Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор существующих способов перера ботки плодов бахчевых культур 8
1.1. Влияние клеточной структуры сырья на извлечение ценных компонентов 8
1.2. Существующие способы и оборудование для переработки бахчевых культур 13
1.3. Почвенно-климатические условия для выращивания бахчевых и некоторых лекарственных растений 24
1.4. Особенности хранения плодов бахчевых 26
1.5. Задачи исследования 28
Глава 2. Схема и объекты исследования, методы анализа 29
2.1. Арбузы 31
2.2. Дыни 37
2.3. Тыква... 40
2.4. Боярышник 44
2.5. Облепиха и шефердия 45
2.6. Методы анализа 46
Глава 3. Разработка технологических основ переработки плодов бахчевых культур 50
3.1. Теоретические аспекты обезвоживания растительного сырья 50
3.2. Разработка технологических аспектов щадящей сушки паст и пюре 69
3.3. Конструирование технологических моделей переработки бахчевых культур з
Глава 4. Апробация новых технологий переработки бахчевых культур в производственных условиях 79
4.1. Опытно-промышленная технология переработки арбузов 79
4.2. Опытно-промышленная технология переработки дынь 97
4.3. Опытно-промышленная технология переработки тыквы 101
4.4. Производственная технология переработки пряно - ароматического и лекарственного растительного сырья 121
Выводы 126
Литература
- Существующие способы и оборудование для переработки бахчевых культур
- Особенности хранения плодов бахчевых
- Облепиха и шефердия
- Конструирование технологических моделей переработки бахчевых культур
Существующие способы и оборудование для переработки бахчевых культур
Толщина клеточной стенки достигает 400 нм. В ее состав входят белково-полисахаридные комплексы и липиды /19/. Примерно 70% сухой массы стенки составляют полисахариды маннан и глюкан, которые определяют ее механическую прочность.
Ядро и его аналоги в клетке отвечают за хранение генетической информации, репликацию ДНК, образование информационных РНК.
Митохондрии и их аналоги являются энергетическим центром клетки. Отвечают за образование АТФ, дыхание, окисление питательных веществ.
Рибосомы осуществляют синтез белка, лизосомы - разрушение биополимеров. Комплекс Гольджи способствует распределению белков по клетке и образованию мембран. В вакуолях идет накопление резервных и балластных веществ. Эндоплазматическая сеть отвечает за синтез липидов, белков, углеводов, гликозилирование белков /11/.
С помощью цитоплазматических мембран (плазмалемм) осуществляется транспорт веществ, в них находятся рецепторы для передачи сигналов.
В настоящее время изучены не все механизмы, обеспечивающие транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану.
Клеточная стенка состоит из полисахаридов, белков, липидов. Она отвечает за транспортирование веществ и, в то же время, является механическим барьером. Сравнительно хорошо изучена диффузия веществ по градиенту концентрации /19/.
Через клеточные поры осуществляется массообмен с другими клетками и внешней средой. Растительная ткань состоит из множества клеток. Покровные клетки образуют эпидермис и перидерму. Наземные овощи и фрукты покрыты эпидермисом, а выращенные в земле - перидермой /8/. В клеточной воде растворены все основные гидрофильные вещества, а гидрофобные вещества находятся в виде эмульсий и коллоидных растворов.
При изготовлении разнообразных продуктов из плодов бахчевых культур их мякоть превращают в пюреобразную массу с помощью измельчителей или протирочных машин /82/. При механическом воздействии ткани арбузов, дынь или тыквы распадаются на отдельные клетки или конгломераты клеток. Клеточные стенки при этом могут разрушаться, а содержимое клеток выходит наружу.
На рисунке 2 показано строение клеток арбуза, дыни и тыквы. Наибольшее количество воды находится в паренхимных тканях, меньше ее в покровных тканях, а в семенах всего 50-60%.
Содержание влаги и строение тканей различного сырья определяет режимы и продолжительность технологической обработки. Например, сушка плодов и ягод длится дольше овощей, т.к. обычно плоды имеют прочную кожицу, оказывающие значительное сопротивлениє массопереносу при испарении. Более жесткие режимы сушки нельзя применять из-за возможности нежелательных сахароаминных реакций и карамелизации Сахаров /117/.
Значительные ограничения на режимы термовлажностной обработки растительного сырья накладывают содержащиеся в нем термолабильные вещества - полифенолы, водорастворимые витамины С; Р, РР, группы В и жирорастворимые - каротины (витамин А), витамины Д, Е,К. При тепловой обработке жирорастворимые витамины менее подвержены деструкции (потери 12-25%), а водорастворимые витамины разрушаются в значительно большей степени (25-75%) /6/.
Полифенольные вещества (дубильные, красящие, катехины, хлорогеновые кислоты, антоцианы) при технологической обработке часто являются причиной ферментативного потемнения /123/.
При мойке очищенного от кожицы и нарезанного на дольки или кубики плодовоовощного сырья возможны большие потери водорастворимых и минеральных веществ.
Широко распространенный в технологии консервирования процесс бланширования применяется как предварительная обработка растительного сырья с целью разрушения окислительных ферментов, предотвращения гидролиза или окисления липидов, фиксации цвета, вкуса, запаха исходного продукта, снижению микробной обсеменно-сти. Однако при этом происходит частичное выщелачивание из сырья Сахаров, кислот, водорастворимых веществ, а также потери водорастворимых витаминов.
Особенности хранения плодов бахчевых
Арбузы являются ценными продуктами для диетического питания. Они способствуют нормализации деятельности центральной нервной системы, обмену веществ, расширяют сосуды, являются хорошим мочегонным средством при отеках, вызванных заболеваниями сердечно-сосудистой системы почек. Это свойство обусловлено, в первую очередь, наличием в арбузах калия, который способствует нормализации водного обмена и улучшает работу сердечной мышцы /77/.
Кроме того, в арбузном соке и мякоти содержатся легко усвояемые углеводы: моносахариды - глюкоза 2,4 г/100 г продукта/ фруктоза - 4,3 г; дисахариды (сахароза) - 2,0 г; полисахариды - гемицеллю-лозы 0,1 г; клетчатка 0,5 г; крахмал 0,1 г; пектин 0,5г.
Органические кислоты; лимонная 0,02г, яблочная 0,1 г;
Витамины: р-каротин - 0,1 мг/100г продукта; витамин С - 7 мг; В6-0,09 мг; ниацин - 0,24 мг; рибофлавин - 0,03 мг; тиамин - 0,04 мг; фо-лацин -8 мкг /142/.
Арбузы употребляют и при малокровии, при появлении камней в желчном пузыре и мочеточниках.
Арбуз не вызывает раздражения почек и мочевыводящих путей. Щелочные соединения, содержащиеся в нем, позволяют нормализовать кислотно-щелочное равновесие при сдвигах его в кислую сторону. Он оказывает хороший лечебный эффект при наличии уратных и кальциевооксалатных камнях в почках /112/.
Содержание в арбузах большого количества нежной клетчатки благоприятно сказывается на пищеварении, способствует усилению перистальтики кишечника, не вызывая метеоризма, ускоряют выведениє из организма избытка холестерина и токсичных веществ. Благодаря лечебным свойствам арбуз рекомендуется включать в диету при заболеваниях почек и мочевыводящих путей, печени, желчного пузыря, при подагре, артритах, атеросклерозе, гипертонии, анемии, сахарном диабете, запорах, а также в тех случаях, когда человек подвергается производственным и другим интоксикациям.
Весьма полезен он в диете больных ожирением, ведь мякоть арбузов малокалорийна (в 100 г - около 38 ккал) и ее можно употреблять в больших количествах, чтобы имитировать насыщение, а пектиновые вещества, способствуют улучшению жизнедеятельности полезной кишечной микрофлоры.
Арбуз является и ценным продуктом питания для человека. Пищевая ценность арбузов обусловлена содержанием большого количества углеводов, витамина С, а также минеральных веществ. Однако, в зависимости от биологических особенностей сорта, географической зоны, технологии и даже года выращивания питательная ценность плодов резко колеблется в пределах: по объёму содержания Сахаров -3,75-11,84%, сухим веществам 5,04-12,52%, витамину С и пектиновым веществам соответственно 2,73-7,46 мг % и 1,21-2,12%. Плоды содержат воду в количестве 88,90-94,92%. Мякоть арбузов также содержит в среднем 0,76 % азотистых веществ, 0,6% жира, 0,4% клетчатки, 0,36% золы. Состав золы: 61 % К20, 4,3% Na20, 5,5% СаО, 6,8% МпО, 10,3% Fe203, 4,4% 03, 2,0% 02, 5,0% С /141/.
Исследования по количественному и качественному составу мякоти показали, что в молодых незрелых плодах содержится моносахар, с преобладанием глюкозы. По мере роста и созревания арбуза происходит накопление сахара с преобладанием фруктозы, а к концу созревания в плодах появляется сахароза.
Наиболее сахаристая - центральная часть плода, затем его вершина. Менее всего сахара в зоне основания.
Обнаружен в арбузах и крахмал, но только в зеленых плодах (до 3%). Количество пектиновых веществ в мякоти незначительно - в центральной части плода - 0,48%, у основания - 0,10% и снижается по мере созревания арбуза. Сорта кормового арбуза содержат до 1,5% пектиновых веществ /31/.
Благодаря большой сахароемкости арбузный сок представляет исключительную ценность для использования в пищевой промышленности, в частности, как заменитель сахара в диетическом питании.
Анализ сортовых особенностей и технологических свойств плодов арбузов, выращиваемых в хозяйствах Краснодарского края и Республики Адыгея показывает реальную возможность использовать некоторые сорта арбузов для промышленной переработки /17/.
По сформулированным выше критериям для дальнейших исследований были отобраны следующие сорта арбузов: Астраханский, Дессертный и Мраморный, отвечающие строгим требованиям по технологическим свойствам, урожайности и обеспеченности семенами в нашем регионе.
Облепиха и шефердия
Изучение кинетики экстракции растворимых веществ во многих случаях проводится путем сравнительного визуального анализа кривых изменения концентраций извлекаемых веществ в экстрагенте. Такие кривые несомненно позволяют судить в каком из вариантов процесса и в какой момент времени скорость переноса вещества в твердой фазе больше. Однако наличие данных об изменении концентрации вещества лишь в одной из фаз не позволяет судить достаточно точно и полно о диффузионных свойствах материала, так как скорость процесса зависит не только от свойств самого материала, но и от движущей силы процесса (разности концентраций), а также от размеров и формы частиц.
Для определения движущей силы процесса, которая, кстати, изменяется по мере протекания экстракции, необходимо узнать как изменяется концентрация в обеих взаимодействующих фазах. Достаточно строгой и полной характеристикой материала в диффузионном отношении является коэффициент диффузии. Для того, чтобы можно было рассчитать и анализировать процесс экстракции, необходимо знать как изменяются диффузионные свойства (коэффициент диффузии) материала в процессе экстрагирования.
Плоды боярышника, как и другие виды растительного сырья, используемые для обогащения тыквенных, арбузных и дынных напитков, предварительно высушивают, поэтому на экстракцию они поступают в значительно обезвоженном состоянии. Вследствие этого процесс экстракции сопровождается набуханием частиц и соответствующим изменением их линейных размеров. Кроме того, что не менее важно, в результате набухания частиц изменяется соотношение между количеством жидкости вне сырья (экстрагента) и непосредственно в сырье.
Таким образом, при определении диффузионных свойств сырья, необходимо учитывать изменение размеров и соотношение расходов масс жидкости вне и внутри сырья. Достаточно строго учитывать количественно такие изменения позволяет интервальный метод /69/, дающий возможность определить локальные (мгновенные) значения коэффициента диффузии.
Опыты по измерению коэффициента диффузии обычно осуществляют в периодически замкнутом процессе экстракции, который наиболее легко организовать в лабораторных условиях.
Для того, чтобы при этом свести к минимуму внешнее диффузионное сопротивление выбирают достаточно высокие соотношения расхода масс (q = 1020) и осуществляют энергичное перемешивание (встряхивание, кипение и т.д.). Нами использована лабораторная установка экспериментального завода КНИИХП /96/. Диффузионная камера, в виде круглодонной колбы емкостью 1-2 литра, помещается в нагреватель, где поддерживается заданная температура греющего агента при помощи термостата. Камера снабжена обратным холодильником для поддержания постоянного соотношения жидкой и твердой фаз. Нагреватель с камерой установлен на встряхивающий аппарат для интенсивного перемешивания содержимого колбы, при этом условии внешним диффузионным сопротивлением можно пренебречь.
Опыты проводили по следующей методике. Навеску заранее подготовленных ягод боярышника массой 100 г. помещали в диффузионную камеру и заливали заданным количеством экстрагента - 1400 мл. дистиллированной воды, предварительно подогретой до температуры опыта. Экстракцию вели заданное время - 5, 10, 20, 40, 60, 90, 120, 150, 240 минут, периодически встряхивая колбу. Через указанное время отбирали пробы твердой и жидкой фаз. После отбора проб в систему вводилось такое же количество экстрагента.
В отобранной пробе твердую фазу отделяли от экстрагента, осушали ее и определяли содержание экстрактивных веществ в твердой фазе и в жидкости.
Одновременно исследовали процесс набухания ягод боярышника при различных температурах, что позволяло уточнить изменение размеров частиц в процессе экстракции.
Конструирование технологических моделей переработки бахчевых культур
В производственных условиях Хатукайского консервного завода внедрена разработанная нами технология продуктов из дыни - пасты, сока дынного концентрированного и порошка из дыни.
В отличие от известных и описанных в технической литературе схем и оборудования в данной работе использованы оригинальные технические решения - обработка термолабильного дынного сырья в среде инертного газа и "холодное" концентрирование дынного сока с помощью твердого гранулированного диоксида углерода. Получение быстровосстанавливаемого дынного порошка также является оригинальной авторской разработкой.
На рисунке 18 показана разработанная автором аппаратурно-технологическая схема комплексной переработки дынного сырья.
Приведенная на рис.18 схема переработки дынь является практическим воплощением гибкой технологической линии (ГТЛ), представленной в разделе 3.3 и рис. 11.
Реализация такой схемы в условиях конкретного предприятия позволила подтвердить наши теоретические представления о существенном продлении сроков использования дынного сырья.
На наш взгляд, наиболее обоснованной и технологически осуществимой является сушка мякоти дыни, при которой концентрация субстрата значительно повышается и продукт консервируется на длительное время.
В процессе высушивания в условиях вакуума массовая доля влаги в дынном порошке снижается до 9% и объем продукта снижается в 7,8 раза и во столько же раз повышается его транспортабельность. ЭЛЕВАТОР
Установлено, что на интенсивность процесса сушки мякоти дынь различных сортов влияет не только химический состав, но и распределение этих веществ и структура тканей. Так, например, у дыни сорта «Десертная» пористость больше в наружных слоях (флоэме) по сравнению с ксилемой.
Пористость разных сортов дынь колеблется в пределах 0,5-3,1%.
Наличие в клеточном соке дыни большого количества растворимых веществ, обладающих осмотической активностью (сахара) и гидрофильных коллоидов приводит к затруднению испарения и увеличению продолжительности сушки.
В связи с этими особенностями сырья мы применили способ получения дынного порошка методом сублимационной сушки. При этом основное количество влаги (до 85%) удаляется при сублимации льда, а остаточная влага - при нагреве продукта до 40-60С.
После выполнения обычных технологических приемов подготовки сырья к сушке (мойки, очистки, отделения семян, измельчения), проводили СВЧ-бланшировку сырья в течение 5 секунд для большей стойкости продукта в процессе хранения.
Полностью подготовленное сырье в виде пюре подвергали замораживанию в аппарате «Фригоскандия» на противнях в тонком слое до конечной температуры минус 30С. Замороженное сырье отделяют от противней в виде пластин-чешуек и загружают в сушилку, где проводят процесс досушки при 40-55С. После доизмельчения дынный порошок расфасовывают в бактерицидную пленочную упаковку, изготовленную по запатентованному нами способу/102/.
В таблице 15 приведены органолептические показатели продуктов из дыни, а в таблице 16 - физико-химические показатели этих продуктов. Дынные пасты и концентрированные соки могут реализо-вываться как готовые продукты или использоваться в виде полуфабрикатов.
Наименование показателя Характеристика паст сока дынного концентрированного Внешний вид и консистенция Однородная протертая мажущаяся масса без семян и остатков семенных гнезд Густая, вязкая непро-. зрачная масса
Вкус и запах Приятные, свойственные плодам дыни. При добавлении ароматизирующих веществ - свойственные аромату добавляемых веществ. Вкус сладкий или кисло-сладкий. Не допускаются посторонний вкус и запах
Цвет Одинаковый по всей массе от оранжевого до светло-коричневого Растворимость в воде - Полная, после размешивания в течение 5-10 мин.
Наименование показателя Норма для Метод испытания паст сока дынного концентрированного Массовая доля растворимых сухих веществ, %, не менее 32 72 По ГОСТ 8756.2-82 Массовая доля сорбиновой кислоты, %, не более 0,02 - По ГОСТ 26181-84 Массовая доля минеральных примесей, %, не более 0,02 0,05 По ГОСТ 25555.3-82 рН, не более 4,4 - По ГОСТ 26188-84 Массовая доля микотоксина патулина, %, не более 5-Ю"6 5-Ю"6 По ГОСТ 28038-89 Примеси растительного происхождения Не допускаются По ГОСТ 26323-84 Посторонние примеси Не допускаются 101 4.3. Опытно-промышленная технология переработки тыквы
Тыквенное пюре выпускают как готовый продукт и как полуфабрикат, предназначенный для дальнейшей переработки. На основе стерилизованных пюре готовят разнообразные продукты для общего и детского питания, фруктовые соусы и пасты.
Пюре представляет собой протертую массу тыквы или кабачков, освобожденную от несъедобной части плодов. Пюре получают из разного сырья одного вида и используют для производства разнообразных продуктов, имеющих густую или желеобразную консистенцию.
Сырье для производства пюре должно быть свежим, здоровым желательно светло-желтой окраски, с высоким содержанием пектина, органических кислот и сухих растворимых веществ. Зрелость плодов должна быть технической или близкой к потребительской, так как недозрелые и перезревшие плоды дают пюре с пониженным вкусом и ароматом.
На Хатукайском консервном заводе (Республика Адыгея) была апробирована следующая схема переработки тыквы: доставка = приемка = хранение = замачивание = инспекция = мойка = удаление плодоножки = резка пополам = удаление семян = резка тыквы на кусочки = бланширование = протирка мякоти от кожицы = гомогенизация = фасовка = укупорка = стерилизация = охлаждение = хранение.
