воздух, используемый для охлаждения магнетрона и источника питания, используют для нагрева герметичной камеры, а полученный пар конденсируют и в дальнейшем используют (RU 99107115 А, опубл. 20.01.2001). Недостатком данного способа является сложность масштабируемости производства, а также способ не позволяет получить продукт с заявленными свойствами.

Известен способ распылительной сушки при температуре 50-65°С, применяемый при получении пектина. Распыление осуществляют с использованием ультразвуковых форсунок или механических ультразвуковых распылителей, обеспечивающих ультрадисперсное распыление жидкостей (RU 2395211 С1, опубл. 27.07.2010). Недостатком способа является использование высоких температурных режимов, что приводит к терморазрушению пектина и не позволяет получить продукт с заявленными свойствами.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части способа является способ инфракрасной сушки пищевого влажного насыпного материала, который послойно помещают на подложке, где на ярусах поэтапно вводят тепловую энергию с разной плотностью потоков инфракрасного излучения, совмещая с принудительной вентиляцией паровоздушной среды, которую удаляют, содержит межоперационную выдержку насыпного материала в нагретом состоянии и охлаждение. Сушку насыпного высоковлажного материала слоем высотой 2-3 см, помещенного на тефлоновой ленте бесконечного транспортера, проводят инфракрасным излучением с длиной волны 1,5-3,0 мкм при постоянной скорости влагоотвода U=0,33% в минуту, устанавливая плотность потока тепловой энергии инфракрасного излучения для каждого этапа из соотношения q=0,21·WH кВт/м², где WH, % - начальная влажность семян этапа сушки. Изобретение должно обеспечить промышленную технологичность способа послойной инфракрасной сушки семян в автоматическом режиме при транспортировании семян подсолнечника на бесконечном транспортере, оснащенном бункерами перегрузки с межоперационным термостатированием, что гарантировано дает заданное качество обработки семян, пригодное для продолжительного хранения (патент RU 2433364 С1, опубл. 10.11.2011), однако способ не позволяет получить готовый продукт с заявленными свойствами.

Вышеперечисленные недостатки известных способов, каждый отдельно или все вместе, снижают технологическую эффективность, повышают стоимость производства, вызывают сложности при масштабировании производства, не позволяют получить продукт с заявленными свойствами.

Задачей изобретения является разработка условий сушки пектинсодержащих микрофибриллярных растительных волокон с развитыми гидроколлоидными структурообразующими свойствами, которые обеспечивают минимальные потери пектина (не более 3%) и других биологически активных веществ продукта и не допускают деструкции целлюлозно-пектинового комплекса.

Технический результат изобретения заключается в разработке способа сушки микрофибриллярных растительных волокон, содержащих пектин, витамины, биологически активные полезные вещества, обеспечивающего максимальное сохранение исходного состояния биологически активных полезных веществ в сухом продукте (потеря пектина не более 3%), быструю восстанавливаемость способом гидратации сухого продукта (коэффициент восстанавливаемости высушенного продукта при гидратации дистиллированной водой в течение 30-60 минут - не менее 10); кроме того, способ является экологичным, экономичным, легко масштабируемым, высокопроизводительным.

Технический результат достигается тем, что сушку проводят в сушильной установке, совмещающей инфракрасный и конвективный методы сушки, снабженной многоярусной системой горизонтальных транспортерных перфорированных лент, с оптимальным количеством лент равным пяти, исходный сырьевой продукт влажностью 85-93%, с размером фракции 1-1,5 мм, с общим содержанием пектиновых веществ 28-35%, с коэффициентом влагоудержания более 8, последовательно подают на транспортерные ленты, соблюдая следующие условия в течение всего времени сушки: температура 30-35°С, постоянная циркуляция воздуха, отсутствие конденсации испаренной влаги, недопущение просыпания более влажного продукта с верхних транспортерных лент на нижние ленты, постоянный воздухообмен, отсутствие в подаваемом воздухе механических загрязнений, минеральных масел, дрожжей и плесени, постоянное движение транспортерных лент, соблюдение четкого постепенного посекционного удаления влаги в следующих параметрах: на первой ленте - 10-15%, на второй ленте - 15-20%, на третьей ленте - 20-25%, на четвертой ленте - не более 15%, на пятой ленте - 6-7%.

Технический результат достигается за счет:

1) выбора оптимального метода сушки для микрофибриллярных пищевых растительных волокон, содержащих целлюлозно-пектиновый комплекс;

2) особого многоярусного горизонтального расположения лент транспортера;

3) щадящих управляемых условий сушки, а именно:

- оптимальных температурных режимов на каждом этапе сушки;

- постоянного обдува продукта;

- предотвращения конденсации испаренной влаги;

- четкого постепенного посекционного удаления влаги;

- регулировки равномерности толщины слоя продукта.

Экспериментально доказано, что для сушки растительных волокон оптимальными являются сушильные установки, совмещающие инфракрасный и конвективный методы.

Инфракрасная сушка воздействует на продукты на молекулярном уровне и обеспечивает сушку продуктов в условиях, оптимальных для сохранности ценных веществ. При относительно невысокой температуре сушки практически полностью сохраняются витамины и биологически активные вещества, а также естественный аромат и вкусовые качества.

Конвективная сушка основана на передаче тепла продукту за счет энергии нагретого сушильного агента - воздуха или парогазовой смеси. Испарение находящейся в продукте влаги происходит за счет сообщаемой продукту тепловой энергии, а унос паров влаги осуществляется сушильным агентом. Система обдува продукта должна быть сконструирована зональным образом, то есть каждая лента должна представлять собой отдельную климатическую зону с регулируемой температурой, влажностью и скоростью потока воздуха.

Способ реализуется следующим образом.

Сушку проводят в сушильной установке, совмещающей инфракрасный и конвективный методы сушки, снабженной многоярусной системой горизонтальных транспортерных лент, с оптимальным количеством лент равным пяти. Исходный продукт влажностью 85-93%, с общим содержанием пектиновых веществ 28-35%, с коэффициентом влагоудержания более 8, с размером фракции 1-1,5 мм подают ровным слоем толщиной не более 1,5 см на первую ленту горизонтального транспортера инфракрасной конвективной сушильной установки и высушивают до влажности 70-78% при температуре продукта в течение всего времени сушки 30-35°С, что позволяет предотвратить терморазрушение и карамелизацию пектиновых веществ на уровне потерь не более 3%. С целью эффективного удаления влаги из продукта осуществляют постоянную циркуляцию воздуха, не допуская конденсацию испаренной влаги. С целью равномерной обработки не допускают просыпание более влажного продукта с предыдущих транспортерных лент на нижние ленты. С целью сохранения чистоты продукта подаваемый воздух не должен содержать механических загрязнений, минеральных масел, дрожжей и плесени. С целью беспрепятственного продвижения воздуха транспортерные ленты в секции должны быть перфорированными и находиться в постоянном движении. Это условие также необходимо для предотвращения конгломерации зерен микрофибриллярных волокон. Конгломерация зерен микрофибриллярных волокон недопустима, поскольку ведет к снижению содержания пектина, уменьшению коэффициента восстанавливаемости (влагоудержания) высушенного продукта и как следствие снижению структурообразующей способности волокон.

Продукт подают на следующую ленту транспортера и высушивают до влажности 50-58% при температуре в течение всего времени сушки 30-35°С.

Затем продукт подают на следующую ленту транспортера и высушивают до влажности 30-33% при температуре продукта в течение всего времени сушки 30-35°С.

Далее продукт поступает на следующую ленту транспортера и высушивается до влажности 15-18% при температуре в течение всего времени сушки 30-35°С.

Далее продукт подают на следующую ленту транспортера и высушивают до влажности 6-9% при температуре продукта в течение всего времени сушки 30-35°С.

В результате получают продукт в виде сухих хлопьев светло-желтого цвета (коричневый цвет хлопьев недопустим, поскольку является признаком терморазрушения и карамелизации пектиновых веществ), без запаха, с обезличенным вкусом, влажностью 6-9%, с общим содержанием пектиновых веществ 25-32%, с коэффициентом влагоудержания не менее 8, способный к быстрому восстановлению с максимальным сохранением свойств исходного продукта (восстанавливаемость при гидратации при температуре 40-45°С составляет не более 3 часов).

Таким образом, для обеспечения максимальной сохранности качества высушиваемого продукта необходимо выполнение следующих условий:

1) температура продукта в течение всего времени сушки не должна превышать 35°С;

2) продукт должен находиться в постоянном движении на перфорированных лентах транспортера;

3) должен обеспечиваться постоянный воздухообмен;

4) в воздухе недопустимо присутствие механических масляных примесей, бактерий, патогенной микрофлоры;

5) относительная влажность продуваемого воздуха должна быть не более 10%;

6) необходимо соблюдение четкого постепенного посекционного удаления влаги в следующих параметрах: на первой ленте - 10-15%; на второй ленте - 15-20%; на третьей ленте - 20-25%; на четвертой ленте - не более 15%; на пятой ленте - 6-7%.

Сушку можно осуществлять при аналогичных условиях и в стационарной сушильной установке, без транспортеров, которые, однако, обеспечивают непрерывное производство и более эффективное перемешивание продукта и продув воздухом.

Высушенный продукт влажностью 6-9% может быть подвергнут дополнительной стадии размола до фракции необходимого размера. Готовый измельченный продукт фасуют в бумажные трехслойные мешки с внутренним влагоотталкивающим покрытием согласно ГОСТ 2226-88.

Высушенный продукт может быть восстановлен до исходного продукта. Для этого высушенный продукт помещают в дистиллированную воду температурой 35-60°С, предпочтительно 40-55°С, оптимально 40-45°С, выдерживают в течение 30-60 минут при постоянном перемешивании со скоростью вращения мешалки 30-40 оборотов в минуту. При этом коэффициент восстанавливаемости составляет не менее 10.

Восстановленный продукт может быть подвергнут дополнительной стадии гомогенизации с целью получения гидрогелей. Для этого продукт смешивают с расчетным количеством воды, перемешивают, трижды пропускают через гомогенизатор при давлении 150-250 атмосфер, оптимально 200 атмосфер, при температуре 20-25°С.

Полученный продукт имеет широкое применение в пищевой промышленности, в частности, при производстве масложировой, кондитерской, мясной, хлебобулочной, консервированной продукции; в непищевой промышленности при производстве бумажной и упаковочной продукции, в том числе биоразлагаемых материалов, строительных материалов, модифицированной древесины, текстильных материалов; при производстве фармакологических материалов и косметологических основ.