Линия для производства плодоовощных чипсов

Линия для производства плодоовощных чипсов

Реферат

Изобретение относится к переработке плодоовощного сырья и может быть использовано в линии производства плодовых и овощных чипсов, например для производства чипсов из яблок, груш, тыквы и другого растительного сырья.

Известна технологическая линия для сушки плодов и ягод [Патент РФ 71059, МПК А23В 7/02. Линия для сушки плодов и ягод [Текст] / А.Г.Хантургаев, Г.И.Хантургаева, Т.И.Котова, Б.В.Бадмацыренов, А.В.Залуцкий, В.Г.Ширеторова; заявитель и патентообладатель: ГОУ ВПО Восточно-Сибирский государственный технологический университет.- №2007138377/22; заявл. 16.10.2007; опубл. 27.02.2008 Бюл. №6]. Линия для сушки плодов и ягод, характеризуется тем, что содержит последовательно установленные по ходу технологического процесса инспекционный стол или транспортер, моечную машину или ванну, микроволновую вакуумную установку, инспекционный стол и фасовочно-укупорочный автомат.

Недостатками технологической линии для сушки плодов и ягод являются высокая себестоимость готовой продукции вследствие использования вакуума для переработки сельскохозяйственного сырья и необходимость герметизации оборудования.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является технологическая линия производства сушеных яблок с применением паровой конвейерной сушилки [Кац З.А. Производство сушеных овощей, картофеля и фруктов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 216 с.], включающая ковшовый элеватор, валковый калиброватель, барабанную моечную машину, ленточный инспекционный транспортер, машину для удаления семенного гнезда, яблокорезку, ванну для сульфитации яблок с раствором сернистой кислоты 0,15%-ной концентрации, сетчатый транспортер для стекания излишнего раствора, паровую конвейерную сушилку, весы и оборудование фасовки продукции.

Известная технологическая линия производства сушеных яблок имеет следующие недостатки: повышенные удельные энергозатраты на осуществление производства, недостаточное качество готовой продукции, связанное с большой потерей пищевой ценности, применение большого числа промежуточных подъемно-транспортных устройств, а также значительная длительность производства, особенно сушки, и небольшой ассортимент готовой продукции.

Техническая задача изобретения - повышение качества готового продукта и тепловой эффективности производства за счет более рационального чередования технологических режимов влагоприращения и влагоудаления с высокой степенью использования энергетического потенциала теплоносителя, применения одинакового по виду инертного теплоносителя (пара) для технологических тепловых процессов, снижение удельных энергозатрат и металлоемкости, а также интенсификация влагоиспарения и создание компактной многофункциональной технологической линии для производства плодоовощных чипсов с расширенным ассортиментом.

Поставленная задача достигается тем, что в технологической линии производства плодоовощных чипсов, содержащей моечную машину, инспекционный транспортер, калиброватель, машину для удаления семенного гнезда и устройство резки плодов и овощей на пластины, сульфитатор, сушилку и расфасовочно-упаковочный автомат, новым является то, что в качестве сушилки установлен комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки непрерывного действия, разделенный на секции: секцию подогрева сырья, секцию конвективной сушки, секцию предварительной гидротермической обработки, которая расположена между секциями СВЧ-сушки, и секцию охлаждения высушенного продукта, предназначенную для доведения продукта до конечной готовности, при этом через корпус проходят рабочие секции с продуктом, а также в зависимости от типа сырья в линии предусмотрен комплекс оборудования из барабанной машины с моечным блоком и многофункциональной установки с дроблением сырья и отделением семечек.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества готового продукта и тепловой эффективности производства за счет более рационального чередования технологических режимов влагоприращения и влагоудаления с высокой степенью использования энергетического потенциала теплоносителя, применения одинакового по виду инертного теплоносителя (пара) для технологических тепловых процессов, снижении удельных энергозатрат и металлоемкости, а также интенсификации влагоиспарения и создании компактной многофункциональной технологической линии для производства плодоовощных чипсов с расширенным ассортиментом.

На фиг.1 изображен общий вид технологической линии производства плодоовощных чипсов.

Технологическая линия производства плодоовощных чипсов (фиг.1) содержит емкости 1 для исходного плодоовощного сырья (яблоки, груши, тыква и т.д.) с роторными питателями 2 и весовым механизмом, сортировочно-инспекционный транспортер 3, моечную машину 4, калиброватель 5, ориентатор 6, машину 7 для удаления семенного гнезда с устройством резки сырья на пластины, сульфитатор 8, комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки 9 и расфасовочно-упаковочный автомат 10 с весовым дозирующим агрегатом.

При использовании в качестве исходного сырья овощей (например, тыквы, кабачков и т.д.) технологическая линия комплектуется вместо барабанной моечной машины 4 и калибрователя 5 комплексом оборудования 11 для переработки овощей, например тыквы, с отделением фракции семечек, представляющей собой высоколиквидный пищевой продукт. Комплекс в базовом варианте состоит из приемной барабанной машины с моечным блоком и многофункциональной установки, которая включает процессы предварительного дробления плодов тыквы на крупную фракцию, пригодную для визуальной инспекции, обрушения (отделение) семечек от мякоти, оттирку семечек от семенников. Семечки выводятся из оборудования, а нарезанная с заданным размером мякоть поступает на дальнейшую стадию обработки.

Сориентированные в ориентаторе 6 калиброванные плоды или нарезанные куски овощей (тыквы) поступают в машину 7 для удаления семенного гнезда и устройство резки плодов или овощей на пластины толщиной 2-4 мм. Нарезанные на пластины плоды или овощи проходят через сульфитатор 8. Сульфитатор 8 представляет собой ванну, в которую погружаются рабочие секции с нарезанными на пластины плодами или овощами. В ванне находится раствор лимонной кислоты с рН 4,0-4,5, который на протяжении всего процесса подогревается для поддержания заданной температуры предварительной гидротермической обработки.

Далее плодоовощное сырье направляется в комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки 9. При этом сырье подвергается сушке и предварительной гидротермической обработке в соответствии с кинетическими закономерностями влагоиспарения и влагопоглощения [Калашников, Г.В. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов [Текст] / Г.В.Калашников, А.Н.Остриков. - Воронеж: ВГУ, 2001. - 355 с.].

Комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки 9 включает секции: подогрева сырья 12, конвективной сушки 13, предварительной гидротермической обработки (ПГТО) 15, расположенную между секциями СВЧ-сушки 14, 16 и секцию 17 охлаждения высушенного продукта, предназначенную для доведения продукта до конечной готовности. Через все секции 12, 13, 14, 15, 16 и 17 проходят рабочие секции 18 с продуктом.

В блоке конвективной сушки 13 продукт обрабатывается восходящим потоком перегретого пара атмосферного давления. Внизу и вверху секций 14 и 16 СВЧ-сушки, по обе стороны, расположены отсеки, в которых размещены СВЧ-блоки 19, состоящие из магнетронов, волноводов и антенных излучателей. Магнетроны расположены попеременно чередующимися друг с другом по траектории движения рабочими секциями 18. Отсеки СВЧ-блоков 19 сделаны влагонепроницаемыми, отделены от внутреннего пространства СВЧ-сушки радиопрозрачной перегородкой и снабжены принудительным воздушным охлаждением.

Секция 15 ПГТО предназначена для обработки плодоовощного сырья водным раствором и снабжена циркуляционным трубопроводом 20 контура подачи водного раствора с теплообменником, насосом и увлажнителями для подогрева и подачи жидкости при обработке продукта.

Система управления или блок управления и ввода информации осуществляет контроль и управляет всем технологическим процессом обработки. Блок управления предназначен для регулирования магнетронами, задания времени работы и мощности, а также синхронизации влаготепловой обработки плодоовощного сырья в секциях комбинированного тороидального аппарата непрерывного действия. В шкафу управления 21 смонтированы автоматизированные системы регулирования температуры теплоносителя, средства измерения и регулирования режимных параметров для контроля и управления процессами влаготепловой обработки плодов и овощей.

Предлагаемая технологическая линия производства плодоовощных чипсов работает следующим образом (фиг.1).

Исходное плодоовощное сырье (например, яблоки и овощи, соответственно, обозначенные на технологической линии 0.7 и 0.8) из емкости 1 с помощью ротационных питателей 2 дозируется и направляется на сортировочно-инспекционный транспортер 3. Для влаготепловой обработки используют преимущественно яблоки с содержанием сухих веществ не менее 12%. Сырье, предназначенное для обработки, не должно содержать посторонние примеси и предметы, битые, загнившие, поврежденные вредителями и с другими дефектами плоды и овощи.

После сортировочно-инспекционного транспортера плодоовощное сырье поступает в барабанную моечную машину 4, предназначенную для мойки твердых плодов и овощей (яблок, груш, и т.д.), или комплекс 11 в зависимости от вида сырья. На жестком каркасе укреплена ванна, которая разделена перегородкой на две части. В каждой части ванны размещено по барабану, которые одинаковы по длине и диаметру. За двумя первыми барабанами расположен третий барабан. Все три барабана приводятся во вращательное движение общим валом. Первые два барабана предназначены для отмочки и отделения загрязнений. На поверхности этих барабанов имеются щели, через которые проходят загрязнения и осаждаются на дне ванны. Загрязнения удаляются из машины через специальный люк. Третий барабан предназначен для чистового ополаскивания водой, для чего он снабжен душевым устройством, а его поверхность перфорирована. Сырье в машину подается через приемный лоток, из него поступает в первый барабан, затем лопастями перебрасывается сначала во второй барабан, а из него специальным ковшом - в третий барабан. Промытое сырье выгружается из машины через выгружающий лоток.

Вымытый продукт при помощи скребкового конвейера подается в калиброватель 5. Плоды, например яблоки, калибруют на несколько размеров, что облегчает очистку и нарезку. При калибровании удаляют мелкие яблоки размером менее 3,5 см, непригодные для производства яблочных чипсов. Калиброванное сырье калибрователем 5 транспортируется на ориентатор 6, в котором плоды и овощи ориентируют.

Далее, в зависимости от вида исходного сырья плоды поступают в машину 7 для удаления семенного гнезда с устройством резки плодов на пластины. На первом этапе плоды насаживаются на фруктодержатели. Затем, при вращении плода в зоне резки, он очищается и затем блок ножей опускается и разрезает его на кружки толщиной 2-4 мм. Данная машина подходит для большого диапазона размеров яблок (в диаметре 60-120 мм). Переключение с одного размера яблока на другой можно настроить в течение двух минут, не используя инструменты. Также регулируется толщина нарезания пластин и диаметр выколки для сердцевины. Машина для удаления семенного гнезда и резки на пластины может использоваться как для измельчения плодов (яблоки, груши), так и для измельчения овощей (например, тыквы) после предварительной подготовки.

Затем нарезанное плодоовощное сырье (кроме тыквы) подвергают сульфитации в сульфитаторе 8, т.е. погружению в раствор лимонной кислоты с рН 4,0-4,5 или 2,5%-ный раствор бисульфита натрия на 3-5 минут. Это необходимо для предотвращения потемнения нарезанного плодоовощного сырья. После стекания излишнего раствора плоды и овощи с помощью наклонного транспортера (на схеме не показан) загружают в комбинированный тороидальный аппарат.

Далее уложенный в рабочие секции 18 продукт последовательно проходит по секторам корпуса комбинированного тороидального аппарата для влаготепловой обработки через секции, соответственно, подогрева сырья 12, конвективной сушки 13, СВЧ-сушки 14, 16 с промежуточным влагонасыщением водным раствором на стадии ПГТО 15, расположенной между секциями СВЧ-сушки, и охлаждения 17 с выдержкой высушенного продукта.

Чередование стадий влагоприращения и влагоудаления обуславливается характером кинетических закономерностей влаготепловой обработки капиллярно-пористых коллоидных материалов [Калашников, Г.В. Развитие процессов влаготепловой обработки пищевого растительного сырья (теория, технология и техника) [Текст]. - Дисс. докт. техн. наук. Воронеж, 2004. - 365 с.]

Сушка продукта в секции 13 конвективной сушки осуществляется перегретым паром при активных гидродинамических режимах слоя (возможен кипящий слой, импульсный псевдоожиженный слой и др.) в зависимости от вида производимой продукции.

Активные гидродинамические режимы слоя продукта в начале сушки создаются импульсной подачей потока теплоносителя. Импульсный псевдоожиженный слой продукта обеспечивается открытием заслонки диффузора на нужную величину и включением электропривода вентилятора. Теплоноситель проходит в рабочую камеру через газораспределительную решетку и приводит слой растительного сырья, расположенного на ней, в состояние активного гидродинамического режима. В этом состоянии каждая частица контактирует с теплоносителем, который нагревает сырье, испаряя влагу с поверхности каждой частицы, и уносит испаренную влагу из слоя.

Затем осуществляется сушка с использованием нагрева за счет энергии СВЧ-колебаний. Излучаемые магнетроном волны проходят через волновод, предназначенный для направленного рассеивания лучей. Затем они проходят через слюдяной фильтр и попадают в рабочую камеру СВЧ-установки и воздействует на продукт. Принцип преобразования СВЧ-энергии в теплоту основан на эффективном поглощении влагой нагреваемого продукта подводимой к нему СВЧ-энергии. При этом подводимая в рабочую камеру СВЧ-энергия и теплота, генерируемая во всем объеме обрабатываемого продукта, практически полностью поглощается им независимо от его формы и массы. Вследствие проникновения волн вглубь объекта происходит преобразование этой энергии в тепло не на поверхности, а в его объеме, и поэтому можно добиться более интенсивного нарастания температуры при большей равномерности нагрева по сравнению с традиционными способами нагрева, что приводит к улучшению качества готового изделия. Кроме того, при использовании СВЧ-энергоподвода можно обеспечить равномерное распределение СВЧ-поля по объему сушильной камеры и вследствие СВЧ-термообработки достигнуть стерильности процесса и безинерционности регулирования нагревом..

Процесс тепловой обработки пищевых продуктов в электромагнитном поле характеризуется высокой скоростью нагрева и небольшой продолжительностью, что сокращает длительность воздействия на продукт повышенных температур и способствует сохранению питательной ценности, в частности термолабильных витаминов, повышению качества и увеличению выхода готовой продукции.

Секции 18 состоят из каркаса с ситчатым днищем, боковых стенок, задней и передней перегородок, шаровых колесных опор. Задняя перегородка имеет в верхней части дугообразный козырек, перекрывающий сверху переднюю перегородку последующей секционной камеры. Шаровые колесные опоры при помощи оси соединены с секцией 18, которые снабжены амортизирующими буферами, закрепленными на осях и жестко соединенными с перегородками. Рабочие секции 18 расположены в направляющих с возможностью перемещения внутри торовой поверхности корпуса на шаровых колесных опорах.

Секция ПГТО 15 предназначена для обработки продукта водным раствором и снабжена циркуляционным трубопроводом 20 контура подачи жидкости с теплообменником, насосом и увлажнителями для подачи жидкой среды (раствора). Отработанный инертный теплоноситель подогревает в теплообменнике водный раствор, который подается для увлажнения.

Нижняя часть секции 15 обработки водным раствором выполнена дугообразной для сбора жидкой среды в нижней точке и подачи в циркуляционный трубопровод 20, соединенный с насосом. При этом секция 15 обработки водным раствором, вследствие дугообразного днища, имеет возможность погружения секционных рабочих камер с продуктом в раствор в зависимости от вида обрабатываемого сырья и технологических режимов процесса влагонасыщения.

Торцевые стенки перед СВЧ-сушкой способствуют выравниванию слоя продукта в рабочих секциях, что способствует равномерной его обработке и повышению качества продукта. Таким образом, изменением скорости подачи теплоносителя и обеспечением осциллированной обработки продукта с чередованием периодов воздействия пара, СВЧ-энергии и жидкости добиваются достижения наиболее рационального гидродинамического режима слоя и оптимальной продолжительности процесса влаготепловой обработки продукта.

Перед бункером выгрузки готового продукта расположен регулируемый привод, имеющий на выходном валу звездочки, расположенные на противоположных сторонах боковых стенок рабочих секций 18 и выполненные с возможностью их перемещения в горообразном корпусе за счет контактирования с симметричными консолями осей. Выходной вал регулируемого привода соединяется с электродвигателем через вариатор и выполнен с возможностью обеспечения переменных значений вращающего момента и частоты вращения в зависимости от вида сырья и удельной нагрузки секционных рабочих камер.

В тороидальном аппарате после секции 16 СВЧ-сушки готовый продукт перед бункером выгрузки выдерживается и охлаждается.

После комбинированного тороидального аппарата 9 готовый продукт направляется в расфасовочноу паковочный автомат 10 с весовым дозирующим агрегатом, например, в виде фасовочной машины с вертикальным пакетообразователем [Машины и аппараты пищевых производств [Текст] / Под ред. академика РАСХН В.А.Панфилова. - М.: Высшая школа, 2004. - 1800 с.]. Она предназначена для фасования сыпучих продуктов в пакеты из термосвариваемой полиэтиленовой пленки. Машина состоит из станины, дозатора, бункера, рулонодержателя, направляющего ролика, пакетообразователя, сваривающего устройства, отводящего конвейера и привода. Станина является основной и несущей частью машины. На ней смонтированы привод, электрическая часть, коммуникации гидравлической и пневматической систем. Вращательное движение осуществляется от электродвигателя через вариатор и редуктор на главный вал, на котором находятся рычаги, кулачки и звездочки. Дозатор представляет собой два диска, укрепленных на вертикальном валу. В дисках смонтированы четыре пары мерных стаканов, телескопически вставляющихся один в другой. Нижний диск, перемещаясь вдоль оси вала, сближает или раздвигает стаканы, изменяя, таким образом, величину порции. Продукт в стаканы дозатора подается из бункера непрерывно. Рулон ленты полиэтиленовой пленки устанавливается в рулонодержателе, который обеспечивает равномерную ее подачу и регулирование в осевом направлении. С помощью направляющего ролика пленка подается в пакетообразователь. В нем лента свертывается в рукав, края ее накладываются один на другой, двигаясь мимо продольного нагревателя. Сваривающее устройство имеет нагревательную и охлаждающую части. В нагревательной смонтированы спирали. Воздух, проходя через раскаленную нихромовую спираль, прогревается, затем через отверстия сварочной головки направляется на края движущегося рукава и сваривает пленку в продольном направлении. Часть воздуха через охладитель подается на сваренный шов и охлаждает его. Устройство, с помощью которого делается поперечный шов на пакетах и производится их отрезка, состоит из нагревателя, опоры и монтируется на рычагах. При одновременном сближении нагревателя и опоры пленка сжимается и образуется поперечный шов, а две пары клещей отрезают пакет и протягивают рукав. Длина пакета регулируется изменением амплитуды колебаний рычагов. Машина имеет пневматическую систему для сварки и охлаждения продольного шва. Сжатый воздух через регулятор давления подается в сваривающее устройство. В камере он прогревается до заданной температуры и поступает в зону сварки. Для охлаждения нагревателей машина оснащена гидравлической системой.

Таким образом, использование технологической линии производства плодоовощных чипсов дает возможность:

- достижения равномерной влаготепловой обработки продукта вследствие попеременного влаготеплового воздействия потоком инертного теплоносителя (например, пара), СВЧ-энергии и увлажнения, а также использования «мягких» температурных и «щадящих» режимов перемещения продукта при максимальном сохранении формы частиц обрабатываемого продукта [Калашников, Г. В. Развитие процессов влаготепловой обработки пищевого растительного сырья (теория, технология и техника) [Текст]. - Дисс. докт. техн. наук, Воронеж, 2004. - 365 с.];

- комбинированного постадийного осуществления процесса конвективно-СВЧ-сушки с учетом кинетических закономерностей процесса и подогрева сырья, водного раствора отработанным теплоносителем, что повышает тепловую эффективность конструкции;

- преобразовывать большую часть получаемой энергии в теплоту при СВЧ-нагревании и способствовать направленной обработке объекта по месту и времени;

- интенсифицировать процесс влагоудаления при сушке вследствие использования при конвективной сушке активных гидродинамических режимов слоя сырья, инертного теплоносителя (например, перегретого пара) и применения попеременного подвода СВЧ-энергии;

- осуществлять не сложный контроль технологического режима и управление процессом сушки, монтаж и эксплуатацию секций;

- достигнуть экономию производственных площадей;

- повышения качества готового продукта за счет использования рационального гидродинамического режима слоя дисперсного продукта, обеспечения микробиологического благополучия готового продукта и снижения отрицательного влияния термического процесса на термолабильный продукт;

- обеспечения оптимального увлажнения вследствие применения подогрева водного раствора и возможности влагонасыщения за счет распыливания или непосредственного контактирования с жидкостью в зависимости от вида сырья;

- увеличения производительности линии за счет последовательного выполнения любого сочетания технологических операций (увлажнения, сушки и т.п.) в комбинированном тороидальном аппарате непрерывного действия, так как при этом исключается необходимость в дополнительных перегрузочных и транспортных операциях;

- эффективного использования напора теплоносителя, СВЧ-энергии и, следовательно, энергетического потенциала, внутренних источников энергии для обеспечения требуемой гидродинамики процесса влаготепловой обработки продукта.

Технологическая линия производства плодоовощных чипсов, содержащая моечную машину, инспекционный транспортер, калиброватель, машину для удаления семенного гнезда и устройство резки плодов и овощей на пластины, сульфитатор, сушилку и расфасовочно-упаковочный автомат, отличающаяся тем, что в качестве сушилки установлен комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки непрерывного действия, разделенный на секции: секцию подогрева сырья, секцию конвективной сушки, секцию предварительной гидротермической обработки, которая расположена между секциями СВЧ-сушки, и секцию охлаждения высушенного продукта, предназначенную для доведения продукта до конечной готовности, при этом через корпус проходят рабочие секции с продуктом, а также в зависимости от типа сырья в линии предусмотрен комплекс оборудования из барабанной машины с моечным блоком и многофункциональной установки с дроблением сырья и отделением семечек.