автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.03, диссертация на тему:Разработка мембранной технологии хранения топинамбура

л П ъ .1

Государственный комитет Российской Федерации

по выспему образованно »

Московский государственный заочный институт лицевой промышленности

На правах рукописи УДК: 633. 494: 621.798

Мамонова Галина Владимировна

РАЗРАБОТКА МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ ТОПИНАМБУРА

Специальность: 05.18.03 - Первичная о> * тка,

хранение зер. другой продукции растениеводства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1995

- г -

Работа выполнена на кафедре пищевой биотехнологии и консервирования Московского государственного заочного института пищевой промышленности.

Научный руководитель - академик Академии технологических наук России, доктор химических наук, профессор Голубев В.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор Касьянов Г.И.

- кандидат технических наук, профессор Мельник Б. Б.

Ведущее предприятие - Мосхладокоыбинат N 8.

Зацита состоится ; 1995г. в часов на

заседании специализированного Совета К. 063.45.04 при Московском государственном заочном институте лицевой промышленности.

по адресу: 109803, г. Москва, ул.Земляной вал, 73.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного заочного института лицевой промышленности.

Автореферат разослан " ^ " 1995г. .

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент И.Д.Белоусова

ОБЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность исследования. Топинамбур является ценной растительной культурой, характеризующейся высоким содержанием разнообразных биологически активных соединений. Не смотря на то, что топинамбур известен в Европе с 17 века, распространение он получил в 30-40-ые годы наяего столетия. Наибольшее внимание к этой культуре возникло в 80-ые года в связи с расвирением разработок по научно-обоснованному питании, а также благодаря значительному интересу к природным биологическим соединениям, используемым в питании человека. В настоящее время интерес к этой культуре привел к резкому увеличении производства топинамбура,так, в США за четыре года посевные площади под топинамбур увеличились в 200 раз. Вопросы производства и использования топинамбура рассматриваются на специальных международных конгрессах, в том числе в 1991 году (в Нидерландах).За последние годы отмечается возрастание объемов производства топинамбура в России ( в Московской области - Раменском АЛО. Архангельской области,Краснодарском крае и др; оптимальной площадью под посадку топинамбура считается площадь в 400 га).

Топинамбур успешно используется в международной практике для создания разнообразных диетических продуктов питания - лечебного, профилактического назначения и для кормовых целей.

Уникально значение топинамбура как сырья для получения инулина.

Клубни топинамбура признаны ценным источником питания человека за счет повшенного содержания разнообразных биологически активных веществ. Благодаря высокой пищевой ценности клубни употребляется в пищу в сыром, консервированном, сухом, квавеном, печеном, жареном и вареном виде. Из них готовят салаты, соусы, гарниры, запеканки,супы, сладкие и кофейные напитки, квас.желе, джемы, мармелад и др. Однако их применение в свежем и переработанном виде сдерживалось до последних лет недостаточной отработанностью технологии переработки и отсутствием эффективных способов хранения, обеспечивающих использование клубней в межсезонный период.

На практике клубни топинамбура сохраняются в земле, но при этом в них идет значительное снижение содержания инулина, составляющего лечебную ценность этого корнеплода.

Имеющиеся в литературе сведения об испытании некоторых температурных режимов хранения топинамбура позволяли обеспечить только кратковременное сохранение топинамбура, технология длительного хранения - не была разработана.

В связи с этим весьма актуальной задачей является разработка

высокоэффективной технологии длительного хранения топинамбура.

Учитывая важное народно-хозяйственное значение длительного сохранения клубней топинамбура, настоящая работа посвящена разработке технологии длительного их хранения с применением комплексного воздействия холода и модифицированного состава газовой среды. Высскач эффективность такого комплексного воздействия условий хранения доказана и успешно апробирована в практике хранения другой растительной продукции(семечковые плоды,виноград,капуста, а также корнеплоды моркови, свеклы и др.). Разработка и освоение эффективной технологии длительного хранения топинамбура позволит увеличить объемы его переработки для производства продуктов лечебно-профилактического назначения.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлась разработка высокоэффективной технологии длительного хранения клубней топинамбура с сохранением его лечебных и питательных свойств<при использовании комбинированного воздействия холода и измененного состава газовой среды.

Поставленная цель определила следующие задачи исследования:

- на основе теплофизических, тепломассообменных, биохимических, товароведных исследований установить оптимальные режимы холодильного хранения клубней топинамбура и требования к составу модифицированной газовой среды.обеспечивающие снижение потерь и сохранение биологически активных веществ;

- в целях повышения сохранности качества клубней топинамбура, в том числе его лечебных и питательных свойств установить требования к полимерным упаковкам с газоселективными мембранами для создания и поддержания требуемого состава газовой среды при длительном хранении клубней топинамбура;

- разработать технологические регламенты длительного хранения в модифицированной газовой среде клубней топинамбура с использованием упаковок с газоселективными мембранами,. провести оценку технологической эффективности ее применения и разработать нормативно-техническую документацию.

Научная новизна. Экспериментальными исследованиями впервые установлены теплофиэические.и тепломассообменные характеристики клубней топинамбура, выявлены функциональные зависимости: - между удельной теплоемкостью, температурой и сроком хранения клубней топинамбура/О/ (I;, %)/; - между теплопроводностью, температурой и сроком хранения клубней топинамбура /Х-Ш, с)/, а также установлен диапазон изменений интенсивности дыхания, клубней топинамбура при хранении. На основе комплексного исследования тепломассообменных процессов, теп-

лофизических характеристик и процессов дыхательного газообмена в клубнях топинамбура научно обоснованы требования к температурным регламентам длительного холодильного хранения клубней топинамбура.

Впервые исследована эффективность комплексного воздействия температурных режимов хранения и измененного состава газовой среды на основные факторы, обуславливавшие как высокую сохраняемость качества клубней топинамбура в период послеуборочного хранения, так и максимальное сохранение в них биологически активных соединений, в том числе для лечебного и диетического назначения. Установлены диапазоны технологических регламентов условий хранения в МГС, замедляющих метаболические процессы в клубнях топинамбура,стабилизирующих устойчивость их к возбудителям заболеваний, обеспечивающих сохранение высокого товарного качества и пищевой ценности клубней топинамбура при продлении сроков хранения на два-четыре месяца.

Практическая значимость работы. Впервые в целях обеспечения населения в межсезонный период высокоценной культурой топинамбура разработана технология его длительного хранения при сокращении потерь массы в 4-12 раз, предупреждении возникновения микробиологической порчи и увеличении выхода стандартной продукции в 2,8 - 3 раза, увеличении сохранности содержания инулина на 30-40 % , витаминов на 20-30 %. важнейших аминокислот на 40-60 %.

Для практической реализации новой эффективной технологии длительного хранения клубней топинамбура рекомендованы типы и размеры газоселективных мембран (ГСМ) и конструктивные решения полиэтиленовых упаковок со встроенными газоселективными мембранами. Разработаны номограммы для определения площади встроенной мембраны в зависимости от исходного качества сырья и практических условий хранения. Разработана нормативно-техническая документация на технологию хранения клубней топинамбура в упаковках с ГСМ и рекомендации по технологии подготовки и использования упаковок.

Апробация работы. Основные полоаения диссертации были доложены и одобрены на: второй Республиканской конференции "Мембраны и мембранная технология"(г.Киев); Межреспубликанской научно-практической конференции "Совершенствование холодильной техники и технологии для эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" (г.Краснодар); Втором международном семинаре "Экология человека: проблемы и состояние лечебно-профилактического питания"(г. Пятигорск); Четвертом международном симпозиуме "Экология человека: Пищевые технологии и продукты"(г.г.Москва-Видное);

горек); Третьем международном симпозиуме "Экология человека:проблемы и состояние лечебно-профилактического питания" (г.Москва); научной конференции Московского государственного заочного института пищевой промышленности ( г.Москва); совместном заседании кафедр пищевой биотехнологии и консервирования, технологии хранения с/х продуктов и стандартизации,теплохладотехники. В условиях опыт;^-промышленного хранения выявлена эффективность новой предложенной технологии хранения в модифицированной газовой среде.

Публикации. По материала« диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложений. Работа изложена на 212 страницах машинописного текста, содержит 61 таблицу, 22 рисунка.Список литературы включает 190 источников,опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность направления исследований по разработке высокоэффективной технологии длительного хранения клубней топинамбура с использованием комбинированного воздейстия холода и измененного состава газовой среды.

В обзоре литературы приведено рассмотрение и анализ: основных сведений о культуре топинамбура, его пищевой и биологической ценности, эффективности использования в свежем и переработанном виде, в качестве пищевых продуктов, в том числе лечебного и диетического питания; важнейших факторов, определяющих лежкоспособность и сохранность клубней топинамбура; перспективных способов хранения растительной продукции.разработанных у нас в стране и за рубежом.

На основании критического анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Объекты и методы исследований .

Объектом исследований являлись клубни топинамбура сорта "Интерес", выращенные в Московской области, по товарному качеству соответствующие ТУ МСХ РСФСР 20-60.

Для исследования и реализаций технологии хранения клубней топи-

намбура в модифицированной газовой среде использовали упаковки из полиэтилена марки "С"(пищевая) по ГОСТ 10354-82 емкостью от 0,5 до 5 кг со встроенными газоселективными мембранами (ГСМ).

Таблица 1.

Характеристики газоразделительных мембран.

Наименование показателя норма по маркам мембран

МДК-2 ПА-160-С-3,1 "СИГМА"

Газопроницаемость, <5и°/4тгМПа по Ог 2200 4960 480

по С02 10500 17000 2900

Селективность С02/0г 4.5 3.4 5.9

0г/П2 2 3.1 2

Физико-механи ческие св-ва с, % 4 2.8 120

бразМПа 9 3.9 25.5

где: с - относительное удлинение при разрыве,%; б - прочность при разрыве, МПа. В качестве вариантов конструктивных решений упаковок с ГСМ выбрали упаковки с непосредственно встроенными в них мембранами и упаковки с газообменными устройствами, несущие мембраны; при этом использовали разные варианты газоселективных мембран, в том числе на основе: кремнийорганических полимеров (МДК) ТУ6-05-221-890-86, поливинилтри-метилсапана (ПВМТС) ТУ-6-05-1977-84, вулканизированного селиконового каучука ("Сигма") ТУ38-403-259-78 (Таблица 1).

Клубни в упаковках хранили в холодильных камерах при температуре от 0 до 10°С, относительной влажности 80-95 56. В ходе хранения измеряли и контролировали температуру и влажность воздуха. Температуру в камерах автоматически поддерживали электрическим терморегулятором. Температуру в упаковках измеряли экспериментальным цифровым термометром, состоящим из измерителя и выносных датчиков. В приборе использовано прямое измерение тормосопротивления методом отношений,а также применен анашгоцифровой преобразователь.

Состав газовой среды определяли с помощь» газоопределителя ГХ-М ООО (ТУ12.43.01.166-86) путем отбора воздуха из упаковок и пропускания его через соответствующие поглотители<индикаторные трубки).

Исследование теплофизических характеристик клубней топинамбура: удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности проводили методом динамического калориметра с использованием измерителей ИТ-с-400 и ИТ-Х-400 и жидкого азота из транспортировочного сосу-

да Дьюара (тип АСД ГОСТ 16024-70).

Интенсивность дыхания клубней топинамбура при хранении (по поглощении 0г и выделении С0г) определяли по методике А. В. Бойцовой, Е. К. Балавинцевой.

Качество клубней топинамбура определяли по ТУ МСХ РСФСР 20-60 "Коренья и корнеплоды свение".

Отбор проб проводили по ГОСТ 26313-84, а их подготовку к анализу - по ГОСТ 26671-86.

Химический состав, в том числе динамику его изменения, исследовали при применении следующих методов: содержание сухих веществ -термическим методом (ГОСТ 8758-2-82); содержание Сахаров - цианидным методом,предложенным Н.Е.Сабуровым и Л.В.Копериной; раздельное содержание глюкозы и фруктозы - йодометрическим'методом; общее' количество пектиновых веществ - кальций-пектатным методом; количество растворимого пектина и протопектина - калориметрическим методом (в модификации Салокниковой); содержание клетчатки - методом, основанном на очистке клетчатки от сопутствующих ей .веществ(геыицеллюлоза.лег-нин и т.д.) обработкой исследуемых клубней сыесыо крепкой уксусной и азотной кислот(по Кретовичу Л.Т.); содержание золы - сжиганием органического вещества при свободном доступе воздуха(СТ СЭВ 3009-81); содержание аскорбиновой кислоты (витамина С) - по ГОСТ 24556-89; содержание аминокислот - на аминокислотном анализаторе ЬКВ '(Швеция); спирторастворимые полифенолы оценивали калориметрически.! методом; содержание инулина - по методу.предложенному Голубевым В.Н.

Экспериментальные данные обрабатывали на ЭВМ типа ДВМ АТ. ХТ-386, 486 общепринятым графическими методами и методами математической статистики согласно ГОСТ 8.207-76 "Прямые измерения с многократными наблюдениями.Методы обработки результатов наблюдения".

Исследование теплдфнзических характеристик и тепломассообиенных процессов клубней топинамбура и их влияние на теипературно-влажностяые условия хранения

В результате проведенных экспериментальных исследований найдены ранее отсутствующие в литературе важнейшие теплофизические характеристики клубней топинамбура: удельная теплоемкость (С), теплопроводность (X), температуропроводность(а) и установлены их функциональные зависимости от температуры и продолжительности хранения.

Анализ результатов экспериментов по исследованию теплофизичее-ких характеристик клубней топинамбура показал, что клубни топинамбура целесообразно хранить в интервале температур 0-10 сС. В этом

температурном интервале удельная теплоемкость клубней топинмбура изменяется незначительно <4,8-4,9 КДж/кгЮ,то есть п клубнях не происходят интенсивные биохимические и физиологические процессы,вызывающие потер» клубнями воды и сухих веществ. Теплопроводность клубней при указанных температурах имеет сравнительно высокие значения /0,44

- 0,4В Вт/(м К) {, что снижает - вероятность локального самосогревания клубней в штабеле (насыпи) за счет физиологического тепла, выделяемого при дыхании.Температуропроводность нлубней в данном температурном интервале также не снижается (7,9 - 8*10"8 >1/с), а следовательно происходит нормальное выравнивание температуры в различных точках штабеля (насыпи) клубней.

Анализ изменений теплофизических характеристик клубней топинамбура в зависимости от продолжительности их хранения показал, что значения теплофизических характеристик в процессе длительного хранения изменяются. В интервале температур 0-10°С возрастает удельная теплоемкость в 1,1 - 1,3 раза, теплопроводность - в 2 - 2,2 раза, температуропроводность - в 1,7 - 1,0 раз, что указывает на то, что с увеличением сроков хранения возрастает чувствительность клубней топинамбура к изменениям температурного режима (из-за структурных изменений в клубнях). Повышение температуры в холодильной камере, например при открывании дверей, вызывает быстрое прогревание массы хранящегося топинамбура, что исключается применением упаковок.

Полученные данные свидетельствуют о преимуществах применения полиэтиленовых упаковок с ГСМ для хранения клубней топинамбура, так как они уменьшают возможность отепления или переохлаждения продукции при изменении температуры в холодильной камере (открывание дверей, смена температурного режима и др.). Эти данные могут быть использованы в дальнейвем для сокращения кратности воздухообмена при холодильном хранении клубней топинамбура. В нашу задачу не входила отработка системы воздухораспределения, но в работе обозначены пути совершенствования этой систеш. Приведенные данные позволяют отработать энергетически более эффективные режимы вентилирования.

Изучение динаыики тепловыделений клубней топинамбура в процессе хранения по теплу дыхания показало, что в вышеприведенном температурном интервале (0 - 10 °С), значения удельной теплоты дыхания изменяются в 1,4 раза. Наиболее малы изменения в диапазоне температур

- О - 5°С, что согласуется с данными по наибольшему подавлению интенсивности дыхания. Полученные данные позволили идентифицировать наиболее оптимальный диапазон температур хранения - от 0 до 5°С, а также указали на то, что допустимо хранение клубней топинамбура и при температуре от 6 до 10°С.

Исследование влияния ИГС на метаболические процессы клубней топинамбура

Для разработки технологических регламентов газового хранения топинамбура осуществляли исследование состава газовой среда и качества сохраняемых в условиях охлаждения (1= 4+_1°С>"; клубней при использовании полиэтиленовых упаковок со встроенными ГСМ.

Установлено, что при хранении в результате избирательной проницаемости газоселективных мембран (ГСМ) и интенсивности дыхания клубней топинамбура содержание 02 в упаковках снижается на 2,4 - ?, 9 %. а содержание С02 увеличивается до 1 %.Формирование газовой среды в упаковках обеспечивается за трех-четырех недельный период хранения. Наиболее заметное снижение содержания 0г отмечено при применении мембраны ЬЩК-2. Создаваемая газовая среда, как показали исследования, подавляет метаболические процессы в клубКях топинамбура. В модифицированной газовой среде (МТС) отмечается снижение интенсивности дыхания, так, через один месяц хранения интенсивность поглощения (V на 6,5 - 11,6 % ниже,чем в контроле (при свободном доступе воздуха -СДВ); через три месяца - различия в интенсивности дыхания возрастают, при этом поглощение 02 в МТС на 58 - 80 % ниже, чем в. контроле (Таблица 2). Активность окислительных ферментов полифенолоксидазы и аскорбиноксидазы в МГС соответственно на 8 и 37 % ниже, чем в контрольных клубнях. Это связано с наблюдаемым в контрольных клубнях активированием окислительно-восстановительных процессов и процессов дыхания в результате перехода к этапу прорастания клубней. По сравнению с исходным дыханием поглощение 02 возрастает в 2,5 - 2,8 раза, а величина дыхательного коэффициента (Кд) снижается • в 4-4,3 раза (Таблица 2).

Проверка количества проросших клубней показала, что в контрольном хранении в начале третьего месяца 20- 30 % клубней имели проростки до 2 - 3 см, в конце месяца - до 30 % клубней имели ростки 3 - 5 сы. В МГС в этот период видимых проростков не было, что указывает на продление периода покоя в ИГС. 0 задержке процессов прорастания свидетельствуют данные по интенсивности дыхания в МГС (Таблица 2).

Таблица 2

Изменения интенсивности дыхания клубней топинамбура сорта "Интерес" в зависимости от сроков и способов холодильного хранения (Ь=4-*1°С)

Способ хранения Поглощение. 0? МЛ" кг ч Выделение . С02 мл' кг ч

% к контролю % к контролю

тип мембраны хранение. месяцев хранение, месяцев

1 4.01 3 5.03 3,5 25.03 4,5 21.04 5 3.05 1 4.01 3 5.03 3,5 25.03 4,5 21.04 5 3.05

С Д В 2,16 5,20 5,26 7,69 14,15 1,75 1,16 1,15 1,54 2,54

100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

МГС, МДК-2 1.95 1,00 1,05 1,98 9, 85 1.09 0,61 0,48 0, 79 1,55

90,3 19,2 20,0 25,7 69,6 62,3 52,6 41,7 51,3 61,0

И г с, ПЛ160-С-3,1 2.02 1.27 1,25 2,05 9,93 1.48 0,69 0, 63 0,90 1,50

93,5 24,4 23,8 26,7 70,2 84,6 59,5 54,8 58,4 59.1

МГС, "Сигма" 1,91 88,4 2.14 41,2 — 2. 39 31,1 10.1 71,4 0. 94 53,7 0,72 62,1 0, 50 43,5 0,74 48,1 1,07 42,1

Примечание: С Д В - хранение при свободном доступе воздуха в полиэтиленовом пакете (контроль); М Г С - хранение в модифицированной газовой среде. До хранения клубни топинамбура поглодали - 1.87 мл' кг"1 ч"1 02, и выделяли - 1,75 мл'кг^ч"1 СОг.

В МГС метаболическая активность клубней топинамбура отмечена через 4,5 месяца хранения. В это время активность полифенолоксидазы снизилась в 1,2 раза, а аскорбиноксидазы - в 1,7 раза по сравнению с контрольным хранением. Однако и в данном случае интенсивность поглощения 02 о среднем на 63 % ниже, чем в контроле. Снижение Кд, сопутствующее активированию метаболических процессов при прорастании клубней топинамбура, отмечено в МГС на два месяца позднее, чем в контроле. Снижение дыхательного коэффициента (Кд) у клубней в МГС до уровня К, контрольных нлубней достигается через пять месяцев хранения. В период метаболической активности в контроле поглощение клубнями 02 возрастает до величины 5,20 мл/(кгч). Аналогичное возрастание поглощения 0г клубнями в МГС происходит через пять месяцев хранения. Снижение интенсивности дыхания, дыхательного коэффициента, активности окислительных ферментов и др. в наибольшей степени отмечено

в вариантах с хранением в упаковках со встроенной мембраной МДК-2. в наименьшей - с мембраной "Сигма",что обусловлено более оптимальным составом газовой среда в упаковках с МДК-2: пониженным до 13,1 % содержанием 02 и увеличенным в 10 раз содержанием С02.

На основании проведенных исследований установлено: применение. МГС замедляет протекание метаболических процессов в клубнях, оказывая ингибирущее действие на поглощение 02 и другие окислительно-восстановительные процессы, что в итоге обеспечивает задержку сроков перехода к процессу прорастания. Наряду с замедлением окислительных процессов, отдалением физиологического этапа прорастания б опытных клубнях топинамбура отмечается более высокое снижение потерь от порчи на 30%, что косвенно свидетельствует о сохранении клубнями высокой устойчивости к возбудителям заболеваний.

Таким образом, применение МГС при длительном хранении клубней топинамбура обеспечивает комплексное воздействие создаваемой газовой среды на основные факторы, обуславливающие сохранность топинамбура.

Исследование влияния условий хранения на товарное качество клубней топинамбура и убыль массы

В ходе исследований товарного качества клубней топинамбура при хранении в МГС на первом этапе был проведен расчет требуешх площадей мембран для обеспечения установленных составов газовой среды. Расчет требуемой площади мембраны осуществлен на основе результатов исследований влияния различий составов газовой среды на метаболические процессы и изучения переноса газа через полимерную пористую мембрану, характеризующуюся определенной газопроницаемостью и селективностью, по формуле: 02

И, ш

в--—. (1)

— о

0о2(Со2-Со2> где: ог

Б - площадь мембраны, с»г; Я, - интенсивность дыхания клубней _ топинамбура по кислороду, см3 /кг с; ш - масса клубней, кг; -

газопроницаемость мембраны по кислороду, равная отношению _ его коэффициента 0 газопроницемости по кислороду к толщине(О^ »-11,2/1), см3/см2 с атм;Со2- концентрация кислорода в атмосфере, в долях от суммарной концентрации, принятой за единицу; С0£ - концентрация кислорода внутри упаковки, в долях от суммарной концентрации.

При исследовании влияния МГС. на качество клубней топинамбура хранение осуществляли в упаковках со встроенными газоселективными мембранами (ГСМ) разного типа и разной удельном площади. В проведенных нами экспериментах использование встроенных в упаковки мембран с удельной площадью от 3,3 до 13,39 си"/кг обеспечило создание внутри упаковок газовой среды, содержащей от 13,1 до 17,6 % 02 и от 0.2 до 1 % С02. Контролем служили клубни, хранившиеся в условиях свободного доступа воздуха (СДВ). Температура хранения составляла 4+_1°С. Отдельные эксперименты были проведены при температуре хранения от 0 до 10°С. Относительная влажность з контрольном хранении составляла 80 -90 %, а в условиях с МГС - 95 - 98 %.

Внешний вид клубней топинамбура при различных условиях хранения оценивался среднебалловым коэффициентом(Кд) в соответствии с СТ СЭВ 4710-84 и ГОСТ 8756-18.

Сравнительные исследования товарного качества клубней топинамбура в МГС и контроле показали, что хранение в МГС обеспечило выход стандартной продукции в 1,5 и более раз выше; снизило число заболевших клубней в 4 - 15 раз, увядших - в 7 - 14 раз(Таблица 3); повреждения от микробиологической порчи в МГС носили точечный характер и 88 - 96 % отхода клубней было пригодно к последующей переработке, тогда 1<ак в контроле этот показатель составил 33 % (Таблица 3).

Выявлено,что по выходу стандартной продукции все три типа используемых мембран пригодны для длительного хранения клубней топинамбура, обеспечивая выход стандартных клубней через пять месяцев хранения до 77 - 79 %. Наилучшие результаты были получены для упаковок с мембраной МДК-2 (Таблица 3).В этом случае обеспечивалось и сокращение количества отхода от микробиологической порчи в 8 раз по сравнению с мембраной ПА 160-с-3,1 и в 1,6 раз - с мембраной "Сигма".

Через 4,5 месяца хранения число проросших клубней в упаковках с ГШ было в 1,5 - 2 раза меньше,чем в контроле, при этом ростки в них были длиной, в основном.до 2 см. а контрольные клубни имели ростки до 5 - 7 см.

Исследования потерь от убыли массы показали, что хранение в МГС позволило снизить потери массы в 5 - 10 раз (Рис.1), в значительной мере это связано с высокой относительной влажностью при хранении в упаковкх. Как показали исследования (Рис.1) в контроле наблюдалась значительная (5755) убыль массы после двух недель хранения. В то же время в МГС,как видно из рисунка 1,потери массы в течение трех месяцев отсутствовали. Промежуточное положение - в негерметичных полиэтиленовых пакетах. Ориентируясь на приведенные данные по потерям от

-■/2 а -

11 ) 4 5 т.нкадев

Сроки хранения

Рис. Н.Изманение естественной убыли массы клубней топинамбура при различных способах холлодпльного хранения: 1 - в упаковках с мембраной МДК - 2; 2 - в упаковках с мембраной "Сипла"; 3 - в упаковках с мембраной ПА 160 - с - 3,1; 4-з полиэтиленовых пакетах; 5 - в открытых коробках в условиях свободного доступа воздуха.

естественной убыли массы, срок хранения клубней топинамбура не должен превышать двух-трех недель при хранении в открытой таре, трех месяцев - при хранении в негерметичной полиэтиленовой таре, пяти - шести месяцев - в условиях модифицированной газовой среды.

Таблица 3

Влияние условий хранения на товарное качество клубней топинамбура (температура хранения 4 +_1°С, срок хранения - пять месяцев)

Варианты ГШ Товарное качество, %

Стандарт Нестандарт Товарная продукция Потери

Всего В том числе От мик-робио-логической порчи От убыли массы Суммарные

Увядшие до 5% Проросшие до 2см

Контроль: в негер-метич.п/; пакетах в открытой таре I 25,5 18.8 16,2 44,3 20,3 35,4 55,7

- 25.5 25,5 _ _ 4.5 70,0 74.5

ПА 160--с-3,1 77,0 11,8 2,3 8,8 88,1 4.2 7.7 11.9

"Сигма" 78,6 16,4 1,4 14,0 95,0 0.8 4.2 5.0

МДК-2 79,1 16,9 1,2 15,2 96,0 0.5 3,5 4.0

Учитывая возмозность учета потерь от убыли массы для сохранения товарного вида топинамбура, на основе полученных экспериментальных, данных разработаны уравнения функциональной зависимости естественной убыли массы клубней топинамбура от продолжительности их хранения (Рис.1). Так,для хранения клубней топинамбура в герметичных полиэтиленовых упаковках со встроенными ГСМ эта зависимость в промежутке времени от двух до пяти месяцев хранения ( 2 < I < 5 ) имеет вид:

« -0.35 (* - 5)г + 3,2 (2) где: йа - убыль массы, X; х - время хранения, месяцев.

Результаты исследуемых условий длительного хранения клубней топинамбура показали: нецелесообразность хранения клубней в открытой таре; низкий выход стандартной продукции (20 - 25 %) и значительную

убыль массы клубней(30 - 35 %) при хранении в полиэтиленовых пакетах

Выявлены преимущества хранения клубней топинамбура в упаковках со встроскккми ГСМ. По сравнению с другими способами хранения здесь отмечено удлинение сроков хранения до пяти месяцев, увеличение выхода стандартной продукции до 79 %, снижение естества убыли масс^ до 3,5 - 7,7 %, а числа заболевших клубней до 0,5 - 4 55.

Анализ состава газовой среды при использовании упаковок с ГСМ, обеспечивающего сохранение до 79,1 % стандартной продукции, показал, что для продления сроков хранения клубней топинамбура в МГС можно рекомендовать состав газовой среды в упаковках: 13 - 17,6 % 02 и до 1 % С02.

Исследование комплексного воздействия температуры и измененного состава газовой среды на биохимические процессы и лицевую ценность клубней топинамбура при хранении

В процессе хранения клубней топинамбура отмечено снижение содержания сухих веществ, что наряду с убылью массы свидетельствует о степени интенсивности протекания биохимических процессов в клубнях и характеризует их лицевую ценность.

Установлено, что после пяти месяцев хранения в упаковках со встроенными ГСМ содержание сухих веществ в клубнях топинамбура в 1,3 раза выше, чем при контрольном хранении в полиэтиленовых пакетах и в 1,5 раза выше, чем в случае перезимовки их в почве. Результата исследований показали, что основную массу сухих веществ в клубнях.топинамбура составляли углеводы, преимущественно фруктозаны. В период хранения содержание углеводов в клубнях снижалось (Рис.2), что объясняется, в основном,расходованием их на процесс дыхания.

Выявлено, что при хранении в упаковках с ГСМ в течение четы-рех-пяти месяцев, клубни содержали: в 1,1 раза больше углеводов, чем в контрольном варианте и в 1.6 раза больше - чем при перезимовке в земле.

Результаты проведенных исследований показали, что хранение в МГС способствует сохранению биологически активного соединения инулина. При хранении клубней топинамбура в упаковках с ГСМ содержание инулина в них после пяти месяцев хранения было в 1,4 раза выше, чем в контроле (Рис.3).

В целях уточнения показателей пищевой ценности топинамбура проведен комплекс исследований по выявлению содержания различных витаминов и аминокислот. Полученные данные (Таблицы 4,5) показали, что

-

01 02

ШЗ □4 Ш5 П6

Рис. 2« Суммарное содержание углеводов при ра!ных способах хранения (продолжительность хранения - 4 мес.): 1 - до хранения; 2 - хранение в полиэтиленовых пакетах; 3-хранение в упаковка с мембраной ПА 160 • с-3,1; 4 - хранение в упаковке с мембраной * Сигма'; 5 - хранение в упаковке с мембраной МДК - 2; 6 - перезимовка в земле.

- /¿<Г-

Сроки хранения,месяцев

Рис. 3.. Изменение содержания инулина в клубнях топинамбура при следующих способах хранения: 1 - в полиэтиленовых пакетах; 2-е упаковках с мембраной МДК-2; 3 - в упаковках с мембраной ПА 160 - с • 3,1; 4 - в упаковках с мембраной "Сигма"; Б - в открытых коробках в условиях свободного доступа воздуха.

топинамбур является не только важным источником инулина, но содержит также значительное количество аскорбиновой кислоты (свыше 20%), является одним из самых перспективных видов растительного сырья по содержанию биофлавонидов. Кроме того он содержит тиамин, рибофлавин, ниацин (Табл.4), все незаменимые аминокислоты. В составе аминокислот доминировали аргинин,лейцин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, пролин и фенилаланин(Табл. 5).

Таблица 4

Содержание витаминов в клубнях топинамбура, мг/100г.

Витамины Содержание

Тиамин ( вит. В|) Рибофлавин ( вит. Вг) Ниацин ( вит. РР) Аскорбиновая кислота (вит. С) Р- витаминные вещества ( биофлавониды ) 0,08 0,27 0, 35 22,5 185

Исследования изменений содержания аскорбиновой кислоты в клубнях топинамбура в ходе пятимесячного хранения выявили, что в упаковках с ГСМ в клубнях содержалось аскорбиновой кислоты в 1,2- 1.3 раза выше, чем в контроле.

Таблица 5

Изменение содержания аминокислот клубней топинамбура при разных способах хранения

NN пп

Аминокислота

Содержание свободных АК, мг/100г

До хранения В п/э пакетах В упаковках с ГСМ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 И 12

13

14

15

16 17

Триптофан

Лизин

Гистидин

Аммиак

Аргинин

Аспарагиновая

кислота

Треонин

Серии

Глутаминовая

кислота

ПролинШ.вес х

Глицин

Алании

Валин

Изолейцин

Лейцин

Тирозин

Фенилаланин

Сумма АК

2)

10,50

1.40 5,85

10. 38 98,36

37, 65 3, 36 9. 35

35,98 36. 78 0.86 6.75

8.41 14,10 40,23

7,06 23,63 350,89

4,76.

следы

3,28

7,23

24,64

26,99 2,11 3,03

41,32 12,45 следы 2.87 9,17 8.09 25,12 следы 27,4 198,46

6,23 следы 8,44 8,95 32,10

41,51 1,83 5,14

39,7 13,28 следы 8.39 13.13 11,6 21.31 следы 33.15 244.76

Хранение в МГС позволяет в большей «ере в 1,5 - 3 раза обеспечить сохранение аминокислот: триптофана,гистидина, аргинина, аспараги-новой кислоты, серина, пролина, аланина, валина, изолейцина, фенилалани-на, В то хе время содерз;ание лизина, треонина, глицина и тирозина не отличалось от контрольного хранения (Табл.5).

Проведенные исследования показали, что в клубах топинамбура достаточно высокое содержание фенольных веществ -12.5'мгй. Полифе-нольные соединения клубней топинамбура представлены в основном пиро-катехинами.оксикоричными кислотами, т.е. простыми фенола;,¡и, но имеются и конденсированные таннины. При изучении динамики полифенолов в процессе, пятимесячного хранения клубней топинамбура получены данные о том, что суммарное содержание водо- и щелочерастворимых форм фенолов снижается незначительно.но при этом уменьшается количество водорастворимой фракции, а увеличивается содержание щелочерастворимых форм; потери полифенольных соединений в клубнях топинамбура после пятимесячного хранения невелики и составляют в упаковках с ГСМ 14,4 %, тогда как через три месяца в контрольном варианте - 29,8 %.

Таким образом установлено; что в результате комплексного воздействия температуры и измененного состава газовой среды при хранении. в клубнях топинамбура сохраняется высокое содержание: ■ инулина и углеводов в целом; витаминов, в том числе аскорбиновой кислоты; аминокислот; полифенольных соединений; сухих веществ. Из используемых упаковок с разным типом мембран наилучшие результаты получены для мембраны МДК-2. Однако было отмечено, что все типы используемых в настоящей работе мембран могут быть применены для осуществления длительного хранения клубней топинамбура в МГС.

Разработка технологии хранения клубней топинамбура в МГС с применением полиэтиленовых упаковок со встроенными газоселективнмми мембранами

В результате физиолого-биохимических и технологических исследований были установлены эффективные регламенты хранения клубней топинамбура. Так длительное хранение клубней в течение четырех-пяти месяцев обеспечивается применением холодильного хранения в МГС с составом газовой среды: с пониженным содержанием 02 от 13 до 17,6 % и повышенным до 135 содержанием С02,при диапазоне рекомендуемых: температур хранения от 0 до 5°С и относительной влажности воздуха не менее 90 - 95 %.

Выявленные режимы хранения были испытаны в условиях опытно-промышленного хранения в холодильных камерах. Результаты аппробации

технологических регламентов хранения клубней топинамбура выявили высокую технологическую эффективность разработанной технологии.

Таблица б

Результаты опытно-промышленного хранения клубней топинамбура в МГС

Варианты ГСМ Темпера-ту- Относительная влажность воздуха % ■ Состав газовой среды, % Выход стандартной продукц.для реализации в свежем виде, % Выход то-варн. продукц. для переработки, % Выход инулина на колич. товарной продукции кг/т Сроки хранения в месяцах

о2 С02

Контроль 4+_1 80 - 95 - - 25,5 44,3 7,3 4...5

МГС 4+_1 90 - 95 13,117,6 до 1 77,0-79,0 92-98 27,8-32,7 4.. .5

Как видно из приведенных обобщенных экспериментальных данных (Табл.6) выход стандартной продукции при пятимесячном хранении в МГС достигает до 79 %, в контроле- 26 выход товарной продукции для переработки в МГС -до 97 %, в контроле - 44 %.

При хранении контрольных клубней топинамбура выход инулина моют быть 7,3 % к исходному весу, тогда как хранение в МГС обеспечивает выход инулина до 32,7 %.

Анализ результатов исследований показал, что состав смеси газов внутри упаковки со встроенной мембраной зависит с основном от двух факторов: интенсивности дыхания клубней и площади мембраны,приходящейся на 1 кг клубней топинамбура.

На основании обработки экспериментальных данных и результатов аппробации технологических регламентов хранения клубней топинамбура выявлен диапазон рекомендуемых площадей мембран различных типов при указанных выше (Табл.6) технологических регламентах. Анализ результатов проведенных исследований выявил зависимость требуемой площади мембраны от исходной интенсивности дыхания при рекомендуемом составе газовой среды. На основании полученных данных разработана номограмма для корректировки площади встроенной в упаковку ГСМ в зависимости от интенсивности дыхания клубней топинамбура в упаковке (Рис.4). Расчет выполнен на 1 кг клубней для мембран типа МДК-2 и ПА-160-С-3,1.

Обозначения Тип мембраны на рисунке

"-" С02- IМДК-2 (селективность - 4,5 и газопроницаемость

"-----" 02- I по 0г 2200 дм3 / ч м2 МПа);

"__" С02- IПА-160-с-3,1(селективность- 3,4 и газопроницаемость

»-----» ог_ | по 0£ 4960 д„з/ч мг МПа)_

.Площадь мембраны

Рис.4,Номо грамма для определения площади встроенной мембраны:сплошные прямые для кислорода, штриховые прямые для углекислого газа;выделенные прямые для мембраны типа ПА160-с-3,1, обычные прямые для МДК-2.

»_-. СОг_ (ыдк-2

•-----".Ог-Г

И и,

"СОг-" Ог-

1ПА-160-С-3.1 I

Цифры, стоящие у прямых, указывает содержание Ог и С02 внутри упаковки(штриховые прямые -для 02, сплошные -для С02);

Так. использование мембраны с селективностью,равной 4,5, для получения газовой смеси, состоящей из 16 % кислорода и 1 % углекислого газа требует, чтобы отношение площади мембраны к интенсивности дыхания клубней по кислороду было 2,4, а по углекислому газу - 1 %.

На основании проведенных экспериментальных исследований нами разработана технология холодильного хранения клубней топинамбура в модифицированной газовой среде (МГС) с использованием полиэтиленовых упаковок со встроенными газоселективными мембранами (ГСМ) емкостью от 5 до 250 кг, включающая операции: приемка и товарная доработка клубней, предназначенных для хранения; подготовка полиэтиленовых упаковок с ГСМ (или ГОУ). для опытно-промышленных партий рекомендованы малые упаковки емкостью до 5 кг. так как они дают больший эффект при хранении; подготовка клубней к хранение, включающая укладку клубней в упаковки с ГСМ и размещение последних в камерах хранения,предварительное охлаждение клубней топинамбура до температуры 0-2 0 С, герметизацию упаковок; хранение клубней при температуре от 0 до 5 °С (допустимо хранение клубней при температуре от 6 до 10 0С), относительной влажности воздуха не менее 90 - 95 %. составе газовой среды: кислорода - от 13 до 17,6 %. углекислого газа - до 1 %. регулярном отборе контрольных газовых проб, постоянном контроле за товарным качеством клубней, уровнем температуры и относительной влажностью воздуха; предреализационная обработка клубней, включающая разгерметизацию упаковок, выгрузку клубней и их товарную обработку. Аппробация данной технологии в условиях опытно-промышленного хранения в холодильных камерах показала, что применение данной технологии способствует увеличению сроков хранения (до пяти и более месяцев); сохранению высоких товарных и потребительских качеств; обеспечивает выход стандартной продукции до 79 56.

ВЫВОДИ

1. Исследованиями установлено, что холодильное хранение обеспечивает сохранность клубней топинамбура при продолжительности хранения не более одного месяца

Применение модифицированной газовой среды (МГС) с пониженным содержанием 0^ и повышенным - ОД Позволяет продлить сроки хранения до пяти месяцев.

1.1. На основании экспериментальных исследований выявлено, что МГС с пониженным содержанием Ог и повышенным СОг замедляет метаболи-

ческие процессы в хранящихся клубнях. Интенсивность дыхания снижается при этом в 3 - 5 раз. активность окислительных ферментов аскорби-ноксидазы и фенолоксидазы - соответственно на 37 % и 8 %, продолжительность периода покоя увеличивается на 2 - 2,5 месяца.

1.2. На основе найденных впервые функциональных зависимостей между удельной теплоемкостью, температурой и сроком хранения клубней топинамбура /С-Ш.-с)/. между теплопроводностью, температурой и сроком хранения клубней топинамбура /Х-М,г)/ установлен диапазон, характеризующий температурно-влажностный режим хранения: температура -от 0 до 5 0С, относительная влажность - не менее 90 - 95 %.

1.3.В результате физиолого-биохимических и технологических исследований выявлена эффективность следующего состава газовой среда в упаковках с клубнями топинамбура: пониженное содержание Ог от 13 до 17,6 % и повышенное содержание СО2 до 1 55.

2. Для реализации разработанных режимов хранения в МГС показана высокая эффективность использования упаковок из полиэтилена марки "С" (пищевая) со встроенными гааоселективными мембранами (ГСМ) на основе кремнийорганических полимеров МДК-2 с газопроницаемости по Ог 2200 дм3 / ч м2 МПа и селективностью по С0г/02 - 4,5.

2.1. Установлены технологические требования к конструктивным ре-вениям упаковок, рекомендованы типы и размеры ГСМ.

2.2. Разработана номограмма определения площади встроенной в упаковку мембраны в зависимости от исходного уровня дыхания.

3. Установлена функциональная зависимость естественной убыли массы клубней топинамбура от продолжительности и способа хранения. Выявлены условия максимального снижения потерь от убыли массы.

Разработана мембранная технология хранения топинамбура, позволяющая сократить при хранении потери от убили массы в б - 10 раз.

4. Впервые изложена и аппробирована промышленная технология длительного хранения клубней топинамбура ,в МГС и подтверждена ео высокая эффективность для длительного сохранения пищевой ценности, товарного качества и высокого содержания биологически активных вецеств клубней топинамбура.

4.1. Применение мембранной технологии хранения клубней топинамбура обеспечивает: увеличение выхода стандартной продукции в 3 раза, товарной продукции,пригодной для переработки, - до 92...97 Ж; высокую сохраняемость содержания инулина - в 1,4 раза, аминокислот - в 1,5 - 3 раза, аскорбиновой кислоты - в 1.2 - 1,3 раза.

4.2. В результате опытно-промьвшенной аппробации технологического процесса хранения клубней топинамбура разработана технологическая инструкция по длительному хранению клубней топинамбура в МГС с ис-

пользованием полиэтиленовых упаковок с ГСМ и рекомендации по организации использования упаковок с ГСМ.

5. Проведенные исследования позволяют рекомендовать производству применение дифференцированных условий и режимов хранения клубней топинамбура в зависимости от требуемых сроков хранения, в том числе: при продолжительности хранения до одного месяца - холодильное хранение при температуре от 0 до 5 0 С; при продолжительности хранения до трех месяцев - холодильное хранение в негерметизированных полиэтиленовых пакетах при температуре от 0 до 5 °С; при продолжительности хранения от трех до пяти месяцев - холодильное хранение в МТС с использованием полиэтиленовых упаковок со встроенными газоселективными мембранами.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Голубев В.Н., Мамонова Г. В., Балук А. Влияние условий холодильного хранения субтропических плодов в РГС на активность ферментных систем клеточных мембран: Биотехнология и управление, N1,1992. -С. 37-38.

2. Голубев В.Н., Мамонова Г.В.. Балук А. Мембранные газоразделительные процессы и устройства на их основе для долгосрочного хранения растительного сырья: Тезисы докладов.-Киев, 1991,-с.256.

3. Голубев В.Н., Мамонова Г.В., Балук А. Влияние условий холодильного хранения субтропических плодов в РГС на активность ферментных систем клеточных мембран: Тезисы докладов. -Краснодар, 1992,-с. 43-44.

4. Голубев В. Н., Мамонова Г. В. Теплофизические характеристики клубней топинамбура: Тезисы докладов,-Москва, 1994,-с. 309-310.

5. Голубев В.Н., Шишкина Н.С., Мамонова Г.В. Комплексное использование топинамбура: Тезисы докладов,-Москва, 1994,-с. 62-64.

6. Мамонова Г.В.,Ратникова И.Н.Холодильное оборудование:учебник для учащихся техникумов, Колосс,-М., 1993, -246с.

7. Голубев В. Н., Мамонова Г. В., Щербаков Б. Г. Сохранение качества топинамбура - ценнейшего продукта питания: Тезисы докладов, -Москва-Видное, 1995, -с. 78-79.

/¿¡rt - /¿es