Нагрев твердого продукта

Вязкие продукты и частицы (<1 см) могут быть нагреты в скребковых теплообменниках. Однако, это требует больших капитальных затрат и рекуперация тепла невозможна. Данный способ используется для приготовления фруктовых соусов и фруктовых основ для йогуртов.

В конвективных типах трубчатых теплообменников перенос тепла к потоку жидкости подвергается влиянию гидравлического давления и теплового сопротивления нарастающей пленки продукта или засора на стенках труб. Это тепловое сопротивление может быть минимизировано, если внутренняя поверхность теплообменника постоянно очищается скребковыми механизмами.

Скребковые действия позволяют быстро переносить тепло к относительно маленькому объему продукта. Теплообменник со скребковой поверхностью, используемый в пищевой промышленности, схематично показан на рисунке 3.7.

Поверхность теплообменника, контактирующая с пищевым продуктом, изготовлена из нержавеющей стали, чистого никеля, никеля, покрытого хромом или из других коррозионностойких материалов. Внутренний ротор содержит скребки, покрытые слоистым или формованным пластиком.

В данном теплообменнике используются такие среды, как пар, горячая вода, рассол или холодильный агент фреон. Типичные температуры, используемые для обработки продуктов в скребковом теплообменнике, варьируются от -35 до 190 ⁰С.

В теплообменнике со скребковой поверхностью происходит постоянное перемешивание продукта, что очень желательно для достижения одинаковых вкусовых, цветовых, ароматических и текстурных характеристик продукта. Теплообменники используются для нагрева, пастеризации, стерилизации, взбивания, загустения, эмульгации, кристаллизации и придания пластичности. Жидкости с широким диапазоном вязкости могут быть перекачаны и обработаны в этих теплообменниках (например, фруктовые соки, супы, цитрусовый концентрат, ореховая паста, томатная паста и начинки для тортов).

Двойной конусный теплообменник сочетает непрямоточное нагревание в двойном рубашечном конусе с прямым паровым нагревом (рисунок 3.8). Это самая эффективная система для обработки больших частиц продукта (2,25 см). Твердые частички продукта поступают в двойную конусную емкость, которая затем начинает медленно вращаться (4-12 об/мин) по горизонтальной оси. Вводится пар давлением 206 кПа и продукт перемешивается в пару. Пар в рубашке имеет аналогичную температуру, чтобы предотвратить пригорания продукта на конусе. Во время стерилизации добавляется жидкость, чтобы предотвратить повреждение твердых частиц, возникающее при их перемешивании. Продолжительность стерилизации составляет, например, для кубиков моркови в зависимости от их размеров 2-4 минуты, чтобы достигнуть F₀=10.

Рисунок 3.7 – Теплообменник со скребковой поверхностью [3].

После окончания стерилизации продукт быстро охлаждается холодной водой и стерильным воздухом, отходы сконденсированной влаги удаляются. Жидкая часть продукта стерилизуется отдельно в плиточной или трубчатой системе, а затем добавляется к твердой части. Затем конус действует как мешалка. Перемешанная твердожидкая смесь за счет избыточного давления стерильного воздуха направляется в асептический наполнитель. Этим исключается перемещение размягченного продукта с помощью насоса.

Рисунок 3.8 – Двойной конусообразный теплообменник для ультравысокотемпературной обработки твердых пищевых продуктов [3].

IV. СУШКА

Сушкой, пли обезвоживанием, называется процесс удаления из продукта влаги, в результате чего в нем увеличивается от­носительное содержание сухих веществ [6, 7].

Методы и способы обезвоживания.По энергетическим показателям можно выделить два основ­ных принципа обезвоживания: удаление влаги из продукта без изменения ее агрегатного состояния, т.е. в виде жидкости, и удаление влаги с изменением ее агрегатного состояния, т. е. в виде пара.

Первый принцип обезвоживания может быть осуществлен механическими способами (отжимом, фильтрованием, отстаи­ванием, центрифугированием), смешиванием продуктов с различной влажностью или с влагопоглотителями.

Второй принцип сушки связан с затратами тепла на превра­щение воды в пар и отвод образующихся паров из сушильного аппарата в окружающую среду. Такая сушка называется теп­ловой.

Механическое обезвоживание продуктов является более дешевым способом, чем тепловая сушка. Однако для сушки овощей и плодов он не может быть применен, так как не обеспечивает достаточно полного обезвоживания и сохранения исходных показателей качества сырья вследствие значительных потерь водорастворимых веществ (сахаров, витаминов, аминокислот и др.).

По своей физической сущности сушка является сложным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии (перемещения) влаги из глубины высушиваемого продукта в окружающую среду. Удаление влаги при обезвоживании сводится к перемещению тепла и влаги внутри продукта и ее переносу с поверхности в окружающую среду.

Различают естественную (на открытом воздухе) и искусственную сушку, осуществляемую в сушильных установках.