автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Подбор сырья и разработка технологии овощных криопорошков с использованием электромагнитной и солнечной энергии в условиях Дагестана

На правах рукописи

Г

Рамазанов Абдулгамид Магомедович

ПОДБОР СЫРЬЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОВОЩНЫХ КРИОПОРОШКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ДАГЕСТАНА

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

18 ПАР 2015

005560583

Махачкала-2015

005560583

Работа выполнена на кафедре технологии хранения, переработки и стандартизации сельскохозяйственных продуктов ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный аграрный университет имени М.М. Джамбулатова»

Научный руководитель: Ахмедов Магомед Эминович,

доктор технических наук, заведующий кафедрой товароведения и экспертизы ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», доцент.

Официальные оппоненты: Шаззо Рамазан Измайлович,

доктор технических наук, профессор, МНПЦ «Экстракт-продукт», президент Гусейнова Батуч Мухтаровна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры естественнонаучных дисциплин ГАОУ ВПО «Дагестанский государственный институт народного хозяйства»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар

Защита диссертации состоится «22» апреля 2015 г. на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.026.01 при ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный аграрный университет имени М.М. Джамбулатова» (ФГБОУ ВПО «ДагГАУ») по адресу: 367032, РД, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 180, зал заседаний ученого совета, тел./факс: (88722) 69-61-03.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте даггау.рф ФГБОУ ВПО «ДагГАУ имени М.М. Джамбулатова»

Автореферат размещен на сайтах Министерства образования и науки РФ htt://vak2.ed.gov.ru и ДагГАУ http://dissovetcx.blogspot.ru «19» февраля 2015 г.

Автореферат разослан почтой «9» марта 2015 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 367032, Республика Дагестан, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 180, ФГБОУ ВПО «ДагГАУ имени М.М. Джамбулатова», ученому секретарю диссертационного совета Д 220.026.01 (isrigova@mail.ru)

В отзыве необходимо указать ФИО автора, почтовый адрес (можно организации), телефон, адрес электронной почты, наименование организации, должность. Отзывы должны прийти в совет за 15 дней до защиты.

Ученый секретарь, -

доктор сельскохозяйственных наук, профессор [/С, ' - Т.А. Исригова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Основным фактором внешней среды, определяющим здоровье человека, его работоспособность и продолжительность жизни является питание, проблемой которого в настоящее время является дефицит биологически активных веществ, которые защищают организм от воздействия негативных внешних факторов.

В связи с этим разработка технологии овощных криопорошков, предусматривающая обработку электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), солнечную сушку при щадящих режимах, криогенное измельчение сушёных продуктов в среде жидкого азота с целью максимального сохранения ценных компонентов исходного сырья, является чрезвычайно актуальной задачей.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка технологии производства тонкодисперсных быстровосстанавливаемых овощных криопорошков с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии, а также криогенного измельчения сухих овощей.

Для реализации поставленных целей были решены следующие задачи:

- дать анализ состоянию производства и переработки овощей в Республике Дагестан;

- провести анализ агроклиматических условий места выращивания овощного сырья, используемого в экспериментах;

- подобрать овощное сырье для производства криопорошков;

- провести анализ химического состава овощного сырья, выбранного для производства криопорошков;

- оценить воздействие сверхвысокочастотной (СВЧ) обработки на активность ферментов овощного сырья;

- установить параметры солнечной сушки овощного сырья обработанного в СВЧ-поле и их воздействие на качество готовой продукции;

- разработать технологию криогенного измельчения сухих овощей в среде жидкого азота;

- разработать технологию получения конкурентоспособных быстровосстанавливаемых криопорошков высокого качества из овощной продукции;

- осуществить опытную и промышленную апробацию целостной технологии производства овощных криопорошков для получения быстровосстанавливаемых напитков;

- разработать рекомендации для использования криопорошков в пищевой промышленности для производства напитков.

Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и практическом решении задач производства овощных криопорошков высокого качества, предназначенных для получения быст-ровосстанавливаемых напитков и соков с использованием электромагнитного иоля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) и солнечной сушки овощного сырья. Научная новизна предлагаемых технических и технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение №2494641 (Способ производства криопорошка из тыквы с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии).

Разработана технология получения криопорошков из овощного сырья с использованием ЭМП СВЧ, солнечной сушки и криогенного помола с сохранением биологической и пищевой ценности исходного сырья.

Практическая значимость работы. Разработана интенсивная технология получения конкурентоспособных и высококачественных быстровосстанав-ливаемых овощных криопорошков для пищевой промышленности; сокращена продолжительность производственного цикла и потери биологически активных компонентов.

На основе выполненных, исследований автором были разработаны технические условия ТУ 9223-011-00493600-14 «Сухие молочные напитки, обогащенные экстрактами овощей».

Материалы диссертационного исследования используются в образовательном процессе для студентов, обучающихся по направлению 35.03.07 «Технология производства и переработки сельхозпродуктов», 19.03.02 «Продукты питания из растительного сырья» и 19.03.04 «Технология продукции и организация общественного питания».

Положения, выносимые на защиту: - научно обоснованное технологическое решение по созданию инновационной технологии овощных криопорошков с использованием электромагнитной и солнечной энергии; - результаты анализа химического состава овощного сырья, отобранного для производства криопорошков; - оценка влияния СВЧ-обработки овощного сырья на активность ферментов и содержание витамина С; - результаты экспериментальных исследований параметров солнечной сушки и их влияние на качество овощного сырья; - технология измельчения сухих овощей в среде жидкого азота; рекомендации по применению овощных порошков в отраслях пищевой промышленности.

Достоверность, проведенных научных результатов, доказывается с помощью экспериментальных исследований, которые выполнены с использованием подтвердивших положительный эффект современных методик, апробированных производственной проверкой на технологических линиях. Кон-

кретность полученных данных обусловлена корректным применением математического аппарата.

Апробация работы. Результаты работы были апробированы, обсуждены и одобрены: на научных конференциях и семинарах, проведенных в Дагестанском государственном техническом университете и Дагестанском государственном аграрном университете имени М.М.Джамбулатова в период 20102014гг.; в Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2013»; на Международной научно-технической интернет-конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г. Краснодар, 2014); на международной научно-технической интернет-конференции «Современные научные исследования и инновации в области применения суб- и сверхкритических технологий» (г. Краснодар, 2011); на международной научно-технической интернет-конференции «Современные проблемы качества и безопасности продуктов питания в свете требований технического регламента Таможенного союза» (г. Краснодар, 2014); на всероссийской научно-практической конференции «Качество и безопасность пищевых продуктов» (г. Махачкала, 2014).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе монография, 13 статей, из которых 3 - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентно-информационной литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 169 страницах компьютерного текста, содержит 49 таблиц и 40 рисунков. Библиографический список включает 156 источников, в том числе 28 - иностранных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования и положения, выносимые на защиту. Исходной теоретической базой выполненных исследований явились труды известных ученых Б.Л. Флауменбаума, Г.И. Касьянова, В.И. Рогачева, И.А. Рогова, Э.С. Горенькова, А.Н. Самсоновой, Ю.Г. Скориковой, М.С. Аминова, Э.Ш. Исмаилова, Р.И. Шаззо и других.

В первой главе приведены современные представления о способах переработки овощного сырья. Дан анализ известных способов обработки овощей перед сушкой по традиционным технологиям.

Известно, что содержание влаги в овощах составляет 80-90% в зависимости от их вида и сорта. Влага в овощах находится в клеточных вакуолях, про-

топлазме, отчасти в межклеточных пространствах и довольно прочно удерживается в клетках. Чтобы извлечь влагу, необходимо нарушить целостность ткани, разрушить клеточную оболочку для ускорения последующего процесса сушки.

Наличие в овощной ткани электрически заряженных частиц и ионов делает растительную клетку чувствительной к действию электрического тока. На этом свойстве основан способ электроплазмолиза, позволяющий увеличить выход влаги на 5-6 %.

Наиболее эффективным способом повышения удаления влаги является применение электротехнологии, включающей использование ЭМП СВЧ, позволяющей осуществлять быстрый бесконтактный нагрев овощного сырья, вызывающей микровзрывы и плазмолиз клеток по всему объему, что увеличивает проницаемость клеток. Используя энергию ЭМП СВЧ, можно интенсифицировать многие технологические процессы переработки овощей, сократить потери сырья, увеличить выход влага, повысить его качество и получить значительный экономической эффект.

Во второй главе представлены места, условия и методы исследований,.а также результаты экспериментальных исследований по созданию интенсивных технологий переработки овощного сырья с использованием ЭМП СВЧ и солнечной сушки. Для исследования были отобраны сорта овощного сырья - капусты, моркови, свеклы, топинамбура и тыквы, выращиваемые в центральных районах Дагестана. В работе использованы современные методы исследования состава продуктов - содержание пектиновых веществ (ГОСТ 8756.11.70), Сахаров (ГОСТ 8756.13.87), сухих веществ (ГОСТ 28561-90), РЖ, УФ и атомно-абсорбционная спектроскопия, газожидкостная и высокоэффективная хроматография, оптическая плотность (фотоэлектроколориметр КР-77), электропроводность (кондуктометр ОК-102/1), стандартные методы определения активности фермента пероксидазы, содержания витаминов С, Р, Вь В2, РР, белки, жиры, углеводы, зола, калия, кальция и магния — по прописям Госфармакопеи 1998 года и другим источникам.

Изменение температуры продукта в процессе сушки определяли с помощью инфракрасного термометра, вязкость - вискозиметром Брукфельда, гранулометрический состав криопорошков - счётчиком «Культера ТА-11» и на установке для кивания «У1-ЕСЛ-К», снабженной набором сит с размером ячеек от 40 до 500 мкм. Активность ферментов определяли по методу КЛ. Пово-лоцкой и Д.М. Седенко и выражали в 0,01 М раствора йода, 1 см3 сока.

В третьей главе представлены результаты исследований, разработана аппаратурно-технологическая линия производства криопорошков из овощного сырья.

В четвертой главе приводятся данные опытно-промышленной реализации результатов исследований

На рисунке 1 приведена структурная схема исследований:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЭТАП ИССЛЕДОВАНИЙ

Обзор и классификация технологических процессов предварительной обработки овощей перед сушкой и др. Подбор овощного сырья, используемого в исследованиях Обзор и классификация способов предотвращения помутнения, окисления соков, пюре, порошков и др.продуктов Агроклиматические условия места проведения исследований Обзор и классификация процессов и оборудования с использование м СВЧ энергии в пищевой промышленности

Разработка технологических аспектов комплексной переработки овощей

т

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЭТАП ИССЛЕДОВАНИЙ

i

±

Изучение физических, химических свойств и строение овощей

Изучение и использование методов и техники определения качественных показателей получаемого продукта

I

Исследование влияния СВЧ-энергии на овощи, изменение температуры, электропроводности, плотности и др. факт

X

Изучение взаимодействия СВЧ-энергии с продуктами, техники СВЧ, изменения электрофизических свойств овощей от длительности воздействия СВЧ-энеогии

Разработка способа и устройства предварительной обработки овощей перед сушкой

X

т

Разработка способа и устройства СВЧ-обработки овощей

Х

РАЗРАБОТКА ИНТЕНСИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОВОЩЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ - 1

Разработка технологической схемы интенсивного производства овощных коиопооошков

X

Разработка технологической линии криопороппсов из овощей с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии

Разработка рецептур напитков из овощных крио-попошков

X

Анализ, обсуждение, выводы по результатам проведенных исследовании, особенностям обработки овощей СВЧ-и солнечной энергией, кинетика изменения

электропроводности в зависимости от длительности воздействия ЭМП СВЧ

*

Обобщение полученных результатов в виде рекомендаций, патентов

1

Практическое использование результатов исследования

Рисунок 1 — Структурная схема исследований

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Агроклиматические условия места проведения исследований Изучены агроклиматические условия и проведен сравнительный анализ условий места проведения исследований. Установлено, что наибольшая сумма активных температур 2630, среднее многолетнее количество осадков 443 мм, относительная влажность 58,7% являются наиболее благоприятными для выращивания, капусты, моркови, свеклы, топинамбура и тыквы. В связи с проведенными исследованиями наиболее: благоприятными условиями характеризуется Левашинский район.

2.2. Объекты исследований

Решена целесообразность применения перспективных сортов капусты, моркови, свеклы, тыквы и топинамбура для получения быстровосстанавлива-емых овощных криопорошков. В качестве объектов исследования отобраны следующие вида овощей, пригодных для изготовления порошков: капуста белокочанная - по ГОСТ Р 51809-2001 сорта Грибовский 147, морковь столовая свежая - по ГОСТ Р 51782-2001 сорта Нантская, свекла столовая свежая - по ГОСТ Р 51811-2001 сорта Бордо 237, тыква продовольственная свежая - по ГОСТ 7975-68 сорта Мозолеевская 49 и топинамбур свежий - по ГОСТ 32790 сорта Находка. Исследуемое сырье соответствовало критериям безопасности, установленные санитарными нормами и правилами.

В таблице I приведен химический состав овощного сырья, использованного для производства криопорошков.

Таблица 1 -Химический состав овощного сырья (среднее за2011-2013 гг.)

Наименование продукта Вода % Белки % Жир % Углеводы % Клетчатка л г и Са МГ% Мд мг% £ 2 О. и 2 я В2 мг% £ 2 О £ 2 & Инулин, МГ %

Капуста, сорт Грибовский 147 90,7 1,8 0,1 4,2 2,2 1,0 140 125 13 23 0,03 0,03 24 0,6 -

Морковь, сорт Нантская 4 88,3 1,3 0,1 6,9 2,4 1,0 200 27 38 55 0,06 0,07 5,0 1,0 -

Свекла, сорт Бордо 237 86,1 1,5 0,1 8,8 2,5 1,0 290 37 23 43 0,02 0,04 10,0 0,2 -

Топинамбур, сорт Находка 87,1 0,4 0,4 9,8 1,8 0,5 280 16 9 11 0,03 0,02 10,0 0,3 13,2

Тыква, сорт Мозолеевская 49 91,9 1,0 0,1 4,4 2,0 0,6 208 25 14 25 0,05 0,06 8,0 0,5 -

2.3. Состояние производства и переработки овощной продукции в

Дагестане

Перерабатывающая промышленность является одной из важных отраслей экономики республики. На сегодняшний день всего лишь 1% валового сбора овощей используется для промышленной переработки. На рисунке 2

отображена динамика использования посевных площадей и их структура в % ко всей посевной площади для выращивания овощей на территории Дагестана, из которого видно, что к 2013 году использование посевных площадей для выращивания овощей значительно выросло.

м Площадь, га —Я—Структура (в % ко всей посевной площади)

44000 43000 42000 41000 40000 39000 38000 37000

13,6 Ж—

14,5

13,7

14,5

а 40405

■ 40600

и 39779

в 39242

Я 37496

2008

■ 38579

2009

18 16 14 12 10 8 6 4 2

- О

2010

2011

2012

2013

Рисунок 2 - Динамика использования посевных площадей и их структура для выращивания овощей в Дагестане Нами изучена динамика среднегодового производства овощной продукции в хозяйствах всех категорий (тыс. тонн) за 1981-2013, результаты представлены на рис.3.

1000 800 600 400 200 0

1981-1985

186,9

1986-1990 гг.

232,7

1991-1995

181,9

1996-2000

283,3

2001-2005

632,4

2006-2010

877,4

2011-2013

925,8

Рисунок 3 - Среднегодовое производство овощной продукции за 1981-2013 гг.

Для большинства консервных заводов проблемой остается отсутствие сырья, поскольку практически весь объем овощей республики производится в частном секторе и их регулярные поставки сложно организовать из-за отсутствия налаженной системы снабжения.

В целях развития пищевой и перерабатывающей промышленности республики, постановлением правительства РД была утверждена целевая программа №376 «Развитие пищевой и перерабатывающей промышленности Республики Дагестан на 2011 -2020 годы» от 31 октября 2011 г, согласно которой к 2020 году производство плодоовощных консервов должно составить 30 муб.

2.4. Оценка вяияння СВЧ обработки овощного сырья на активность ферментов и содержание витамина С

Известно, что в процессе переработки овощей (очистка, резка, измельчение и т.д.) в них протекают окислительные процессы под действием перокси-дазы и полифенолоксидазы. Они окисляют различные полифенолы и некоторые амины, что вызывает потемнение овощей как в процессе подготовки их к переработке, так и при хранении готового продукта.

Нами исследовано влияние способа и режима ЭМП СВЧ на степень инактивации оксидаз, как наиболее стойких к тепловому воздействию, содержание витамина С, наиболее разрушаемого нагреванием, а также степень гидролиза протопектина в растворимый пектин.

С целью изучения данного фактора и получения статистических параметров были проведены эксперименты по инактивации полифенолоксидазы и пероксидазы капусты, моркови, свеклы, топинамбура и тыквы. Также было изучено воздействие кипящей воды и пара на активность ферментов.

Для анализа брали свежеотжатый сок, помещали его в стеклянные капилляры с внутренним диаметром 2 мм и толщиной стенок 0,3 мм.

Основной особенностью тепловой обработки овощного сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты является быстрый объёмный нагрев. При этом тепловая энергия генерируется в самом продукте вследствие его взаимодействия с СВЧ-полем. Теплота, генерируемая в продукте при взаимодействии её с электрическим полем, распространяется по продукту за счёт конвекции или теплопроводности.

В таблице 2 приведены значения глубины проникновения СВЧ-излучения в некоторые продукты, из данных которой видно, что они в значительной степени зависят от частоты микроволнового поля. Таблица 2 — Глубина проникновения (см) микроволнового поля в растительные

продукты

Продукт Частота излучения, МГц

2375 915 433

Капуста 1,2 2,5 4,6

Морковь 1,1 2,3 4,1

Свекла 1,2 2,4 4,3

Топинамбур 1,1 2,3 4,2

Тыква 1,1 2,2 4,1

Прогрев овощей происходит в Ю-20 раз быстрее при микроволновом нагреве, чем при применении пара и воды, при котором тепло передается именно через верхний слой сырья. В наших опытах СВЧ-нагрев производился при частоте 2375 МГц.

Как известно, при бланшировании овощного сырья происходит потеря витамина С, причем величина потери зависит от метода бланширования. В наших опытах, при бланшировании катеты в кипящей воде потери аскорбиновой кислоты составляет 54 % от первоначального содержания. В табл. 3 приведены результаты исследования, показывающие изменения содержания витамина С и активности ферментов в капусте при различных способах бланширования.

Таблица 3 - Содержание аскорбиновой кислоты (мг/100 г) и активность ферментов в свежей и бланшированной капусте (мл 0,01 М йода)

(среднее за 2011 -2013 гг.)

Свежая Бланшированная

в воде, 2,5 мин паром, 4 мин СВЧ, мин

1 2 3 4

Витамин С 317 146 200 214 204 195 190

АО 332 152 131 122 36 34 30

ПФО 263 30 36 34 - - -

ПРО 304 30 39 38 36 32 30

Потери витамина С, - 54% 37% 32,5 % 35,6 % 38,5 % 40.1 %

2.5. Кинетика процесса дегидратации овощного сырья при различных режимах бланширования

Влияние режимов бланширования на кинетику процесса сушки капусты приведены на рис. 5, анализ которых показал, что кривые сушки при бланшировании в СВЧ-поле и паром практически идентичны. Из этих соображений, выбрано бланширование СВЧ-полем, так как оно менее затратно.

^ 1000 > 900 !

§ 800

I 700

1 6°0

. 500

g 400

I 300

I 200 < 100 о ■■ о

Рисунок 5 - Кривые сушки капусты при различных режимах бланширования На рис. 6 показано семейство кривых скорости сушки капусты при различных режимах бланширования в СВЧ-поле. Как видно из данных рис 6. -бланширование СВЧ-полем шинкованной капусты перед сушкой предпочтительнее других способов бланширования.

г

-— —-СВЧ-1МИН —к • ■■ Пар-4мин —•- -СВЧ-Змин —■ овч -4 мин —

-——=-- - -- -——----

1ва|| - -.....

20 40 60 80

Время сушки, чяс

г? 700

I 600

1 500

| 400

2

р 300

I 200 £

< 100

т, час.

Рисунок 6 - Кривые скорости сушки капусты при различных режимах бланширования

Исследование влияния режимов бланширования и способов нарезки моркови показаны на рис. 7 и 8 при бланшировании паром и в С В Ч-пол е. позволяющие рекомендовать бланширование и сушку моркови, нарезанной кубиками.

-»-СВЧ ,45мм

Пар ,куб.

-СВЧ,куб.

,35мм

Рисунок 7 -35

^ 30 в4

I 25

£ 20

I 15

° 10 5 О

Рисунок 8 -

Кривые сушки моркови при различных условиях бланширования

10 20 30 40 50 60 65 70 80 85 90 т, час.

Кривые скорости сушки моркови при различных условиях бланширования

Для сравнительной оценки были проведены исследования вакуумной сушки овощного сырья. Определены наиболее оптимальные параметры сушки: температура - 55 °С, продолжительность -10 ч. разрежение - 7 кПа.

Корреляционно-регрессионный анализ данных с получением уравнения вйда у=13,77-0,0541м (рис. 9), показывает, что с увеличением температуры вакуумной сушки топинамбура на 1°С, продолжительность сушки уменьшается на 0,054 ч (3,24 мин.). Исходя из коэффициента детерминации (<1^=г2=0,98), примерно 98% изменений продолжительности сушки топинамбура зависит от температуры, а 2% изменений связано с другими факторами.

Температура,"С

Рисунок 9 - Зависимость продолжительности сушки топинамбура от температуры

2.6. Оценка качества сушёных продуктов

Коэффициент набухаемости сушёных овощей определяется их водопо-глотительной способностью в течение определённого времени.

Была изучена возможность подготовки к сушке целых корнеплодов моркови с целью снижения энергозатрат, для чего бланшировали их в СВЧ-поле. Данные таблицы 4 свидетельствуют о том, что нарезанная морковь даёт сушёный продукт более высокого качества. Таким образом, резка моркови перед бланшированием является необходимым процессом.

Таблица 4 - Качественные показатели сушёной моркови в зависимости от

режима бланширования (среднее за 2011-2013 гг.)

Режим бланширования Массовая Коэффициент Разварива-

доля набухаемости, емость,

влаги, % х мин

Бланширование в СВЧ-поле целых

корнеплодов моркови 45-50 мм в диаметре 9,6 4,1 ±0,03 12

Бланширование в СВЧ-поле целых

корнеплодов моркови 30-35 мм в диаметре 8,3 4,3±0,03 6

Бланширование п СВЧ-поле кубиков

моркови с гранью б мм 7,0 4,3±0,02 4

Бланширование паром кубиков моркови с

гранью 6 мм 7,1 4,2±0,04 5

При статистической обработке данных таблицы 4 получаем уравнению регрессии у=2,8027х-15.671, для которого строится точечный график и теоретическая линия прямолинейной корреляции (рис. 10).

Рисунок 10 - Точечный график и теоретическая линия регрессии при прямолинейной корреляции между массовой долей влаги и развариваемостью Корреляционно-регрессионный анализ уравнения свидетельствует о том, что морковь, бланшированная в СВЧ-поле в виде кубиков с гранью 6 мм, после сушки содержит меньшее количество влаги и имеет высокий коэффициент развариваемое™.

Из рисунка 10 можно сделать вывод, что наилучшей развариваемостью обладает сушеная морковь, с содержанием влаги 7%.

2.7. Исследование гранулометрического состава овощных криопорошков

Гранулометрический состав овощных криопорошков определяли с помощью счётчика «Культера ТА-II». оборудованного приставкой PC А, где используется кондуктометрический метод счёта частиц, находящихся в суспензии или эмульсии.

Счётчик «Культера TA-II» позволяет определять интервальное распределение двух основных характеристик дисперсного состава порошков:

• дифференциальное и интегральное распределения частиц по размерам (диаметрам);

• дифференциальное и интегральное распределения объёма частиц по размерам.

По экспериментальным данным были построены графики дифференциального, интегрального распределения и гистограммы, а также рассчитаны их статистические характеристики, которые показали, что размеры частиц во всех исследованных овощных порошках находятся в пределах от 13 до 100 мкм, в отличие от видов обычного помола, которые содержат частицы размером от 25 до 400 мкм.

Гранулометрический анализ подтвердил, что криопомол обеспечивает возможность получения тонкодисперсных порошков.

2.8. Исследование способов обеззараживания оборудования, овощного сырья и сушёной продукции.

Разработаны технологические приёмы, обеспечивающие производство криопорошков соответствующих по микробиологическим показателям требованиям Санитарно-эпидемиологических правил и нормативов, утверждённых Минздравом России (СанПиН 23.2.1078-01).

Для санитарной обработки оборудования был выбран препарат «Нир-тан», сырья - гипохлорит натрия, криопорошка - импульсное УФ-излучение.

Проведенные исследования по действию гипохлорита натрия на микрофлору моркови, яблок и тыквы позволили рекомендовать для санитарной обработки растворы, содержащие 230-300 мг/л активного хлора. Указанные растворы при 5-6-минутном воздействии снижают первоначальную обсеменённость сырья в 55-100 раз, обсеменённость мезофильными анаэробами - в 20 раз.

2.9. Разработка технологии овощных криопорошков с использованием электромагнитной и солнечной энергии

Нами разработана технология производства овощных криопорошков с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии.

Обработку подготовленных овощей проводили без доступа кислорода. Температура в исследуемых образцах достигала 80-90°С, при этом активность окислительных ферментов и, в основном, пероксидазы после 2,0-2,5 минут воздействием СВЧ-энергией не выявлена, так как происходит прогрев всего объема до температуры 80-90°С.

После СВЧ-обработки овощи сушили в солнечном сушильном устройстве, где процесс сушки ускоряется и качество улучшается по сравнению с традиционными способами бланширования. После сушки, овощное сырье подвергают криоизмельчению, т.е. охлаждают сырье при помощи жидкого азота (в соотношении 1:2) до низких температур (-100-М90°С), что также позволяет предотвратить дальнейшие процессы окисления, карамелизации сырья и освободить находящиеся в связанном состоянии с белковыми молекулами БАВ для полного усвоения их организмом человека.

В таблице 5 представлены данные длительности сушки и химического состава овощных криопорошков, полученных при сушке в солнечной сушильной установке, путем использования различных режимов бланширования.

Таблица 5 - Влияние ЭМП СВЧ и традиционной тепловой обработки на длительность и качество сушеного овощного сырья в солнечном сушильном

устройстве

Режимы Длитель-тель- г 2 о X Содержание, мг %

и = я я з в. $ = СВЧ и тепловой обр. ность сушки, в днях С в4 а & X 1 £ и а. ж X а> 2: Й Г

№ № п/п Сырье X 5 <и ►5 н 1-аз 1 о £ X X 2 н 5 <5 ¥ О. о с г о> н я Э О « и Э 8 КС о Ч и 5 О С га В £ 3 О. и и Ш 1=1 о о 5 а 5 I Ё со 5 г ь-д 2 я а. С

1 2 3 4 5 капуста морковь свекла топинамбур тыква ев ¡л н о о я о. « & в о о •ч-в о т 1Л сч «л 00 "Л г- 2-2,5 2-3 2-2,5 2-3 2-3 2-3 2-3 2-3 90 86 80 90 12-14 12-14 18-20 8-10 75-77 72-74 60-62 80-86 22 4,1 9,8 7,0 23 48 8 22 130 188 279 201 11 32 4 14 Максимально сохраняется цвет, вкус и аромат, а также биокомпоненты

1 2 3 4 5 капуста морковь свекла топинамбур тыква Тепловая обработка - »л 2 о 3-4 3-4 3-4 3-4 4-6 4-6 4-5 4-6 90 86 80 90 12-14 12-14 18-20 8-10 70-72 68-71 58-59 76-78 18 2,4 7,7 6,3 20 44 6 19 118 169 253 184 9 27 3 11 Изменяется цвет, вкус и немного уменьшается биокомпоненты по сравнению в самом сырье

Резкое охлаждение высушенного в целом виде овощного сырья в среде жидкого азота приводит к растрескиванию образцов, что ослабляет связь между целлюлозной матрицей и биологически активными веществами сырья, при котором повышается доступность ценных биокомпонентов сырья и полное измельчение производят при помощи шаровых мельниц.

После измельчения, полученные порошки просеивают и поступают на расфасовку, где осуществляется упаковка готового продукта в герметичную тару. Получаемые тонкодисперсные криопорошки с размерами 50-60 мкм, которые могут быть использованы в качестве натуральных пищевых добавок из капусты, моркови, хурмы, тыквы и свеклы и топинамбура, производят по следующей технологической схеме:

Технологическая схема производства криопорошков из овощей

мойка 1 очистка

1

резка СВЧ-обработка сушка

складские операции и хранение

расфасовка в герметичную тару

просеивание криопорош-ка

измельчение в крио-мельнице

обработка жидким азотом 100-190°С

Рисунок 11 - Технологическая схема производства овощных криопорошков

На рис. 12 представлена аппаратурно-технологическая схема по производству овощных криопорошков по новой технологии.

Рисунок 12 - Аппаратурно-технологическая линия производства овощных криопорошков, с использованием электромагнитной и солнечной энергии 1.Моечная машина; 2.Роликовый инспекционный транспортер; 3. Овощерезка; 4.Устройство для СВЧ-обработки; 5.Солнечная сушилка; б.Корзина; 7.Стеллажи; 8.Холодильное устройство; 9.Криомельница; Ю.Сепаратор; И.Фасовочно-упаковочная машина; ^.Стол-накопитель; 13. Автокара.

После мойки и инспекции овощи подвергают резке (3) и подают на СВЧ-устройство непрерывного действия (4), где сырье обрабатывается ЭМП СВЧ, частотой 2400±50 МГц в течение 2,0-2,5 минут, мощностью 300-450Вт и дальше на солнечную сушильную установку (5) для сушки в течение 2-3 суток и далее досушивают в течение 2-3 суток в зависимости от вида обрабатываемого продукта. Сушеный полуфабрикат поступает на инспекционный транспортер (2) и загружается в криомельницу (9). Полученный порошок подвергается просеиванию (10) и затем поступает в расфасовочно-упаковочный автомат (И), где осуществляется упаковка готового порошка в герметичную тару.

2.10. Использование криопорошков при производстве пищевых продуктов

Возникающие в жизни человека стрессовые ситуации приводят к возрастанию психоэмоциональных нагрузок, к снижению иммунитета, появлению свободных радикалов и обострению ряда заболеваний. Для повышения физических и психоэмоциональных резервов организма, увеличения работоспособности, снижения нервно-психического напряжения необходимо обогащать пищу биокорректорами в виде криопорошков овощей, обладающих ценными ан-тиоксидантными и геропротекторными свойствами.

На рис. 13 отображены основные направления использования криопорошков при производстве новых пищевых продуктов.

капуста

морковь

зх^х

топинамбур

Комплекс оборудования для получения криопорошков из растительного сырья

Ароматизаторы

Красители

зх:

Вкусовые добавки

Стабилизаторы консистенции

Хлебобулочные и кондитерские изд.

Рисунок 13 - Направления использования криопорошков при производстве

пищевых продуктов Криопорошки, изготовленные из овощей, целесообразно обогащать С02-экстрактами из амаранта, корицы, перца кубеба и облепихи. Такая технологическая операция позволит придать пикантный вкус и аромат криопорошкам и продуктам на их основе.

В таблице 6 приведена рецептура овощных порошков, обогащенных С02-экстрактами.

Таблица 6 - Рецептуры овощных и зерновых порошков, обогащенных СОг-экстрактами _

Криопорошок из сырья Норма закладки порошков, % Норма закладки ССЬ-экстрактоп и СОг-шротов, %

Корица Перец кубеба

С02-экстракт С02-шрот со2- экстракт со2- шрот

Морковь 94,5 0,06 3,2 0,04 2,2

Капуста 98,0 0,05 - 0,05 1,9

Свекла 95,4 0,05 4,5 0,05 -

Топинамбур 95,4 0,07 2,5 0,03 2,0

Тыква 96,2 0,08 2,1 0,04 2,1

Для производства напитков из криопорошков, к полученному высококонцентрированному быстровосстанавливаемому порошку добавляют сироп на основе десертного продукта. Десертный продукт получают путем уваривания сока-сусла из ягод белого тутовника, предварительно обработанные СВЧ-энергией частотой 2400±50 МГц в течение 10-30 секунд, при медленном и постоянном перемешивании до концентрации сухих веществ 70-73%.

Мы предлагаем использовать пищевые БАДы, полученные из овощного сырья, которые найдут свое применение во многих направлениях пищевой промышленности и фармакологии (рис. 14).

Рисунок 14 - Применение новых типов сухих пищевых добавок из овощей

Криопорошки, изготовленные из овощей, целесообразно обогащать С02-экстрактами из амаранта, корицы, перца кубеба и облепихи. Такая технологическая операция позволит придать пикантный вкус и аромат криопорошкам и продуктам на их основе.

Целью назначения БАД является компенсация микронутриентной недостаточности, в связи с нерациональным питанием населения Дагестана и других регионов России.

2.11. Экономическая эффективность от производства криопорошков по предлагаемым технологиям

Основным недостатком производства криопорошков по существующим технологиям, является большой расход электроэнергии и воды.

Предлагаемая нами технология получения овощных криопорошков с использованием электромагнитной и солнечной энергии, способствует экономии электроэнергии и воды, а также обеспечивает сохранение качественных показателей готовой продукции.

Обоснование экономической эффективности производства овощных криопорошков по предлагаемой технологии на примере криопорошка из капу-

сты проводили по методикам расчета перерабатывающего завода.

Экономический эффект от использования предлагаемой технологии равен:

Ээ=154986,297-152889,816=2096,481 тыс. руб Таблица 7 - Расчет цены криопорошка из капусты, полученный по разным технологиям _

Показатели Криопорошок из капусты по существующим технологиям Криопорошок из капусты по предлагаемым технологиям

1. Полная себестоимость продукции, тыс. р. 154986,297 152889,816

2. Рентабельность продукции, % 15 17

3. Сумма прибыли, тыс.р. 23247,945 25991,269

4. Оптовая цена, тыс. р. 178234,242 178881,085

В результате проведенных расчетов, ожидаемый экономический эффект

от использования предлагаемой технологии производства 1 тонны криопорош-ков, вместо существующей, равен 2096,481 тыс. руб.

ВЫВОДЫ

1. Изучены агроклиматические условия Левашинского района Республики Дагестан, пригодные для выращивания овощей с повышенным содержанием пищевых и биологически активных веществ.

2. Анализ состояния производства и переработки овощной продукции в Дагестане дает предпосылки для увеличения производства и переработки, а также расширению ассортимента выпускаемой продукции с внедрением новых технологий, способствующий выпускать конкурентоспособный, высококачественный продукт, согласно целевой программе.

3. Разработаны интенсивные, ресурсосберегающие, экологически безопасные технологии переработки овощного сырья с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии, позволяющие исключить ряд традиционных технологических процессов - бланширование, измельчение овощей, сушку конвективным, вакуумным и сублимационным способом, что обеспечивает высокую эффективность получения криопорошков из овощей.

4. Научно обоснована возможность и целесообразность применения энергии ЭМП СВЧ и солнечной сушки в технологических процессах получения криопорошков из овощей.

5. Установлено, что обработка овощей энергией ЭМП СВЧ частотой 2400±50 МГц, мощностью 300-450 Вт в течение 2,0-2,5 минут позволяет повысить давление в порах, капиллярах и клетках за счет равномерного и быстрого

нагрева овощей из центра к поверхности, при котором в клетках происходят микровзрывы, увеличивается проницаемость клеток и сок вытекает в межклеточное пространство и при дальнейшей солнечной сушке ускоряется процесс удаления влаги и улучшается качество.

6. Выявлено, что использование ЭМП СВЧ перед сушкой позволяет получить продукт с максимальным сохранением в нем биокомпонентов.

7. Разработаны технологии и аппаратурное оформление поточно-механизированной линии производства криопорошков из овощей с использованием ЭМП СВЧ и солнечной сушки.

8. Впервые разработан новый ассортимент напитков из овощных криопорошков для лечебно-профилактического назначения на основе десертного продукта.

9. Установлены параметры воздействия ЭМП СВЧ на овощное сырье перед сушкой (частота 2400±50 МГц, мощность 300-450 Вт, 2,0-2,5 минут), позволяющие предотвратить окислительные процессы за счет инактивации окислительных процессов, преимущественно пероксидазы.

10. Запатентован способ производства криопорошка из тыквы (Патент РФ № 2494641). Тыкву, предназначенную для получения криопорошка, режут, удаляют семена, сушат с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты, с помощью гелиосушки- досушивают до 8-10 % влажности и измельчают в криомельнице.

11. Выявлено, что основным фактором, определяющим ускорение процесса сушки, является предварительная обработка ЭМП СВЧ, увеличивающая клеточную проницаемость по всему объему сырья, при котором разрушается клеточная система.

12. Разработаны технические условия ТУ 9223-011-00493600-14 «Сухие молочные напитки, обогащенные экстрактами овощей». В рецептурный состав введены сушеные при оптимальных технологических режимах и измельченные в среде жидкого азота капуста, морковь, свекла, тыква и топинамбур.

13. Промышленное использование новых технологий позволит получить суммарный экономический эффект при производстве и применении криопорошков в новых видах продукции в размере от 18 до 20 тыс. руб. на 1 тонну вырабатываемой продукции.

Рекомендации производству Криопорошки из овощей (капусты, моркови, свеклы, топинамбура и тыквы) рекомендуем производить согласно разработанной нами технологии с применением электромагнитной и солнечной энергии, а сухие молочные смеси, обогащенные экстрактами овощей по ТУ 9223-011-00493600-14.

Список основных научных работ, опубликованных по теме диссертации

а) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Джаруллаев Д.С., Рамазанов A.M., Яралиева З.А., Сязин И.Е. Совершенствование технологической линии производства плодоовощных криопорошков // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2012. - № 4. - С. 64-66.

2. Джаруллаев Д.С., Рамазанов A.M. Производство криопорошков из овощей //Пищевая промышленность. -2013. -№11. - С. 8-10.

3. Джаруллаев Д.С., Яралиева З.А., Рамазанов А.М, Ильясова С.А. Математическое и практическое обоснование разрушения клеточной системы ЭМП СВЧ плодоовощного сырья при производстве криопорошков, соков и компотов // Проблемы развития АПК региона: Научно-практический журнал. - 2012. -№3(11).-С. 75-78.

б) в других изданиях:

4. Ахмедов М.Э., Касьянов Г.И., Рамазанов A.M., Яралиева З.А. Инновационные технологии производства плодовых и овощных криопорошков / ДагГТУ — Махачкала: Изд. ФГБОУ ВПО «ДагГТУ», 2014. - 150 с.

5. Джаруллаев Д.С., Касьянов Г.И., Рамазанов A.M. Технология плодоовощных криопорошков для детского питания // Международная научно-техническая интернет-конф. «Инновационные технологии в пищевой промышленности». - Краснодар: КубГТУ. - 2011. - С. 82-86.

6. Джаруллаев Д.С., Рамазанов A.M. Новые технологии производства криопорошков из овощей для детского питания // Консервная промышленость. -2011.-№11.-С. 28-32.

7. Джаруллаев Д.С., Рамазанов A.M. Совершенствование технологии плодоовощных криопорошков для детского питания // Сб. конф. «Повышение качества и безопасности пищевых продуктов». - Махачкала, ДагГТУ. - 2012. - С. 59-61.

8. Касьянов, Г.И., Ломачинский В.В., Ахмедов М.Э., Рамазанов A.M., Яралиева З.А. Получение и применение биокорректоров в форме криопорошков из овощей и фруктов // Политехнический вестник. Наука. Техника. Технологии. -Краснодар. -2014. - С. 117-123.

9. Рамазанов А.М., Ахмедов М.Э. Инновационные приемы получения овощных криопорошков, с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии // Сб. международной научно-технической Интернет - конф. «Современные научные исследования и инновации в области применения суб - и сверхкритических технологий».-Краснодар: Изд. КубГТУ.-2014.-С. 178-180.

10. Рамазанов A.M., Ахмедов М.Э. Особенности технологии производства тонкодисперсных овощных криопорошков // Сб. материалов Всероссийской

научно-практической конф., посвященной 90-летию профессора Омарова Д.С. «Роль селекции в повышении эффективности аграрного производства». - Махачкала: ФГБОУ ВПО ДагГАУ. - 2014. - С. 312-317

11. Рамазанов A.M. Совершенствование способа предварительной обработки овощей перед сушкой при производстве криопорошков для детского питания // Сб. материалов республиканского научно-технического семинара, посвященного 80-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ, д.т.н., профессора Аминова М.С. - Махачкала: ДагГТУ. -2012.-С. 38-41.

12. Рамазанов A.M., Джаруллаев Д.С. Современная технология производства криопорошков из овощей для детского питания // Сб. материалов Международной междисциплинарной научно-практической конф. «Современные подходы к индустрии питания и гостеприимства». - Казань: Изд. «Познание» ИЭУиП. - 2013. - С. 59-65.

13. Рамазанов A.M., Джаруллаев Д.С. Сравнительное исследование активности пероксидазы моркови и яблок при производстве криопорошков для детского питания // Пятая всероссийская научно-практическая конф. «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств». - АлтГТУ. - 2011.

14. Технические условия «Сухие молочные напитки, обогащенные экстрактами овощей» ТУ 9223-011-00493600-14. - Махачкала: Дагестанский ЦСМ. -2014

15. Яралиева З.А., Рамазанов A.M. Совершенствование технологии производства криопорошка из плодов для детского питания // Сборник научных трудов ДагГТУ «Совершенствование технологических процессов в пищевой промышленности». Махачкала: ДагГТУ 2012. С. 42-46.

г) патенты РФ:

16. Патент РФ № 2494641. МПК A23L1/025. Способ производства криопорошка из тыквы с использованием ЭМП СВЧ и солнечной энергии /Джаруллаев Д.С., Рамазанов A.M., Яралиева З.А. Заявка № 2012130626/13, заявлено 17.07.2012. Опубликовано 10.10.2013.

Подписано в печать 19.02.15г. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная Усл.п.л.1.1 Тираж 100 экз. Зак. № 16 Размножено в типографии ИП «Магомедалиева С.А.» г. Махачкала, ул.М.ГаджиеваД76