Сублимация продуктов питания — технология, позволяющая повысить качество жизни человека, находящегося в сложных условиях. Сублимационная сушка продуктов уменьшает вес готового продукта на 90% и увеличивает срок годности до 30 лет при сохранении питательных и органолептических свойств. Сублимационная сушка продуктов питания основана на способности льда в условиях вакуума испаряться, минуя жидкую фазу и кипение.
Перспективная технология сублимации продуктов питания известна долгое время и применяется при производстве продуктов для космонавтов, военных (ИРП-Б индивидуальный рацион питания — боевой), разведывательных групп в условиях севера, удаленных аэропортах, нефтяников на кустовых площадках и туристов. Продукты питания, прошедшие обработку по технологии сублимационной (лиофильной) сушки достаточно дороги. В этой статье мы рассмотрим варианты организации процесса сублимации продуктов питания в масштабах малого производства. Изучим варианты сокращения себестоимости сублимационной сушки продуктов питания.
Процесс сублимации продуктов питания
Преимущества технологии сублимации продуктов питания
- Сублимационная сушка продуктов имеет преимущества относительно традиционных методов консервации продуктов питания.
- Сублимированные продукты хранятся при любой температуре, не требуют холодильного хранения.
- На ~90% уменьшается масса продуктов после сублимации, снижаются логистические расходы и удобство транспортировки в сложных условиях.
- Упрощается система реализации вследствие увеличения сроков годности сублимированных продуктов.
- Вкусовые и органолептические показатели сублимированных продуктов сохраняются на 95%.
Сублимационная сушка продуктов — необходимые условия технологии
Для проведения процесса сублимационной сушки продуктов питания необходимо соблюдение двух условий:
- Основная часть влаги в продукте должна находится в твердом агрегатном состоянии — заморозка не менее 70% исходного продукта.
- Давление паров окружающей среды ниже давления в исходном продукте — процесс сублимации продуктов питания происходит в вакуумной камере.
Таким образом, сублимационная сушка продуктов работает, когда замороженная жидкость — лед, внутри исходного продукта, минует жидкую фазу и переходит в парообразное состояние. После чего полученный пар конденсируется конденсируется на холодной поверхности испарителя и удаляется из камеры для сублимации продуктов питания.
Сублимационная сушка продуктов — технологические этапы
Подготовительный этап
Отбор и предварительная обработка исходного продукта — мойка, чистка, резка, шинковка продуктов питания. Сублимационная сушка продуктов предполагает подбор исходных продуктов и определение условий их предварительной обработки. Обращают внимание на характеристики групп продуктов питания, такие как:
- высокую биологическую ценность и оптимальные органолептические показатели целевых продуктов
- степень сохранения структуры и исходного состояния составных компонентов — белков, липидов, витаминов, пигментов, эфирных масел при замораживании, сублимационной сушке и хранении
- оптимальный размер и форма
- низкий уровень окисления ненасыщенных жирных кислот
- низкую бактериальную активность
Особенности предварительной обработки поступающего на сублимационную сушку продуктов, определяются спецификой состава и свойств пищевых продуктов и сводятся в основном к тепловой обработке, нарезке, измельчению, введению добавок, а также биохимическим методам.
Процесс замораживания как первый этап сублимационной сушки продуктов значительно влияет на качество продуктов, причем быстрое замораживание — шоковая заморозка, способствует максимальному сохранению исходных свойств большинства пищевых продуктов.
Оценка пищевой ценности продуктов сублимационной сушки продуктов по органолептическим, физико-химическим показателям, степени перевариваемости и усвояемости показывает их незначительные отличия ~2-5% от степени исходных продуктов. При этом отлично сохраняются полиненасыщенные жирные кислоты, незаменимые аминокислоты, витамины, минеральные вещества и другие показатели пищевой ценности продуктов. Хорошо сохраняются также присущий продуктам аромат и вкус.
Первый этап
Пищевые продукты высокого качества могут быть получены при умеренно низких температурах сублимации от −15°С до −35°С. Так, при сублимационной сушке большинства овощей — картофель, морковь, свекла, достаточная температура сублимации находится на уровне −10°С. При сушке ягоды и фруктов, вследствие высокого содержания в них сахара в зоне сублимации должна поддерживаться температура от −25°С до −40°С. Температура при сублимации продуктов питания животного происхождения — на первом этапе сублимации не должна быть выше −15°С −20°С. Длительность первого этапа сублимационной сушки продуктов питания составляет ~60% от полного времени сублимации исходного продукта.
При проведении собственно сублимационной сушки продуктов питания для получения высококачественного результата необходимо удалить ~80% жидкости при отрицательной температуре в центральной зоне продукта. То есть, после заморозки исходного продукта в камере шоковой заморозки, продукт помещается в вакуумную камеру, где из него на первом этапе удаляется основная часть жидкости, после чего наступает второй этап сублимации продукта.
Второй этап
Поскольку образующийся на первом этапе сублимации верхний подсохший слой продукта оказывает сопротивление как переходу пара из глубинной зоны парообразования к поверхности продукта, так и передаче теплоты снаружи в зону парообразования, необходим второй этап сублимационная сушка продуктов. Оставшаяся часть связанной жидкости в глубине продукта удаляется при положительных температурах. В зону парообразования непрерывно должна подводиться тепловая энергия в количестве, достаточном для продолжения технологического процесса сублимации — компенсации теплоты фазового превращения.
На стадии удаления остаточной жидкости наиболее важными факторами, обеспечивающими высокое качество продукта, являются продолжительность воздействия повышенной температуры и ее референтное значение.
Для каждого вида пищевых продуктов существует температурный предел устойчивости к нагреву. В границах этого температурного предела могут быть подобраны оптимальные соотношения температуры продукта и продолжительности нагрева, при которых длительность второго этапа сублимационной сушки будет наименьшей, что приведет к минимальным изменениям в готовом продукте.
Опытным путем для каждого продукта, в зависимости от физических свойств продукта и общей продолжительности процесса. Сублимационная сушка продуктов, определяет допустимый уровень температур исходного продукта на втором этапе удаления остаточной жидкости. Температура нагрева исходного продукта находится в интервале от 40°С до 80°С. Длительность этого периода составляет ~40%, а количество удаляемой жидкости ~20% от общего объема в исходном продукте.
Третий этап
Упаковка сублимированных продуктов
Группы продуктов питания, пригодных к сублимации
Ассортимент готовых продуктов питания, обработанных по технологии сублимационной сушки, весьма широк. Все пригодные продукты питания могут быть подразделены на группы, из которых в последствии может формироваться полноценный и разнообразный рацион питания для человека. Оптимальной калорийности и составу относительно локализации и окружающей среды.
Сублимационная сушка продуктов группы мясо и мясопродукты
- говядина
- баранина
- свинина
- мясо птицы
- мясные субпродукты
Сублимационная сушка продуктов группы молочные продукты и яйца
- творог
- молоко
- яичный белок
- яичный желток
- смесь белка и желтка
Овощи и сублимационная сушка
- картофель
- морковь
- свекла
- различные виды капусты
- петрушка
- зеленый горошек
- кабачки
- лук
- грибы
Фрукты, ягоды и продукты их переработки
- яблоки
- абрикосы
- персики
- сливы
- бананы
- клубника
- малина
- фруктовое пюре
- плодово-ягодные соки
Мясные продукты питания сублимируются в сыром виде для последующей термообработки или в виде полуфабрикатов, предварительно сваренным или приготовленными иными термическими способами. Сублимированные полуфабрикаты готовы к употреблению после добавления в них горячей воды. Возможно формирование готовых блюд по рецептам. Овощные первые и вторые блюда, также сублимируются как в сыром виде, так и предварительно сваренные полуфабрикаты, прошедшие термическую обработку.
Физико-химические, биохимические и структурно-механические свойства исходного сырья определяют качество и пищевую ценность высушенного продукта, а также особенности технологии его консервирования. Характер и количественное соотношение веществ, входящих в состав сухого остатка сублимированного продукта, предопределяют условия его сушки и последующего хранения. Температура натуральных продуктов животного происхождения на втором этапе сублимации, удаления остаточной влаги должна быть такой, чтобы в процессе сушки не происходили значительные изменения белковых веществ. Параметры температуры должны исключать возможность окисления жиров, витаминов и других компонентов пищевых сублимированных продуктов питания.
Оборудование для сублимационной сушки продуктов
Помещение цеха и сублимационная сушка продуктов питания
Проект здания и рабочее пространство цеха сублимационной сушки, необходимо разработать с учетом всех технологических этапов процесса сублимации. Проект фундамента из бетона разрабатывается с учетом веса оборудования. Кроме того в проекте важно учесть утилизацию отходов, либо их подготовку для вывоза отходов на полигон ТБО.
Стеллажи
Морозильная камера
Пищевые продукты замораживают в морозильных камерах при атмосферном давлении или непосредственно в сублиматоре за счет интенсивного испарения части влаги в результате непрерывно возрастающего вакуума. В то же время вакуум-замораживание неприемлемо при сублимационной сушке сырого мяса и рыбы в кусках, фруктовых соков, пюре, некоторых видов ягод и фруктов, так как при этом существенно изменяются физико-химические и структурные свойства. В этом проекте мы рассматриваем предварительную заморозку исходного продукта в морозильной камере шоковой заморозки и рабочей температурой до -35°С
При замораживании пастообразных продуктов — молоко, чай, соки, предусматривается последующее измельчение готового льда в условиях отрицательных температур, предотвращающих таяние продукта. Очень эффективно при работе с этой группой продукта показала технология замораживание жидких продуктов питания в распыленном состоянии с последующей сушкой замороженных гранул в тонком слое.
При замораживании продуктов в специальных скороморозильных камерах технологический процесс следует организовать так, чтобы продукт перед началом сублимации не оттаивал.
Вакуумная камера
Вакуумный насос
Нагревательные элементы
Влагоотделитель
Автоматика
Упаковка сублимированных продуктов
Сублимационная сушка продуктов питания подразумевает специфику упаковки готового продукта. Сублимированные продукты сразу же после получения должны быть герметично упакованы. Упаковка должна изолировать продукт от кислорода воздуха и действия света, предотвращать сорбцию влаги высушенным продуктом из окружающей среды, защищать от механических повреждений, предохранять от потери естественного запаха и приобретения посторонних. Наиболее приемлема для этих целей тара из полимерных материалов, основными преимуществами которой являются относительно высокие барьерные свойства, небольшая масса и жесткость, хороший внешний вид и низкая стоимость. Наиболее оптимальным вариантом при этом являются полимерные материалы на основе алюминиевой фольги, кэшированной полимерными пленками. Продукты следует упаковывать сразу же после сушки в условиях пониженного содержания кислорода и влаги.
Прессование
Также абсорбция влаги из окружающей среды стимулирует развитие реакций потемнения, приводящих к снижению качества продукта в процессе хранения. Адсорбционную способность продукта можно уменьшить прессованием его до упаковки. Процесс прессования необходимо проводить в условиях, исключающих контакт продукта с кислородом воздуха. Прессование высушенных продуктов позволяет также увеличить их объемную массу и коэффициент использования тары.
Следует учитывать что продукты сублимационной сушки имеют пористую, легко деформируемую структуру и поэтому обладают высокой абсорбцией, быстро впитывают влагу из окружающей среды.
определяет необходимость изоляции большинства сухих продуктов от воздуха в процессе хранения. Уровень содержания редуцирующих веществ в продуктах предопределяет количество воды, которое следует удалять в процессе сушки для предотвращения развития сахароаминных реакций при хранении сухого продукта. Необходимо также учитывать бактериальную обсемененность пищевых продуктов, поступающих на сублимационную сушку.
Майларовая тара
Абсорберы кислорода
Обезвоженные продукты животного и растительного происхождения интенсивно поглощают кислород из окружающей среды, причем особенно интенсивно в начальный период хранения. Абсорбция газообразного кислорода может привести к интенсивному развитию окислительных процессов, следствием чего является снижение органолептических показателей и пищевой ценности продуктов.
Кислород из упаковки удаляют различными методами: физическими, химическими или биохимическими. Из физических методов в производственной практике наибольшее распространение получила вакуумная упаковка с последующим введением в нее азота. К достаточно эффективным химическим методам относится удаление кислорода из упаковки в результате реакции взаимодействия его с водородом, протекающей с участием катализатора, в качестве которого используется палладии. Можно также упаковывать продукты в специальных герметизированных камерах с инертным газом.
Пожалуйста, участвуйте в обсуждении проекта. Возможно, вместе сможем сделать эту технологию доступной, обеспечив продовольственную безопасность народу. Также вы всегда можете поддержать проект.
