Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 11
1.1 Технологические аспекты сушки растительного сырья 11
1.1.1 Составные компоненты растительного сырья 11
1.1.2 Вода и формы связи ее в материале 13
1.1.3 Концентрированные пищевые продукты 16
1.1.3.1 Сухие соки 24
1.1.3.2 Способы модифицирования пищевых порошков... 27
1.2 Устройства для сушки растительного сырья 28
1.2.1 Подготовительные операции 28
1.2.1.1 Очистка от посторонних примесей 30
1.2.1.2 Мойка 31
1.2.1.3 Очистка от кожуры 32
1.2.1.4 Химическая обработка 35
1.2.2 Операции сушки 37
1.2.2.1 Загрузка 37
1.2.2.2 Сушка 37
1.3 Техника сушки растительного сырья 39
1.3.1 Классификация и принцип действия сушилок 39
1.3.2 Вакуумные сушилки 45
1.3.3 Установки досушки 51
1.3.4 Выбор способа сушки 52
1.3.5 Скорость сушки, периоды сушки, кривые сушки 54
1.4 Выводы и задачи исследования 57
Глава 2 Экспериментальное оборудование и методы удаления влаги в вакууме 59
2.1 Устройство для удаления влаги в вакууме 59
2.1.1 Система конденсации паров 59
2.1.2 Брызгоуловитель 65
2.1.3 Ловушка для жидкой фазы 68
2.2 Методы удаления влаги в вакууме 70
2.2.1 Применение дополнительного конденсатора для охлаждения паро-капельной смеси 70
2.2.2 Использование многопроводного паропровода 72
2.2.3 Производительность дистилляции водопроводной воды...73
Глава 3 Низкотемпературное удаление влаги из соков прямого отжима 81
3.1 Способы подавления пенообразования 81
3.1.1 Уменьшение разряжения 81
3.1.2 Предварительный нагрев 85
3.1.3 Зона пониженной температуры 86
3.2 Исследование режимов выпаривания натуральных соков в вакууме 90
3.2.1 Выпаривание влаги из черносмородинового сока 92
3.2.2 Выпаривание влаги из сока крыжовника 99
3.2.3 Выпаривание влаги из сока клюквы 100
3.2.4 Выпаривание влаги из сока мякоти арбуза 103
3.2.5 Выпаривание влаги из виноградного сока 105
3.3 Математическая модель процесса выпаривания сока в условиях вакуума 109
3.4 Досушка 115
3.5 Получение спирта-сырца в вакууме 120
Глава 4 Биологически активные концентрированные соки 126
4.1 Объекты исследований 126
4.2 Методы исследования показателей качества сырья и концентрированных соков 126
4.3 Концентрированный сок из черной смородины 127
4.4 Концентрированный сок из крыжовника 135
4.5 Вакуумные пасты 137
4.6 Реологические свойства виноградной пасты 139
4.7 Бизнес-план реализации проекта 144
4.7.1 План производства 147
4.7.2 План материально-технического обеспечения и капитальных вложений 149
4.7.3 Организационный план 151
4.7.4 Финансовый план 153
4.7.5. Потенциальные риски 155
4.7.6. Анализ чувствительности проекта 156
Выводы 159
Список литературы 162
Приложения 179
- Составные компоненты растительного сырья
- Применение дополнительного конденсатора для охлаждения паро-капельной смеси
- Исследование режимов выпаривания натуральных соков в вакууме
- Методы исследования показателей качества сырья и концентрированных соков
Введение к работе
Актуальность работы. Потребление в подавляющем большинстве рафинированных продуктов и продуктов с добавками искусственного (синтетического) происхождения приводит к снижению содержания в организме человека балластных веществ, витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых кислот и других, необходимых для нормального развития нутриентов. Удовлетворить потребность организма человека в необходимых ему нутриентах может употребление натуральных продуктов или продуктов содержащих в своём составе добавки растительного происхождения, в частности, биологически активные концентрированные соки в качестве продукта или в виде добавки. Проведенный анализ литературных данных показывает, что употребление данного вида натуральных продуктов способствует нормализации в организме обменных процессов, улучшает деятельность желудочно-кишечного тракта, очищает организм от вредных веществ, восполняет необходимое количество балластных веществ, витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых кислот и других нутриентов.
Биологически активные концентрированные соки являются одним из наиболее перспективных натуральных продуктов, обладая одновременно технологической и физиологической функциональностью, особенно в порошкообразной и гранулированной форме. Данные свойства представлены в удобстве употребления, лучшей восстанавливаемости при получении пюреобразных продуктов, облегченными условиями хранения и лучшей сохранностью биологически активных веществ.
Разработка устройства и способа получения, биологически активных концентрированых соков связана с работами в этой области В.П. Андрианова, Р.Г. Сафина, В.А. Лабутина, А.Д. Рыжичкова, М.А. Семеновского, Р.А. Садыкова, Ф.Р. Бахтиярова, A.M. Сиротина, В.Н. Глазнева, А.Б. Глинского, Л.К. Ковалева, и др.
Развитие технологий по получению концентрированных пищевых
6 продуктов получили свое дальнейшее развитие благодаря работам П. А. Ребиндера, Б.В. Дерягина, Н.Б. Урьева, М.А. Талейсника, Е.Д. Яхина, А.Д. Зимона, А.В. Зубченко, Г.О. Магомедова и др.
Известные устройства и способы получения концентрированных соков не всегда обеспечивают их биологическую активность, а из-за сложного устройства и использования парового снабжения недоступны для малых форм предпринимательства. В связи с этим ведётся постоянный поиск новых перспективных разработок в данной отрасли.
Согласно Указу Президента РФ от 04.04.96 N 491 «О первоочередных мерах государственной поддержки малого предпринимательства в Российской Федерации» и Федеральному закону от 14.06.1995 N 88-ФЗ "О государственной поддержке малого предпринимательства в Российской Федерации" приняты постановления Правительства РФ, основополагающими из которых являются федеральные программы поддержки малого предпринимательства. Предусмотрена государственная поддержка развития малого предпринимательства в научно-технической сфере.
Развитие малых форм сельскохозяйственных предприятий в научно-технической сфере предполагает широкое использование технологий экологически безопасной ресурсосберегающей переработки растительного сырья. Одной из таких технологий является низкотемпературное удаление влаги из жидкого сельскохозяйственного сырья в вакууме. Технологии низкотемпературного выпаривания максимально сохраняют биологическую активность сухого продукта. В настоящее время технологии вакуумного выпаривания недоступны предприятиям малых форм, т.к. реализующие их устройства имеют сложное многокорпусное устройство и используют паровое снабжение. Однако эту проблему можно решить, разработав малогабаритную установку, применимую в условиях предприятий малых форм. Наличие малогабаритной вакуумной выпарной установки позволит перерабатывать сырье на месте у производителя сельскохозяйственной продукции, т.е. замкнуть производственный цикл и получать сухой продукт с
7 максимальным содержанием биологически активных веществ, существенно сократив потери при транспортировке и хранении сырья. Полученное на малых предприятиях биологически активное сырье целесообразно использовать на месте для производства новых видов продуктов питания.
В связи с политикой государства в области здравоохранения и поддержки малых форм предпринимательства, разработка устройств и способов получения биологически активных концентрированных соков, расширение их ассортимента и создание на их основе новых пищевых продуктов детского питания, а также для армии и космоса является актуальной научной задачей.
Цель и задачи диссертационной работы. Цель исследования -разработка способов получения биологически активных концентрированных соков и создание конструкции малогабаритной вакуумной сушилки для сушки жидких пищевых продуктов при температуре, не превышающей 50С.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучение плодово-ягодных и овощных соков, как объекта вакуумной сушки;
анализ основных кинетических закономерностей процесса вакуумной сушки;
разработка конструкции малогабаритной вакуумной сушилки для сушки жидких пищевых продуктов при температуре, не превышающей 50С;
определение оптимального режима выпаривания влаги в вакууме;
разработка способов получения биологически активных концентрированных соков;
математическое моделирование процесса выпаривания сока в условиях вакуума;
получение биологически активных концентрированных соков из соков прямого отжима;
исследование показателей качества концентрированных соков;
разработка и утверждение технической документации на
концентрированные соки;
получение спирта-сырца из выжимок сока.
Научная новизна. Обоснована целесообразность получения биологически активных концентрированных соков с использованием разработанных способов.
Установлены кинетические закономерности предложенных способов получения биологически активных концентрированных соков, описываемые кривыми сушки и скорости сушки, позволившие установить оптимальный режим выпаривания.
На основании проведенных исследований создан алгоритм управления процессом подавления пенообразования с использованием разработанных способов вакуумной сушки.
Предложены способы получения биологически активных концентрированных соков, включающие две стадии, с использованием метода низкотемпературного удаления влаги в вакууме, минимизирующего потери биологически активных веществ, с подавлением пенообразования разными способами, и досушку в сушилке конвективного типа, с последующим применением экструзии, размельчения и получения концентрированных соков в виде паст, гранул и порошков.
Разработана математическая модель процесса выпаривания сока в условиях вакуума.
На основании проведенных исследований установлено постоянство свойств и содержания аскорбиновой кислоты в гранулированной и пастообразной форме концентрированных соков, в процессе длительного хранения (до двух лет) в обычных условиях при комнатной температуре.
Научная новизна технических решений подтверждена 8 патентами РФ на устройство и способы вакуумной сушки № 2316701, № 2327092, № 2338979, № 2346216 «Устройство для удаления влаги в вакууме»; № 2327356 «Способ вакуумной сушки»; № 2328170, № 2338977, № 2340845 «Способ удаления влаги в вакууме».
9 Практическая ценность работы.
Разработаны способы получения биологически активных концентрированных соков и определен оптимальный режим выпаривания влаги в вакууме.
Разработана конструкция малогабаритной вакуумной сушилки, для сушки жидких пищевых продуктов при температуре, не превышающей 50С, с подавлением пенообразования, используя экологически чистые технологические приемы.
Получены биологически активные концентрированные соки в порошкообразной, гранулированной и пастообразной форме.
Разработана и утверждена техническая документация на новый вид
продуктов «Соки ягодные сухие» - ТУ № 9164-219-02069036-2007. Получено
санитарно-эпидемиологическое заключение от 28.12.2007г
№ 57.01.01.000.Т.000387.12.07; заключение ФГУ «Орловский ЦСМ» от 08.04.2008г. № 026-0219 по результатам экспертизы ТУ № 9164-219-02069036-2007 «Соки ягодные сухие». Каталожный лист продукции зарегистрирован в ФГУ «Орловский ЦСМ». Получен сертификат соответствия № РОСС RU. АЯ22.С16362 на опытную партию сухого сока черной смородины.
Реализована техническая возможность высокопроизводительной переработки выжимок сока, с получением спирта-сырца.
Результаты работы используются в Орловском государственном техническом университете на кафедрах «Технология и товароведение продуктов питания», «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства», «Технология и организация питания, гостиничного хозяйства и туризма» в научно-исследовательской работе, в Орловском государственном институте экономики и торговли в учебном процессе дисциплин «Процессы и аппараты пищевых производств», «Технология пищевых производств».
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 13-ой и 14-ой научно-технических конференциях с участием иностранных специалистов «Вакуумная наука и техника» (Сочи, 2006; 2007г.); второй международной научно-практической конференции «Стратегия развития индустрии гостеприимства и туризма» (ОрелГТУ, 2007г.); VIII международной практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе» (Орел-Хельсинки, 2007г.); четвертой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007г.), VI международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания» (Москва, МГУПП, 2008г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 20 работ, включая 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 8 патентов РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, приложений. Список литературы включает 150 источников. Работа изложена на 201 странице машинописного текста, содержит 40 рисунков и 20 таблиц. Приложения к диссертации представлены на 23 страницах.
Составные компоненты растительного сырья
В последнее время все более и более актуальным для пищевой промышленности во всём мире является применение технологий, рационально использующих сырьевые ресурсы, а также расширение ассортимента пищевых продуктов повышенной пищевой ценности, что соответствует современным требованиям науки о функциональном питании.
Современная оценка питания населения нашей страны говорит о том, что потребление биологически активных продуктов питания за последние 10 -15 лет снизилось приблизительно на 50% [1 - 6].
Опыт исследователей и практиков пищевой и медицинской технологии свидетельствует [1,6 - 13] о том, что эффективным и целесообразным с разных точек зрения, способом решения этой проблемы является разработка и создание промышленного производства специализированных продуктов питания, дополнительно обогащенных недостающими нутриентами до уровня физиологических потребностей человека (10 - 50% от средней суточной потребности).
Интенсификация жизни, загрязнение окружающей среды, а как следствие снижение сопротивляемости организма человека вредным воздействиям приводят к вопросу о правильном и рациональном питании. В связи с этим особый интерес вызывает употребление натуральных продуктов из плодово-ягодного и овощного сырья.
Плоды подразделяют на следующие группы: семечковые (яблоки, груша, айва), косточковые (черешня, вишня, слива, абрикосы, персики, кизил), ягоды (виноград, земляника, крыжовник, смородина и пр.), орехи, тропические и субтропические плоды (апельсины, мандарины и др.).
Овощи подразделяют на плодовые (томатные, бобовые, зерновые и тыквенные) и вегетативные (клубнеплоды, капустные, корнеплоды, шпинатные, салатные, луковичные, пряные, десертные и др.). На переработку поступает около 60 видов овощей и около 20 видов плодов и ягод [14, 15].
Особенности плодов, ягод и овощей связаны с тем, что они являются живыми биологическими объектами, имеющими ферментативную систему и сложный химический состав [14, 15].
Важнейшим показателем качества сырья является содержание сухих веществ. Под содержанием сухих веществ понимают количество всех веществ, входящих в состав сырья, кроме воды. Количество сухих веществ в плодах и ягодах колеблется от 10 до 20 %, в овощах от 4 до 10 % [14, 15].
Большая часть сухих веществ плодов и овощей (до 90 %) представлена углеводами. К углеводам относятся сахара, крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые вещества. На долю Сахаров приходится: в винограде 16 - 18%, в яблоках 10 - 15%, в вишне 8 - 15%, в землянике 5 - 8%. Овощи содержат в среднем около 4 % Сахаров [14, 15].
Большую часть азотистых веществ плодов и овощей составляют белки, которым сопутствуют аминокислоты и амиды. Содержание белков в сочном растительном сырье невелико, но они играют определенную роль в рационе питания, так как плоды и овощи употребляют в большом количестве. Содержание азотистых веществ: в бобовых культурах 4,5 - 5,5%; капусте 2,5 - 4,5%; шпинате 3,5%; картофеле, моркови и луке 2%; томатах и тыкве 1%. Содержание жиров в тканях плодов и овощей невелико, но они входят в состав протоплазмы растительных клеток и регулируют обмен веществ [14, 15].
Органические кислоты влияют на режимы тепловой обработки сырья. Консервы из кислотных плодов и овощей стерилизуют или пастеризуют при 80 - 100 С, а из некислотных при 112 - 130 С, кислоты способствуют инверсии сахарозы, процессам желирования, придают определенный вкус продукту.
Дубильные вещества придают плодам и овощам терпкий, вяжущий вкус. Большинство плодов и ягод содержат 0,1 - 0,2 % дубильных веществ, в овощах их еще меньше.
Красящие вещества плодов и овощей представлены хлорофиллами (зеленые пигменты), антоцианами (от, розового до фиолетового цвета), каротиноидами (от желтого до красного цвета).
Эфирные масла концентрируются в кожице плодов и овощей. Очень богаты ароматическими веществами пряные овощи (от 0,05 до 1 % эфирных масел). В кожице мандаринов содержится от 1,8 до 2,5 % эфирных масел, в луке - 0,05%, в чесноке - 0,01 %. У большинства плодов и овощей содержание эфирных масел не превышает 0,001 %.
Задача сушки состоит, главным образом в удалении влаги, оставляя ее такое количество, при котором продукт после сушки может долго сохраняться, не утрачивая своих вкусовых, ароматических и внешних свойств. При сушке происходит удаление также и других веществ, главным образом, летучих, отчего высушиваемый продукт несколько изменяет свой вкус. Некоторые кристаллические вещества удается высушить до постоянного веса, но в большинстве случаев, к пищевым продуктам такие условия не применимы, так как при высоких температурах денатурируются белки, отчасти углеводы и жиры, таким образом, происходит глубокое изменение продукта, сопряженное с превращением его в порошок и потерей свойственной ему формы [16].
Применение дополнительного конденсатора для охлаждения паро-капельной смеси
Разработанная и описанная выше малогабаритная вакуумная сушилка предназначена для удаления влаги из жидкого сельскохозяйственного сырья. Разрежение в системе Р«10 Па создавалось форвакуумным насосом. Скорость удаления свободной влаги, определяется температурой и давлением внутри испарителя. Однако зависимостей скорости выпаривания от температуры v(t), при разных значениях мощности нагрева позволяющих оптимизировать режимы работы, к началу наших исследований, получено не было. С целью отработки методов удаления влаги в вакууме выполнены эксперименты на водопроводной воде. камеру испарителя объемом 40 л загружено 30 л водопроводной воды. Разрежение в системе создавалось с помощью форвакуумного масляного механического насоса. Температура охлаждающей воды, подведенной к вертикальному конденсатору, составляла 16 С. Мощность, подведенная к испарителю, регулировалась в диапазоне N = 4,4 — 11 кВт. В ходе испытания для известного и предложенного устройства измерялась температура конденсата и определялась производительность установки при разной величине подведенной мощности. Результаты испытаний приведены в Из таблицы 2 следует, что выпаривание с помощью известного устройства возможно при подведенной мощности до N = 8,8 кВт. Увеличение мощности повышало температуру конденсата от tK = 28С при N = 4,4 кВт и до tK = 38С при N = 8,8 кВт. Производительность установки возрастала с мощностью, составляя W= 6 л/ч при N = 4,4 кВт до 12,4 л/ч при N = 8,8 кВт. При мощности N = 11 кВт процесс выпаривания оказался невозможным из-за интенсивного поступления пара из конденсатора в сборник конденсата и насос.
Подключение вертикального конденсатора, согласно предложенному выше, позволило снизить температуру конденсата до 18С при мощности N = 4,4 кВт и до tK = 20С при N = 8,8 кВт. Повышение мощности до 11 кВт практически не изменило температуру конденсата tK = 21 С, что позволило увеличить производительность установки до W = 16 л/ч. Таким образом, снижение температуры конденсата привело к увеличению эффективности устройства.
В установке реализован электрический нагрев. Шесть трубчатых электронагревателей позволяют регулировать мощность нагрева в диапазоне 2,2 N 13,2кВт. По мере разгона процесса выпаривания температура в испарителе и скорость удаления влаги растут, достигая установившихся значений в стационарном режиме.
Включение в вакуумную систему дополнительного вертикального конденсатора позволяет повысить эффективность разработанной вакуумной сушилки за счет снижения температуры конденсата [120].
Многопроводный паропровод выполнен из шести параллельно включенных вакуумных шлангов длиной 750 мм с проходным диаметром 20 мм. При проведении эксперимента число шлангов изменялось от одного до шести. В камеру испарителя объемом 40 л загружалось 30 л водопроводной воды. К испарителю подводилась мощность 4,4 кВт. Вакуум в системе поддерживался на уровне 10 Па с помощью форвакуумного масляного механического насоса. Температура охлаждающей воды в конденсаторе составляла 16 С. Для установившегося режима определены температура кипения в испарителе и производительность установки как функции числа вакуумных шлангов.
На рисунке 11 представлена зависимость температуры испаряемой жидкости предлагаемого устройства в установившемся режиме работы от числа каналов паропровода. С увеличением числа каналов паропровода температура кипения уменьшается. Шестикратное увеличение числа вакуумных шлангов сопровождалось уменьшением рабочей температуры в испарителе на 57% от 58 С при п = 1 до 37 С при п = 6. Производительность установки оставалась неизменной, составляя v = 20%-4_1.
Разработанный многопроводный паропровод позволяет снижать рабочую температуру в камере испарителя за счет уменьшения гидравлического сопротивления паропровода, повышая качество высушиваемого продукта.
Учитывая, что производительность сушилки определяется температурами горячего (испаритель) и холодного (конденсатор) источников, измерены температуры tx пара в испарителе, а также охлаждающей жидкости t2 в конденсаторе. Одновременно с температурами tx{r) и /2(т) измерялся объем V(T) выпаренной влаги, рассчитывалась производительность установки и строилась кривая скорости удаления влаги по формуле 3.
Полученные температурные зависимости и кривая скорости удаления влаги, при мощности нагрева 7V = 6,6KBT представлены на рисунке 11. Из кривых t(j) и W(T) следует, что через время запаздывания г3, характеризующее инерционность процессов нагрева, испарения, конденсации и движения пара и конденсата, в сборник начинает поступать конденсат. Со временем температура в испарителе и скорость выпаривания растут, достигая за время разгона тр максимального установившегося значения.
Исследование режимов выпаривания натуральных соков в вакууме
Исследование процессов выпаривания свободной влаги из сельскохозяйственного сырья выполнено на разработанной и описанной выше вакуумной сушилке. Блок схема модернизированной вакуумной сушилки, включающая многопроводный паропровод, горизонтальный конденсатор с камерами сбора пара и конденсата, вертикальный конденсатор, брызгоуловитель, дефлегматор, ловушку для защиты от капельной фракции конденсата и аварийного выброса рабочей жидкости насоса, приведена на рисунке 18.
Данная сушилка предназначена для удаления влаги из жидкого сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов. Установка использовалась в качестве основного технологического оборудования.
Технологический процесс выпаривания влаги из жидкого сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов в вакууме включает три этапа: прогрев, удаление свободной влаги и удаление связанной влаги.
Прогрев продукта сопровождается пенообразованием, существенно пролонгирующем время выхода в режим выпаривания вплоть до его полной остановки. Успешный прогрев возможен при непрерывном контроле и регулировании уровня пены.
Выпаривание свободной влаги происходит с высокой скоростью и поэтому кратковременно. Производительность процесса выпаривания ограничена допустимой температурой нагрева продукта. Контроль процесса следует вести по температуре в камере испарителя. При заданной мощности нагрева процесс можно контролировать и по его продолжительности.
На этапе удаления связанной влаги, когда начинается сушка продукта, скорость выпаривания падает, и процесс сушки следует осуществлять при непрерывном контроле и поддержании температуры продукта на уровне, не превышающем предельно допустимую величину. После перехода от стадии равномерно падающей скорости сушки к стадии, неравномерно падающей скорости необходимо осуществлять перемешивание продукта.
Полученные выше результаты по дистилированию водопроводной воды: температурные режимы, производительность и существование оптимального режима удаления влаги, обеспечивающего наибольшую удельную производительность, использовались при оптимизации режимов удаления свободной влаги из жидкого сельскохозяйственного сырья.
В качестве сельскохозяйственного сырья использовались фруктовр-ягодные и овощные соки прямого отжима. Приведем некоторые основные понятия из проекта федерального закона №284073-4 «О специальном техническом регламенте, о соках и соковой продукции» [133].
Сок — жидкий продукт, несброженный, но способный к брожению, полученный путем физического воздействия из съедобной части доброкачественных спелых, свежих или сохраненных свежими фруктов или овощей, в котором в соответствии с особенностями физического способа получения сохранены пищевая ценность, физико-химические .и органолептические свойства, характерные для одноименных фруктов или овощей, консервированный физическими способами, кроме обработки ионизирующим излучением, предназначенный для непосредственного употребления в пищу, а таюке для применения в качестве составной части пищевых продуктов. Фруктовый сок — сок, полученный из фруктов. Овощной сок — сок, полученный из овощей. Сок прямого отжима — сок, полученный из фруктов или овощей отжимом, центрифугированием или протиранием. Сухой сок — сок, изготовленный удалением путем физического воздействия из сока прямого отжима содержащейся в нем воды до воздушно-сухого порошкообразного состояния, и способный к брожению после восстановления питьевой водой [133].
Переработка сельскохозяйственного сырья в условиях предприятий малых форм традиционно связана с использованием термической обработки. Современные методы, основанные на применении пониженных температур при удалении влаги из растительного и животного сырья в вакууме, позволяющие максимально сохранять биологическую активность получаемых из него сухих продуктов в виде порошков и паст, не доступны малым предприятиям и индивидуальным производителям сельскохозяйственной продукции из-за отсутствия необходимого оборудования. Для отработки технологических режимов выполнены исследования по удалению влаги из растительного сырья, в качестве которого был использован черносмородиновый сок прямого отжима.
Одной из растительных культур, наиболее распространенной на Европейской части России, а таюке в Западной и Восточной Сибири, является черная смородина, богатая витаминами, органическими кислотами, пектинами, эфирными маслами и широко применяемая при производстве витаминизированной продукции [134]. Высокое содержание влаги 83,3% ограничивает возможные методы переработки и хранения ягоды. Применение низкотемпературного выпаривания в вакууме дает основания для получения сухого продукта с максимальным содержанием биологически активных веществ.
С целью получения биологически активного сухого сока выполнены исследования по удалению влаги из натурального сока черной смородины прямого отжима с помощью разработанной установки.
В эксперименте использовано 40 кг черной смородины. После предварительной обработки, включавшей сортировку, промывку и сушку, из ягоды методом центрифугирования получено G0=13KT натурального сока.
Сок вместе с рабочими телами загружен в камеру испарителя. Разрежение Р = ЮПа в системе обеспечивалось непрерывной работой форвакуумного насоса. Для ускорения процесса сушки нагрев осуществлялся подведением полной мощности 13,2 кВт к электронагревателям затем, по мере прогрева мощность уменьшалась. Нагрев продукта сопровождался пенообразованием, угрожавшим попаданием пены, а вместе с ней и самого продукта, в сборник конденсата.
Удаление влаги из сырья включает испарение свободной и связанной влаги. На этапе испарения свободной влаги температура кипения продукта, определяемая остаточным давлением в камере испарителя, оставалась неизменной величиной, и составляла 32 С. В установившемся режиме выпаривание характеризовалось не только постоянной температурой кипения, но и постоянной скоростью поступления конденсата в сборник. При испарении связанной влаги, характеризующейся падающей скоростью поступления конденсата, температуру рабочей жидкости в рубашке камеры испарителя поддерживали на уровне 50 С путем регулирования подведенной мощности.
Методы исследования показателей качества сырья и концентрированных соков
В работе использовали современные стандартные, химические, физико-химические, биохимические, микробиологические и органолептические методы исследования свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Отбор и подготовка проб - по ГОСТ 15113.0. Определение органолептических показателей по ГОСТ 15113.3. Определение массовой доли минеральной примеси по ГОСТ 25555.3. Определение массовой доли влаги по ГОСТ 15113.4, ГОСТ 28561. Определение массовой доли металломагнитных примесей по ГОСТ 15113.2. Определение массовой доли титруемых кислот по ГОСТ 15113.5, ГОСТ25555.0, ГОСТ Р 51434. Определение массовой доли растворимых сухих веществ по ГОСТ Р 51433. Определение массовой доли посторонних примесей, зараженности вредителями по ГОСТ 15113.2. Определение массовой концентрации оксиметилфурфурола по ГОСТ 29032. Подготовка проб для определения содержания токсичных элементов по ГОСТ26929. Определение содержания токсичных элементов по ГОСТ 26927, ГОСТ 26930, ГОСТ26932, ГОСТ 26933. Отбор и подготовка проб для микробиологических анализов по ГОСТ 26668, ГОСТ 26669, ГОСТ 26670. Содержание водорастворимых витаминов С, Bi, В2, В6, РР спектрофотометрическим методом с образованием предварительно цветных комплексных соединений. Определение каротина (провитамин А) по ГОСТ 8756.22. Содержание белков определяли методом Къельдаля. . Содержание жиров определяли в аппарате Сокслета. Определение общей золы осуществляли по ГОСТ 15113.8. Определение содержания хлоридов осуществляли аргентометрическим методом по МОРу ГОСТ 26186. Определение содержания железа по ГОСТ 26928. Калий методом пламенной фотометрии. Кальций комплексонометрическим методом. Минеральные вещества определяли спектрофотометрическим методом в растворе золы. Выявление и определение количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий) по ГОСТ 30518. Определение плесневых грибов и дрожжей по ГОСТ 10444.12. Определение количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов по ГОСТ 10444.15. Определение количества патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонеллы по ГОСТ 30519. Определение остаточного количества хлорорганических пестицидов по ГОСТ 30349. Определение допустимого уровня стронция-90 и цезия-137 по МУК 2.6.1.1194.
В ходе проведенных исследований была получена продукция. Это -концентрированные соки. Концентрированные соки получены в виде порошков, гранул и паст. Выполнены лабораторные исследования; сухого сока черной смородины. С помощью стандартных методик исследованы физико-химические показатели и показатели безопасности концентрированного сока черной смородины. В таблице 3 приведена пищевая и энергетическая ценность концентрированного сока и ягоды [134, 135] черной смородины.
Из таблицы 3 следует, что концентрированный сок черной смородины обладает высокой пищевой и энергетической ценностью. По содержанию белков сок соответствует орехам и семенам (сладкий миндаль - 18,6 %; семена кунжута - 19,4 %) и в 19 раз превосходит использованную для его получения ягоду. По содержанию углеводов сок соответствует сухофруктам (курага абрикосовая - 51 %; цукаты - 54,5 %), близок гороху (53,5 %), грецкому ореху (58,5 %) и в 7 раз превосходит исходную ягоду. Энергетическая ценность сока соответствует зерновым (овес — 299,5 ккал; ячмень - 310,8 ккал) и зернобобовым (горох - 302,7 ккал; фасоль - 308,9 ккал) [135].
Содержание растворимых сухих веществ в соке черной смородины составило 77,6 %, превысив содержание в ягоде в 7,8 раза. В таблице 4 приведено содержание витаминов в концентрированном соке и ягоде черной смородины. Из таблицы 4, следует, что сок является источником витаминов А, С и группы В. Содержание ретинола 4,2 мг/ЮОг пересчитано по экспериментально определенному значению 24,8 мг/ЮОг Р-каротина в соотношении 1/6. При общем превышении содержания витаминов в концентрированном соке по отношению к исходной ягоде на 90 % кратность превышения по витамину А составляет пол порядка величины, а по витаминам группы В - два порядка величины. Высокая концентрация витаминов превращает черносмородиновый сок в биологически активный продукт.
По ретинолу, тиамину, рибофлавину и аскорбиновой кислоте сок соответствует ягодам с максимальной концентрацией этих веществ: по витамину А - превосходит шиповник (2,6 мг/ЮОг) и уступает морошке (7,9 мг/ЮОг); по витамину Bi - на 25 % превышает жимолость (3 мг/ЮОг); по витамину Вг - превосходит жимолость (3 мг/ЮОг), но уступает ирге (12 мг/ЮОг); по витамину С - превосходит на 60 % ягоду черной смородины, но в 2 раза уступает шиповнику (650 мг/ЮОг). По содержанию пиридоксина и ниацина сок существенно превышает ягоду черной смородины. По витамину Вб сок многократно превосходит известные продукты, в том числе, 8-кратно сою, фасоль, куриную печень (0,9 мг/ЮОг); по витамину РР соответствует сушенным белым грибам (40,4 мг/ЮОг).
Для удовлетворения суточной потребности в витаминах достаточны следующие количества сока черной смородины: 15 г - для Вб; 20 г - для В2; 25 г - для С; 30 г - для РР; 35 г - для А; 50 г — для Вь Общее содержание витаминов 379 мг/ЮОг определяет высокую биологическую активность сока, при этом массовая доля ретинола 4,2 мг/ЮОг указывает на его антиоксидантные свойства, ниацина 41 мг/ЮОг и аскорбиновой кислоты 317 мг/ЮОг - на антиокислительные, рибофлавина 5,4 мг/ЮОг - на возможность использования в качестве пищевого красителя.
