устройство для термической обработки зернистых пищевых продуктов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНИСТЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, содержащее теплоизолированный корпус, вращающийся многогранный перфорированный барабан, привод, нагреватели и автоматику регулирования теплового режима, отличающееся тем, что, с целью снижения удельного расхода теплоты и интенсификации процесса, оно снабжено блоком ИК-нагревателей с отражателем, закрепленным внутри барабана на горизонтальной оси, выполненной в виде трубы с возможностью фиксированного поворота в вертикальной плоскости, при этом угол между осью симметрии блока ИК-нагревателей с отражателем и вертикальной осью барабана с учетом количества граней составляет 45 -60, а на внутренней поверхности барабан имеет V-образные лопасти, перемещающие продукт на четных гранях к центру барабана, на нечетных от центра к торцевым стенкам.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, труба крепления ИК-нагревателей с отражателем снабжена патрубком подвода жидкости и форсунками для увлажнения среды внутри барабана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки пищевых продуктов и может быть использовано на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания для обжаривания зерен кофе, какао-бобов, орехов, а также обжаривания продуктов, заменяющих кофе (ячмень, овес, рожь, соя, желуди, каштаны, фруктовые косточки).

Известны обжарочные аппараты, используемые в пищевой промышленности. В качестве аналогов изобретения проанализируем аппараты импортного производства систем Линдгренц, Пробат, Рапидо, ТНА, работающих на газовом топливе. Данные аппараты состоят из вращающихся обжарочного и охлаждающего барабанов, заключенных в кожух, топки, камнеотборника, загрузочной воронки, отсасывающего и нагнетательного вентиляторов. Очищенные сырые зерна загружаются в обжарочный барабан. Температура смеси топочных газов и воздуха при выходе из топки в пространство между обжарочным барабаном и наружным кожухом составляет 700-800^оС. В конце обжарки продукт увлажняют. Газы в это время проходят в газоход, минуя барабан. Продолжительность (в минутах) обжарки: в аппаратах Линдгренц 45-50, Пробат 15-25, Рапидо 10-12, ТНА 12.

Эти аппараты имеют ряд недостатков, а именно:

непосредственное соприкосновение продуктов сгорания с пищевым продуктом, что несомненно оказывает негативное воздействие на качество продукта;

аппараты имеют очень большую производительность, тогда как специфика продукта, например жареного натурального кофе в зернах, требует реализации его в розничной торговой сети в течение 10 дн после обжаривания; в силу ряда причин это практически неосуществимо, а при более длительном хранении вкус и аромат жареного натурального кофе в зернах резко ухудшается;

продукт в аппарате имеет контакт с нагретыми стенками обжарочного барабана, что не исключает возможности неравномерного обжаривания и пригорания продукта;

высокая температура и кратковременность ее воздействия на продукт приводят к неравномерности обжарки (наружные слои оказываются пережаренными, в то время как внутренняя их часть обрабатывается недостаточно из-за жира, выступающего на поверхности зерен);

аппараты на газовом топливе требуют соблюдения особых условий эксплуатации;

имеют место непроизводительные расходы газового топлива (при выгрузке и загрузке продукта газовые горелки не отключаются) и значительные тепловые потери (дымовые газы покидают аппарат с высокой температурой).

В общественном питании для обжаривания зернистых продуктов в основном приспосабливают жарочные шкафы, грили и сковороды. Данные аппараты не могут обеспечивать необходимые качественные показатели продукта после обжаривания из-за ряда недостатков:

применение ручного труда, необходимого для постоянного перемешивания зерен, их загрузки, выгрузки, требует постоянного внимания со стороны обслуживающего персонала;

из-за низких значений температуры жарочной поверхности и коэффициента теплопередачи от поверхности к продукту не соблюдаются технологические режимы обжарки, что в свою очередь не позволяет осуществлять все физико-химические превращения и приводит к снижению качественных показателей обжаренного продукта;

большая длительность процесса;

неравномерное обжаривание зерен;

значительные потери теплоты аппаратами в окружающую среду, так как постоянное перемешивание продукта предопределяет открытые крышки или дверцы указанных аппаратов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аппарат для обжарки кофейных зерен конструкции Л.З.Товта, представляющий собой вращающийся на валу в опорах перфорированный барабан, в котором осуществляется обжарка продукта. Барабан заключен в теплоизолированный кожух. Нагрев осуществляется тэнами, расположенными между кожухом и барабаном.

Недостатки прототипа:

значительные потери теплоты вследствие того, что нагрев обжарочного барабана осуществляется снаружи, тогда как продукт находится внутри барабана;

передача теплоты от теплоносителя к продукту осуществляется конвективным способом; для обжаривания зернистых материалов более перспективен ИК-нагрев (сокращается время обжарки и повышается качество продукта);

отсутствие узла для осуществления процесса увлажнения обжаренного продукта, который предусмотрен технологической схемой производства кофепродуктов.

Анализ аппаратов-аналогов и аппарата, принятого в качестве прототипа, показывает, что все они имеют ряд существенных недостатков.

Целью изобретения является снижение устройством удельного расхода теплоты и интенсификация процесса термической обработки зернистых пищевых продуктов за счет рационального расположения блока ИК-нагревателей с отражателем внутри обжарочного барабана с перемешивающими лопастями, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет наличия узла увлажнения среды внутри барабана.

Для этого в качестве нагревательного элемента устройства принят блок ИК-нагревателей с отражателем, которые располагаются в центре вращающегося многогранного перфорированного барабана. Инфракрасные лучи способны проникать внутрь зернистых материалов сразу на некоторую глубину, что способствует повышению качества обжаривания. Отражатель блока ИК-нагревателей концентрирует весь поток энергии на обжариваемый продукт, а не на стенки барабана; это исключает неравномерность обжаривания, пригорания продукта и значительные тепловые потери, имеющие место в аппаратах-аналогах и прототипе.

Обжарочный барабан устройства на внутренней поверхности имеет направляющие перегородки, обеспечивающие послойное и направленное перемешивание обжариваемого продукта. Универсальность устройства заключается в возможном его использовании для тепловой обработки (обжарки, сушки и т.п.) любого вида зернистых продуктов по заранее заданному технологическому режиму. Поэтому в устройстве предусмотрено регулирование теплового режима и наличие душирующего устройства для увлажнения некоторых продуктов перед окончанием процесса обжаривания.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Устройство состоит из теплоизолированного корпуса 1 с вращающимся внутри обжарочным многогранным перфорированным барабаном 2. К торцовым стенкам барабана прикреплены полые цапфы 3, опирающиеся на подшипники 4. Корпус 1 устройства и подшипники 4 крепятся на опорной раме 5. На внутренней поверхности барабана имеются специальные лопасти 6, обеспечивающие перемешивание продукта.

Лопасти устроены так, что при вращении барабана с целью интенсификации перемешивания они на четных гранях перемещают продукт к центру барабана, на нечетных от центра к торцовым стенкам.

Одна грань барабана (крышка) 7 выполнена съемной, она фиксируется на барабане зажимом 8.

Привод барабана осуществляется от мотор-редуктора 9 через цепную передачу 10, закрытую ограждением 11.

Корпус устройства имеет в верхней части откидной загрузочный люк 12, а в нижней части шиберное разгрузочное устройство 13.

В верхней части корпуса расположен вентиляционный патрубок 14. В торцовых стенках корпуса находятся датчик контроля температуры 15 и узел взятия проб продукта (гильза) 16.

По оси барабана 2 проходит труба 17, в нижней части которой находятся форсунки 18 для подачи воды в барабан. На трубе 17 сегментами 19 закреплен блок ИК-нагревателей 20 с отражателем 21. Труба 17 с блоком ИК-нагревателей имеет возможность вращения вокруг своей оси; ее положение относительно корпуса фиксируется сектором 22.

В устройстве предусмотрена автоматика регулирования теплового режима. Шкаф с пускорегулирующей аппаратурой и контрольно-измерительными приборами устанавливается рядом с устройством.

При обжаривании зерен кофе устройство работает следующим образом.

Открывают загрузочный люк 12, освобождают зажим 8 и снимают крышку 7 обжарочного барабана 2. Во внутреннюю полость барабана засыпают очищенные зерна кофе. В обратном порядке закрепляют зажимом 8 съемную крышку 7 и закрывают загрузочный люк 12.

На электроконтактном термометре, находящемся на пульте управления, задается максимальная и минимальная температуры в обжарочном устройстве, соответствующие заданному температурному режиму. Включают на максимальную мощность нагрев продукта, засыпанного в барабан, с помощью блока ИК-нагревателей 20 с отражателем 21.

Одновременно с включением нагрева включают привод. Барабан 2 вращается, продукт при этом интенсивно перемешивается и обжаривается. Температура в обжарочном устройстве поддерживается в заданных пределах автоматикой регулирования.

Обжаривание зерен кофе продолжается 25-30 мин при 300-380^оС. Периодически берется проба из гильзы 16. За несколько минут до окончания процесса обжаривания отключают нагреватели, а в барабан через полую трубу 17 подают определенное количество воды для увлажнения зерен. При этом зерна кофе перемешиваются в среде выделяющихся газов и водяного пара, выход которых на это время закрывается (прикрывается вентиляционный патрубок 14). Такая обработка предусмотрена технологическим режимом, предполагающим снижение потерь ароматических веществ и получение определенной влажности продукта.

Выгрузка продукта производится следующим образом. Открывают загрузочный люк 12. При совмещении съемной крышки 7 с загрузочным люком выключают привод, освобождают зажим 8 и снимают крышку.

При включении привода через люк, закрываемый шибером 13, зерна кофе высыпаются из обжарочного барабана в устройство для их охлаждения.

Управление процессами обжаривания и увлажнения зерен осуществляется с пульта в соответствии с технологическим режимом.

В зависимости от вида обрабатываемого продукта и его количества в барабане производится поворот на определенный угол от вертикальной оси блока ИК-нагревателей с отражением и его фиксирование в этом положении сектором 22.

Работа аппарата проверена на опытном образце. Установлено, что максимальное поглощение ИК-излучения слоем перемешиваемого материала соответствует такому положению блока ИК-нагревателей, когда угол между центровой линией блока и вертикальной осью барабана зависит от количества граней и составляет 45-60^о. Испытания подтвердили работоспособность и более высокие технико-экономические показатели работы по сравнению с прототипом и аппаратами систем Линдгренц, Пробат, ТНА, наиболее широко используемыми на предприятиях пищевой промышленности.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице на примере обжаривания зерен кофе.

Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что удельный расход теплоты на 1 кг обжариваемого продукта снижается в 3,1 раза для аппаратов системы ТНА, в 4,4 раза для аппаратов системы Пробат, в 5 раз для аппарата-прототипа, в 17 раз для аппаратов системы Линдгренц.