Способ сушки и обеззараживания фруктов и ягод

 

Изобретение предназначено для использования в пищевой и смежных областях промышленности при сушке и обеззараживании продуктов и других водосодержащих материалов. Способ предусматривает четыре этапа. На первом этапе фрукты и ягоды нагревают токами низкой частоты до 55-65^oС. Из них удаляют до 10% воды. При этом происходит их электролитическое обеззараживание. На втором, третьем и четвертом этапах фрукты и ягоды сушатся энергией ИК-излучения и СВЧ-энергией с плотностью потока мощности не более 0,2, 0,3 и 0,4 Вт/см² соответственно. На каждом этапе соотношение СВЧ-энергии и энергии ИК-излучения соответственно равно 1/6÷10; 1/3÷6; 1/1,5÷3. Поэтапно обеспечивают испарение соответственно 35, 30 и 15% воды из фруктов и ягод. Изобретение обеспечивает уменьшение энергозатрат, стоимости используемой аппаратуры, более высокое качество готового продукта, высокий уровень обеззараживания.

Предлагаемый способ сушки и обеззараживания фруктов и овощей может быть использован в пищевой и смежных областях для сушки и обеззараживания продуктов и других водосодержащих материалов.

Известны традиционные способы сушки фруктов и ягод: солнечно-воздушная сушка и искусственная сушка [1]. Искусственная сушка имеет следующие преимущества: возможность применения в любых климатических зонах; большую механизацию и автоматизацию производственных процессов и лучшие санитарные условия, меньшую продолжительность сушки, более качественные окрас и вкус сухофруктов и меньшие потери полезных веществ в процессе сушки. Наиболее распространены: способ непосредственного соприкосновения сырья с нагретым воздухом или перегретым паром и контактный способ, когда тепло к продукту передается через нагретую агентом сушки поверхность. Недостатками этих способов сушки являются низкий к.п.д. использования энергоносителей и низкое качество продукции. Известна также сублимационная сушка [1], при которой воду из плодов и ягод выпаривают под вакуумом при низкой отрицательной температуре. При этом способе основная часть влаги продукта удаляется благодаря испарению льда без перехода его в жидкое состояние. Продукт в это время находится в замороженном состоянии и потери ароматических веществ и витаминов минимальны и биохимические изменения незначительны. Качество сушеных плодов и ягод при сублимационной сушке самое высокое. Недостатками данного способа являются сложное и дорогое оборудование, очень значительные энергозатраты и отсутствие обеззараживания продукта.

Известен радиоционный метод (под воздействием инфракрасных лучей - ИК-излучение) сушки плодов и ягод [2]. Радиоционный метод сушки плодов и ягод может эффективно применяться только в сочетании с другими методами сушки, которые способствуют выдавливанию влаги на поверхность фруктов и ягод.

Известен метод сушки плодов и ягод токами промышленной частоты [3]. Этот метод позволяет с целью интенсификации сушки производить предварительный прогрев плодов и ягод токами промышленной частоты перед началом ведения процесса. При сушке растительных материалов переменным электрическим током происходит электроплазмолиз и создание пористой структуры в растительном материале. Наиболее целесообразно осуществление электроплазмолиза растительного сырья в первый период сушки, так как при этом происходит быстрейшее прекращение всех процессов жизнедеятельности растительных материалов, что обеспечивает большую сохранность питательных веществ и ускорение процесса удаления свободной влаги из материалов. При этом обеспечиваются энергоэкономичность процесса, простота аппаратного оформления, доступность контроля и широкая возможность регулирования энергетических параметров, а также происходит обеззараживание, заключающееся в электролитическом разложении ядохимикатов, пестицидов и других вредных для здоровья веществ, запасенных во фруктах, ягодах и овощах в процессе выращивания и обработки ядохимикатами от вредителей, на вещества, не вредные для здоровья человека.

Недостатком этого метода является то, что его можно эффективно использовать только на начальном этапе сушки, когда влажность плодов и ягод более 50%.

Известен метод сушки с использованием сверхвысокочастотной энергии (СВЧ) [2, 3] . Характерная особенность СВЧ-сушки состоит в том, что удельная мощность рассеивания в продукте зависит от его электрофизических параметров и прежде всего влажности. К основным особенностям СВЧ-энергии следует отнести: способность проникать на значительную глубину внутрь продукта; способность полной стерилизации обрабатываемого продукта, отсутствие контакта обрабатываемого продукта с теплоносителем, высокий к.п.д. преобразования СВЧ-энергии в тепло, выделяемое в нагреваемом продукте. При СВЧ-нагреве можно сконцентрировать весьма высокие энергии в небольших объемах продукта, при этом можно создать такие условия, что внутри продукта температура будет больше, чем снаружи. Это позволяет создать условия для выдавливания воды из капилляров на поверхность продукта, что значительно снижает энергозатраты на испарение воды. Качество сушеных плодов и ягод при сушке с использованием СВЧ-энергии - высокое. Недостатком данного способа является то, что для его реализации используется сложное дорогостоящее оборудование.

Известен комбинированный способ сушки плодов и ягод с использованием СВЧ-энергии в вакуумной сушилке [4]. Качество плодов и ягод, полученных при этом способе сушки, является высоким. Метод имеет недостаточно высокий к.п. д. , сложное и дорогостоящее аппаратурное оформление, при этом методе отсутствует обеззараживание готового продукта.

Известен комбинированный способ сушки фруктов и ягод с использованием конвективного нагрева и СВЧ-нагрева [5]. Сначала продукт подвергают конвективному нагреву, а затем, при достижении критической влажности, микроволновому облучению до полной сушки. При этом методе отсутствует обеззараживание готового продукта.

Известен комбинированный метод сушки фруктов и ягод с использованием СВЧ-излучения и ИК-излучения [6], который принят за прототип. Способ сушки отличается тем, что высушиваемый материал сначала подвергают воздействию СВЧ-энергии высокой интенсивности и короткой продолжительности, при этом в клеточной ткани образуется пар, который разрывает клеточную структуру, и влага выдавливается на поверхность фруктов и ягод, затем ИК-излучением осуществляется испарение влаги с поверхности фруктов и ягод. Недостатком данного метода является отсутствие обеззараживания готового продукта.

Целью настоящего изобретения является создание способа сушки и обеззараживания фруктов и ягод токами низкой частоты, СВЧ-энергией и энергией ИК-излучения. Указанная цель достигается тем, что на первом этапе в течение от 0,5 до 5 мин фрукты и ягоды нагревают токами низкой частоты от 50 до 20000 Гц до температуры 55-65^oС. И из них испаряют до 10% воды при их электролитическом обеззараживании, на втором этапе фрукты и ягоды сушат в течение от 20 до 30 мин с использованием энергии ИК и СВЧ-энергии с плотностью потока мощности не более 0,2 Вт/см², при этом энергия ИК-излучения больше СВЧ-энергии от 6 до 10 раз и обеспечивается испарение до 35% воды из фруктов и ягод, на третьем этапе и ягоды сушат в течение от 20 до 30 мин с использованием ИК-излучения и СВЧ-энергии с плотностью потока мощности не более 0,3 Вт/см², при этом энергия ИК-излучения больше СВЧ-энергии от 3 до 6 раз и обеспечивается испарение до 30% воды из фруктов и ягод, на четвертом этапе фрукты и ягоды сушат в течение от 30 до 40 мин с использованием энергии ИК-излучения и СВЧ-энергии с плотностью потока мощности не более 0,4 Вт/см², при этом энергия ИК-излучения больше СВЧ-энергии от 1,5 до 3 раз и обеспечивается испарение до 15% воды из фруктов и ягод.

Процесс сушки в заявленном методе осуществляется следующим образом.

На первом этапе фрукты и ягоды токами низкой частоты от 50 до 20000 Гц нагревают до температуры 55-65^oС и сушат в течение от 0,5 до 5 мин, при этом из фруктов и ягод удаляют до 10% воды, масса удаленной воды определяется условием предотвращения снижения качественных показателей сушеной продукции и зависит также от свойств обрабатываемого продукта и параметров режима: значения частоты и тока. На первом этапе происходит электролитическое обеззараживание фруктов и ягод: полная инактивация микроорганизмов, разрушение микробных токсинов, пестицидов, ядохимикатов и других вредных соединений.

На первом этапе происходит также разрыхление продукта и повышение коэффициента диффузии влаги за счет расширения микрокапилляров.

На втором, третьем и четвертом этапах для сушки продукта используют СВЧ-энергию и энергию ИК-излучения. Под воздействием СВЧ-энергии из-за внутреннего прогрева продукта вода из макрокапилляров и микрокапилляров продукта выдавливается на его поверхность и под воздействием высокого уровня энергии ИК-излучения испаряется. Соотношения между уровнями мощности СВЧ-энергии и энергии ИК-излучения на каждом этапе выбраны из условия получения максимального значения к.п.д.

Был изготовлен макет сушильной установки, в которой реализован предлагаемый способ сушки.

В макете сушильной установки в блоке электролитического обеззараживания нарезанные яблоки токами низкой частоты в течение 0,5-5 мин нагревают до температуры 55-65^oС, продолжительности нагрева выбирают для каждого продукта в зависимости от его диэлектрических свойств; блок электролитического обеззараживания представляет собой два плоских сетчатых электрода, между которыми находится обрабатываемый продукт. Обработанный в блоке электролитического обеззараживания продукт последовательно поступает в первую, вторую и третью конвейерные СВЧ-камеры, в которых установлены СВЧ-излучатели, подключенные к источникам СВЧ-энергии, и ИК-излучатели. В СВЧ-камерах СВЧ-энергия в основном выдавливает воду из капилляров на поверхность продукта, которая мгновенно испаряется под воздействием энергии ИК-излучения. Указанные в заявляемом способе режимы и соотношения между энергией СВЧ- и энергией ИК-излучения окончательно определены экспериментально на макете сушильной установки. В качестве исходного сырья использовались яблоки, нарезанные толщиной от 6 до 20 мм. Как показали экспериментальные исследования, в обрабатываемом продукте при сушке происходит полная инактивация микроорганизмов, разрушение микробных токсинов, пестицидов, ядохимикатов и других вредных соединений.

Технический результат предлагаемого способа сушки подтвержден экспериментальными исследованиями на макете сушильной установки и заключается в том, что предлагаемый способ сушки фруктов и ягод по сравнению с прототипом обладает улучшенными техническими и экономическими показателями: - меньшими на 20-30% энергетическими затратами на испарение 1 кг воды; - меньшей в 2 раза стоимостью аппаратуры, используемой для реализации предлагаемого способа сушки; - более высоким качеством готового продукта; - высоким уровнем обеззараживания.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Ю. Г. Скрипников. "Технология переработки плодов и ягод", стр. 177-196, Москва, ПО "Агропромиздат", 1988 г.

2. И. А. Рогов, А. В. Горбатов. "Физические методы обработки пищевых продуктов", стр. 191-271, Москва, из-во "Пищевая промышленность".

3. Шестая всесоюзная научно-техническая конференция "Электрические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья", стр. 186, 187, 375, Москва, типография ВНИИТЭМП, 1989 г.

4. Пат. США 4640020, F 26 B 3/397 34-1.

5. Пат. США 4622757, F 26 B 3/397 34-1.

6. Заявка ФРГ 372412, F 26 B 3/397.

Формула изобретения

Способ сушки и обеззараживания фруктов и ягод путем воздействия СВЧ-энергии и энергии ИК-излучения, отличающийся тем, что на первом этапе в течение от 0,5 до 5 мин фрукты и ягоды нагревают токами низкой частоты от 50 до 20000 Гц до 55-65^oС и из них испаряют до 10% воды при их электролитическом обеззараживании, на втором этапе фрукты и ягоды сушат в течение от 20 до 30 мин с использованием энергии ИК-излучения и СВЧ-энергии с плотностью потока мощности не более 0,2 Вт/см², при этом энергия ИК-излучения больше СВЧ-энергии от 6 до 10 раз и обеспечивают испарение до 35% воды из фруктов и ягод, на третьем этапе фрукты и ягоды сушат в течение от 20 до 30 мин с использованием энергии ИК-излучения и СВЧ-энергии с плотностью потока мощности не более 0,3 Вт/см², при этом энергия ИК-излучения больше СВЧ-энергии от 3 до 6 раз, и обеспечивают испарение до 30% воды из фруктов и ягод, на четвертом этапе фрукты и ягоды сушат в течение от 30 до 40 мин с использованием энергии ИК-излучения и СВЧ-энергии с плотностью потока мощности не более 0,4 Вт/см², при этом энергия ИК-излучения больше СВЧ-энергии от 1,5 до 3 раз, и обеспечивают испарение до 15% воды из фруктов и ягод.