Способ производства сушеного топинамбура

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству сушеного топинамбура, и может быть использовано для производства порошка из клубней топинамбура. Способ производства сушеного топинамбура включает мойку, сортировку, инспекцию, калибровку, очистку, доочистку, резку, бланширование и сульфитацию, сушку и последующий помол. Сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа. На первом этапе кубики топинамбура определенного размера обрабатывают в плотном слое перегретым паром атмосферного давления с определенной продолжительностью. На втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое с определенной продолжительностью и температурой. Изобретение позволяет улучшить качество готового продукта и повысить тепловую эффективность процесса сушки. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству сушеного топинамбура, и может быть использовано для производства порошка из клубней топинамбура.

Известен способ производства сушеного топинамбура, предусматривающий мойку, сортировку, инспекцию, калибровку, очистку, доочистку, резку, бланширование и сульфитацию, сушку и последующий помол. Сушка топинамбура производится на конвейерных и барабанных сушилках. Продукт поступает на сушилку, раскладывается с помощью конвейероукладчика и движется по конвейерной ленте, пересыпаясь с одной ленты на другую. Начальная температура сушки 95...100°С, температура на средних участках сушилки 80°С, на конечном этапе температура 50...60°С. Нагрев теплонесущей части сушилки осуществляется при помощи пара, горячего воздуха или трубчатых электронагревателей (ТЭН). Влажность конечного продукта 14% [Голубев В.И., Волкова И.В. Топинамбур. Состав, свойства, переработка, области применения. – Астрахань: Волга, 1995 – 81 с.].

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

Технической задачей изобретения является улучшение качества готового продукта и повышение тепловой эффективности процесса сушки за счет использования в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления и чередующихся режимов обработки топинамбура в псевдоожиженном и плотном слое, снижение энергозатрат на получение готового продукта, интенсификация процесса сушки.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе производства сушеного топинамбура, включающем мойку, сортировку, инспекцию, калибровку, очистку, доочистку, резку, бланширование и сульфитацию, сушку и последующий помол, новым является то, что сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа: на первом этапе кубики топинамбура с размерами 6×6×6 мм обрабатывают в плотном слое перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа в течение первых 4,5 мин составляет 90 с, затем в течение 16 мин - 120 с и, наконец, в течение 8 мин - 240 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого в течение всего процесса сушки составляет 4 с; причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 270 с составляет - 408 К, затем в течение 960 с - 413 К и, наконец, в течение 480 с - 418 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое в течение первых 1230 с составляет 2,8 м/с, затем в течение 480 с - 1,85 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 1230 с - 10,1 м/с, затем в течение 480 с - 8,0 м/с.

Технический результат заключается в повышении тепловой эффективности и интенсификации процесса сушки, улучшении качества готового продукта за счет использования в качестве теплоносителя перегретого пара атмосферного давления и чередующихся режимов обработки топинамбура в псевдоожиженном и плотном слое, в снижении энергозатрат на получение готового продукта.

На чертеже представлены кинетические зависимости процесса сушки кубиков топинамбура при рациональных режимных параметрах: а - диаграмма изменения скорости ν_n и температуры Т перегретого пара во времени, б - кривая сушки U=f(τ) (1) и кривая скорости сушки dU/dτ=f(U) (2) топинамбура перегретым паром, где U - влагосодержание топинамбура, кг/кг, τ - время, с; в – термограмма процесса сушки топинамбура перегретым паром Т_к=f(τ), где Т_к - температура топинамбура.

В качестве объекта исследования использовали свежие, свежеохлажденные клубни топинамбура, имеющие сильно развитый мясистый корень. Клубни топинамбура могут быть различной формы, различной окраски (белые, желтые, лилово-фиолетовые, розово-красные). Они различаются и по величине (от 10 граммов до 150 и более граммов).

Клубни топинамбура, поступающие в переработку, по своему качеству должны соответствовать требованиям ТУ 10-1155-93 и отвечать следующим требованиям:

по внешнему виду: корнеплоды свежие, неувядшие, целые, незагрязненные, не пораженные сельскохозяйственными вредителями, очищенные от мочковатых корешков;

по размерам корнеплодов, мм, не менее: по наибольшему поперечному диаметру - 20; по наименьшему поперечному диаметру 10 мм;

по содержанию корнеплодов, %, не более: с механическими повреждениями - 5; с засечкой головки корнеплода, разветвленных, с мочковатыми корешками - 15; ветвистых - нет; поврежденных вредителями - 3; увядших - 5;

корней, зараженных болезнями, раздавленных более чем на 1/3 поверхности, мороженных и подмороженных, а также загнивших - не допускается;

по наличию земли, прилипшей к корнеплодам, % - 2.

Общее число допустимых отклонений не должно превышать 25% к массе, причем допуски по каждому показателю не должны превышать установленной для них нормы.

Клубни содержат 85% воды. В клубнях топинамбура содержится белка до 3,2% (в пересчете на сухое вещество) и накапливается до 16...18% инулина-полисахарида, легко усваиваемого организмом. Гидролиз этого полисахарида приводит к безвредному для диабетиков сахару-фруктозе. Поэтому потребление клубней положительно влияет на обмен веществ при заболевании сахарным диабетом. Клубни содержат мало клетчатки (около 4%) и богатый набор микроэлементов.

Первенствует топинамбур среди культурных растений и по накоплению кремния. Содержание этого элемента в клубнях в пересчете на сухое вещество достигает 8%. По содержанию витаминов B₁, B₂ и С топинамбур богаче картофеля, моркови и свеклы более чем в три раза.

Порошок высушенного топинамбура используют в пищевой промышленности как добавку при производстве пищевых продуктов.

Топинамбур - одно из самых важных инулиносодержащих растений во всем мире. Из него получают препараты по удалению из организма тяжелых металлов, пестицидов, ядохимикатов, радиоактивных элементов. В связи с высоким содержанием кремния (до 80%) в легкоусваиваемой форме, он особенно полезен для людей пожилого возраста.

Земляная груша (топинамбур) служит основой для производства фруктозного сахара и сиропа, этилового спирта, витаминизированных продуктов повышенной биологической ценности. Так, аптечная биологически активная добавка “Долголет” изготовлена из клубней топинамбура, обладает иммунозащитными свойствами и рекомендована Минздравом РФ для широкого применения как лечебно-профилактическое средство.

Кроме того, топинамбур содержит витамины, органические кислоты, макро- и микроэлементы, белки, пектины, горечи и другие жизненно необходимые организму вещества. В связи с этим он полезен при воспалительных заболеваниях слизистой оболочки желудка, тонкого и толстого кишечника, болезнях печени, желчного пузыря, почек, различных аллергических состояниях. Он уменьшает уровень сахара в крови, улучшает обмен веществ, способствует выведению из организма холестерина. Топинамбур способствует очищению организма от радиоактивных и других вредных веществ, усиливает деятельность сердца, успокаивает нервную систему, повышает защитные силы организма.

Способ производства сушеного топинамбура осуществляется следующим образом.

Топинамбур, предварительно инспектированный (вручную отобраны некондиционные корни) и мытый (в проточной воде при соотношении воды и продукта 3:1), разрезают на кубики размером 6х6х6 мм. Затем кубики топинамбура бланшируют при температуре 95...98°С в течение 3...5 мин и обрабатывают раствором бисульфита натрия 0,20...0,25%-ной концентрации в течение 3 мин.

Обработанный таким образом топинамбур помещают в рабочую камеру сушилки и подвергают сушке в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа (фиг.1а). На первом этапе кубики топинамбура обрабатывают в плотном слое перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа в течение первых 4,5 мин составляет 90 с, затем в течение 16 мин - 120 с и, наконец, в течение 8 мин - 240 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого в течение всего процесса сушки составляет 4 с.

Температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 270 с составляет - 408 К, затем в течение 960 с - 413 К и, наконец, в течение 480 с -418 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое в течение первых 1230 с составляет 2,8 м/с, затем в течение 480 с - 1,85 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 1230 с - 10,1 м/с, затем в течение 480 с - 8,0 м/с.

Из анализа кривых сушки и скорости сушки топинамбура (фиг.1б) видно, что имеют место три периода: прогрева, постоянной и убывающей скоростей сушки. Одной из основных причин интенсификации процесса сушки топинамбура перегретым паром атмосферного давления является быстрый прогрев продукта до температуры насыщения T_s=373 К, который обусловлен конденсацией пара на поверхности частиц вследствие их относительно низкой начальной температуры (фиг.1в).

Анализ кривых сушки топинамбура (фиг.1б) показывает, что продолжительность периода прогрева весьма значительна и составляет 4...5 мин. При этом большая часть влаги, как сконденсировавшейся из пара, так и собственной продукта, активно поглощается продуктом. В периоде прогрева процесса сушки топинамбура происходят качественные изменения веществ. Так, например, в результате денатурации белки свертываются, что влечет за собой уплотнение обводненных гелей и выпрессовывание значительной части содержащейся в них влаги, которая поглощается углеводами. Углеводы топинамбура представляют собой высокомолекулярные углеводные соединения, отличающиеся структурными характеристиками и размерами молекулярных цепей. Набухание топинамбура обусловлено также набуханием содержащихся в них белков, которые поглощают воду и связывают ее адсорбционно и осмотически.

Вследствие высоких коэффициентов теплообмена при конденсации пара на поверхности кубиков в периоде прогрева очень быстро повышается температура (фиг.1в) и при дальнейшей сушке влага удаляется из продукта в виде пара. Влажность готового продукта 14%.

Такая обработка топинамбура позволяет повысить энергетическую эффективность процесса, сократить время сушки топинамбура и повысить его качество.

Способ получения топинамбура поясняется следующим примером.

Пример реализации способа получения сушеного топинамбура. В качестве объекта исследования использовали топинамбур, предварительно очищенный и мытый, который разрезали на кубики с размером сторон 6×6×6 мм.

Перед сушкой кубики топинамбура бланшируют при температуре 96°С в течение 4 мин и обрабатывают раствором бисульфита натрия 0,20%-й концентрации в течение 3 мин.

Обработанные таким образом кубики топинамбура помещают в рабочую камеру сушилки и подвергают сушке в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа (фиг.1а). На первом этапе кубики топинамбура обрабатывают в плотном слое перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа в течение первых 4,5 мин составляет 90 с, затем в течение 16 мин - 120 с и, наконец, в течение 8 мин - 240 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого в течение всего процесса сушки составляет 4 с, температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 270 с составляет - 408 К, затем в течение 960 с - 413 К и наконец в течение 480 с - 418 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое в течение первых 1230 с составляет 2,8 м/с, затем в течение 480 с - 1,85 м/с; а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 1230 с - 10,1 м/с, затем в течение 480 с - 8,0 м/с.

Выбор продолжительности первого этапа (90 с) обусловлен тем, что в начале процесса сушки происходит конденсация пара. При более частом перемешивании, т.е. когда продолжительность первого этапа была меньше 90 с, например 80 с, имел место срыв пленки конденсата с поверхности кубиков топинамбура при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к неполной и некачественной обработке. И, наоборот, при продолжительности первого этапа более 90 с, например 100 с, имело место раскисание поверхности кубиков топинамбура из-за их переувлажнения.

На втором этапе обработку топинамбура осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого составляет 4 с. При продолжительности второго этапа менее 4 с, например 2 с, имело место недостаточно равномерное и полное перемешивание кубиков топинамбура при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к неполной и некачественной сушке. И, наоборот, при продолжительности второго этапа более 4 с, например 6 с, имел место срыв пленки конденсата с поверхности кубиков топинамбура при обработке в псевдоожиженном слое, что приводило к пересыханию кубиков топинамбура и неоправданно завышенным энергозатратам.

Выбор скоростного режима обработки кубиков топинамбура перегретым паром (скорость перегретого пара при сушке в плотном слое в течение первых 1230 с составляет 2,8 м/с, затем в течение 480 с - 1,85 м/с) был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кубиков топинамбура уменьшалась, их масса также становилась меньше. При сушке топинамбура наблюдалась усадка, т.е. уменьшение размеров кубиков. Поэтому для равномерной обработки кубиков топинамбура требовался регулируемый теплоподвод, который обеспечивался данным законом изменения скорости перегретого пара (фиг.1а, см. вид А, В и С). Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к пересушиванию и подгоранию топинамбура, либо, наоборот, к недосушиванию и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующих ТУ.

На втором этапе при сушке топинамбура в псевдоожиженном слое скорость перегретого пара составляла в течение первых 1230 с - 10,1 м/с, затем в течение 480 с - 8,0 м/с (фиг.1а). Выбор скоростного режима обработки кубиков топинамбура перегретым паром был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кубиков топинамбура уменьшалась, их масса также становилась меньше. Поэтому для равномерной обработки кубиков топинамбура в псевдоожиженном слое требовалось постепенное и регулируемое изменение скорости перегретого пара. Несоблюдение данного временного и скоростного режимов приводило либо к уносу и пересушиванию топинамбура, либо, наоборот, к недостаточно равномерному кипению и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующих ТУ.

Температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 270 с составляет - 408 К, затем в течение 960 с - 413 К и, наконец, в течение 480 с - 418 К. Выбор температурного режима обработки кубиков топинамбура перегретым паром был подобран экспериментально и зависел от характера изменения влажности продукта при сушке. По мере высушивания влажность кубиков топинамбура уменьшалась, их температура повышалась. Для того, чтобы температура топинамбура не превышала предельно-допустимую температуру (выше которой наблюдалось терморазложение ценных питательных веществ: меланоидинообразование, термолиз и др.), требовалось постепенное и регулируемое изменение температуры перегретого пара для достижения равномерной обработки кубиков топинамбура. Несоблюдение данного временного и температурного режимов приводило либо к пересушиванию и терморазложению топинамбура, либо, наоборот, к недосушиванию и получению продукта с повышенной влажностью, что являлось нарушением действующих ТУ.

Таким образом, наилучшим вариантом обработки топинамбура 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 топинамбура этого размера.

При этом нагрев кубиков топинамбура 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 гидродинамикой процесса, изменяющейся во времени не только путем пульсирующего изменения скорости с чередованием интервалов времени сушки в плотном и псевдоожиженном слое, но и выбранным эквивалентным размером частиц. В этом случае перепад давления в слое продукта, соответствующий массовому и тепловому потоку перегретого пара для заданного режима обработки, обеспечивает минимальные энергозатраты на получение качественного продукта. Продолжительность сушки топинамбура составляет 28,5 мин по предлагаемой технологии и 45 мин - по заводской.

Исследование показателей качества топинамбура осуществляли в соответствии с ТУ 9164-001-17912573-2001 “Порошок из клубней топинамбура”. Он был исследован по органолептическим и физико-химическим показателям. Определение указанных показателей позволяет выявить структурные изменения в топинамбуре, происходящие в процессе ее сушки, и оценить качество полученного продукта.

Органолептические и физико-химические показатели сушеного топинамбура приведены в таблице.

Таблица Органолептические и физико-химические показатели сушеного топинамбура, приготовленного по заводской и предлагаемой технологии
Наименование показателей	Характеристика цикория, приготовленного по
заводской технологии	предлагаемой технологии
Внешний вид	Части клубней в кубиках (10-20×10-20×10-20 мм)	Части клубней в кубиках 6×6×6 мм
Цвет	От кремового до светло-коричневого разных оттенков	От светло-серого до кремового
Вкус и запах	Свойственный топинамбуру без посторонних привкуса и запаха
Массовая доля влаги, %	14,0
Массовая доля общего сахара, %	60,0	65,0
Массовая доля золы, нерастворимой в 10%-й соляной кислоте, %	0,10	0,07
Массовая доля минеральных примесей, %	0,01
Металломагнитная примесь, мг/кг продукта	3,0
Зараженность амбарными вредителями, посторонние примеси	Не допускаются

Оценку эффективности способа производства сушеного топинамбура по предлагаемой и заводской технологии проводили по величине удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг готовой продукции. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеного топинамбура, приготовленного по заводской технологии, составляет 5160 кДж/кг. Величина удельных энергозатрат, приходящихся на 1 кг сушеного топинамбура, приготовленного по предлагаемой технологии, составляет 4530 кДж/кг.

Таким образом, приведенный анализ показывает высокую тепловую эффективность предлагаемой технологии производства сушеного топинамбура по сравнению с заводской технологией.

Предлагаемый способ производства сушеного топинамбура имеет следующие преимущества:

- значительное сокращение продолжительности сушки с 45 мин в заводской технологии до 28,5 мин в предлагаемой;

- получение топинамбура с более высоким содержанием ценных питательных веществ (белков, углеводов и др.);

- значительное сокращение энергозатрат на проведение процесса сушки топинамбура.

Способ производства сушеного топинамбура, включающий мойку, сортировку, инспекцию, калибровку, очистку, доочистку, резку, бланширование и сульфитацию, сушку и последующий помол, отличающийся тем, что сушку проводят в два последовательно многократно чередующихся кратковременных этапа, на первом этапе кубики топинамбура с размерами 6×6×6 мм обрабатывают в плотном слое перегретым паром атмосферного давления, причем продолжительность первого этапа в течение первых 4,5 мин составляет 90 с, затем в течение 16 мин - 120 с и, наконец, в течение 8 мин - 240 с, а на втором этапе обработку осуществляют в псевдоожиженном слое, продолжительность которого в течение всего процесса сушки составляет 4 с, причем температура перегретого пара в процессе сушки в течение первых 270 с составляет - 408 К, затем в течение 960 с - 413 К, и наконец в течение 480 с - 418 К, а скорость перегретого пара при сушке в плотном слое в течение первых 1230 с составляет 2,8 м/с, затем в течение 480 с - 1,85 м/с, а при сушке в псевдоожиженном слое в течение первых 123/0 с - 10,1 м/с, затем в течение 480 с - 8,0 м/с.