Проблемы при обработке порошковых пищевых продуктов в кулирарии

Проблемы при обработке порошковых пищевых продуктов в
кулирарии
Какие действия по улучшению технологии необходимо исследовать, чтобы улучшить переработку
основы пищевого порошка.
Автор: Dr.-Ing. Stefan Palzer, Nestlu ПТК Кемпттал/Zurich Швейцария, e-mail:
Stefan.Palzer@rdke.nestle.com
Ниже приводится краткий свободный перевод статьи.
Цель данной статьи состоит в том, чтобы указать для промышленности, и особенно для бизнеса
продовольствия, те разделы знаний и технологий, которые все еще требуют дальнейших
фундаментальных исследований, для более глубокого понимания процессов и решения проблем,
остающихся в переработке продовольственных порошков. Эта статья не приводит готовых решений. Мы
считаем, что важнее - обсуждение темы. Для лучшего понимания, каков должен быть вклад различных
научных
учреждений,
специализирующихся
в
области
исследования
порошков.
В этой статье особое внимание уделяется обработке кулинарных порошков. В кулинарном бизнесе,
имеющем дело с сухими продуктами, можно выделить следующие группы продуктов:
1. Порошковые изделия:
 Супы (порошок + гарниры, пониженное содержание жира)
 Соусы (в порошковом виде, иногда гарниры, пониженное содержангие жира, часто
повышенное содержание крахмала)
 Рецептурные смеси (пониженное содержание жира, специи)
 Готовые блюда (паста и приготовленный рис)
 Концентрированный бульон (повышенное содержание соли)
 Приправы (повышенное содержание соли)
2. Агломерированные и измельченные изделия:
 Протертые супы (агломерированный порошок)
 Приправы и соусы (агломерированный порошок, повышенное содержание
крахмала)
 Измельченные или агломерированные приправы:
1
 Растворимый
бульон
(агломерированный
или
измельченный
порошок,
повышенное содержание соли)
3. Таблетированные и прессованные порошки:
 Таблетированный бульон (повышенныйе содержание соли и жира)
 Соусы (таблетированные соусы, повышенное содержание соли, жира и крахмала)
Следующие проблемы могут возникнуть в процессе переработки порошка и его транспортировки.
 Смеси, содержащие порошковые частицы разных материалов, часто содержат чатицы
различной плотности и формы, которые имеют тенденцию к сегрегации. В процессе
транспортировки и дальнейшей переработки различных компонентов из порошковой смеси
выделяются ее составляющие и, таким образом, снижается однородность соединения этих
компонентов в смеси. Это приводит к удорожанию фасовки (заполнению пакетиков или банок),
так как усложняется процесс дозирования. Также становится затруднена продажа больших
контейнеров для клиентов, потому что изделие (смесь) в процессе движения (трансопртировки)
разделяется на компоненты еще до использования. Причина для этой сегрегации - различная
подвижность частиц в смеси. В настоящее время все еще отсутствует (не найден) стандартный
метод, моделирующий поведение частиц смеси в процессе сегрегации (зависимость реального
движения порошка в процессе производства и транспоровки). Кроме того, требуются простые
правила, как проектировать технологию составления смеси (изделия), чтобы избежать этой
сегрегации. Какие ограниченные изменения в свойства частицы порошка необходимо внести,
чтобы снизить и компенсировать ее подвижность в смеси. Какую роль при этом играет
плотность различных частиц, их размер и форма, как они влияют на тенденции сегрегации?
Способны ли мы дать количественную оценку влияния этих индивидуальных особенностей
частиц на их подвижность в смеси? Решив эти проблемы, полученные решения можно было
бы ввести в систему проектирования смесей (изделий), для получения в результате таких
порошковых продуктов которым была бы не свойственна сегрегация.
 Другая проблема, которая происходит весьма часто в процессе переработки кулинарных
порошков, связана с температурой стеклования. Температура стеклования (ТС) - температура,
выше которой порошок имеет тенденцию (при определенной влажности) становиться
эластичным, подобным жидкости. При этом со временем происходит спекание (склеивание)
частиц порошка между собой.
2
Рис. 1: Температура стеклования в зависимости влажности.
Эффект спекания хорошо известен для некоторых смесей с однородными частицами. Хранение
этих смесей при температурах ниже, чем температура ТС,
предотвращает их от спекания. Таким
образом, для некоторых порошков знание ТС, как понятие (концепция) - очень полезный инструмент,
который позволяет
избежать производственных проблем из-за спекания. Однако для порошковых
смесей, содержащих частицы с различными свойствами,
намного труднее применить это понятие
(концепцию), чтобы предсказать стабильность порошка в процессе хранения. Существуют различные
формулы для того, чтобы вычислить ТС смеси различных порошков, используя ТС
отдельных ее
компонентов и их количество в смеси. Однако эти вычисления пренебрегают новыми свойствами,
которые привносят отдельные порошки в смесь, взаимодействуя друг с другом. При этом важнейшие
свойства смеси порошков, такие как распределения каждого вида частиц по размерам, форма частиц и
распределение частиц в смеси, даже не считается нужным рассматривать. Таким образом, эти формулы
и вычисления на их основе не являются подходящими, чтобы предсказать стабильность порошковых
смесей. Подходящий метод для того, чтобы вычислять стабильность порошковых смесей, принимающих
во внимание все параметры последних, все еще отсутствует.
Некоторые чувствительные к повышенной влажности компоненты смеси имеет тенденцию
впитывать влагу в сырой атмосфере хранения и переработки при температуре, которая значительно
ниже ТС. Особенно дрожжи и продукты мясопераработки являются очень чувствительными к влажности
компонентами. Чтобы защитить эти компоненты от влаги, насыщающей воздух, требуются эффективные
и дешевые покрытия. Имеющиеся в нашем распоряжении в настоящее время покрытия (пленки)
безусловно, относятся к дорогому для стандартного сырья продукту, используемому в кулинарной
промышленности. При этом покрытия, используемые в качестве защиты от внешней влажности для
продуктов питания, часто являются в той или иной степени паропроницаемыми.
Что касается сыпучести и спекания порошков, то требуется эффективный, растворимый в воде
агент антиспекания. Обычно в данном качестве используется достаточно эффективный порошок окислов
кварца, не растворимый в воде. Он обязательно должен быть промаркирован, однако используемая для
этого буква E, часто не очень хорошо воспринимается потребителем.
3
Существует ряд все еще не исследованных проблем, возникающих при обработке, хранении и
транспортировке пищевых порошков. Проблемы, с первого взгляда кажущиеся простыми и
тривиальными. Однако продолжающееся игнорирование их решений все еще приносит огромные
расходы. Например, формирование корки в смесителях при добавлении жидкостей и, особенно, при
сушке кулинарных смесей, которая в отдельных случаях становится весьма проблематичной. При
достижении температуры стеклования (ТС)
чувствительные
к влажности компоненты становятся
липкими. Таким образом, они формируют более или менее устойчивую корку на внутренней стороне
смесителя. Так как смесители обычно чистятся сухими, чтобы избежать загрязнения сальмонеллой,
трудно очистить корку по-настоящему качественно. Выходом является нанесение покрытия на
внутренней стороне смесителя подходящим материалом, допущенным к контакту с пищевыми
продуктами. Такой материал должен быть стойким к истиранию. Другой подход состоит в том, чтобы
проектировать технологию перемешивания таким образом, чтобы избежать формирования такой корки.
Подобная проблема может быть разрешена путем размещения «пульверизаторов» (инициаторов) в
различных доступных местах смесителя. Пульверизатор должен быть размещен таким образом, чтобы
избежать формирования корки на стенах смесителя и формировании глыбы в обработанном порошке
при впрыскивании жидкостей. Такие проблемы возникают практически с каждым типом смесителя и
определенные испытания и исследования могут их разрешить. Однако практика показывает, что часто
изготовители смесителей не знают, где находится лучшее место для расположения пульверизатора в их
аппарате. С другой стороны для изготовителей продовольствия трудно изменить положение (позицию)
пульверизатора, установленного производителем. Потому эта задача должна выполняться именно
производителем, который таким образом, должен изменить конструкцию соответствующим образом. В
стандартных смесителях, которые изготавливаются на конвейерах, это конечно не выполнимо. Из-за
того, что эта тема не вполне изучена, в ней все еще содержится огромный потенциал для оптимизации.
Кроме вышеизложенного, еще недостаточно исследован вопрос смачивания частиц порошков
жидкостями в процессах нанесения покрытий или в процессах по приготовлению теста.
Процесс
смачивания состоит из подпроцессов: распространение отдельных капелек жидкости на твердой
поверхности частиц и проникновения капелек в трещины внутрь частицы. На свойство конечного
продукта влияют 2 процесса: распределение частиц по размерам (кривая Гаусса), сила сцепления частиц
друг с другом и с покрытием и качество покрывающего частиц слоя. В настоящее время исследовано
поведение определенного числа комбинаций порошков отдельных материалов, но общая качественная
теория все еще отсутствует.
Другая сложная не решенная проблема - измерение сил (свойств) смачивания при снижении
крупности частиц. С помощью уравнений Уошберна процесс смачивания инертных частиц может быть
описан достаточно хорошо. Однако при этом эти частицы должны быть достаточно большими.
4
Рис. 2: Зависимость степени смачивания порошка водой от
времени. Порошок содержит кремневую или поликремневую
кислоту, способствующую смачиванию.
Некоторые порошковые частицы имеют тенденцию увеличиваться в размере (раздуваться). Этот
эффект можно учесть, вводя специальный «раздувающийся» коэффициент в Уошберн-уравнение.
Однако в большинстве случаев порошковые частицы распадаются. Это означает, что угол контакта,
используемый в качестве замера размера частицы, будет переменной ввеличиной. Таким образом,
характеристики порошка меняются в процессе смачивания. Между тем состав жидкости изменяется
также из-за растворения порошкового материала. До сих пор не известен подход, одинаково применимый
к измерению характеристик любых порошков в процессе смачивания.
Последняя тема, рассматриваемая в данной статье, связана со свойствами порошков и их
измерением в случае течения порошков под низким нормальным давлением. Это свойство порошков
(сыпучесть при низком нормальном давлении – так называемое «свободное истечение») - одно из самых
интересных для потребителя. Зная характеристики течения порошка под низким нормальным
напряжением, можно определить подходящее упаковочное решение, которое обеспечило бы
эффективную фасовку готового продукта.
До настоящего времени большинство работ было посвящено измерению характеристик течения
под высоким нормальным давлением (напряжением), которые моделируют ситуацию в бункерах или
контейнерах. Первые попытки измерить сыпучесть под низким нормальным напряжением были
предприняты совсем недавно. Однако связь между этими измерениями и вычислением подходящего угла
наклона контейнера или открытого пакета упаковки, обеспечивающей надлежащую истечение продукта
из тары, все еще отсутствует.
Все вышеупомянутые темы имеют конкретный интерес для производителей продовольствия,
5
особенно для представителей кулинарной промышленности. Обнаружение дешевых решений для
упомянутых практических проблем или предложение закономерностей, связующих отдельные
порошковые характеристики, определенно привело бы к усовершенствованию обработки кулинарных
порошков.
6