UA45752A

UA45752A - METHOD OF OBTAINING POWDER PRODUCTS FROM VEGETABLE RAW MATERIALS

Info

Publication number: UA45752A
Application number: UA2001064361A
Authority: UA
Inventors: Галина Олександрівна Сімахіна; Галина Александровна Симахина; Ірина Кузьмівна Єгорова; Ирина Кузьминична Егорова; Анатолій Іванович Українець; Анатолий Иванович Украинец; Олег Анатолійович Штанько; Олег Анатолиевич Штанько
Original assignee: Український Державний Університет Харчових Технологій; Украинский Государственный Университет Пищевых Технологий
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2002-04-15

Abstract

The method of obtaining the powder-like products from plant raw materials includes powdering the product, freezing in liquid nitrogen, the vacuum sublimation dehydration, which is conducted until the temperature of 20...30 °С is achieved by the product while continuous reduction in the pressure at the chamber. The vacuum sublimation dehydration, in order to remove the bound and free moisture from the product, is carried out without additional freezing and powdering in the nitrogen medium. The product obtained with the remaining moisture of 2...5 percent is powdered up to the size of the particles of 10...40 mkm in the air environment in an disintegrator-аctivator. Then packaging of the ready product is carried out.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Спосіб відноситься до харчової промисловості, зокрема до способів сушіння без застосування тепла шляхом 2 заморожування і випару у вакуумі, і може бути використаний при одержанні порошків із рослинної сировини, в т.ч. лікарських трав, фруктів, ягід, овочів, пряно-ароматичних матеріалів.The method applies to the food industry, in particular to methods of drying without the use of heat by 2 freezing and evaporation in a vacuum, and can be used in the preparation of powders from plant raw materials, including medicinal herbs, fruits, berries, vegetables, spicy and aromatic materials.

Відомий спосіб переробки плодово-ягідної сировини, (А. с. Мо1220614 від 30.03.86, Бюл. Мо12 ), що включає подрібнювання продукту, заморожування в рідкому азоті, вакуумне сублімаційне сушіння і розфасовку у герметичну упаковку, заповнену інертним газом, де з метою підвищення біологічної і харчової цінності готового продукту, сублімаційне сушіння ведуть до досягнення продуктом температури 20...307С і вологості 0,1...0,0190 при безупинному зменшенні тиску з 1073...8 х 107Па до 107, а після сублімаційного сушіння додатково заморожують у рідкому азоті, подрібнюють у середовищі азоту до розмірів часток 1 - 5Омкм і сушать при тиску 103,,,107Па і температурі 20...302С.A known method of processing fruit and berry raw materials, (A. p. Mo1220614 dated 30.03.86, Byul. Mo12), which includes grinding the product, freezing in liquid nitrogen, vacuum freeze-drying and packaging in hermetic packaging filled with inert gas, where for the purpose increasing the biological and nutritional value of the finished product, freeze-drying leads to the product reaching a temperature of 20...307C and a humidity of 0.1...0.0190 with a continuous decrease in pressure from 1073...8 x 107Pa to 107, and after freeze-drying they are additionally frozen in liquid nitrogen, crushed in a nitrogen medium to particle sizes of 1 - 5 µm and dried at a pressure of 103,,,107 Pa and a temperature of 20...302С.

Недоліками цього способу є: по-перше, те що КПД більшості сучасних подрібнювачів менше 3905, тобто майже вся енергія, що підводиться переходить в них у теплоту; по-друге те, що при кріоподрібненні в середовищі рідкого азоту спостерігається яскраво виражений процес утворення електричних зарядів, що веде до псування продукту (втрати біологічної і харчової цінності); по-третє спосіб потребує значних витрат азоту на вакуум сублімаційне сушіння продукту до досягнення їм вологості 0,1...0,0195, додаткове заморожування і кріоподрібнення.The disadvantages of this method are: firstly, the efficiency of most modern shredders is less than 3905, i.e. almost all the energy supplied is converted into heat in them; secondly, that during cryo-grinding in liquid nitrogen environment, a pronounced process of formation of electric charges is observed, which leads to product spoilage (loss of biological and nutritional value); thirdly, the method requires significant consumption of nitrogen for vacuum freeze-drying of the product until it reaches a moisture content of 0.1...0.0195, additional freezing and cryo-grinding.

В основу винаходу поставлено задачу підвищення біологічної засвоюваності і цінності готового продукту шляхом використання методів механсактивації та механохімії при зменшенні витрат азоту.The invention is based on the task of increasing the biological digestibility and value of the finished product by using methods of mechanical activation and mechanochemistry while reducing nitrogen consumption.

Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі, який передбачає подрібнювання продукту, заморожування в рідкому азоті, вакуумне сублімаційне сушіння, що здійснюють до досягнення ов продуктом температури 20...30"С при безупинному зменшенні тиску в камері і розфасовку готового продукту, згідно винаходу вакуумне сублімаційне сушіння, для видалення зв'язаної і вільної вологи з продукту, проводять « без додаткового заморожування і подрібнення в середовищі азоту, а отриманий із залишковою вологістю 2...590 продукт подрібнюють у повітряному середовищі в дезінтеграторі-активаторі до розмірів часток 10...40мкм.The task is solved by the fact that in the proposed method, which involves grinding the product, freezing in liquid nitrogen, vacuum freeze-drying, which is carried out until the product reaches a temperature of 20...30"C with a continuous decrease in pressure in the chamber and packaging of the finished product, according to vacuum freeze drying of the invention, to remove bound and free moisture from the product, is carried out "without additional freezing and grinding in a nitrogen environment, and the product obtained with a residual moisture of 2...590 is ground in an air environment in a disintegrator-activator to particle sizes of 10 ...40 μm.

Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом у наступному: сч зо Пропонується використовувати сублімаційне сушіння до отримання готового продукту з залишковою вологістю 2...596 без додаткового заморожування та подрібнення в середовищі азоту, а подрібнювання сублімованого т) продукту здійснювати в дезінтеграторі-активаторі. чнThe cause-and-effect relationship between the proposed features and the technical result is as follows: it is proposed to use freeze-drying to obtain a finished product with a residual moisture of 2...596 without additional freezing and grinding in a nitrogen environment, and the grinding of the sublimated t) product should be carried out in disintegrators-activators. chn

Дезінтегратор дозволяє здійснювати активацію і гомогенізацію оброблюваного матеріалу; оброблення матеріалу за рахунок співударів його часток в діапазоні швидкостей зіткнень часток 145...200м/с. іс)The disintegrator allows activation and homogenization of the processed material; processing of the material due to collisions of its particles in the range of particle collision speeds of 145...200 m/s. is)

Подрібнювання відбувається доти, поки частки, що руйнуються, можуть подолати повітряний прикордонний « шар і одержати удар від обертових пальців ротора. Частки, що досягли граничних розмірів, захоплюються потоком повітря й обтікають пальці ротора. На цьому етапі істотну роль починають грати термічні ефекти за рахунок сил тертя. Однак цей процес не справляє негативного впливу на якість готового продукту: Незначними локальними підвищеннями температури в середовищі матеріалу, що подрібнюється, можна знехтувати, « 20 особливо при подрібнюванні сублімованих продуктів з низькою кінцевою вологістю - 2...5956, про що свідчить - с відсутність зареєстрованого розкладання вітамінів, поліфенольних сполук і інших біологічно активних речовин, що входять до складу готового продукту. :з» Оброблення матеріалів у дезінтеграторі дозволяє одержати високодисперсні порошки, що є основною умовою високої якості приготовлених на їхній основі соків, напоїв, концентратів, інших продуктів.Shredding takes place until the collapsing particles can overcome the air boundary layer and receive a blow from the rotating fingers of the rotor. Particles that have reached the limit size are captured by the air flow and flow around the rotor fingers. At this stage, thermal effects due to frictional forces begin to play a significant role. However, this process does not have a negative impact on the quality of the finished product: Minor local temperature increases in the environment of the material being crushed can be neglected, especially when grinding sublimated products with low final moisture - 2...5956, which is evidenced by the absence of registered decomposition of vitamins, polyphenolic compounds and other biologically active substances included in the finished product. :z» Processing of materials in a disintegrator makes it possible to obtain highly dispersed powders, which is the main condition for the high quality of juices, drinks, concentrates, and other products prepared on their basis.

Ефективність дезінтеграторного подрібнювання перевірена на різних кріопродуктах рослинного походження їз (з яблук, моркви, топінамбура, смородини, цитрусових і т.п.).The effectiveness of disintegrator grinding was tested on various cryoproducts of plant origin (from apples, carrots, Jerusalem artichokes, currants, citrus fruits, etc.).

Спосіб здійснюється наступним чином. Подрібнюють сировину (яблука, моркву, топінамбур, смородину, о цитрусові з цедрою чи без на часточки 2...5мм) і т.п., ії кладуть на піддон. Швидко заморожують шляхом -І зрошування рідким азотом (2 - З хвилини). Заморожений продукт поміщають у сублімаційну камеру.The method is carried out as follows. Chop the raw materials (apples, carrots, Jerusalem artichoke, currants, or citrus fruits with or without peel into 2...5 mm pieces), etc., and put them on a pallet. Quickly freeze by -I irrigation with liquid nitrogen (2 - 3 minutes). The frozen product is placed in a sublimation chamber.

Сублімаційне сушіння ведуть до залишкової вологості отриманого продукту 2...596 (контроль здійснюють о барометричним методом), починаючи його при тиску 103...8 х 107 і температурі мінус (25...30)С іSublimation drying is carried out until the residual moisture content of the obtained product is 2...596 (control is carried out using the barometric method), starting it at a pressure of 103...8 x 107 and a temperature of minus (25...30)C and

ІЗ закінчуючи при тиску 10 Па і температурі (20...30)2С.IZ ending at a pressure of 10 Pa and a temperature of (20...30)2С.

Тривалість сублімаційного сушіння для забезпечення зазначеної вологості продукту залежить від виду сировини і ступеню попереднього подрібнювання і знаходиться в межах 5 - 7 годин (яблука - 5 годин, морква, топінамбур, цитрусові з цедрою /5мм/ - 6 годин, чорна смородина -7 годин).The duration of freeze-drying to ensure the specified moisture content of the product depends on the type of raw materials and the degree of preliminary grinding and is within 5 - 7 hours (apples - 5 hours, carrots, Jerusalem artichokes, citrus fruits with peel /5mm/ - 6 hours, black currants - 7 hours) .

Після закінчення сублімаційного сушіння тиск у камері підвищують до атмосферного шляхом введення » газоподібного азоту, відкривають камеру і отриманий продукт піддають подрібнюванню /-в дезінтеграторі-активаторі в повітряному середовищі при кімнатній температурі.After the end of freeze-drying, the pressure in the chamber is increased to atmospheric by introducing gaseous nitrogen, the chamber is opened, and the resulting product is subjected to grinding in a disintegrator-activator in an air environment at room temperature.

Приклад 1. Отримання кріопорошку з яблук. во Вихідна вологість яблук сорту Семеренко дорівнює 87,895. Відповідно до проведених раніше досліджень, при такій вологості температурний інтервал кристалізації вільної вологи знаходиться в межах від мінус (9 до 16)"С, температура сублімації становить мінус (2...0)"С. Ці параметри і були закладені в технологічний процес сублімації. Тривалість сублімації - 25Охв., залишкова вологість 4,3495. Через кожні ЗОхв. проводили виміри температури в сублімаційній камері на поверхні продукту й усередині його. 65 Отримані дані показують, що в процесі сушіння яблук температура в сублімаційній камері залишається в межах 16...18"С; різниця температур на поверхні шару яблук і усередині його складає до 5"С через те, що товщина пластинок незначна (2 - Змм). Таким чином, обраний режим сушіння дає можливість витягу вологи при невисокій температурі, що забезпечує придатність готового продукту для отримання з нього харчових добавок з високим вмістом біологічно активних компонентів. Підтвердженням служить хімічний склад яблук і отриманого порошку, наведений у таблиці 1. то тювият 11205 о твютк 0011105) йExample 1. Obtaining cryopowder from apples. The initial moisture content of Semerenko apples is 87.895. According to earlier studies, at this humidity, the temperature range of crystallization of free moisture is within minus (9 to 16)"C, the sublimation temperature is minus (2...0)"C. These parameters were included in the technological process of sublimation. The duration of sublimation is 25 hours, the residual humidity is 4.3495. After each appeal. conducted temperature measurements in the sublimation chamber on the surface of the product and inside it. 65 The obtained data show that in the process of drying apples, the temperature in the sublimation chamber remains within 16...18"C; the temperature difference on the surface of the apple layer and inside it is up to 5"C due to the fact that the thickness of the plates is insignificant (2 - Zmm ). Thus, the selected drying mode makes it possible to extract moisture at a low temperature, which ensures the suitability of the finished product for obtaining food additives with a high content of biologically active components from it. The chemical composition of the apples and the resulting powder, given in Table 1, serves as confirmation.

Приклад 2. Отримання кріопорошку з морквиExample 2. Obtaining cryopowder from carrots

Вихідна вологість моркви 73,695, тобто значно нижче аналогічного показника для яблук. Ця обставина обумовила ряд розходжень у технологічному процесі її сублімації. По-перше температура кристалізації вологи в моркві знижується до мінус (11...20)"С, температура сублімації знаходиться в межах мінус (6...2)"С. Текстура гр Моркви більш щільна, з великим вмістом клітковини, великим вмістом зв'язаної вологи. Тому видалення вологи в даному випадку йде повільніше, тривалість процесу збільшилася до 320хв. Процес закінчується при досягненні кінцевої вологості 5,290.The initial moisture content of carrots is 73.695, that is, it is much lower than the similar indicator for apples. This circumstance led to a number of discrepancies in the technological process of its sublimation. First, the crystallization temperature of moisture in carrots decreases to minus (11...20)"C, the sublimation temperature is within minus (6...2)"C. The texture of carrots is denser, with a high fiber content and a high content of bound moisture. Therefore, moisture removal in this case is slower, the duration of the process increased to 320 minutes. The process ends when a final moisture content of 5.290 is reached.

Аналіз отриманих даних показує, що для даної сировини процес сублімації завершується при температурі 25"С. Різниця температур на поверхні висушеного матеріалу й усередині його досягає 107С (для яблук 5"С ).The analysis of the obtained data shows that for this raw material the sublimation process ends at a temperature of 25"C. The temperature difference on the surface of the dried material and inside it reaches 107C (for apples 5"C).

Вирівнювання температур середовища і матеріалу (усередині і на поверхні) досягається через 4 години, як і в першому випадку (з яблуками). Ці умови також цілком прийнятні для отримання кінцевого продукту високої « якості, що підтверджують дані, наведені в таблиці 2 см зо ю те мови! 14,09 ю з їйEqualization of the temperatures of the environment and the material (inside and on the surface) is achieved after 4 hours, as in the first case (with apples). These conditions are also quite acceptable for obtaining a final product of high quality, which is confirmed by the data given in table 2 of this article! 14.09 I'm with her

Приклад З . Отримання кріопорошку з топінамбура.Example C. Obtaining cryopowder from Jerusalem artichoke.

Вихідна вологість топінамбура 79,4905. Бульби свіжі, не підв'ялені. Це свідчить про переважний вміст вологи « у вигляді вільної її частини, що підтверджується і результатами досліджень: кристалізація вологи починається 7 70 при мінус 9"С, а завершується при мінус 18"С. Тривалість сушіння до кінцевої вологості 4,995 складає З1ОХхв. с Сублімація проводиться при температурі мінус 4...4"С. Отримані дані показують, що в основному, зміна "з температурного режиму йде ідентично першим двом наведеним дослідам (яблука, морква). А саме: температура на поверхні шару топінамбура (скибочки товщиною до бмм) змінюється за тим же законом, що і температура усередині продукту - спочатку вона трохи падає (що свідчить, мабуть, про додаткове самозаморжування 75 матеріалу при внесенні його в сублімаційну камеру), а потім підвищується, досягаючи в кінці сушіння е температури повітря навколишнього середовища, тобто температури в сублімаційній камері. Ця температура не с перевищує 25"С, що забезпечує високу якість отриманого порошку. Порівняльні дані (таблиця 3) дають -1 можливість зробити висновок, що хімічний склад сухого матеріалу дещо відрізняється від складу вихідної сировини з точки зору збільшення частки розчинних легкозасвоюваних компонентів. с 50 їз »The initial humidity of Jerusalem artichoke is 79.4905. Potatoes are fresh, not wilted. This indicates the predominant content of moisture "in the form of its free part, which is also confirmed by the results of research: crystallization of moisture begins at 7 70 at minus 9"C, and ends at minus 18"C. The duration of drying to the final moisture content of 4.995 is 31 ОХmin. c Sublimation is carried out at a temperature of minus 4...4"С. The obtained data show that basically, the change "from the temperature regime is identical to the first two experiments given (apples, carrots). Namely: the temperature on the surface of the Jerusalem artichoke layer (slices up to a mm thick) changes according to the same law as the temperature inside the product - at first it drops a little (which probably indicates additional self-freezing 75 of the material when it is introduced into the sublimation chamber), and then rises, reaching at the end of drying e the temperature of the ambient air, that is, the temperature in the sublimation chamber. This temperature does not exceed 25"C, which ensures the high quality of the obtained powder. Comparative data (Table 3) give an opportunity to conclude that the chemical composition of the dry material is slightly different from the composition of the raw material in terms of an increase in the proportion of soluble, easily digestible components. 50 trips »

С вн 05 05 60 Подрібнювання сублімованих продуктів проводили в повітряному середовищі при кімнатній температурі.С вн 05 05 60 Grinding of sublimated products was carried out in an air environment at room temperature.

Седиментаційний аналіз зразків з різним ступенем оброблення показав, що в результаті триразового помелу доля часток розміром 10..4О0мкм складає більше 8095 загальної маси. Збільшення числа циклів помелу не привело до підвищення ступеню дисперсності часток. Це обумовлюється конструктивними особливостями дезінтегратора і, зокрема, існуванням навколо пальців ротора прикордонного повітряного шару, внаслідок чого 62 дрібні частки матеріалу захоплюються потоком повітря і уникають таким чином подальшого диспергування.Sedimentation analysis of samples with different degrees of processing showed that as a result of three-time grinding, the share of particles with a size of 10..4O0μm is more than 8095 of the total mass. An increase in the number of grinding cycles did not lead to an increase in the degree of particle dispersion. This is due to the design features of the disintegrator and, in particular, the existence of a boundary air layer around the rotor fingers, as a result of which 62 small particles of material are captured by the air flow and thus avoid further dispersion.

Таким чином запропонована технологія дає можливість не лише зберегти у готовому продукті практично повністю вітамін С, найбільш термолабільну природну сполуку, а й збільшити його реєстровану кількість за рахунок дезінтеграторного подрібнення, при якому руйнуються хімічні зв'язки між вітаміном С таThus, the proposed technology makes it possible not only to preserve almost all vitamin C, the most heat-labile natural compound, in the finished product, but also to increase its registered amount due to disintegrator grinding, during which the chemical bonds between vitamin C and

Високомолекулярними сполуками, завдяки чому вітамін С із зв'язаної форми переходить у вільну форму, що підвищує його біодоступність та засвоюваність живим організмом.High-molecular compounds, thanks to which vitamin C changes from a bound form to a free form, which increases its bioavailability and assimilation by the living organism.

Прототип Запропонований спосібPrototype Proposed method

Субсушка я кріопомел Субсушка «х дезінтегратор 70 Вітамін С: 93,4...99,295 95...12095 при збереженні інших якісних показників продукту на рівні прототипу.Subsushka i cryopomel Subsushka "x disintegrator 70 Vitamin C: 93.4...99.295 95...12095 while maintaining other quality indicators of the product at the prototype level.

Витрати азоту на 1 об'єм сировини: заморожування 10 об'ємів 7 об'ємів кріоподрібнення 10 об'ємів -Nitrogen consumption per 1 volume of raw material: freezing 10 volumes 7 volumes cryo-shredding 10 volumes -

Claims

The formula of the invention The method of obtaining powdered products from plant raw materials, which includes grinding the product, freezing in liquid nitrogen, vacuum freeze-drying, which is carried out until the product reaches a temperature of 20...30"C with a continuous decrease in pressure in the chamber, packaging of the finished product, which differs by the fact that vacuum freeze-drying, to remove bound and free moisture from the product, is carried out without additional freezing and grinding in a nitrogen environment, and the product obtained with a residual moisture of 2...5 96 is ground in an air environment in a disintegrator-activator to the size particles 10...40 μm. "Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2002, M 4, 04/15/2002. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. IF) in IF) "

- and? Cheka" 1 - and 1 Ko) 60 b5