RU2799695C1 - Способ сушки продуктов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области переработки сырья, а именно к способам сушки, сочетающим комбинацию инфракрасного излучения, конвекционного обдува и пониженного давления, управляемых с помощью компьютерных программ для сушки пищевых продуктов в закрытых сушильных камерах периодического действия. Способ сушки пищевых продуктов в закрытых сушильных камерах включает комбинацию инфракрасного излучения и конвекционного обдува при постоянном пониженном давлении, причем вначале на сушильную поверхность сушильной камеры выкладывают ровным слоем продукт, затем сушильную камеру закрывают герметично и включают вакуумный насос, который обеспечивает постоянное пониженное давление в сушильной камере, далее продукт сушат по меньшей мере одной фазой, включающей одновременное инфракрасное излучение с длиной волны от 2,1 мкм до 4,3 мкм с конвекционным обдувом продукта, в процессе фазы сушки обеспечивают постоянный контроль температуры и влажности в сушильной камере в интерактивном режиме. Технический результат заключается в повышении качества сушки продуктов при улучшении энергоэффективности и сокращении временных затрат на сушку, а также расширении функциональных возможностей за счет комбинации инфракрасного излучения, конвекционного обдува и пониженного давления. 8 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относится к области переработки сырья, а именно к способам сушки, сочетающим комбинацию инфракрасного излучения, конвекционного обдува и пониженного давления, управляемых с помощью компьютерных программ для сушки пищевых продуктов в закрытых сушильных камерах периодического действия.

Известны различные способы сушки продуктов.

Например, известен способ сушки пищевого продукта по патенту № JP 3568250 от 30.09.1994 на изобретение «Способ сушки пищевых продуктов» (МПК A23L 3/40). Данный способ заключается в размещении пищевого продукта, подлежащего сушке, в сушильной камере под пониженным давлением для сушки пищи, применение инфракрасного нагревателя для нагрева внутренней части сушильной камеры 1, а также воздушного циркулятора для циркуляции воздуха внутри сушильной камеры и дымососа для выпуска внутрь сушильной камеры, причем пищевой продукт сушат при колебании давления внутри камеры положительно с получением целевого пищевого продукта. Недостатками данного аналога являются применение прерывистого давления, что затрудняет контроль качества сушки продуктов, из-за чего продукты остаются либо пересушенными, либо недосушенными. Также к недостаткам способа следует отнести ограниченность в продуктах, подлежащих сушке указанным способом, так как сушильные характеристики продуктов значительно варьируются в зависимости от физико-химических качеств ткани, местонахождения и концентрации воды, внутренней отражающей способности тканей, и то, как вода покидает клетки продукта, следовательно, значительно сужается диапазон полезного применения данного способа.

Наиболее близким по совокупности существующих признаков аналогом к заявленному изобретению (прототипом) является способ сушки продуктов по изобретению под названием «Комбинированный метод сушки горячим воздухом и вакуумной пульсацией и оборудование, основанное на контроле температуры и влажности» по номеру публикации CN110360815 от 22.10.2019 (МПК A23N 12/08; F26B 21/00; F26B 23/06; F26B 3/30; F26B 9/06). Данный способ направлен на создание комбинированного сушильного оборудования с пульсацией горячего воздуха и вакуума, основанного на контроле температуры и влажности, так что проблемы существующей комбинированной технологии сушки горячим воздухом и вакуумом, заключающиеся в том, что во время стадии сушки горячим воздухом режим циркуляции горячего воздуха решаются ненаучно, выброс отработанного газа нецелесообразен, эффект теплообмена конвекцией горячего воздуха плохой, сушка материала неравномерная, скорость нагрева низкая, на эффективность сушки легко влияет режим работы под давлением на стадии вакуумной сушки. Оборудование включает в себя систему циркуляционной сушки горячим воздухом, комбинированный корпус сушильной машины, систему создания пульсирующего вакуума, систему вакуумного нагрева и систему автоматического управления. В соответствии с методом и оборудованием эффективность обработки комбинированной технологии вакуумной сушки горячим воздухом может быть значительно улучшена, а потребление энергии при обработке снижено. Данное изобретение имеет ряд недостатков: необходимо перемещение продукта из одной камеры в другую камеру, что усложняет процесс сушки продукта. Также к недостаткам относится применение прерывистого вакуума, что затрудняет контроль качества сушки продуктов, из-за чего продукты остаются либо пересушенными, либо недосушенными, а также значительно затрудняет процесс сушки продукта. К недостаткам также следует отнести потерю тепла и его регенерацию, что в свою очередь увеличивает время сушки продуктов, понижает качество сушки и увеличивает энергозатраты.

Задачей, которую поставил перед собой разработчик нового способа сушки продуктов, является создание способа сушки, обеспечивающего его применение к широкому спектру пищевых продуктов при устранении недостатков известных аналогов. Технический результат заключается в повышении качества сушки продуктов при улучшении энергоэффективности и сокращении временных затрат на сушку, а также расширении функциональных возможностей за счет комбинации инфракрасного излучения, конвекционного обдува и пониженного давления. Технический результат достигается за счёт всей совокупности существенных признаков.

Сущность изобретения состоит в том, что способ сушки пищевых продуктов в закрытых сушильных камерах включает комбинацию инфракрасного излучения и конвекционного обдува при постоянном пониженном давлении, причем вначале на сушильную поверхность сушильной камеры выкладывают ровным слоем продукт, затем сушильную камеру закрывают герметично и включают вакуумный насос, который обеспечивает постоянное пониженное давление в сушильной камере, далее продукт сушат по меньшей мере одной фазой, включающей одновременное инфракрасное излучение с длиной волны от 2,1 мкм до 4,3 мкм с конвекционным обдувом продукта, в процессе фазы сушки обеспечивают постоянный контроль температуры и влажности в сушильной камере. Причем в качестве сушильной камеры применяют герметичную прямоугольную стальную камеру из стали марки AISI 304 или 316, объемом от 3 м³ до 65 м³. В то же время используют по меньшей мере 2 сушильные поверхности. А продукт выкладывают слоем толщиной от 1 мм до 86 мм. В то же время в сушильной камере обеспечивают пониженное давление диапазоне от 30 кПа до 75 кПа. Кроме того, для конвекционного обдува применяют закрытую вентиляционную систему, работающую при пониженном давлении в сушильной камере. Причём контроль температуры и влажности осуществляют путем применения датчика пониженного давления и/или датчика температуры воздуха в сушильной камере, и/или датчика относительной влажности воздуха в сушильной камере. Вместе с тем, температуру и влажность в сушильной камере, комбинации и параметры инфракрасного излучения и конвекционного обдува, скорость воздушного потока при конвекционном обдуве, параметры пониженного давления в сушильной камере, количество фаз сушки, время сушки изменяют при помощи программируемого логического контроллера. А для запуска процесса сушки и выбора параметров процесса сушки используют сенсорную панель.

Способ сушки пищевых продуктов в закрытых сушильных камерах, заключающийся в комбинации инфракрасного излучения, конвекционного обдува при постоянном пониженном давлении. Для этого, в закрытую сушильную камеру на сушильную поверхность выкладывают ровным слоем продукт. В качестве сушильной камеры применяют герметичную прямоугольную стальную камеру из стали марки AISI 304 или 316, устойчивую к перепадам давления и температур. Объем камеры от 3 м³ до 65 м³. В камеру должны помещаться минимум 2 сушильные поверхности, на которых продукт размещается одним ровным слоем толщиной от 1 мм до 86 мм. В качестве продукта применяют пищевой продукт. Далее сушильную камеру закрывают герметично. Затем включают вакуумный насос, который обеспечивает стабильно пониженное давление в сушильной камере, которое выставляется в начале процедуры в диапазоне от 30 кПа до 75 кПа. Пониженное давление понижает точку кипения и стимулирует испарение в пониженной точке кипения. Далее продукт сушат по меньшей мере одной фазой, включающей одновременное инфракрасное излучение с длиной волны от 2,1 мкм до 4,3 мкм с конвекционным обдувом продукта. При этом число фаз и их очередность могут меняться в зависимости от характеристик продукта. Для инфракрасного излучения применяют инфракрасные излучатели с длиной волны от 2,1 мкм до 4,3 мкм. Для конвекционного обдува применяют закрытую вентиляционную систему, работающую при пониженном давлении в сушильной камере. С ее помощью продукт обдувают воздухом, также равномерно распределяют тепло и влажность по сушильной камере. В процессе фазы сушки обеспечивают постоянный контроль температуры и влажности в сушильной камере для корректировки процесса сушки продукта. Данный контроль осуществляют путем применения датчика пониженного давления, датчика температуры воздуха в сушильной камере, датчика относительной влажности воздуха в сушильной камере, датчика массы для измерения массы продукта сушки. Все датчики подключают к программируемому логическому контроллеру. В зависимости от поступающей информации, в интерактивном режиме изменяют управляющие параметры сушки. После окончания процесса сушки продукта выключают работу всех узлов в камере, вентиляционную систему и насос. Снаружи подают воздух в камеру для поднятия внутреннего давления до уровня снаружи. Затем камеру открывают и продукты выгружают. Для изменения интенсивности инфракрасного излучения, а также для контроля вентиляции, используют твердотельные реле. Мощность твердотельных реле подбирается в зависимости от количества управляемых ими ИК излучателей и вентиляционных клапанов. Для запуска процесса сушки и выбора параметров процесса сушки может быть использована сенсорная панель. Вакуумный насос и привод вентилятора запускают, например, при помощи программируемого логического контроллера через преобразователь частоты. Различные комбинации пониженного давления, конвекционного обдува, инфракрасного излучения и уровней мощности осуществляются через компьютерные программы. Данные программы интерактивные, они реагируют на показания сенсоров внутри камеры и могут меняться в режиме реального времени. Для каждого продукта и каждого желаемого результата производится отдельная программа. С некоторыми изменениями одна и та же программа может быть адаптирована для сушильных камер разного размера. Программы сушки (рецептуры сушки) загружают в программируемый логический контроллер и для каждого вида высушиваемого продукта имеется отдельная программа, которая обеспечивает необходимую комбинацию интенсивности воздушных потоков и инфракрасного излучения. Воздействие воздушных потоков и излучения может осуществляться с разными интервалами и разной длительностью. Инфракрасные излучатели управляются программируемым логическим контроллером через твердотельные реле. Частота, длина волны и плотность энергии полностью управляются программируемым логическим контроллером. Определенная длина волны оказывает определенный эффект на ткань продукта, например, определяет глубину проникновения безотносительно удельной мощности. Маломощное излучение, которое дает более длинные волны, может иногда быть более эффективным, чем мощное излучение, и в этом состоит одна из причин эффективности способа. Скорость воздушного потока в камере сушки контролируют программируемым логическим контроллером. Конвекция воздуха помогает распределять тепло и влажность по камере. Плотности воздушного потока всегда должно хватать для равномерного распределения энергии, даже при низком давлении. Все датчики, установленные внутри камеры, передают в пункт управления данные о температуре и влажности каждые 1-300 секунд. Если запрограммированные параметры не совпадают с показаниями сенсоров, тогда программируемый логический контроллер посылает сигнал управления для включения, выключения, увеличения или уменьшения мощности одного или более инфракрасных излучателей, и/или воздушного насоса, и/или воздушных клапанов, чтобы скомпенсировать отхождение от заданных параметров.

Изобретение поясняется на конкретном примере исполнения способа сушки пищевых продуктов. Оборудование: сушильная камера с объемом 33 м³, оборудована 300 инфракрасными излучателями в форме тонких труб по 1000 мм в длину и с максимальной мощностью в 800 Вт. Инфракрасные излучатели в данной модели расположены по парам на 10 уровнях, с вертикальным расстоянием между излучателями в 240 мм, горизонтальным расстоянием в 372 мм. В камере всего 9 сушильных поверхностей с площадью в 100 м². Продукт: свежая морковь, нарезанная соломкой размером 5 мм × 5 мм × 30 мм. Объем продукта: 573 кг. Фазы сушки: 120 фаз, каждая по 30 секунд, всего 60 минут. Воздушный обдув корректируется с помощью показаний сенсоров. Мощность инфракрасных излучателей: от 485 Вт до 660 Вт, причем некоторые периоды работы запущены сенсорами температуры. К концу цикла сушки внутренняя температура продукта достигала 118°С, т.е. продукт полностью приготовлен, он не сырой. Содержание влаги до сушки: 87,15%. Содержание влаги после сушки: 3,65%. Затраченная энергия на выпаривание 1 литра воды: 0,46 кВт. Данные параметры будут меняться в зависимости от модели камеры, продукта и желаемого качества готового продукта.

Хотя все методы, используемые в заявленном способе, давно известны, они никогда еще не были объединены для сушки продуктов посредством компьютерных программ. Без программ продукты останутся либо недосушенными, либо пересушенными. При правильном сочетании все используемые методы дополняют друг друга. Сушильные характеристики продуктов значительно варьируются в зависимости от физико-химических качеств ткани, местонахождения и концентрации воды, внутренней отражающей способности тканей и тем, как вода покидает клетки продукта. Вода может покидать клетки продукта в качестве пара или испарением (последнее влияет на вибрационный статус молекул воды), или через разрушение связей между кислородом и водородом посредством стимуляции ротационного состояния молекул, через капилляры или мягкие ткани, или и то и другое. Стандартные сушильные камеры обычно используются для разных продуктов, но без адаптаций, кроме времени и температуры воздействия. Такие камеры не могут быть полностью оптимальными для любых продуктов. Такие камеры не позволяют получать конкретный результат по любому продукту, например, возможность восстановления в воде, хруст, мягкость/жесткость и пр. В отличие от известных способов сушки продуктов заявленное изобретение дает оптимальные, созданные по условиям заказчика, условия обработки. Способ применим к широкому спектру съедобных продуктов. Такая комбинация универсальности и оптимизации возможна только благодаря цифровому управлению и микросреде внутри камеры. Наши программы имеют разные параметры в зависимости от разных этапов сушки одного и того же продукта, т.к. качества продукта меняются в процессе сушки, что требует разных методов обработки. В зависимости от условий заказчика, продукты можно сушить при низкой внутренней температуре продукта (до +42°С) и при высокой температуре, которая позволяет бланшировать продукт при внутренней температуре в 120°С. Потребление электроэнергии стандартными камерами превышает 1 кВт на литр испаренной воды, в то время как наш способ требует менее 0,5 кВт на литр испаренной воды, а в некоторых случаях 0,22 кВт на литр испаренной воды. Время сушки в заявленном изобретении короче, чем в стандартных камерах – обычно не дольше 1 часа.

Claims (9)

1. Способ сушки пищевых продуктов в закрытых сушильных камерах, включающий комбинацию инфракрасного излучения и конвекционного обдува при постоянном пониженном давлении, причем вначале на сушильную поверхность сушильной камеры выкладывают ровным слоем продукт, затем сушильную камеру закрывают герметично и включают вакуумный насос, который обеспечивает постоянное пониженное давление в сушильной камере, далее продукт сушат по меньшей мере одной фазой, включающей одновременное инфракрасное излучение с длиной волны от 2,1 мкм до 4,3 мкм с конвекционным обдувом продукта, в процессе фазы сушки обеспечивают постоянный контроль температуры и влажности в сушильной камере и в зависимости от поступающей информации в интерактивном режиме изменяют параметры сушки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сушильной камеры применяют герметичную прямоугольную стальную камеру из стали марки AISI 304 или 316, объемом от 3 м³ до 65 м³.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют по меньшей мере 2 сушильные поверхности.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продукт выкладывают слоем толщиной от 1 мм до 86 мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в сушильной камере обеспечивают пониженное давление в диапазоне от 30 кПа до 75 кПа.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для конвекционного обдува применяют закрытую вентиляционную систему, работающую при пониженном давлении в сушильной камере.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контроль температуры и влажности осуществляют путем применения датчика пониженного давления и/или датчика температуры воздуха в сушильной камере, и/или датчика относительной влажности воздуха в сушильной камере.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру и влажность в сушильной камере, комбинации и параметры инфракрасного излучения и конвекционного обдува, скорость воздушного потока при конвекционном обдуве, параметры пониженного давления в сушильной камере, количество фаз сушки, время сушки изменяют при помощи программируемого логического контроллера.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для запуска процесса сушки и выбора параметров процесса сушки используют сенсорную панель.