Обжарочный аппарат

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в линиях производства жареного кофе, цикория и др. В обжарочном аппарате содержатся загрузочное и разгрузочное устройства, транспортер, рабочая камера с установленными в ней прямоугольными формочками и перфорированной трубой в зоне увлажнения. Рабочая камера содержит одну зону увлажнения, справа и слева от которой симметрично и последовательно расположены зоны обжарки, загрузки и выгрузки. В рабочей камере расположены две направляющие и две прямоугольные формочки, которые тросовым транспортером перемещаются возвратно-поступательно, циклично с периодическими выстоями и расположены таким образом, чтобы одна находилась в зоне загрузки, а другая - в зоне обжарки. Каждая из формочек состоит из наружного и внутреннего каркаса, причем внутренний каркас установлен с возможностью перемещения относительно наружного каркаса, для этого в нижней части внутреннего каркаса по обе стороны установлены штыри, которые при движении тросового транспортера контактируют с неподвижными планками, жестко закрепленными на направляющих в зоне увлажнения. На торцевой стенке наружного каркаса имеется механизм перемещения внутреннего каркаса типа "рулетки", по всей длине боковых стенок рабочей камеры имеются пазы, по которым перемещаются колесики наружного каркаса, контактирующие с тросовым транспортером. Это позволяет добиться интенсификации процесса обжарки и улучшения качества готового продукта, которые достигаются путем стабилизации тепловлажностного режима на протяжении всего процесса. 8 ил.

 

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в линиях производства жареного кофе, цикория и других злаковых в пищеконцентратной промышленности.

Известен обжарочный аппарат (Пат. №2197833 РФ. МКИ⁷ А 23 F 05/04, 3/06, В 26 В 15/00. Обжарочный аппарат / А.А.Шевцов, А.Н.Зотов (РФ). - 2001128310/13; Заявлено 18.10.2001; Опубл. 10.02.2003, Бюл. №4 // Изобретения. - 2003. - №4), содержащий загрузочное и разгрузочное устройства, рабочую камеру с установленными в ней цепным транспортером и перфорированной трубой в зоне увлажнения. Рабочая камера содержит несколько последовательно расположенных зон обжарки и увлажнения, через которые перемещают цепным транспортером прямоугольные формочки. Днища и две противоположные боковые стенки формочек выполнены перфорированными. Эти боковые стенки прикреплены к оси с пазами, расположенной в трубовале, который по торцам прикреплен к цепному транспортеру.

Недостатком данной установки является сложность регулирования количества теплоты, подводимой к обрабатываемому продукту. Это приводит к нестабильности процесса обжарки и в свою очередь ведет к ухудшению качества получаемого продукта. Кроме того, она не обеспечивает поддержания заданного тепловлажностного режима на протяжении всего процесса обработки из-за отсутствия промежуточного увлажнения, что ограничивает область ее применения.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса обжарки и улучшение качества готового продукта, которые достигаются путем стабилизации тепловлажностного режима на протяжении всего процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в обжарочном аппарате, содержащем рабочую камеру с установленными в ней транспортером с прямоугольными формочками, днища которых перфорированы, и перфорированной трубой в зоне увлажнения, загрузочное и разгрузочное устройства, новым является то, что рабочая камера содержит одну зону увлажнения, справа и слева от которой симметрично и последовательно расположены зоны обжарки, загрузки и выгрузки; в рабочей камере расположены две направляющие и две прямоугольные формочки, которые тросовым транспортером перемещаются возвратно-поступательно, циклично с периодическими выстоями и расположены таким образом, чтобы одна находилась в зоне загрузки, а другая - в зоне обжарки, каждая из формочек состоит из наружного и внутреннего каркаса, причем внутренний каркас установлен с возможностью перемещения относительно наружного каркаса, для этого в нижней части внутреннего каркаса по обе стороны установлены штыри, которые при движении тросового транспортера контактируют с неподвижными планками, жестко закрепленными на направляющих в зоне увлажнения, на торцевой стенке наружного каркаса имеется механизм перемещения внутреннего каркаса типа "рулетки", по всей длине боковых стенок рабочей камеры имеются пазы, по которым перемещаются колесики наружного каркаса, контактирующие с тросовым транспортером.

Технический результат заключается в интенсификации процесса обжарки, улучшении качества готового продукта, которые достигаются путем стабилизации тепловлажностного режима на протяжении всего процесса. Это осуществляется за счет промежуточного увлажнения с учетом изменения технологических параметров процесса в ходе обжарки различного исходного сырья вследствие использования зонной системы увлажнения.

На фиг.1 (а, б, в, г) изображен общий вид обжарочного аппарата при различных положениях левой и правой формочек в рабочей камере, на фиг.2 - пространственное изображение половины рабочей камеры обжарочного аппарата, так как вторая половина симметрична первой, на фиг.3 - пространственное изображение раздвинутой прямоугольной формочки в зоне увлажнения рабочей камеры обжарочного аппарата, на фиг.4 - пространственное изображение зоны выгрузки рабочей камеры обжарочного аппарата, на фиг.5 - поперечное сечение зоны обжарки рабочей камеры обжарочного аппарата.

Обжарочный аппарат (фиг.1,а, фиг.2) включает в себя рабочую камеру 1, тросовый транспортер 2, два загрузочных устройства 3, патрубки 5 для подачи теплоносителя, выходные патрубки 6 для отвода отработанного теплоносителя, трехсекционную перфорированную трубу 7 с форсунками для подвода распыливаемой воды, два разгрузочных устройства 8. В рабочей камере 1 расположены две направляющие 9 и две прямоугольные формочки 4, которые тросовым транспортером 2 перемещаются возвратно-поступательно.

Основным рабочим элементом аппарата, в котором происходят обжарка зерен, их увлажнение и отлежка, является прямоугольная формочка 4 (фиг.3 и 4). Она состоит из наружного 10 и внутреннего 11 каркасов. Внутренний каркас 11 установлен с возможностью перемещения относительно наружного каркаса 10. Для этого в нижней части внутреннего каркаса 11 по обе стороны установлены штыри 12, которые при движении тросового транспортера контактируют с неподвижными планками 13, жестко закрепленной на направляющих 9 в зоне увлажнения. На торцевой стенке наружного каркаса 10 имеется механизм 14 перемещения внутреннего каркаса типа "рулетки". Днища наружного 10 и внутреннего 11 каркасов формочек 4 выполнены перфорированными. На боковых стенках наружного каркаса 10 установлена ограничительная планка 19, выполняющая функцию регулятора высоты слоя продукта при перемещении внутреннего каркаса 11.

По всей длине боковых стенок рабочей камеры 1 имеются пазы 15, по которым перемещаются колесики 16 наружного каркаса 10, контактирующие с тросовым транспортером 2 (фиг.5).

Тросовый транспортер 2 работает возвратно-поступательно, циклично с периодическими выстоями. Для этого он снабжен двумя попеременно работающими электродвигателями 18, установленными по краям рабочей камеры 1. Электродвигатели 18 попеременно приводят во вращение барабан 17, перемещая при этом формочки 4. На тросовом транспортере 2 на некотором расстоянии друг от друга установлены две формочки 4, расположенные таким образом, чтобы одна находилась в зоне загрузки, а другая - в зоне обжарки. Таким образом, при движении транспортера 2 перемещаются формочки 4 (фиг.1,а, б, в, г).

Обжарочный аппарат работает следующим образом. Включается правый электродвигатель 18, начинает вращаться барабан 17 тросового транспортера 2 и первая пустая формочка 4 с помощью колесиков 16, контактирующих с тросовым транспортером 2 в пазах 15, перемещается в зону загрузки. Затем привод тросового транспортера 2 выключается. Исходные зерна сырого кофе подают в приемный бункер загрузочного устройства 3 и оттуда определенная порция исходного продукта засыпается в формочку 4 (фиг.1,б).

После этого включается регулируемый правый электродвигатель 18 тросового транспортера 2, который перемещает формочку 4 с продуктом в зону обжарки (фиг.1,в). Когда формочка 4 с продуктом полностью вошла в зону обжарки, тросовый транспортер 2 вновь останавливается.

Через патрубок 5 подают теплоноситель с заданными параметрами. Теплоноситель, имея скорость псевдоожижения, проходит через перфорированное днище формочки 4 с продуктом, пронизывая слой зерна и образуя кипящий слой. Отработанный теплоноситель удаляется из зоны обжарки через выходной патрубок 6.

Применение псевдоожиженного слоя при обжарке зерен кофе позволит добиться равномерной обработки, а его ограниченное применение ведет к снижению измельчения и истирания зерен.

Остановимся более подробно на механизме протекания процесса обжарки пищевых продуктов. В связи с тем, что рабочая камера имеет одну зону увлажнения и две зоны обжарки (левая и правая - по обе стороны зоны увлажнения), то в каждую зону подается теплоноситель с оптимальными параметрами в зависимости от вида обрабатываемого сырья (цикория, сои, каштанов и других продуктов). В первой зоне обжарки происходит начальная стадия обжарки (сушка) продукта. В этот момент он подвергается обработке теплоносителем с температурой 433...453 К. При этом происходит постепенное увеличение температуры зерен без пересушивания их поверхностных слоев. Обработка в псевдоожиженном слое способствует равномерному нагреву зерен по всему объему слоя.

Возможность регулирования продолжительности выстоя позволяет изменять время пребывания продукта в зоне обжарки рабочей камеры 1.

После этого включается регулируемый правый электродвигатель 18 тросового транспортера 2, который перемещает формочку 4 с продуктом в зону увлажнения (фиг.1,г). При этом при входе формочки 4 в зону увлажнения штыри 12 внутреннего каркаса 11 входят в контакт с неподвижной планкой 13, жестко закрепленной на направляющих 9 в зоне увлажнения. В результате внутренний каркас 11 выдвигается из наружного каркаса 10. Ограничительная планка 19, установленная на боковых стенках наружного каркаса 10, регулирует высоту слоя продукта при перемещении внутреннего каркаса 11. Площадь ситчатого днища увеличивается за счет выдвижения внутреннего каркаса 11. Зерна кофе рассыпаются более тонким слоем по их поверхности (фиг.3).

Когда формочка с продуктом полностью вошла в зону увлажнения, тросовый транспортер 2 вновь останавливается. При этом формочка 4 занимает фиксированное положение относительно трехсекционной перфорированной трубы 7, которая находится над ней.

После этого из первой и второй секций перфорированной трубы 7 с форсунками для подвода распыливаемой воды, в зону увлажнения подают воду (фиг.1,г). Количество воды, подаваемой на увлажнение зерен кофе, выбирают с учетом технологических требований к качеству продукта. Увлажнение кофе необходимо потому, что во время обжарки их влажность уменьшается до 2,0...2,5%. При последующей обработке зерна с такой влажностью сильно измельчаются с образованием большого количества пыли. При влажности 4% зерна кофе становятся более пластичными и при измельчении дробятся без образования мучели.

После прекращения распыливания воды включается регулируемый левый электродвигатель 18 тросового транспортера 2, который перемещает формочку 4 с продуктом из зоны увлажнения в противоположном направлении, возвращая ее в зону обжарки. Когда формочка 4 с продуктом полностью вернулась в зону обжарки, тросовый транспортер 2 вновь останавливается. При этом при выходе формочки 4 из зоны увлажнения штыри 12 внутреннего каркаса 11 выходят из контакта с неподвижной планкой 13, жестко закрепленной на направляющих 9 в зоне увлажнения. За счет механизма 14 типа "рулетки", расположенного на торцевой стенке наружного каркаса 10, внутренний каркас 11 перемещается внутрь наружного каркаса 10. Площадь ситчатого днища формочки 4 уменьшается за счет перемещения внутреннего каркаса 11.

Далее увлажненный продукт подвергается окончательной обжарке. В результате проведения обжарки формируются присущие кофе своеобразный вкус и аромат. Кофейные зерна претерпевают значительные физические и химические изменения. Зерна увеличиваются в объеме, масса их уменьшается за счет испарения влаги и разложения части сахаров, клетчатки и др. Сахар карамелизуется с образованием карамелена, причем его количество, а следовательно, и интенсивность окраски зерен кофе зависят от времени и температуры обжарки. Клетчатка кофе подвергается сухой перегонке с образованием уксусной кислоты, ацетона и других органических кислот. Жир кофе, состоящий, в основном, из олеиновой кислоты и содержащийся в зернах в количестве 10...13%, изменяется незначительно, образуя акролеин. Пентозаны, разлагаясь, образуют фурфурол. Белковые вещества кофе (9...11%) также претерпевают изменения, образуя аммиак, амины, пирол и другие вещества. Содержание кафеоля достигает 1,5%.

После этого включается регулируемый левый электродвигатель 18 тросового транспортера 2, который перемещает формочку 4 с продуктом в зону загрузки. Когда формочка 4 с продуктом полностью вошла в зону загрузки, тросовый транспортер 2 вновь останавливается. В этот момент загрузка продукта в формочку 4 не осуществляется. Время выстоя формочки с продуктом в этой зоне используется для отлежки с целью более равномерного распределения полей влагосодержания и температуры.

Затем включается регулируемый левый электродвигатель 18 тросового транспортера 2, который перемещает формочку 4 с продуктом в зону выгрузки. Когда формочка 4 с продуктом полностью вошла в зону выгрузки, тросовый транспортер 2 вновь останавливается. В этот момент формочка 4 опрокидывается и готовый продукт из нее выгружается в разгрузочное устройство 8 (фиг.4). Благодаря тому, что угол наклона формочек 4 при опрокидывании больше угла естественного откоса готового продукта, этим обеспечивается полное и эффективное высыпание зерен кофе из формочек в разгрузочное устройство 8.

Работа левой и правой формочек 4 полностью синхронизирована. Механизм синхронизации приведен на фиг.1 (а, б, в, г). Это значит, когда левая формочка разгружается, в это время правая формочка с продуктом подвергается обработке в зоне увлажнения (фиг.1,а).

Когда левая формочка, переместившись из зоны выгрузки в зону загрузки, заполняется продуктом, правая формочка с высушенным продуктом подвергается тепловой обработке в зоне обжарки (фиг.1,б).

Когда левая формочка с продуктом, переместившись из зоны загрузки в зону обжарки, подвергается тепловой обработке (сушке) в ней, правая формочка с обжаренным продуктом отлеживается в зоне загрузки с другой стороны обжарочного аппарата (фиг.1,в).

Когда левая формочка с продуктом, переместившись из зоны обжарки в зону увлажнения, увлажняется мелкодиспергированной влагой, готовый продукт из правой формочки высыпается в разгрузочное устройство 8 (фиг.1,г).

Таким образом, перемещаясь по обжарочному аппарату, продукт последовательно подвергается всем этапам технологической обработки.

Применение предложенной конструкции формочек 4 и механизма выдвижения внутреннего каркаса в зоне увлажнения обеспечивает стабилизацию тепловлажностного режима и улучшает качество обжаренных зерен за счет более быстрого и равномерного увлажнения зерен. Данный аппарат универсален, т.е. он может быть использован для обжарки цикория, сои, каштанов и других продуктов.

По сравнению с прототипом предлагаемый аппарат имеет следующие преимущества:

- более высокую производительность за счет интенсивного протекания процесса вследствие использования активных гидродинамических режимов;

- возможность улучшения качества получаемого продукта за счет снижения угара и увеличения кафеоля до 2,0% вследствие применения более мягких, "щадящих" режимов и равномерной обработки;

- оптимизация процесса обжарки различного исходного сырья за счет "автоматического" поддержания тепловлажностного режима вследствие регулирования величины температуры продукта в зонах обжарки и влажности в зонах увлажнения;

- расширение области применения за счет достигнутой универсализации механизма равномерного увлажнения в тонком слое и интенсивной обжарки.

Обжарочный аппарат, содержащий рабочую камеру с установленными в ней транспортером с прямоугольными формочками, днища которых перфорированы, и перфорированной трубой в зоне увлажнения, загрузочное и разгрузочное устройства, отличающийся тем, что рабочая камера содержит одну зону увлажнения, справа и слева от которой симметрично и последовательно расположены зоны обжарки, загрузки и выгрузки; в рабочей камере расположены две направляющие и две прямоугольные формочки, которые тросовым транспортером перемещаются возвратно-поступательно, циклично с периодическими выстоями и расположены таким образом, чтобы одна находилась в зоне загрузки, а другая - в зоне обжарки, каждая из формочек состоит из наружного и внутреннего каркасов, причем внутренний каркас установлен с возможностью перемещения относительно наружного каркаса, для этого в нижней части внутреннего каркаса по обе стороны установлены штыри, которые при движении тросового транспортера контактируют с неподвижными планками, жестко закрепленными на направляющих в зоне увлажнения, на торцевой стенке наружного каркаса имеется механизм перемещения внутреннего каркаса типа "рулетки", по всей длине боковых стенок рабочей камеры имеются пазы, по которым перемещаются колесики наружного каркаса, контактирующие с тросовым транспортером.