Технология применения импульсного электрического поля (далее — PEF) успешно используется в производстве картофельных снеков с 2010 года. В основном эта технология применяется в производстве картофеля фри и чипсов. Успешное внедрение PEF оборудования для непрерывной предварительной обработки картофеля в пищевой промышленности связано с рядом преимуществ с точки зрения улучшения использования сырья, эффективности процесса и качества продукции.
В целом, технология PEF заменяет традиционный термический подогрев картофеля, используя до 90% меньше воды и энергии. Эта технология помогает смягчить сырье, позволяя улучшить нарезку и переработку картофеля. Более гладкий срез с меньшим количеством повреждений поверхности, надломов, мелких обломков и потерь крахмала приводит к более высокому выходу готовой продукции, меньшему поглощению масла и увеличению срока службы ножей резки. Улучшенная диффузия воды с PEF обработанного картофеля позволяет оптимизировать процесс бланширования, сушки и жарки, что также позволяет снизить энергетические и производственные затраты. Картофель фри и чипсы, обработанные PEF, являются более качественным и полезным продуктом, имея меньший процент поглощенного жира и более однородный цвет.
Принцип обработки импульсным электрическим полем PEF
Первые исследования с использованием технологии PEF различными исследовательскими группами были проведены в начале 1900-х годов. Однако, уже в начале нового тысячелетия была разработана и установлена первая промышленная PEF система на заводе по переработке картофеля. В наше время в пищевой промышленности используется более 150 систем Elea PEF, большинство которых установлены на производстве картофеля фри и чипсов.
Технология импульсного электрического поля основана на принципе электропорации (рисунок 1). Основываясь на физических принципах, во время обработки PEF, генерируются короткие электрические импульсы высокого напряжения, которые способствуют образованию пор в клеточной мембране, не повреждая другие ценные вещества, такие как витамины, минералы или пигменты. Эта технология может быть применена к тканям животного или растительного происхождения и даже к микроорганизмам. Все живые клетки окружены полупроницаемой клеточной мембраной, которая в основном состоит из фосфолипидов, c диэлектрическими свойствами. Приложение внешнего электрического поля приводит к накоплению заряда на клеточной мембране и вызывает увеличение ее естественного потенциала, так называемого трансмембранного потенциала. Это вызывает электрическое сжатие клеточной мембраны и, как следствие, приводит к образованию пор.
Вследствие формирования пор в клетках растительных тканей (например , клетках картофеля), при PEF — обработке, они теряют свое внутриклеточное давление (тургор), что приводит к смягчению ткани и более легкой и качественной резке растительного сырья. Кроме того, электропорация клеточной структуры приводит к улучшенному массопереносу, благодаря чему такие промышленные процессы, как промывка, бланширование и обжаривание во фритюре также улучшаются.
Традиционно, для обеспечения качественной резки, в картофельной промышленности используется термический подогрев (устройство для бланширования с предварительным нагревом), с помощью которого картофель нагревается до 65 °C в течение 45 минут. Этот процесс требует большого количества воды и энергии. При этом следует учитывать, что утилизация микробиологически осемененной воды, содержащей крахмал, часто вызывает проблемы. Кроме того, наполнение и сброс воды с подогревателя занимает, как правило, длительное время и требует последующего обслуживания. Это особенно сложно при смене продукта и незапланированных остановках производственной линии, что часто приводит к утилизации сырья.
Следует упомянуть, что в производстве картофеля фри, применение технологии обработки PEF перед нарезкой сырья уже стала мировым стандартом. Технология PEF заменяет классический процесс термического подогрева, тем самым сокращая потребление воды и энергии до 90%. Во время PEF обработки, продукт и технологическая вода практически не нагреваются, что означает, что в технологической среде присутствует меньше микроорганизмов и крахмала. Фактическая обработка занимает всего несколько микросекунд, и, в зависимости от производственной мощности линии, продолжительности нахождения картофеля в PEF системе составляет всего 5-8 секунд. Использование импульсных электрических полей также имеет и другие преимущества. Поскольку этот метод представляет собой объемную обработку, весь картофель — независимо от того, большой он или маленький — обрабатывается равномерно. Следует заметить, что раньше, после термического нагрева, мелкий картофель был уже абсолютно сваренным, в то время как крупный картофель все еще оставался твердым внутри. За счет равномерного размягчения достигается ровный срез; сырые палочки картофеля фри становятся более гибкими и меньше ломаются, что способствует более высокому выходу конечного продукта. Сниженное поглощение масла (примерно на 10%) во время жарки во фритюре снижает содержание жира в конечном продукте. Кроме того, повышенная гибкость и гладкая поверхность обеспечивают более длинные палочки картофеля фри и однородный цвет с более равномерным подрумяниванием продукта на выходе.
Рис.2. Картофель, обработанный системой Elea PEF 
Рис.3. Необработанный картофель
При производстве чипсов преимущества аналогичны преимуществам при производстве картофеля фри, однако улучшение качества конечного продукта еще более выражено. Нарезка улучшается, что приводит к уменьшению потерь сырья и крахмала во время резки, что, в свою очередь, приводит к значительному увеличению выхода. Снижение потерь крахмала, в первую очередь, является результатом того, что размягченные клубни легче резать. Это, в свою очередь, приводит к меньшему механическому повреждению ножей и, как следствие, меньшему вымыванию крахмала с поверхности. Кроме того, во время обжаривания во фритюре меньше чипсов слипается, что избавляет от необходимости отбраковки продукта. При жарке во фритюре PEF обработанного сырья для чипсов, наблюдается снижение содержания жира — до 20% в конечном продукте, следует заметить, что это снижение также зависит от нарезки, качества сырья и самого процесса жарки. Последнее играет важную роль в улучшении качества продукции. Открытая клеточная структура сырья и улучшенная диффузия воды позволяют оптимизировать параметры жарки, такие как температура масла и время жарки. Повышенная эффективность процесса обжаривания во фритюре оказывает большое влияние на срок службы масла и поглощение масла продуктом, также цвет и хрусткость конечного продукта. Уменьшение времени и температуры обжаривания позволяет производить более светлый продукт с меньшим количеством продуктов термохимической реакции. Это является большим преимуществом для овощных чипсов, например, из батата, моркови, пастернака или красной свеклы.
Кроме того, равномерное размягчение сырого продукта открывает новые возможности для резки продуктов. В настоящее время в производстве картофеля фри могут быть реализованы такие формы, как спиральная, вафельная или волнистая, со значительно меньшими потерями сырья. В производстве чипсов открываются еще большие альтернативы, поскольку теперь более твердые овощи, такие как батат, пастернак или красная свекла, также могут обрабатываться для придания необычной формы. Таким образом, для потребителя появляется большее разнообразие продуктов, повышается конкурентоспособность, а производство необычных форм и / или продуктов становится более эффективным.
Оценка воздействия на окружающею среду PEF при переработке картофеля
Оценка воздействия на окружающую среду (далее — ОВОС) позволяет охарактеризовать воздействие производства на окружающую среду от сырья до конечного продукта. Исследование ОВОС для использования PEF при переработке картофеля было проведено в промышленных масштабах с использованием сравнительных данных клиентов Elea по всему миру.Исследование показало, что при замене обычных термических подогревателей оборудованием PEF потребление энергии может быть снижено на 85%, а потребление воды — на 90%, что соответствует 60 — 70 000 000 литров воды и 20 ГДж экономии тепловой энергии в год для типовой линии производства картофеля фри в 50 000 кг / ч. Кроме того, наблюдается пониженное поглощение жира, улучшенное качество продукта и увеличение выхода продукта на 1-1,5%. Помимо прямых преимуществ PEF, связанных с повышением качества продукции или улучшения отдельных этапов производства, весь производственный процесс становится более эффективным и устойчивым. Применение PEF в линии непрерывного производства чипсов стандартного размера способствует увеличению выхода конечного продукта на 67 т и снижение расхода масла на 174 т. Это также снижает расход ресурсов и воды необходимых для производства, кроме того, дополнительное снижение затрат на обработку, обеспечивая такую же или даже более высокую промышленную мощность. С установленными по всему миру системами Elea PEF в картофелеперерабатывающей промышленности на сегодняшний день примерно каждую секунду экономится 29 кВтч энергии, 23 кг эквивалента CO2 и 138 литров воды.
Системы PEF для картофельной промышленности
Elea предлагает ряд конвейерных PEF систем разного размера с различной производительностью линий картофеля фри и чипсов. Кроме того, каждая система PEF произведенная Elea может быть спроектирована и построена в соответствии со всеми конкретными требованиями.
Все системы могут работать в режиме 24/7 и предназначены для работы в экстремальных условиях. Благодаря короткому времени обработки, составляющему менее 10 секунд, и компактным размерам, системы Elea PEF легко имплементируются в существующие производственные линии. PEF системы полностью автоматизированы и могут управляться непосредственно с производственной линии или удаленно из центральной диспетчерской. Все соответствующие параметры процесса можно контролировать и регистрировать. Поскольку PEF является стандартом в производстве картофеля фри, установленная системная база постоянно расширяется, что позволяет использовать стандартные компоненты и запасные части на складе. Имея партнеров по всему миру и возможность удаленного обслуживания, специальные инженерные службы поддержки обеспечивают непрерывную работу, круглосуточную поддержку и душевное спокойствие.
Системы Elea для PEF обработки обычно состоят из импульсного генератора и блока для обработки. Для обработки твердых продуктов, например картофеля, блоком обработки является специальный ленточный транспортер. Типичная производительность PEF систем в производстве чипсов составляет от 1 до 6 т / ч, а при переработке картофеля фри производительность линии значительно выше и составляет 10-60 т / ч.
Система Elea PEF Advantage Belt доступна в четырех моделях: PEF Advantage B 1, 10, 100 и 1000, способных обрабатывать от 1 т / ч до 60 т / ч.
Специально для небольших производственных линий чипсов нами были разработаны системы PEF Elea PEF Advantage B 1 и B1 mini способные обрабатывать до 6 т / ч сырья (Рис. 6).
Среднее потребление энергии системой Elea PEF довольно низкое (1 кВтч на тонну сырья), что позволяет снизить эксплуатационные расходы. Конечно, внедрение PEF связано с инвестиционными и эксплуатационными затратами. Однако установка более 30 систем PEF в производстве чипсов показала окупаемость в короткие сроки, что, в среднем, составляет от одного до двух лет, благодаря экономии затрат на эффективность процесса или связанных с продуктом преимуществ, таких, как увеличение выхода, меньшее количество брака и снижение содержания жира.
В целом, технология PEF включает улучшение качества сырья и оптимизации процессов по всей производственной цепочке, что приносит пользу производителю, потребителю и окружающей среде.
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=NBLI0TxNpcw
Для более подробной информации посетите наш сайт: www.elea-technology.com
Партнерский материал
