PL243781B1 - Sposób wytwarzania liofilizowanego granulatu owocowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przedstawiony na rysunku sposób wytwarzania liofilizowanego granulatu owocowego, w którym surowiec owocowy w postaci pulpy owocowej i/lub koncentratu owocowego i/lub zagęszczonego soku owocowego poddaje się obróbce wstępnej, a obrobiony wstępnie surowiec owocowy suszy się sublimacyjnie. Obróbkę wstępną prowadzi się w taki sposób, że: surowiec owocowy miesza się i odgazowuje pod zmniejszonym ciśnieniem w zakresie 1 - 120 mbar, utrzymując temperaturę mieszanego i odgazowywanego surowca owocowego w zakresie 2 — 25°C przez czas niezbędny do jego całkowitej homogenizacji, a zhomogenizowany i odgazowany surowiec owocowy zagęszcza się pod zmniejszonym ciśnieniem w zakresie 5 — 150 mbar, utrzymując temperaturę zagęszczanego surowca owocowego w zakresie 25 — 40°C, przez czas niezbędny na usunięcie co najmniej 20% obj. wody z surowca owocowego, przy czym zagęszczony surowiec owocowy poddaje się formowaniu przez zamrażanie, w którym zagęszczony surowiec owocowy dozuje się na ruchomą taśmę transportową do wymrażania, formując warstwę surowca owocowego o grubości od 5 do 20 mm, a podczas transportu surowiec owocowy schładza się przeponowo za pomocą instalacji chłodniczej zainstalowanej pod taśmą transportową, do temperatury nie wyższej niż 35°C przez czas od 3 do 14 minut, a zamrożoną warstwę surowca owocowego rozdrabnia się w procesie granulacji do uziarnienia w zakresie 0,1 — 30 mm, utrzymując temperaturę rozdrabnianej warstwy surowca owocowego nie wyższą niż -35.C  Rozdrobniony, zamrożony surowiec owocowy suszy się natomiast sublimacyjnie w liofilizatorze z półkami, na których rozkłada się równomiernie zamrożony surowiec i które wzbudza się w drgania o częstotliwości akustycznej, pod ciśnieniem w zakresie 0,1 – 1,5 hPa przez czas niezbędny do zmniejszenia zawartości wody w suszonym surowcu do wartości nie większej niż 5% wag.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania liofilizowanego granulatu owocowego.

Znane są produkty owocowe w postaci suszy i liofilizatów. Produkty owocowe tego typu charakteryzują się dłuższą przydatnością do spożycia w porównaniu z owocami świeżymi - nieprzetworzonymi. Z tego powodu susze i liofilizaty owocowe wykorzystuje się między innymi do produkcji artykułów spożywczych, w tym wyrobów cukierniczych, na przykład jako dodatki do ciast bądź deserów, do produkcji wyrobów typu instant, na przykład herbat smakowych, czy musli, jak również sprzedaje się w formie nieprzetworzonej, na przykład w postaci przekąsek do bezpośredniego spożycia, oraz jako dodatki kuchni domowej, na przykład jako przyprawy w proszku. W zależności od docelowego zastosowania wyroby tego typu mogą składać się z jednego rodzaju owoców, na przykład liofilizowane maliny czy liofilizowany proszek bananowy, lub w postaci mieszanek wieloowocowych.

Znane technologie produkcji liofilizatów owocowych obejmują mrożenie umytych i ewentualnie rozdrobnionych owoców do temperatury wynoszącej około minus 40°C. Niskotemperaturowa obróbka owoców umożliwia ponadto unieszkodliwienie niektórych mikroorganizmów powodujących niepożądane procesy fermentacyjne, jak również niektórych pleśni i bakterii chorobotwórczych. Zamrożone owoce poddaje się działaniu próżni, to jest podciśnienia wynoszącego około 0,001 hPa, co umożliwia zapoczątkowanie sublimacji zamarzniętej wody, czyli lodu, zawartego w owocach. Proces sublimacji podtrzymuje się, dostarczając w sposób kontrolowany odpowiednią ilość ciepła, tzw. ciepła utajonego sublimacji, w ilości 2840 kJ/kg lodu oraz usuwając produkt sublimacji - parę, przy czym ilość wody jaką można tym sposobem usunąć z owoców, czyli stopień liofilizacji zależy od zapewnionych warunków procesowych, na które składają się wszystkie powyższe parametry.

Celem uzyskania granulatów bądź proszków, wytworzone liofilizaty owocowe, a zatem owoce już wysuszone - rozdrabnia się następnie od uzyskania docelowego uziarnienia. Owoce liofilizowane w formie granulatów lub proszków są wygodne w magazynowaniu, porcjowaniu, pakowaniu i transporcie. Produkty tego typu charakteryzują się ponadto znacznie niższą masą niż ich odpowiedniki w postaci świeżych owoców.

Liofilizaty owocowe, charakteryzują się ponadto stosunkowo wysoką zawartością składników odżywczych, w tym: witamin, minerałów, enzymów aminokwasów oraz wykazują odpowiednie własności organoleptyczne tj. smak i zapach zbliżony do świeżych owoców. Liofilizaty owocowe są zatem ważnym komponentem spożywczym, który stosuje się w wielu gałęziach przemysłu spożywczego, między innymi w cukiernictwie i przemyśle nabiałowym - na przykład do wytwarzania serków czy jogurtów smakowych.

Z literatury patentowej znane są sposoby wytwarzania liofilizowanych produktów owocowych.

Wiadomym jest, że proces sublimacji wymaga dostarczenia tzw. ciepła utajonego sublimacji w ilości 2840 kJ/kg lodu. W znanych konstrukcjach liofilizatorów ciepła tego dostarcza się z wykorzystaniem konwekcji, promieniowania podczerwonego, mikrofal lub światła widzialnego szczególnie w rozwiązaniach laboratoryjnych.

Zastosowanie promieniowania mikrofalowego wymaga zastosowania obrotowych półek na liofilizowany produkt, wykonanych z materiału dielektrycznego np. PTFE lub szkła, co komplikuje proces i konstrukcję liofilizatorów.

Zastosowanie promienników podczerwieni wymaga rozkładania liofilizowanego materiału w postaci cienkich warstw na półkach liofilizatora ze względu na niewielki stopień penetracji promieniowania podczerwonego w liofilizowanym surowcu, co ogranicza wydajność liofilizacji.

Z europejskiej publikacji patentowej EP2154978 znany jest sposób wytwarzania liofilizowanego, napowietrzanego produktu owocowego lub warzywnego, w którym mieszankę obrabia się wstępnie w taki sposób, że dostarcza się mieszankę puree owocową lub warzywną do której dodaje się emulgator wybrany spośród laktylowanych mono- i diglicerydów i obrabia się całość termicznie w podwyższonej temperaturze wynoszącej około 90°C, a następnie poddaje fermentacji. Tak obrobioną wstępnie - sfermentowaną mieszankę, miesza się następnie z gazem, jednocześnie ją napowietrzając za pomocą techniki barbotażu, a napowietrzony sfermentowany produkt poddaje się liofilizacji.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.428780 znany jest natomiast sposób liofilizacji soków warzywno-owocowych w oparciu o liofilizator z generatorem promieniowania mikrofalowego, w którym surowiec wstępnie podsusza się w temperaturze pokojowej przy obniżonym ciśnieniu, podsuszony sok zamraża się i liofilizuje, jednocześnie działając na liofilizowany materiał mikrofalami, co umożliwia intensyfikację procesu liofilizacji i uzyskanie produktu o zwartości 80% suchej masy. Następnie, liofilizowany materiał dosusza się z wykorzystaniem suszenia próżniowo-mikrofalowego do uzyskania produktu zawierającego około 85% suchej masy.

Jak wynika z powyżej przytoczonej literatury patentowej technologia wytwarzania owocowych produktów liofilizowanych podlega ciągłym modyfikacjom mającym na celu poprawę właściwości wytwarzanych liofilizatów, w tym poprawę ich tekstury, smaku czy ograniczenia higroskopijności.

W przytaczanych przykładach, niezależnie od zastosowanej techniki dostarczania ciepła utajonego sublimacji, czas liofilizacji przemysłowej wynosi typowo ok. 600 h dla wsadu ok. 3 ton produktu i mocy zainstalowanej w linii do liofilizacji ok. 300 kW. Wynika to głównie z podobieństwa procesów migracji i dyfuzji pary wodnej z warstwy liofilizowanego produktu nieruchomo ułożonego w postaci warstwy kruszonej mrożonki na powierzchni półek liofilizatora. Ponieważ w każdym z opisywanych rozwiązań warstwa produktu, utworzona przez pokruszony zamrożony surowiec, pozostaje w spoczynku, to procesy odzysku pary wodnej z warstwy produktu zachodzą analogicznie.

Celowym byłoby zatem opracowanie sposobu wytwarzania liofilizowanych granulatów owocowych, umożliwiającego skrócenie czasu procesu liofilizacji przy zachowaniu wymaganych parametrów jakościowych produktów oraz przede wszystkim docelowego poziomu wilgotności całkowitej produktu.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania liofilizowanego granulatu owocowego, w którym surowiec owocowy w postaci pulpy owocowej i/lub koncentratu owocowego i/lub zagęszczonego soku owocowego poddaje się obróbce wstępnej, a obrobiony wstępnie surowiec owocowy suszy się sublimacyjnie. Sposób charakteryzuje się tym, że obróbkę wstępną prowadzi się w taki sposób, że: surowiec owocowy miesza się i odgazowuje pod zmniejszonym ciśnieniem w zakresie 1-120 mbar, utrzymując temperaturę mieszanego i odgazowywanego surowca owocowego w zakresie 2-25°C przez czas niezbędny do jego całkowitej homogenizacji, a zhomogenizowany i odgazowany surowiec owocowy zagęszcza się pod zmniejszonym ciśnieniem w zakresie 5-150 mbar, utrzymując temperaturę zagęszczanego surowca owocowego w zakresie 25-40°C, przez czas niezbędny na usunięcie co najmniej 20% obj. wody z surowca owocowego, przy czym zagęszczony surowiec owocowy poddaje się formowaniu przez zamrażanie, w którym zagęszczony surowiec owocowy dozuje się na ruchomą taśmę transportową do wymrażania, formując warstwę surowca owocowego o grubości od 5 do 20 mm, a podczas transportu surowiec owocowy schładza się przeponowo za pomocą instalacji chłodniczej zainstalowanej pod taśmą transportową, do temperatury nie wyższej niż -35°C, przez czas od 3 do 14 minut, a zamrożoną warstwę surowca owocowego rozdrabnia się w procesie granulacji do uziarnienia w zakresie 0,1-30 mm, utrzymując temperaturę rozdrabnianej warstwy surowca owocowego nie wyższą niż -35°C. Rozdrobniony, zamrożony surowiec owocowy suszy się natomiast sublimacyjnie w liofilizatorze z półkami, na których rozkłada się równomiernie zamrożony surowiec i które wzbudza się w drgania o częstotliwości akustycznej, pod ciśnieniem w zakresie 0,1-1,5 hPa, przez czas niezbędny do zmniejszenia zawartości wody w suszonym surowcu do wartości nie większej niż 5% wag.

Korzystnie, zagęszczony surowiec owocowy dozuje się na ruchomą taśmę transportową przez szczelinę o szerokości w zakresie od 5 do 20 mm, utrzymując liniową prędkość taśmy transportowej podczas dozowania surowca owocowego w zakresie 0,01-0,15 m/s.

Korzystnie, częstotliwość drgań półki liofilizatora zawiera się w granicach od 18 kHz do 100 kHz, korzystnie od 18 kHz do 21 kHz.

Korzystnie, za pomocą przetwornika przymocowanego do półki liofilizatora generuje się drgania prostopadle do powierzchni półki liofilizatora

Korzystnie, minimalną i maksymalną częstotliwość drgań półek liofilizatora wyznacza się eksperymentalnie, zapewniając by obszary strzałek fali stojącej w figurach Chladniego pojawiały się we wszystkich miejscach na powierzchni półek liofilizatora w trakcie zmiany częstotliwości od najmniejszej do największej.

Korzystnie, za pomocą przetwornika cyklicznie zmienia się częstotliwość drgań półek liofilizatora od wartości minimalnej do maksymalnej w czasie od 1 sekundy do 1 minuty, korzystnie w czasie 10 sekund.

Nieoczekiwanie skrócono czas liofilizacji poprzez akustyczne wzbudzenie drgań w półkach liofilizatora.

Do póki liofilizatora wykonanej w postaci arkusza blachy aluminiowej przymocowano przetwornik akustyczny, który wzbudza drgania blachy prostopadłe do powierzchni blachy. W zależności od częstotliwości drgań na powierzchni blachy pojawia się dwuwymiarowy rozkład węzłów i strzałek obrazujący obszary o zerowej amplitudzie drgań i maksymalnej amplitudzie drgań odpowiednio. Wzory tworzone przez te obszary nazywane są figurami Chladniego. Produkt znajdujący się na powierzchni blachy ma tendencję do przemieszczania się w okolice węzłów fali stojącej na powierzchni blachy. Chladni wyprowadził ogólną zależność wiążącą liczbę węzłów powstających na powierzchni blachy o symetrii osiowej z częstotliwością wymuszenia drgań:

V = A(m+an)^b

Częstotliwość oznaczono literą V, m i n to liczba węzłów radialnych i kołowych odpowiednio, a parametry A, a i b zależą od kształtu osiowo symetrycznej blachy np. zależnie czy jest prostokątem, kwadratem czy kołem. Znamienne, że dla większych częstotliwości oczekiwać powinniśmy większej liczby węzłów radialnych i kołowych, a zatem większej liczby obszarów z lokalnymi maksimami drgań, z których to obszarów sypki produkt migruje do węzłów fali stojącej.

Zmieniając częstotliwość wymuszanych drgań półki z produktem, zmienia się rozmieszczenie strzałek i węzłów, co prowadzi do przesuwania i mieszania sypkiego produktu na powierzchni półek liofilizatora. Tego rodzaju mieszanie z kolei zwiększa migrację pary wodnej przyspieszając proces sublimacji lodu.

Zauważono, że przetwornik akustyczny umieszczony może być w dowolnym miejscu na płaszczyźnie blachy, korzystnie pod blachą ze względów konstrukcyjnych, by nie zajmować miejsca przeznaczonego na produkt na górnej powierzchni blachy. Dowolność umiejscowienia przetwornika wynika z faktu, że istotna dla implementacji sposobu jest ciągła periodyczna zmiana częstotliwości drgań w celu wymuszenia zmiany położenia węzłów i strzałek fali stojącej zarówno na powierzchni blachy, jak i w objętości liofilizowanego produktu. Dobre efekty osiągnięto dla zmiany częstotliwości wymuszenia drgań w zakresie od 30 Hz do 300 Hz z prędkością przemiatania od 30 Hz do 300 Hz i z powrotem ok. 6 razy na minutę. Zakres zmian częstotliwości dobrać można doświadczalnie w zależności od posiadanego sprzętu, np. jego zdolności do pracy w pewnym paśmie częstotliwości w odróżnieniu od jednej wybranej częstotliwości np. 50 Hz, co jest charakterystyczne dla większości generatorów i przetworników mechanicznych obecnych na rynku. W tym celu na blasze rozsypujemy cienką warstwę suchego liofilizatu i obserwujemy figury Chladniego tworzące się na powierzchni blachy w trakcie zmian częstotliwości drgań oraz skłonność liofilizatu do przemieszczania się na powierzchni blachy. Zakres zmian częstotliwości jest dobrze dobrany, gdy obszary strzałek fali stojącej, po zsumowaniu, pokrywają cały obszar blachy. Oznacza to, że w każdym miejscu blachy, w trakcie zmiany częstotliwości, ma okazję pojawić się strzałka fali stojącej i że w każdym miejscu blachy liofilizowany produkt będzie przemieszczany i mieszany.

Energia drgań w wyniku niesprężystych zderzeń suszonego granulatu oraz niezerowej siły tarcia między zmrożonymi granulkami zamrożonego surowca ulega przemianie w ciepło utajone sublimacji. Energia ta staje się dodatkowym źródłem ciepła utajonego sublimacji i uzupełnia źródła tradycyjne takie jak konwekcja, mikrofale, podczerwień lub światło słoneczne.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym: Fig. 1 przedstawia schemat blokowy procesu wytwarzania liofilizowanego granulatu owocowego sposobem według wynalazku.

Opracowany sposób produkcji liofilizowanych granulatów owocowych zapewnia skrócenie procesu liofilizacji o ok. 17% w porównaniu do procesu prowadzonego bez wykorzystania akustycznego wzbudzania półek liofilizatora. W przypadku przemysłowego procesu liofilizacji o czasie trwania 24 godzin oznacza to skrócenie czasu do 20 godzin czyli o 4 godziny.

Opracowanym sposobem wytwarzać można liofilizowane granulaty owocowe o różnej wielkości uziarnienia, od 0,1 do 30 mm, w zależności od potrzeb oraz docelowych wymagań odbiorców. Granulaty mogą zawierać w składzie owoce jednego rodzaju - granulaty mono-owocowe, lub też różne owoce - granulaty wieloowocowe.

Do wytworzenia liofilizowanego granulatu stosować można surowiec owocowy w postaci pulpy, to jest przecieru owocowego, i/lub zagęszczonego soku owocowego naturalnego, i/lub koncentratu owocowego, w tym korzystnie koncentratów owocowych otrzymanych z zagęszczonych soków owocowych pozyskiwanych ze świeżych owoców - bez utrwalania, na przykład na kolumnach wyparnych, ewentualnie klarowanych fizycznie poprzez oddzielenie części wody. Powyższe surowce, poza owocami i wodą mogą zawierać w składzie różnego rodzaju dodatki, na przykład typowe dodatki spożywcze do przecierów, soków bądź koncentratów, takie jak: stabilizatory - np. pektyny, zagęstniki - np. maltodekstryna, skrobia bądź skrobia modyfikowana, naturalne cukry owocowe - np. fruktoza, glukoza, bądź inne dodatki poprawiające teksturę - np. guma arabska czy guma guar.

Opracowanym sposobem w produkcji jako surowiec stosować można pulpy owocowe różnego pochodzenia, w tym pulpy zagęszczane, pasteryzowane, sterylizowane i/lub pakowane aseptycznie, lub też zabezpieczone przed fermentacją w inny sposób, przykładowo zamrożone.

Zaletą stosowania jako surowca wstępnie przetworzonych owoców, w postaci pulpy i/lub koncentratu owocowego - zabezpieczonego przed fermentacją, jest ponadto możliwość produkcji liofilizowanych granulatów owocowych z owoców naturalnie niewystępujących w regionie produkcji oraz takich owoców, których pozyskanie w postaci świeżej jest w danym okresie utrudnione, na przykład w okresie zimowym. Opracowanym sposobem w produkcji można przetwarzać surowce owocowe pochodzące z różnych części świata. Ponadto, zastosowanie pulp i/lub koncentratów owocowych, i/lub zagęszczonych soków jako surowca wyjściowego do produkcji liofilizowanych granulatów owocowych, zapewnia całoroczną ciągłość produkcyjną oraz różnorodność składu owocowego wytwarzanych wyrobów, według zapotrzebowania odbiorców.

W etapie 11 surowiec owocowy można poddawać kontroli jakości pod względem zgodności produktu z jego specyfikacją charakteryzującą barwę, skład, cechy organoleptyczne, mikrobiologiczne, ewentualne dodatki. Surowce spełniające wymagania jakościowe można magazynować w odpowiednich warunkach temperaturowych i mikroklimatycznych.

W etapie 12 surowce owocowe pobiera się do dalszej produkcji, zgodnie z recepturą - określającą udziały i rodzaj poszczególnych owoców. Udziały oraz rodzaj poszczególnych owoców, które się pobiera, nie wpływają na przebieg dalszych operacji technologicznych. Zatem zarówno rodzaj pobieranych owoców jak i ich ilości mogą być różne, a sposobem według wynalazku można sporządzać różne kompozycje owocowe. Do nieograniczających przykładów owoców, które mogą być stosowane do wytwarzania granulatów, należą: jabłka, śliwki, gruszki, truskawki, maliny, poziomki, agrest, banan, marakuja, ananas i inne.

Następnie wszystkie pobrane surowce w etapie 13 poddaje się przecieraniu i przepompowuje się do wspólnego mieszalnika próżniowego, gdzie całość miesza się z ewentualnymi dodatkami na przykład syropu glukozowego, skrobi czy pektyn, w zależności od receptury i wymagań odbiorcy co do składu produktu. Mieszanie prowadzi się aż do całkowitej homogenizacji czyli uzyskania jednorodnej konsystencji obrabianej masy. W zależności od potrzeb, mieszanie może być prowadzone w temperaturze pokojowej lub obniżonej, aby zapewnić odpowiednią homogenizację całości. Mieszanie prowadzi się w warunkach obniżonego ciśnienia w zakresie 1-120 mbar, co zapewnia odgazowanie masy owocowej w trakcie homogenizacji. Korzystnie mieszanie prowadzi się przez czas 15-80 minut, utrzymując temperaturę mieszanej masy korzystnie w zakresie do 2 do 25°C. Parametry mieszania i odgazowywania można kontrolować za pomocą układ automatyki procesowej, przy czym w trakcie można prowadzić próbkowanie wewnątrz-procesowe kontrolowane na przykład przez układ czujników stanowiących elementami układu automatyki. Homogenizacja prowadzona w warunkach obniżonego ciśnienia, o parametrach podanych powyżej, zapewnia lepsze ujednorodnienie masy owocowej oraz wymieszanie owoców z dodatkami: syrop glukozowy, skrobia bądź pektyny - jeśli są zawarte w masie. Ponadto operacja homogenizacji z zagęszczaniem prowadzona we wskazanych powyżej warunkach zapewnia normalizację właściwości wyrobu gotowego - czyli produktu liofilizowanego, dzięki czemu produkt końcowy charakteryzuje się większą powtarzalnością parametrów, spełniając tym samym zadane standardy w obrębie każdej partii produkcyjnej.

Następnie, zhomogenizowaną mieszaninę w etapie 14 przepompowuje się do koncentratora próżniowego, gdzie mieszaninę zagęszcza się. Zagęszczanie prowadzi się w warunkach podciśnienia w zakresie 5-150 mbar (milibar) i w temperaturze 25-40°C. Zagęszczanie prowadzi się przez czas niezbędny na usunięcie co najmniej 20% obj. wody z obrabianej masy - w odniesieniu do zawartości wody w masie przed zagęszczeniem. Przykładowo, czas zagęszczania może wynosić około 40 minut.

Następnie otrzymany zagęszczony homogenizat owocowy poddaje się w etapie 15 formowaniu przez zamrażanie, polegającemu na gwałtownym schłodzeniu czyli zamrażaniu szokowemu - do temperatury nie wyższej niż -35°C (minus trzydzieści pięć stopni Celsjusza), a korzystnie do temperatury w zakresie -35°C ^ -65°C, z jednoczesnym formowaniem zagęszczonego homogenizatu.

Formowanie przez zamrażanie w etapie 15 prowadzi się w urządzeniu zawierającym kosz przyjęciowy na zagęszczony homogenizat z mieszadłem, taśmę do wymrażania zagęszczonego homogenizatu, instalację chłodniczą zainstalowaną pod taśmą do zamrażania materiału owocowego transportowanego na taśmie, zespół napędowy taśmy do wymrażania oraz automatykę sterującą podzespołami urządzenia.

Formowanie przez zamrażanie w etapie 15 realizowane jest w taki sposób, że do kosza przyjęciowego urządzenia dostarcza się zagęszczony homogenizat owocowy, w którym wsad miesza się z prędkością w zakresie 10-120 obr/min., celem zachowania jednorodnej konsystencji masy w koszu. Dzięki czemu masa w koszu nie ulega rozwarstwieniu. Z kosza masę czyli zagęszczony homogenizat, dozuje się na ruchomą taśmę do wymrażania, równomiernie rozkładając masę na całej szerokości taśmy, celem uzyskania zasadniczo ciągłej warstwy masy owocowej o jednorodnej grubości. Grubość uzyskiwanej warstwy masy owocowej jest regulowana szerokością szczeliny wypływowej, która wynosi od 5 do 20 mm, oraz nastawą liniowej prędkości taśmy w zakresie od 0,01.. do 0,15... m/s, w trakcie dozowania masy z kosza na taśmę. Za pomocą regulacji szerokości szczeliny wypływowej oraz prędkości liniowej taśmy można kontrolować grubość warstwy masy owocowej z dokładnością do 1 mm. Grubość masy owocowej na taśmie transportowej korzystnie wynosi od 5 do 20 mm. Warstwa masy owocowej na taśmie ulega gwałtownemu schłodzeniu od temperatury początkowej wynoszącej korzystnie około +15°C do temperatury końcowej w zakresie -35 ^ -65°C. Instalacja chłodnicza zainstalowana jest pod taśmą, przy czym taśma wykonana jest z materiału o wysokim współczynniku przenikania ciepła, na przykład ze stali. Czas chłodzenia zależy między innymi od grubości warstwy masy owocowej, jej składu, a także od oczekiwanej chrupkości i twardości wyrobu gotowego. Im krótszy czas chłodzenia w etapie 15 formowania przez zamrażanie, tym większa chrupkość i twardość wyrobu gotowego tzn. liofilizowanego granulatu.

Zamrożoną warstwę masy owocowej w postaci wstęgi o docelowej temperaturze z zakresu -35 + -65°C, transportuje się taśmą do strefy rozładunku. Po rozładowaniu zamrożoną warstwę masy owocowej poddaje się granulacji w etapie 16. Granulację prowadzi się w temperaturze nie wyższej niż -35°C. Granulacja może być realizowana na przykład w urządzeniu grysującym, gdzie na drodze rozdrabniania mechanicznego w tym rozbijania bijakami, zamrożoną wstęgę rozdrabnia się do uzyskania uziarnienia w zakresie od 0,1 do 30 mm. Uzyskanie ziaren takiej wielkości było możliwe dzięki odpowiednio jednorodnej postaci masy przed jej zamrożeniem, którą z kolei osiągnięto w wyniku jej homogenizacji, odgazowania i zagęszczania w odpowiednich zadanych warunkach, w etapach 13 i 14. Następnie za pomocą sit, na przykład wibracyjnych, z regulacją prędkości przesiewania na przykład w zakresie 20-60 Hz, uzyskane ziarna zamrożonej masy owocowej dzieli się na frakcje o zadanej wielkości z przedziału 0,1-30 mm.

Opcjonalnie w etapie 17 uzyskane frakcje ziaren można poddawać sortowaniu, kalibrowaniu i separacji, celem uzyskania gradacji produktu dostoswanej do potrzeb konsumentów, lub innych potrzeb w tym przykładowo docelowego zastosowania.

W etapie 18 uzyskane ziarna zamrożonej masy owocowej poddaje się suszeniu sublimacyjnemu zwanemu także liofilizacją. W tym celu zamrożone ziarna utrzymywane w temperaturze nie wyższej niż -35°C, wprowadza się do komory urządzenia sublimacyjnego w temperaturze w zakresie -35 do -50 °C i równomiernie rozkłada na metalowych, korzystnie aluminiowych, półkach liofilizatora. Do półek liofilizatora mocuje się przetworniki akustyczne, których zadaniem jest przemieszczanie i mieszanie produktu na półkach w trakcie liofilizacji, przyspieszone uwalnianie pary wodnej oraz częściowe dostarczanie ciepła sublimacji. Zamrożone ziarna poddaje się suszeniu sublimacyjnemu, wytwarzając podciśnienie w zakresie 0,05-1 hPa. W procesie suszenia sublimacyjnego z ziaren homogenizowanej, odgazowanej, zagęszczonej i zamrożonej szokowo masy owocowej na drodze sublimacji usuwa się lód. Proces suszenia prowadzi się przez czas niezbędny do uzyskania całkowitej zawartości wody w produkcie po wysuszeniu w zakresie od 1% do 5%. Parametry suszenia sublimacyjnego można kontrolować na przykład za pomocą automatycznego układu sterowania, a proces mieszania i przemieszczania akustycznego można realizować w sposób ciągły lub periodyczny, wprowadzając przerwy w przypadku wykrycia przez system sterowania nadmiernego wzrostu temperatury liofilizowanego produktu. Należy zwrócić uwagę, że w wyniku obniżenia ciśnienia w przestrzeni liofilizatora drgania akustyczne przenoszone są na zewnątrz jedynie za pośrednictwem konstrukcji wsporczej półek liofilizatora, a przenoszenie dźwięku w powietrzu zanika i praca liofilizatora pozostaje cicha.

Po zakończeniu sublimacji uzyskuje się liofilizowany granulat owocowy o całkowitej zawartości wilgoci nie większej niż 5%. Produkt ze względu na małą zawartość wody ma w temperaturze pokojowej postać sypkiego ciała stałego i może być przechowywany w temperaturze pokojowej.

Następnie w etapie 19 produkt można poddawać ewentualnej detekcji zanieczyszczeń i ich separacji, w przypadku wykrycia ich obecności. Separację prowadzić można na przykład w konwencjonalnych separatorach magnetycznych przeznaczonych do obróbki produktów sypkich.

Po ewentualnej separacji, liofilizowany granulat owocowy można pakować w opakowania jednostkowe i zbiorcze, na przykład w postaci worków foliowych z folii o różnej grubości, na przykład wynoszącej 100 mikronów, w zależności od wymagań odbiorców. Przykładowo do przechowywania liofilizowanego granulatu owocowego można stosować folię PE (polietylenową), folię paroszczelną metalizowaną, jak również opakowania kartonowe - szczelne, lub też inne opakowania zabezpieczające przed dostępem wilgoci.

Opakowany produkt można dodatkowo poddawać kontroli jakości w etapie 21 celem weryfikacji jego zgodności ze specyfikacją.

Opakowany produkt można wysyłać bezpośrednio do odbiorców lub magazynować w etapie 22.

Uzyskany sposobem według wynalazku liofilizowany granulat owocowy w zależności od receptury, może stanowić produkt, w którym każde ziarno zawiera mieszankę różnych liofilizowanych owoców, ze względu na opracowany sposób wytwarzania, w którym w pierwszej kolejności mieszankę owoców według receptury homogenizuje się i zagęszcza, a następnie z uzyskanej masy wytwarza się ziarna. Dzięki temu w zależności od potrzeb można uzyskiwać granulaty owocowe o różnym smaku i aromacie.

Ponadto ze względu na sposób obróbki owoców, przed ich suszeniem sublimacyjnym, obejmujący zapewnienie owoców w postaci pulpy, koncentratu i/lub zagęszczonego soku, homogenizacja wszystkich składników z jednoczesnym odgazowaniem w odpowiednich warunkach, które wskazano powyżej oraz następne zagęszczanie, formowanie przez zamrażanie w postać wstęgi i następna granulacja zamrożonej masy w obniżonej temperaturze - nie wyższej niż -35°C (minus trzydzieści pięć stopni Celsjusza) do wielkości uziarnienia nie większej niż 30 mm, przyśpieszona sublimacja dzięki zastosowaniu akustycznego mieszania i wentylowania produktu na półkach liofilizatora, łącznie umożliwiły uzyskanie liofilizowanego granulatu owocowego wykazującego zwiększoną trwałość - ze względu na mniejszą jego higroskopijność, dłuższą przydatność do spożycia, jak również poprawioną kruchość i twardość produktu, które opracowanym sposobem można regulować poprzez zmianę czasu mrożenia warstwy masy owocowej w etapie 15 - dostosowując tym samym teksturę produktu do danych potrzeb czyli na przykład wymagań odbiorców. Ponadto otrzymany opracowany sposobem granulat owocowy - jako składnik innych produktów spożywczych, na przykład dodatkowy składnik czekolad, ciast, batonów, różnych kremów czy jogurtów, także wykazuje dłuższą trwałość oraz odpowiednią teksturę i stabilność wymiarową przez dłuższy czas.

Otrzymane opracowanym sposobem liofilizowane granulaty owocowe charakteryzują się zatem poprawionymi parametrami fizykochemicznymi oraz zwiększoną trwałością dzięki opracowanym modyfikacjom procesowym, na etapie obróbki wstępnej tj. przygotowania wsadu owocowego przed jego suszeniem sublimacyjnym i na etapie obróbki zasadniczej tj. liofilizacji z akustycznym mieszaniem i wentylacją produktu na półkach liofilizatora. Wysuszony sublimacyjnie sypki produkt: granulat owocowy nie wymaga dodatkowej obróbki i jest produktem gotowym do spożycia.

PRZYKŁAD WYKONANIA:

Surowiec owocowy zawierający w składzie: 30 kg przecieru jabłkowego zawierającego w składzie 100% jabłek, 40 kg zagęszczonego soku z malin o składzie 100% sok z malin, oraz 30 kg koncentratu aroniowego o składzie 100% aronia, mieszano z odgazowaniem w warunkach podciśnienia 50 mbar, w temperaturze 10°C, przez czas 30 minut, aż do całkowitej homogenizacji masy owocowej. Zhomogenizowany i odgazowany surowiec owocowy zagęszczono pod zmniejszonym ciśnieniem wynoszącym 150 mbar, utrzymując temperaturę 25°C, przez czas 40 minut. Tym sposobem usunięto około 20% obj. wody z surowca owocowego. Następnie całość formowano przez zamrażanie: zagęszczony surowiec owocowy dozowano na ruchomą taśmę transportową do wymrażania, formując warstwę surowca owocowego o grubości 10 mm, a podczas transportu surowiec owocowy schładzano przeponowo za pomocą instalacji chłodniczej zainstalowanej pod taśmą transportową - w ciągu 4 minut surowiec schłodzono do -35°C. Następnie zamrożoną warstwę surowca owocowego rozdrobniono w procesie granulacji i przesiano całość przez sita, uzyskując frakcję o granulacji 5-10 mm. W całym procesie granulacji i przesiewania utrzymywano temperaturę rozdrabnianej warstwy surowca owocowego na poziomie -35°C. Następnie granulat suszono sublimacyjnie w temperaturze -45°C i pod ciśnieniem w zakresie 1 hPa, w czasie 20 godzin, w komorze liofilizacyjnej, na półkach aluminiowych wzbudzanych generatorem przebiegów akustycznych EEToolkit PRO V5.4.1 za pomocą akustycznego przetwornika szerokopasmowego Visaton, zmieniając cyklicznie częstotliwość drgań od 80 Hz do 200 Hz w cyklu 10 sekundowym. Jako produkt uzyskano liofilizowany granulat owocowy o całkowitej zawartości wody 2% wag. Produkt po ogrzaniu do temperatury pokojowej był ciałem stałym o sypkiej konsystencji. Wyrób zapakowano w worki foliowe PE o grubości 0,1 mm.

Dla porównania przeprowadzono proces taki jak opisano powyżej, lecz bez użycia wzbudzenia akustycznego. W celu uzyskania analogicznej całkowitej zawartości wody na poziomie 2% wag. proces musiał być prowadzony przez 24 godziny.

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania liofilizowanego granulatu owocowego, w którym surowiec owocowy w postaci pulpy owocowej i/lub koncentratu owocowego, i/lub zagęszczonego soku owocowego poddaje się obróbce wstępnej, a obrobiony wstępnie surowiec owocowy suszy się sublimacyjnie, znamienny tym, że:

- obróbkę wstępną prowadzi się w taki sposób, że:

- surowiec owocowy miesza się i odgazowuje pod zmniejszonym ciśnieniem w zakresie 1-120 mbar, utrzymując temperaturę mieszanego i odgazowywanego surowca owocowego w zakresie 2-25°C przez czas niezbędny do jego całkowitej homogenizacji,

- a zhomogenizowany i odgazowany surowiec owocowy zagęszcza się pod zmniejszonym ciśnieniem w zakresie 5-150 mbar, utrzymując temperaturę zagęszczanego surowca owocowego w zakresie 25-40°C, przez czas niezbędny na usunięcie co najmniej 20% obj. wody z surowca owocowego,

- przy czym zagęszczony surowiec owocowy poddaje się formowaniu przez zamrażanie, w którym zagęszczony surowiec owocowy dozuje się na ruchomą taśmę transportową do wymrażania, formując warstwę surowca owocowego o grubości od 5 do 20 mm, a podczas transportu surowiec owocowy schładza się przeponowo za pomocą instalacji chłodniczej zainstalowanej pod taśmą transportową, do temperatury nie wyższej niż -35°C, przez czas od 3 do 14 minut,

- a zamrożoną warstwę surowca owocowego rozdrabnia się w procesie granulacji do uziarnienia w zakresie 0,1-30 mm, utrzymując temperaturę rozdrabnianej warstwy surowca owocowego nie wyższą niż -35°C,

- natomiast rozdrobniony, zamrożony surowiec owocowy suszy się sublimacyjnie w liofilizatorze z półkami, na których rozkłada się równomiernie zamrożony surowiec i które wzbudza się w drgania o częstotliwości akustycznej, pod ciśnieniem w zakresie 0,1-1,5 hPa, przez czas niezbędny do zmniejszenia zawartości wody w suszonym surowcu do wartości nie większej niż 5% wag.

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że zagęszczony surowiec owocowy dozuje się na ruchomą taśmę transportową przez szczelinę o szerokości w zakresie od 5 do 20 mm, utrzymując liniową prędkość taśmy transportowej podczas dozowania surowca owocowego w zakresie 0,01-0,15 m/s.

3. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że częstotliwość drgań półki liofilizatora zawiera się w granicach od 20 Hz do 300 Hz, korzystnie od 80 Hz do 200 Hz

4. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że za pomocą przetwornika przymocowanego do półki liofilizatora generuje się drgania prostopadle do powierzchni półki liofilizatora

5. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że minimalną i maksymalną częstotliwość drgań półek liofilizatora wyznacza się eksperymentalnie, zapewniając by obszary strzałek fali stojącej w figurach Chladniego pojawiały się we wszystkich miejscach na powierzchni półek liofilizatora w trakcie zmiany częstotliwości od najmniejszej do największej.

6. Sposób według dowolnego z wcześniejszych zastrzeżeń znamienny tym, że za pomocą przetwornika cyklicznie zmienia się częstotliwość drgań półek liofilizatora od wartości minimalnej do maksymalnej w czasie od 1 sekundy do 1 minuty, korzystnie w czasie 10 sekund.