Способ получения пищевых волокон и установка для его осуществления

 

Использование: при производстве пищевых волокон с повышенной сорбционной способностью. Сущность: Способ включает дезинтеграцию измельченного сырья с использованием жидкой двуокиси углерода, промывку отделенной твердой фазы водой, щелочную обработку жидким аммиаком с последующим отделением твердой фазы и промывкой ее водой, кислотную обработку жидкой двуокисью углерода с последующим отделением твердой фазы и ее сушкой. При этом дезинтеграцию, кислотную и щелочную обработки и каждое отделение твердой фазы осуществляют при давлении выше атмосферного, а в процессе промывки давление снижают до атмосферного путем мгновенного его сброса. Установка для производства пищевых волокон включает последовательно установленные измельчитель, три шнековых экстрактора, соединенных между собой, каждый из которых подсоединен к источнику воды и выполнен из соединенных горизонтальной секцией вертикальных колонн, и сушилку. Первые колонны крайних экстракторов сообщены с источниками жидкой двуокиси углерода и образуют рециркуляционные контуры с испарителем и конденсатором, первая колонна среднего экстрактора сообщена с источником жидкого аммиака и образует рециркуляционный контур с испарителем и конденсатором, вторые колонны экстракторов снабжены выхлопными патрубками и подсоединены к источнику воды, а горизонтальные секции сообщены со сборником водного экстракта. Шнеки первых колонн выполнены с геометрической компрессией, горизонтальных секций - без геометрической компрессии, а вторых колонн - с геометрической декомпрессией, начальное значение которой у каждого шнека больше, чем конечное значение у смежного с ним шнека горизонтальной секции. 2 с.п.ф., 3 з.п.ф., 1 ил.

Изобретение относится к технике и технологии производства практически неусваиваемой пищевой добавки для продуктов пониженной калорийности.

Известен способ получения пищевых волокон, включающий измельчение сырья, кислотную обработку с последующим отделением твердой фазы, щелочную обработку с последующим отделением твердой фазы и промывкой ее водой, сушку (патент СССР N 1836033, кл. А 23 L 1/10, 1993).

Недостатками этого способа являются получение пищевых волокон с низкой сорбционной способностью, практически не связывающих ионы тяжелых металлов из-за перевода протопектиновых веществ в процессе обработки в форму протопектатов, которые нереакционноспособны, а также загрязнение пищевых волокон солью использованных в процессе обработки щелочи и кислоты.

Известна установка для производства пищевых волокон, содержащая последовательно установленные измельчитель, паровой дезинтегратор, шнековый экстрактор, выполненный из соединенных горизонтальной секцией двух вертикальных колонн, соединенный с источником воды и емкостью для сбора водного экстракта, ферментер, пресс и сушилку (патент США N 5112638, кл. A 23 L 1/214, 1992).

Недостатками этой установки являются сложность конструкции и получение волокон с низкой сорбционной способностью.

Задачей группы изобретений является повышение сорбционной способности получаемых пищевых волокон и упрощение конструкции установки для реализации способа.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения пищевых волокон, включающем измельчение сырья, кислотную обработку с последующим отделение твердой фазы, щелочную обработку с последующим отделением твердой фазы и промывкой ее водой, сушку. Согласно изобретению, после измельчения сырье дополнительно подвергают дезинтеграции с последующим отделением твердой фазы и промывкой ее водой, кислотную обработку проводят после щелочной, а отделенную при этом твердую фазу дополнительно промывают водой, для дезинтеграции и кислотной обработки используют жидкую двуокись углерода, а для щелочной обработки жидкий аммиак, причем дезинтеграцию, кислотную и щелочную обработки и каждое отделение твердой фазы осуществляют при давлении выше атмосферного, а в процессе промывки давление снижают до атмосферного путем мгновенного его сброса.

Это позволяет повысить сорбционную способность пищевых волокон и снизить их загрязнение солями используемых реагентов.

В предпочтительном варианте сушку осуществляют при температуре не ниже 60^oC.

Это полностью исключает загрязнение пищевых волокон солями используемых реагентов.

Поставленная задача также решается тем, что предлагаемая установка для производства пищевых волокон, содержащая последовательно установленные измельчитель, подсоединенный к источнику воды и сборнику водного экстракта шнековый экстрактор, выполненный из соединенных горизонтальной секцией двух вертикальных колонн, и сушилку, согласно изобретению, снабженную двумя дополнительными экстракторами, выполненными аналогично имеющемуся, источниками жидкой двуокиси углерода и жидкого аммиака, двумя испарителями, соединенными со cборниками газожидкостных экстрактов, и двумя конденсаторами, причем все экстракторы последовательно соединены между собой, первые колонны крайних экстракторов сообщены с источником жидкой двуокиси углерода и образуют рециркуляционный контур с испарителем и конденсатором, первая колонна среднего экстрактора сообщена с источником жидкого аммиака и образует рециркуляционный контур с другими испарителями и конденсатором, вторые колонны экстракторов снабжены выхлопными патрубками, к сборнику водного экстракта подсоединены горизонтальные секции экстракторов, а к источнику воды вторые колонны, при этом шнеки первой колонны каждого экстрактора выполнены с уменьшающейся по ходу перемещения сырья площадью поперечного сечения винтовыми каналами нарезки, каждой горизонтальной секции с постоянной площадью поперечного сечения винтового канала, а каждой второй колонны с увеличивающейся площадью поперечного сечения винтового канала, величина которой на его входном конце больше, чем у выходного конца шнека смежной горизонтальной секции.

Такая установка позволяет при упрощенной за счет сокращения количества разноименных технологических позиций конструкции получить пищевые волокна с повышенной дисперсностью и сорбционной способностью и одновременно обеспечивает утилизацию жиро- и спирторастворимых компонентов обрабатываемого сырья.

В предпочтительном варианте сборник водного экстракта выполнен обогреваемым.

Это позволяет утилизировать водорастворимые компоненты перерабатываемого сырья без их загрязнения аммонийными солями угольной кислоты.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрена установка в каждой первой колонне и в каждой горизонтальной секции на выходе к сборнику экстракта самоочищающегося ультрафильтра, соединенного выходом твердой фазы со входом той же колонны или секции.

Это исключает загрязнение экстрактов мелкодисперсными примесями пищевых волокон.

На чертеже изображена схема установки для реализации способа.

Установка для производства пищевых волокон содержит последовательно установленные измельчитель 1, три шнековых экстрактора с вертикальными колоннами 2-7, последовательно соединенными горизонтальными секциями 8-10 и сушилку 11, источник 12 воды, соединенный с колоннами 3, 5 и 7, сборник 13 водного экстракта, желательно с нагревателем 14, источник 15 жидкой двуокиси углерода, соединенный с колоннами 2 и 6, источник 16 жидкого аммиака, соединенный с колонной 4, испаритель 17 и конденсатор 18, соединенные в рециркуляционный контур по двуокиси углерода с колоннами 2 и 6, сборник 19 СО₂-экстракта, соединенный с испарителем 17, испаритель 20 и конденсатор 21, соединенные в рециркуляционный контур с колонной 4, сборник 22 аммиачного экстракта, соединенный с испарителем 20. На выходе жидкой фазы колонн 2, 4, 6 и горизонтальных секций 8, 9, 10 могут быть установлены самоочищающиеся ультрафильтры 23-28, соединенные выходами твердой фазы со входами колонн 2, 4, 6 и секций 8, 9, 10 соответственно. Шнеки 29-31 колонн 2, 4, 6 выполнены с геометрической компрессией: с уменьшающейся по направлению перемещения сырья площадью поперечного сечения винтового канала нарезки, шнеки 32-34 горизонтальных секций 8, 9, 10 выполнены без компрессии: с постоянной площадью поперечного сечения винтового канала нарезки, а шнеки 35-37 колонн 3, 5, 7 выполнены с геометрической декомпрессией: с увеличивающейся в том же направлении площадью поперечного сечения винтового канала нарезки, величина которой на входных концах больше, чем у шнеков 32-34 на выходных концах соответственно. Колонны 3, 5, 7 снабжены выхлопными патрубками 38-40.

На описанной установке способ реализуется следующим образом.

Перерабатываемое сырье измельчают измельчителем 1 и подают в колонну 2 первого шнекового экстрактора в прямотоке с жидкой двуокисью углерода из источника 15, в которой сырье захватывается шнеком 29 и транспортируется в секции 8. На выходе из колонны 2 за счет формы нарезки шнека 29 происходит отжатие мисцеллы из обрабатываемого сырья, которая через ультрафильтр 23 поступает в испаритель 17, где двуокись углерода переводят в газовую фазу, подают в конденсатор 18, ожижают и возвращают в колонны 2 и 6. Твердая фаза из ультрафильтра 23 возвращается в колонну 2 и обрабатывается совместно с основной массой сырья.

Далее сырье поступает в горизонтальную секцию 8, где смешивается с подаваемой в противотоке через колонну 3 из источника 12 водой, транспортируется шнеком 32 без изменения давления в сырье, а затем переходит в колонну 3, в которой за счет формы выполнения шнека 35, транспортирующего по ней сырье, и шнека 32, происходит вскипание и переход в газовую фазу жидкой двуокиси углерода, впитанной сырьем в колонне 2. В результате этого происходит разрыв клеток и нарушение межклеточных связей сырья, падение его диффузионного сопротивления, увеличение поверхности контакта фаз и активное перемешивание сырья с водой за счет всплытия в противотоке воды пузырьков газовой фазы двуокиси углерода, удаляемой из колонны 3 через выхлопной патрубок 38. Одновременно происходит переход части пектиновых веществ в протопектиновые. Далее сырье отжимается шнеком 35 на участке выше уровня подачи воды из источника 12 и поступает в колонну 4 второго экстрактора. Вода совместно с экстрактивными веществами через ультрафильтр 26 поступает в сборник 13, а отделенная твердая фаза возвращается в горизонтальную секцию 8 для повторной обработки совместно с основной массой сырья.

В колонне 4 увлажненное сырье смешивается с жидким аммиаком, подаваемым из источника 16. В результате этого аммиак, растворяясь в остаточной воде, образует гидроокись аммония, обладающую резко щелочным характером. В щелочной среде происходит экстракция из сырья спирторастворимых веществ и остатков непроэкстрагированных в воде полярных веществ типа солей. Одновременно нерастворимые в воде арабинаны и галактаны, блокирующие концевые группы протопектиновых веществ переходят в растворимое состояние, а от самих протопектиновых веществ происходит отрыв метоксильных групп и ионов металлов с образованием протопектатов аммония. На выходе из колонны 4 за счет формы выполнения шнека 30 происходит отжатие аммиачной мисцеллы от сырья, которое подается в горизонтальную секцию 9. Мисцелла через ультрафильтр 24 поступает в испаритель 20, в котором аммиак переходит в газовую фазу и подается в конденсатор 21, ожижается и возвращается в колонну 4 для повторной обработки сырья. Отделенная в ультрафильтре 24 твердая фаза возвращается на вход в колонну 4 для повторной обработки с основной массой сырья, а выделенный аммиачный экстракт из испарителя 20 поступает в сборник 22.

Далее сырье в горизонтальной секции 9 со шнеком 33 и колонне 5 со шнеком 36 подвергается обработке, аналогичной происходящей в секции 8 и колонне 3 первого экстрактора, с удалением вазовой фазы аммиака через выхлопной патрубок 39, и подается в колонну 6 третьего экстрактора, а водный экстракт из секции 9 через ультрафильтр 27 поступает в сборник 13. Отделенная в ультрафильтре 27 твердая фаза поступает на вход секции 9 для повторной обработки с основной массой сырья.

В колонне 6 при транспортировке шнеком 31 сырье смешивается повторно с жидкой двуокисью углерода, подаваемой из источника 15, которая, растворяясь в остаточной воде, образует сильную угольную кислоту, способствующую замещению иона аммония в протопектатах на ионы водорода с образованием активной формы протопектиновых кислот и аммонийных солей угольной кислоты, представленных карбаматом, полукарбонатом, карбонатом и бикарбонатом аммония. Жидкая двуокись углерода совместно с остатками жирорастворимых веществ в виде мисцеллы через ультрафильтр 25 поступает в испаритель 17, переходит в газовую фазу, ожижается в конденсаторе 18 и возвращается в колонны 2 и 6. Твердая фаза, отделенная на ультрафильтре 25, возвращается на вход колонны 6 для повторной обработки с основной массой сырья. CО₂-экстракт из испарителя 17 с обеих стадий обработки жидкой двуокисью углерода поступает в сборник 19.

В последней горизонтальной секции 10 со шнеком 34 и в колонне 7 со шнеком 37 происходит обработка сырья, аналогичная обработке в секции 8 и колонне 3 первого экстрактора, с отводом газовой фазы двуокиси углерода через выхлопной патрубок 40. На этой стадии водной экстракции сырье имеет максимальную дисперсность, наиболее развитую поверхность, наименьшее гидравлическое сопротивление вследствие не только нарушения сплошности клеточных оболочек, но и удаления нерастворимых в воде спирто- и жирорастворимых гидрофобных веществ. Кроме того, на этой стадии экстракции из сырья удаляются аммонийные соли угольной кислоты. На выходе из колонны 7 последнего экстрактора твердая фаза является полностью очищенной от сопутствующих веществ растительными пищевыми волокнами, в которых повышено содержание протопектиновых веществ, представленных активной формой протопектиновых кислот с деблокированными карбоксильными группами. Водный экстракт из горизонтальной секции 10 через ультрафильтр 28 поступает в сборник 13. Отделенная в ультрафильтре 28 твердая фаза возвращается на вход секции 10 для повторной обработки с основной массой сырья.

В сборнике 13 при нагреве водного экстракта от нагревателя 14 не ниже 60^oC происходит термодекструкция аммонийных солей угольной кислоты, наиболее термостойкая из которых бикарбонат аммония разлагается полностью на аммиак и двуокись углерода при 60^oC.

Пищевые волокна из колонны 7 последнего экстрактора поступают на сушку в сушилку 11, в которой при температуре обработки не ниже 60^oC из них удаляют излишнюю влагу и подвергают термодеструкции остаточные количества аммонийных солей угольной кислоты. Из сушилки 11 пищевые волокна подают на фасовку или непосредственно на приготовление низкокалорийных продуктов.

Пример 1.

Измельченную шелуху гороха последовательно обрабатывают жидкой двуокисью углерода при давлении 6,2 МПа и температуре 18^oC, отделяют мисцеллу без сброса давления, твердую фазу экстрагируют водой при 18^oC со сбросом давления до атмосферного в процессе экстракции, отделяют водный экстракт, твердую фазу экстрагируют жидким аммиаком при температуре 19^oC и давлении 6,5 МПа, отделяют аммиачную мисцеллу без сброса давления, повторно экстрагируют твердую фазу водой при той же температуре со сбросом давления до атмосферного в процессе экстракции, отделяют водный экстракт и повторно обрабатывают твердую фазу жидкой двуокисью углерода при тех же параметрах температуры и давления и отделяют мисцеллу без сброса давления, после чего третий раз экстрагируют твердую фазу водой при той же температуре и сбросом давления до атмосферного в процессе экстракции, а затем отделяют водный экстракт и сушат твердую фазу на ленточной сушилке при температуре 60^oC. Получены пищевые волокна с дисперсностью 0,2 мкм, сорбционная способность которых по сравнению с контрольным образцом, полученным из того же сырья по способу-прототипу, по ионам тяжелых металлов выше на 135% по фенолу выше на 211% Пример 2.

Выжимки свеклы измельчают и обрабатывают аналогично примеру 1, но при давлении и температуре двуокиси углерода 6,5 МПа и 20^oC, температуре воды 19^oC, давлении и температуре аммиака 6,8 МПа и 16^oC и при температуре сушки пищевых волокон 62,5^oC. Полученные волокна имеют дисперсность 0,5 мкм и по сравнению с контрольным образцом, полученным из того же сырья по способу-прототипу, имеют сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 129% выше, по фенолу на 186% выше.

Пример 3.

Цедру цитрусовых измельчают и обрабатывают аналогично примеру 1, но при давлении и температуре двуокиси углерода 7 МПа и 22^oC, температуре воды 21^oC, давлении и температуре аммиака 7,9 МПа и 22^oC и температуре сушки пищевых волокон 61^oC. Полученные волокна с дисперсностью 0,2 мкм по сравнению с контрольным образцом, полученными из того же сырья по способу-прототипу, имеют сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 133% выше, по фенолу на 254% выше.

Пример 4.

Яблочные выжимки измельчают и обрабатывают аналогично примеру 1, но при давлении и температуре двуокиси углерода 7,8 МПа и 30^oC, температуре воды 16^oC, давлении и температуре аммиака 6 МПа и 10^oC и температуре сушки 59^oC. Полученные пищевые волокна с дисперсностью 0,6 мкм содержат следы бикарбоната аммония и по сравнению с контрольным образцом, полученным из того же сырья по способу-прототипу, имеют сорбционную способность по ионам тяжелых металлов на 216% выше, по фенолу на 489% выше.

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяют при упрощенных технологии и аппаратурном оформлении получать пищевые волокна высокой чистоты с повышенной сорбционной способностью.

Формула изобретения

1. Способ получения пищевых волокон, включающий измельчение сырья, кислотную обработку с последующим отделением твердой фазы, щелочную обработку с последующими отделением твердой фазы и промывкой ее водой, сушку, отличающийся тем, что после измельчения сырье дополнительно подвергают дезинтеграции с последующими отделением твердой фазы и промывкой ее водой, кислотную обработку проводят после щелочной, а отделенную при этом твердую фазу дополнительно промывают водой, для дезинтеграции и кислотной обработки используют жидкую двуокись углерода, а для щелочной обработки жидкий аммиак, причем дезинтеграцию, кислотную и щелочную обработки и каждое отделение твердой фазы осуществляют при давлении выше атмосферного, а в процессе промывки давление снижают до атмосферного путем мгновенного его сброса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку осуществляют при температуре не ниже 60^oС.

3. Установка для производства пищевых волокон, содержащая последовательно установленные измельчитель, подсоединенный к источнику воды и сборнику водного экстракта шнековый экстрактор, выполненный из соединенных горизонтальной секцией двух вертикальных колонн, и сушилку, отличающаяся тем, что установка снабжена двумя дополнительными шнековыми экстракторами, выполненными аналогично имеющемуся, источниками жидкой двуокиси углерода и жидкого аммиака, двумя испарителями, соединенными со сборниками газожидкостных экстрактов, и двумя конденсаторами, причем все экстракторы последовательно соединены между собой, первые колонны крайних экстракторов сообщены с источниками жидкой двуокиси углерода и образуют рециркуляционные контуры с испарителем и конденсатором, первая колонна среднего экстрактора сообщена с источником жидкого аммиака и образует рециркуляционный контур с испарителем и конденсатором, вторые колонны экстракторов снабжены выхлопными патрубками, к сборнику водного экстракта подсоединены горизонтальные секции экстракторов, а к источнику воды вторые колонны, при этом шнеки первых колонн экстракторов выполнены с геометрической компрессией, горизонтальных секций без геометрической компрессии, а вторых колонн с геометрической декомпрессией, начальное значение которой у каждого шнека больше, чем конечное значение у смежного с ним шнека горизонтальной секции.

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что сборник водного экстракта выполнен обогреваемым.

5. Установка по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что в каждой первой колонне и в каждой горизонтальной секции на выходе к сборнику экстракта установлен самоочищающийся ультрафильтр, соединенный выходом твердой фазы со входом той же колонны или секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1