автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии переработки яблочных выжимок с получением пектинопродуктов

П6 од

МШИСТЕРСЩ) ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНУ \ I* н^и ^

/шевский технологический институт пищевой прсмкшенности

(¡а превах рукописи

ГУБИНОВ Семен Рабинович

уда С64.292.061.34

РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЯБЛОЧНЫХ &ЕЖ0К С ПСЛУЧШЕМ ПЕКГИНОПРОДУКГОВ

Специальность 05.18.07 - Технология продуктов брогения, алкогольных и безалкогольна напитков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Им ее 199Л

Работа выполнена в Киевско:.- технологиис/ коя институте пкв'.евой проуышленностн п а уаборатс>1*1И Агсс.ци&ция "Пектин" при Солдатском консерпюу заносе Улнпстегстра сельского хо-зяиства и прпдоЕОм-ствпя Кабарскно-БаляарокоГ; Республики.

Научний. руководите.«! : доктор технических ниук, академик

ЛИЛ Украины Н.С.Карпович

Осл-циальике оппоненты: ректор технических недк, профессор

■В.Л.ШЕец

кандидат биологических наук Е.В.фпко

Ведущая организация: Кубанский государственный аграрный

университет.

Зачтите, диссертации состоится "¿3" Я. 1993 г.

/О часов па заседании спсциамюирэвакногс согста Д-068.Г/ Невского технологического институт пигцсгюП прсиглленнсетп г адресу: ¿5:.СТ7, г.1::тн-17, ул. З-Г.атн.дарска« , 63.

ю.л-ю огпаш/итгся в библиотеке КТИПП.

Льч орг-фора? ра'к:-.--".ан " ^ ''

че'Гл- сегрст,•':}"-

сор» тп

КОМЛ.'П Х.И.!! 1.0.а.Н'!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальностьтемы. Переработка плодов и овощей как самостоятельная отрасль пищевой индустрии сформировалась сравнительно недавно в результате развития сельского хозяйства и формирования его промышленной базы. В настоящее время созданы производственные мощности по переработке плодов и овощей на основе научно обоснованных технологий. Однако отдельные производства в силу ряда причин (отсутствие специального оборудования, прогрессивных приемов, необходимой информации о биологической ценности сырья и др.) не имеют рентабельного законченного технологического цикла. Это, прежде всего, относится к переработке яблок. При наличии мощной сырьевой и промышленной базы комплексное безотходное использование яблочного сырья развито слабо. При производстве соксв из семечковых плодов получают отходы в виде выжимок, количество которых составляет, например, для яблок - 30-35$. Несмотря на то, что существуют технологии переработки яблочных вдяот.юк с получением пектина, яблочных порошков, проблема рациональной утилиза^™ вторичного яблочного сырья в отрасли прак- , тическй не решена. Так, только в регионе Кабардино-Балкарии ежегодно образуется до 16 тыс,т.яблочных выжимок, которые не находят промышленного применения.'

Актуальность проблемы использования яблочных выжимок определяется тем, что яблоки, являясь всецело полноценным пищевым продуктом, пройдя технологические операции по получению сока, превращаются как бы в сырье непищевого достоинства. Это приводит к искусственному уменьшению объемов пищевых ресурсов прямого использования.

Такому статусу-кво применения яблочного сырья содействовав: в основном отраслевое'научно-техническое развитие в условиях ограниченных капительных вложений и формирование цен, при котором стоимость исходного сырья при его переработке и другие связанные с'этим затраты перераспределялись на стоимость сока. Так, при заготовительной стоимости 12 руб. за 1 кг яблок, стоимость полученного сока (70/; от исходного) составляет 9,5 руб, а стоимость выкимоч (30£ от исходного) - 2,5 руб. (данные Солдатского консервного завода Кабардино-Балкарии). .

' Следует ответить, что другим сдер.лтвающим Ла.-стсром с точки зрения расширения объемов перерлбстюг вторичного сырья является от-сутстнчо практически доступно^ для вненрения технологии по'организации такого пргксводства нй. деГетщтпрт кснсершг--х пре'апг.ия.тиях.

На основании изложенного, а также в связи с тем, что в систем агропромышленного комплекса приоритетное развитие получают предпри тия по переработке и хранению сельскохозяйственной продукции, реше ние проблемы отрасли по рациональному использованию вторичных сырь вых ресурсов выдвигается в число первоочередных задач.

Диссертационная работа посвящена одному из направлений этой проблемы - переработке яблочных выжимок с целью получения жидких иектинопродуктов.

Важнейшим аспектом рассматриваемой Проблемы является то, что ухудшение экологической ситуации во многих регионсх и загрязнение окружающей среды чужеродными металлами обуславливает использование пектина и пектинопродуктов в качестве профилактического и лечебного компонента в пищевом рационе.

Технологическое решение в предлагаемом виде столь важной зада чи для перерабатывающей отрасли пищевой промышленности стало возт ним благодаря накопившемуся техническому потенциалу по переработке плодов и овощей, а также научному вкладу ряда ученых в решение проблемы производства пектина (труды В.В.Арасимович, Г.Б.Аймухамедово! В.В.Андреева, З.Д.Ащубаевой, И.С.Гулого, Л.В.Лонченко, Н.С.Кврпови-«а, В.В.Нелиной, Е.В.Сапокниковой, Х.Т.Салсмова, В.И.Смоляра, А.Ф.аан-Юнга, М.П.Филиппова, Н.П.Шелухиной, а.В.Цереветинова и др.'

Определяющими в разработанной технологии явились труды ученых Киевского технологического института пищевой промышленности, Научного центра "Биотехпереработка" Кубанского госагроуниверситета и Межреспубликанской межотраслевой научно-производственной ассоциации "Пектин", внесших существенный вклад в создание экологически чистой технологии пектина и пектиношх веществ.

Ц§£ь_паботы состоит в экспериментальном исследовании процессо! экстрагирования яблочной выжимки; гидролиза протопектина, разделения прогирролинованной массы и обработки пектинового экстракта,его качества и физико-химических свойств; разработке, на основе полученных результатов, технологии переработки яблочных выжимок с по луг кием пектинопродуктов. :

В соответствии с целью определены следуюцие задачи;

- изучить существующие способы переработки я блочных выжимок;

- исследовать пищевую.ценность и биологическую активность яблочных выжимок;

- исследовать извлечение из яблочных выжимок сока путем экстрагирования ;

- исследовать процесс гидролиза протопектина с использованием воды, прошедшей электродиализную обработку (экстрагента МШ);

- исследовать процессы технологической обработки пектинового экстракта и подобрать необходимое оборудование;

- определить качественные показатели яблочного пектинового экстракта;

- разработать экологически чистую безотходную технологию переработки яблочных выжимок с получением жидких пектинопродуктов.

НМНЙМ_!?2Бизна_работьи На основе результатов экспериментальных исследований и их производственной проверки разработаны технологические режимы подготовки яблочного пектиносодержащего сырья к гидролизу путем прямоточно-противоточного экстрагирования его водой, установлены технологические параметры процессов гидролиза протопектина, разделения гидролизной массы, фильтрования пектинового экстракта, получены новые жидкие пектинопродукты. Установлено влигчие режимных факторов процессов экстрагирования яблочных выжимок перед гидролизом протопектина, обработки пектинового экстракта перед фильтрацией на эффективность извлечения пектиновых веществ. Составлено математическое описание процесса экстрагирования яблочных вы'.кимок.

Практоческая_ценность_работы. •

Вь'поды и рекомендации диссертационной работы нашли практическое применение и использованы для:

- разработки технологического регламента на производство пектинового экстракта и концентрата из вторичного яблочного сырья;

- интенсификации' извлечения растворимых веществ из яблочных выжимок и разработки соответствующего аппаратурного оформления процесса;

- выбора оптимальных технологических параметров процессов гидролиза протопектина и разделения гидролизной массы;

- подбора тканевых перегородок в зависимости от физико-химических свойств экстракта при его фильтрации;

- расширение ассортимента пектиносодершацих изделий для орга-ниэеции пектинопрофилактики населения, проживающего в экологически неблагоприятных районах.

£2Р.52£брность_резх5ьтатов_исследований^ Достоверность порученных результатов, выводов и рекомендаций обеспечена присх-мспног.: сок-ременных методов экспериментальных исследований, мате№.?ическну ме-

■годов планирования и обработки экспериментальных данных, совпадением результатов лабораторных и промышленных исследований; базируется на критериях практической ценности новых пектинопродуктов.

Личны]5_вклац_автоЕа состоит б общей постановке задач исследования технологических процессов предварительной подготовки сырья к гидролизу, разделения гидролизной массы, фильтрации экстракта; подборке технологического оборудования, разработке технологической схе-№ и ее испытании; обработке результатов исследования, их анализа. Принимал участие в практической реализации результатов исследования. Выводы и рекомендации диссертационной работы получены автором лично.

Разработанный способ получения пектинопродуктов (полок.решение о выдаче патента на а.з.

5015658/13-060800 от 20.07.92 г.) использован при составлении технологического регламента на производство пектинового экстракта на Солдатском консервном заводе (Россия), Летичевском заводе продовольственных товаров (Украина).

На основе пектинового экстракта разработаны и внедрены пектино-содержащие напитки "Зарница", "Светлячок", "Напиток пектиновый".Разработаны и утверждены технические условия на "Повидло пектиновое яблочное", "Повидло пектиновое фруктовое".

Выработанные пектинопродукты использованы для организации пек-тинопрофилзктики медотделом УВД Краснодарского края, санаторями "Дубовая Роща", "Горный воздух" г.йелезноводска.

Фактический экономический эффект от внедрения технологии переработки яблочных быздшок с получением пектинопродуктов на Солдатском консервном заводе Кабардино-Балкарии на 1592 г. составил 2579,4 тыс. Р^б.

АпР2^£}ЦЕ;а_Е!!;2ультатов_ррботн. Основные положения диссертационной работы догладывались на П-ом, Е-ем, 1У-ом научно-технических семинарах "Электротехнология, пектиновых веществ" (г.Киев, 1991 г.,' 1522 г, 1593 г.)', 1У Всесоюзно!" научно-технической конференции "Разработка комбинированных продуктов питания (медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)" (г.Кемерово, 1991 г.).

Тематика исслепогагжГ: входила в планы работ Межреспубликанской меадтрвслегоК н?у«но-произгодственно1! ассоциации "Пектин", являющихся составной частью государственной прогрггм неотлогамх мер по г.;:1:гидац:1!! аварии на Чернобыльской АЗС. Задание 3.4.7.2. Создание и освоение про;;дгд>лс?ва пе.чтиноссдержащих добавок.

Публикации.! По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе положительное решение о выдаче патента по заявке № 5015658/13-060800 от 20.07.92 г.

Струотура_и_объем^аботы.. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, еыводоб и рекомендаций, списка библиографических ссылок и приложений. Работа изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 10 таблиц, включает 126 библиографических ссылок отечественных и иностранных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕШАНИЕ РАБОТЫ

Первая_глава "Способы переработки вторичного яблочкого сырья" посвящена анализу существующей технологии переработки яблок и способов переработки яблочных выжимок.

Значение яблок как и другой плодоовощной продукции определяется не питательными веществами (сахара и др.), а вкусоарома^ческими достоинствами, витаминаш, микро- и макроэлементами, которых в других пищевых продуктах нет или они имеются в значительно меньшем количестве.

Наибольший удельный вес в переработке яблок составляет производство соков. Часть яблок перерабатываемся на сока с гомогенизированной мякотью.

При промышленной переработке яблок с получение».: сока образуется 30...35% яблочных выкимок. Учитывая, что в соке находятся только растворите вещества, яблочные выжимки содержат остальную часть содержимого яблок. Средний химический состав яблечгах выжимок представлен в табл.1.

- б -

Таблица I

Средний химический состав яблочных выжимок

Показатели

Характеристика

Химический состав, г/100 г

Вора

Моно- и дисахариды Белки

Клетчатка сырая Целлюлоза

Органические кислоты Дубильные вещества Зола -

Пектин и протопектин

Минеральные вещества, мг/ЮО г Натрий' Калий Кальций [¿агний Босфор * Железо .

Витамины, мг/IOO г ^-каротин 3/ Ьл

F? С

77...81 6...8 . О,15...О,18 4,5. ..5,1 2,6...3,2 О,2...О,4 0,1...0,2 .0,3...0,4 1,5...2,5

0,09...0,10 4,81. ..5,20 0,48...0,50 О,20...0,22 О,41...О,46 0,05...О,Об

следы

следы ' : .следы 0,04...0,05 0,6...0,7 "

Яблочные ьыючяси содерют не только питательные вещества, но и целыЕ комплекс физиологически активна веществ. Из полисахаридов наибольшее количество составляют пектиновые. пещсства.- З связи с г*т1'&» crpepircHcrpoкаяке способов промыигеннсй 'переработки яблочных шм*<ок, разработка новых технологий имеют важное отраслевое'

'плччяа?. явля «г (?.'.• Tpf1! ¡щконныу сырьем для пектиновых иууч )Б( , кстс-хые в сьс»,ечере;-ь вьдглггот. трёбогьтшя'8. •

нему. Основное из них то, что яблочные выжимки должны быть высушены. Переработка свежих выжимок на существующих пектиновых производствах практически не производится в силу организационно-экономических причин. Практически в отрасли отсутствуют такие технологии.

Рассмотрены физико-химические свойства растворов с точки.зрения их технологичности, стабильности в процессе извлечения, температурной обработки, физических воздействиях. С учетом физико-хиг*иче-ских свойств пектиновых веществ сформулированы требовения к пектиновому экстракту как пищевому'продукту. Яблочный пектиновый экстракт долгкен соответствовать показателям растительных пищевых экстрактов и иметь пищевую ценность: аромат, свойственный исходному сырью; численные значения критериев безопасности, соответствующие показателям аналогичных ему продуктов; концентрацию пектиновых веществ, которая позволяла бы использовать его для пекткнопрофилактики.

На основе проверенного анализа сформулированы задачи исследований.

второй,гласе "Объекты и методы исследований, исследование пищеЕОй ценности сырья" описаны методы и приборы исследования.

Объектами исследований в работе явились яблочные шадики, диффузионный сок и пектиновый экстракт.

Содержание растворимых сухих веществ в жидких продуктах определяли рефрактометрическим методом.

Для оценки качества яблочных выжимок и пектинового экстракта определялись те показатели, которые оказывают существенное влияние на студнеобразование и комплексообразовение. Это - содержание пектиновых -веществ, уронидная и метоксильная составляющие, содержание карбоксильных групп, степень отерификации, молекулярная масса, студнеобразующая и комплексообразупцая способности пектиновых веществ.

Одним из способов повышения эффективности пектиноЕого производства является разработка технологии пектина из срекеотжатого пектиносодержащего сырья. С этим связаны следующие преимущества: исключение энергетических затрат на сушку сырья, стабильность процессов извлечения пектиновых веществ, повышение их качества.

Необходимость предварительной подготовки выжимок после гх прессования заключается в максимальном удалении сахароп, кислот и других балластных по отношению к пектину веществ, увеличена клеточной проницаемости и инактивации ферментов, удалении воздуха из межклеточного пространства растительной ткани.

Нами проведен*' исследования кинетики процесса пкстрагирования растворимых веществ из свежестлатых яблочных выжимок при температуре 20...90°С в течение I ч. Соотношение рссхода. касс поддерживал! равным 1,5...2,0. Отбор проб киркой фазы осуществляли через каядые 10 мин и определяли содержание сухих веществ (СБ). Их изменение в диффузионном соке по времени при различной температуре показано, на рис.1.

3 диффузионном соке кальций-пектатным методом определяли содержание пектиновых веществ (ПВ). Кшстттка изменения ПВ в процентах к массе СБ по времени при разных температурах показана на рис.2.

Из рис.2 видно, что с увеличением температуры содержание ПВ в жидкой фазе увеличивается до 0,05...О,15$. Это связано с экстрагированием растворимых ПВ и частичным термическим гидролизом протопекти- ; новой фракции сырья. Студнеобразуюцая способность выделенных ПВ низкая (50...70 мы рт.ст.). Температуру процесса экстрагирования, исходя из потерь ПВ и их студнеобразуюцей способности, выбрали 50...60°С.

Для определения максимальной степени извлечения растворимых СВ при невысокой потере ПВ и определения влияния'технологических факторов на процесс нами проведено математическое моделирование.

На основе лабораторных исследований, принимая гипотезу о линейности модели относительно варьируемых переменных, был выбран полный факторный план эксперимента (ШЗ).

Эффективность процесса экстрагирования оценивали по содержанию СВ.и потерь ПВ. В качестве функции отклика принято отношение

и - Л^-'-Ж' " ^ ~ & пв ■=;'■"• (I)

Математическая модель процесса представляется в следующем уравнении регрессии в кодированных обозначениях

у = 44,8 + 9,6 X, + 1,1- 1,5 Х/Х^. (2)

Уравнение, порченное в видо линейного полинома, является'основой для поиска оптимальных условий, при этом все параметра контролируемы. ; ''.. ■„' •..

Поскольку Еыбер контролируемых параметров процесса'зкетрагиро- . в&ния осуществляется на основе требований к пектину при учете вклада каклоге выселенного ^актора,.то намиоценены коэффициенты влия-,

—

л

х''

ш

8 7 6

1С

20 30

40

50 ■ С , 'пин

Рис.I. Изменение содержания СВ в кгтдкой фазе по

. гремони при различных теляеватурах: 1-20 С; 2-ХсС; 3-4С»С; 4-50ОС; 5--6ÖOC; 6-700С: 7-80ОС; 8-90°С

40 50 *JT> '-^ин

Рис.2. Изменение содержания ПВ по spei,-они при раал'чюо' температурах процесса: I-2CCC; ."-3QW0- "Моо^-4-5СОС; 5-6С°С; 6-7ССС; 7-БОСС; Б-'ЭС^

- ю -

ния (чувствительности) в действительных значениях по формуле

п - 6 г

Не (з)

где д 0С1 - интервал варьирования

Установлено, что наиболее "чувствительным" фактором является продолжительность экстрагирования, затем температура. Этот вывод согласуется с Литературными данными о том, что при повышении температуры из-за частичного термического гидролиза концентрация ПВ в жидкой фазе увеличивается. Поэтому при заданной цели исследования -максимальное содержание СВ в диффузионном соке - изменение продолжительности процесса более эффективно.

Кроме того, из уравнения математической модели экстрагирования растворимых сухих веществ следует, что абсолютная величина коэффициента фактора - выше, чем Это значит, что температура оказывает большее влияние на,показатель параметра оптимизации. Следует также отметить, что если эффект взаимодействия факторов процесса имеет отрицательный знак (- 1,5 Х^Х^), то для увеличения показателя параметра оптимизации факторы должны одновременно изменяться в разных направлениях, т.е. при увеличении температуры продолжительность процесса необходимо уменьшить.

На основе подученного математического уравнения регрессии процесса экстрагирования растворимых сухих веществ (2) с помощью метода крутого восхождения найдены оптимальные значения температур: и продолжительности процесса без изменения соотношения расхода масс, крутое восхождение оказалось эффективным: функция отклика У = 66,5, что на II ,9 единицы выше максимального значения функции отклика, достигнутого при постановке экспериментов но плану ШЗ. Практгческая реализация условий оптимального опыта, когда содержание СВ наибольшее, а ПВ наименьшее, подтверждает результаты расчета.

Таким образом, оптимальными условиям! процесса экстрагирования является следующие: температура 50...55°С; продолжительность 25...30 ин.

Пищем.!? ценность вторичного яблочного сырья и ¡кидких пектинс-продуктов обусловлена содерьакием а "их углеЕ0Д0в, органических ки-

слот, полифенолов, минеральных веществ, витаминов и других соединений.

Биологическую активность объектов исследования оценивали по ком-плексообразуицей способности изделий.

Химический состав диффузионного сока и пектинового экстракта представлен в табл.2.

Таблица 2

Химический состав и пищевая ценность диффу-. зиопного сока и пектинового экстракта

Показатели

Диффузионный сок

Пектиновый экстракт

Химический состав, г/ТОО г

Вода 93,5

Белки 0,2

Ноне- и дисахариды 5,7

Клетчатка О

Спиртоосаэдаемые пектиновые

вещества ОД

Органические кислоты (в пересчете

на яблочную кислоту) 0,2

Зола 0,3

Минеральные вещества, мг/100 г

JVa 1,4

К 68,9

Са 6,7

Мд, 3,3

Р 6,1

F е 0,8

Витамины, мг/ЮО г

Д -каротин следы

В* 0,С05

Вд 0,005

РР 0,50

С 0,56 Комплекс ^образующая способ-

ность/яРВ/мя С ,7

95,1 0,1' 0,9 О

0,7

0,3 0,2

1,0 32 3,4 1,8

3,2 0,6

Л fi

Сравнительный анализ табличных данных показывает, что наибольшей пищевой ценностью обладает диффузионный сок, а биологической активностью - пектиновый экстракт.

В_третье[;_глаЕе "Разработка технологии переработки яблочных выжимок" изложены результаты экспериментальных исследований процессов экстрагирования яблочных выжимок, гидролиза и экстрагирования пектиновых веществ, разделения гидролизной массы, обработки пектинового экстракта.

Процесс извлечения диффузионного сока из яблочных выжимок путем их экстрагирования не нлгаел широкого распространения в отечественном соковом производстве. Это связано, в основном, с отсутствием, специального экстракционного оборудования ' и технологии экстрагирования. В :;онбчнсм итоге, эти и другие причины относят технологию переработки яблок к категории несовершенного производства, что подтверждается цифрами: из 100 кг яблок, содержащих 80...85$ сока, извлекают в среднем 65...70?.. Остальная часть ценного пищевого продукта практически не используются.

Нами исследован процесс экстрагирования яблочных выжимок в лабораторных условиях, результаты послужили основой для разработки аппаратурно-технологичесчой схемь: дополнительного извлечения сока иг яблочных ЕЫЖИМОК.

Известно, что движущей силой процесса экстрагирования является ргзнссть концентраций экстрагируемого вещества. Наиболее эффективным способом при таком извлечении является противоток. Механизм экстрагирования включает в себя проникновение экстракта в поры твердого материала, растворение целевых компонентов, диффузионный перенос экстрагируемых веществ из глубины твердой частицы к поверхности раздела фаз и перенос веществ от поверхности частиц вглубь ' экстрагента с помощью конвективной диффузии.

Проведение процесса в противоточном режиме представляет определение трудности ке-за' плохой проницаемости слоя яблочной выжимки. Частицы измельченной ткани блокируют транспортные каналы, из-за чего нарушается противотечный ре ним.

В сьтзи' с этим нами предложена прямоточно-протиготечная схема экстрагироЕалия. Она предусматривает прямоток в экстракторах и противоток между нимл. Схема экстрагирования яблочных выжимск представлена на рмсунке 3.

Но результатам исследований построены концентрационш е кри-pwe экстрагирования я блочных к-жт>" /р:с.4/.Так, при исходной

концентрации растворимых веществ СВ0 = 12,2...12,4%, производительности 1,6. ..1,8 т/ч, двух стадиях прямотока и стадии противотока мегкд! ниш, конечном отжиге прозкстрагированной яблочной выншки максимальное содержание сухих веществ (СВК - 6,0%) в диффузионном соке обеспечивается при следующих технологических параметрах: соотношение расхода масс 1,4...1,5, температура экстрагента 45...50°С. При таких режимах достигается наибольшее извлечение растворимых Сахаров: фруктозы, сахарозы, глюкозы (до 80%) и наименьшая потеря пектиновых веществ (0,09...0,10%), что существенно для пектинового производства.

Разработанная аппаратурно-технологическая схема экстрагирования яблочных еыжимок внедрена на Солдатском консервном заводе Кабардино-Балкарии. Установленная мощность участка подготовки пккти-носодержащего сырья 2,0___2,5 т/ч. Дополнительное количество диффузионного сока с содержанием СВ = 6%, извлеченного из I т яблок, составляет 195,5 кг, т.е. общий выход концентрированного яблочного сока (СВ = 70%) увеличивается с 8,14% до 9,54%. В расчете на годовой объем пе1еработки яблок на соки - 5000 т, дополнительный выпуск концентрированного сока с СВ = 70% составит 70 т (5000 х 14 кг) или 51,85 тыс.л. (70 : 1,35). (1,35 - переводной коэффициент I кг сока яблочного концентрированного с СВ = 70% в I л). При цене I л 177 р.дополнительный выпуск в оптовых ценах определится в сумке 12390 т.р. С учетом затрат на воду, пар, электрогнергию годовой экономический эффек от выработки дополнительного концентрированного сока составит 3007,5 тыс. руб.

Исходя из основных положений гидролиза и условий его осуществления , этот процесс не имеет особенностей для протопектина проэк-страгированных выжимок. Однако с учетом требований к качеству пектинового экстракта нами проведаны исследования процесса гидролитического расщепления протопектина яблочных выжимок после их экстрагирования. В качестве гидролизуюцего агента использовали ЭАВС -плектроактивированную водную систему .названную экстрагентом КШШ,

С учетом феномена пектиновых веществ и приведенного расчета реакции среды уточнен технологический режим процесса: температура процесса 85...87°С; продолжительность процесса 1,5. ..1,8 ч; соотношение фаз (яблочные выжимки: экстрагент) Ц= 1,8...2,0; показатель среды гидролизной массы, рН 2,7...3,0.

Однако такие парагетр.т ведения процесса обуславливал1 получение экстракта с высокими вязкостным/ характеристиками, что ухуд-

Рис.4. Кснцентрацнон:!ье ксиаые процесса экстрагирования раствор:'!.^ сухих веществ из яблочных йьг.ч^кок:

I - концентрация с твердой фазе; £ - концентрация в килкей фале.

тает в последующем разделение фаз.

Соотношение расхода масс, при котором эффективно происходит их разделение на перфорированной поверхности составляет ф -2. Для достижения оптимального соотношения расхода масс необходима дополнительная технологическая стадия - экстрагирование пектиневых веществ из прогидролизованного сырья.

Результаты исследований кинетики экстрагирования показали, что основным интенсифицирующим фактором процесса массообмена в системе пектиносодерй^ащее сырье - экстракт является температура. С повышением температур) увеличивается движущая сила процесса и снижается вязкость, существенно влияющая на диффузионные свойства сырья. Кроме температуры на вязкость пектиновых растворов оказывают влияние концентрация пектина в ¡кидкор, фазе, которая определяется соотношением масс.

Ивми исследована зависимость приведенной вязкости пектинового экстракта от концентрации пектина и температуры.

Результаты исследований представлены на рис.5, из которого видно, что с повышением температуры вязкость пектинового экстракта снижается. При уменьшении концентрации пектина в ¡экстракте температурные эффекты проявляются меньше. При концентрации пектина 0,1% и ниже вязкость растворов при повышении температуры изменяются незначительно.

При увеличении концентрации пектина от 0,1 по 0,8...О,вязкость пектиновых экстрактов возрастает при температуре 20...¿0°С в 4...7'раз. Это обуславливает ухудшение .условий массоотдачи^ снижение степени экстрагирования и выхода готового продукта. Поэтому процесс экстрагирования пектиновых веществ целесообразно производить при температуре 50°С. Технологические границы температур! экстрагирования определяются выходом целевого: вещества и его физико-химическими показателями.

Исследованиями установлено, что, чем ниже температура экстрагирования , тем выше етуднеобразукхцая способность, но меньше выход. Оптимальной температурой, при которой достигаться высокие выход

по массе сырья) и етуднеобразукхцая способность (66,5... 95,8 кПа) является температура 70...75°С.

Концентрация пектиновых веществ в жидкой фазе 0,5...0,6% при установленных технологических параметрах гидролиза достигается при ф = ¡¿,5. ..3,0.

Рис.5. Зависимость вязкости пектинового экстракта из яблочных выжимск от концентрации пектина при различных температурах (°С): 1-50; 2-60; 3-70; 4-30; 5-90

В связи с этик предложено требуемое, соотношение фаз устанавливать не в начале проьедения гидролиза, а в конце процесса, и для этого использовать диффузионный сок.

Такой технологический прием позволил произвести дополнительное экстрагирование г.ектиновьгх вещесп: :i за счет соотношения расхода фаз, а также снизить температуру гидре лианой массы-на I0...I5°C и довеет ее до значений 70.. .7Г)°С. При таком температурном режиме и ^=2,5... 3,0 достигается содержание пектиновых веществ в экстракте 0,5...0,6 Кроме того, обеспечивается инактивация пезо- и термофильных бактерий.

Установленные технологические параметры обуславливают требуемую еязхость экстракта, что позволяет прозести процесс разделения гидролизной массы на перфорированной поверхности.

На способ получено полс..:ительное решение Патентного ведомства России о выдаче патента по заявке 5015658/15-060600 от 20.07.92 г

В традиционной технологии пектина для более полного извлечения целевого вещества из прогидролизованной и проэкстрагированной яблочной выжимки применяют механическое отжатие. Для этой цели имеется специальное оборудование. Наиболее эффективным из них является npeuc фирмы Бухер.

Такой способ и аппаратурное оформление оправданы с точки зрения задачи и особенностей традиционной технологии: достичь максимального выхода целевого продукта в жидкой фазе и невозможностью возьрата проэкстрагированной выжимки в категорию пищевого сырья (ввиду наличия в ней непищевых минеральных кислот).

Для реализации предложенного способа гидролиза яблочной выжимки с использованием экстр1 тента КГИПП и достижения поставленной цели (создание технологии пектинопродуктов) применение механического откатил с использованием прессов является неприемлемым, в том числе и с точки зрения дополнительных энергозатрат. Кроме того, перерабатывающая отрасль не имеет достаточно надежного и эффективного прессового оборудования отечественного производства для подобных масс.

В связи с этим нами предложен способ разделения гидролизной массы на движущейся перфорированной поверхности. Для установления технологических параметров этого процесса необходимо было изучить:

- толщину слоя гидролизной массы;

- необходимое соотношение ¡кадкой и твердой фаз в слое;

- продолжительность пребывания на перфорированной поверхности гидролизной массы, обеспечивающая стенание заданного количества жидкой фазы.

Результаты лабораторных исследований показали, что толщина слоя гидролизной'массы имеет определяющее значение ¡¡¿л отделения жидкой фазы. Так, при толщине слоя 10 мм удельное- количество отделившейся за 2 мин. жидкости при соотношении фаз Ц> = 3 (по массе сы- . рых выжимок), температуре средь: 65...70°С составило 45...50$, а при толщине 30 мм и равенстве указантос показателей - 25...30$.

Установлено также, что при соотношении фаз I независимо от толщины слоя (в границах от 10 мм до 50 мм) отделение жидкости от общей массы происходит очень медленно и в значительном количестве. Tait, при Ь = 10 mm,Í""= 2 мин, X - 65...7С°С удельное количество отделившейся жидкости состазилс 8...12$, а при толщине 30 мм соответственно 5...8$.

Важно отметить следующее. Растворимость пектина при температуре 20°С составляет 4,0$. Это означает, что I г пектина моадт прочно удерживать до 25 г воды. Если в 100 г сушеной яблочной выжимки содержится Î5 г пектина, то при полном гипролизе протопектина исходная масса выжимок должна составить 475 г (100 + 15 X 25). Способность поглощать воду присуща такэд и сушеной непрогипролизован-ней вьютмке. При этом 100 г сушеной вы;:лм:си поглощает до 5 частей воды. Таким образом, при полном гидролизе протопектина 100 г сушеной еыжимки превращается в пастообразный продукт массой порядка 1,1 ;сг. Такое соотношение твердой и жидкой фаз является минимальным и оно долдю учитываться при проведении гидролиза, транспортировке, перемешивании и других технологических операциях.

Указанный гидромодуль является величиной, которую необходимо учитывать при организации процесса экстрагирования, т.е. при CfèlC у*е мокет происходить эффективнее разделение массы на кидкую и пастообразную фазу. При увеличении эффективность разделения повышается. Так, при средней продолжительности пребывания прегидрели-соЕанной внушит: на перфорированной поверхности от 2 дс 5 мин. и при соотношении фаз ty = 15, 20, 25 количество отделившегося гидролиз ата увеличивается соответственно на 40, 55, 71$ч по сравнению с q, = то. .

На основе полученны-с результатов предложено аппаратурное оформление процесса разделения прогидро.таогсдаой млссы. /¡ля стой цз-ли применено типовое о боту до вал;; е сокового пеоиэводсп'ва - отогсате^ь.

3 связи с тем, что процесс аффективного разделения масс относительно длителен (С = 20...25 шн), а минимальная продолжительность нахождения массы б стекателе составляет 12... 15 мчн, предусмотрена установка дополнительного разделительного сита. Отличительной его способностью является возможности- регулирования продолжительности пребывания массы на вращающейся перфорированной поверхности и толщины слоя.

Предложенное оборудование прошло промышленную апробацию ь пектиновом цехе Солдатского консервного зарода и установлено для постоянной эксплуатации.

Пектиновый экстракт, подученный после разделения прогидролч-зованной. массы на перфорированной поверхности, представляет собой жидкую неоднородною систему. Она состоит из двух фаз. Одна иэ них находится в мелкораздробленном состоянии (частички мякоти), а другая является жидкой средой (пектиновый экстракт).

Для определения эффективности способа очистки пектинового эк- • страна от взвешенных частиц отстаиванием проведены исследования.

Результаты экспериментов покачали, что отстаивание эффективно при температуре 20°С. При этом расчетное время, при котором достигается максимальное количество отстоявшегося количества экстракта, составляет 5-6 ч для экстракта с содержанием СВ=2,6...2,6% и ПВ=0,4.. .0,5%. При СВ=3,2.. .3,4% и ПВ=0,5.. .0,7% продолжительность отстаивания с получением максимального количества отстоявшегося экстракта составляет 8-10 ч. Следует отметить, что в опытах по отстаиванию пектинового экстракта при температуре 30...50°С посте 6-часового периода начинался процесс брокения. При температуре до 55°С такой процесс&наблюд' лея. Анализ полученных результатов и условия эксплуатации оборудования на Солдатском консервном заводе показали нецелесообразность введения процесса отстаивания экстракта, :

Грубую очистку пектинового экстракта предложено провести фильтрованием - наиболее распространенным способом разделения жидких неоднородна систем.

Для выбора фильтрующей ткани и установления технологических параметрез процесса проведены исследования на специально изготовленное мешочных фильтрах. Установлено, что средняя скорость фильтрации пектинового экстракта при концентрации пекти овых веществ до 0,55%, рабочем давлении 0,5. ..0,6 Ша, экипировке фильтровальных рзмо* туаньв лансановой (арт. 56207, ГОСТ 15978-78), хлопчато-

бумажной (арт.2075) и капроно-лавсановой (арт. 126- 127 ) составляет с I м2 фильтрующей поверхности соответственно: 00___100;

50...70; 20...30 л/ч. ' 5

На основе полученных результатов смонтирована станция фильтрации, состоящая из 4 фильтров с общей поверхностью, фильтрац. л 28 ь^. Шильтруюшие элементы экипированы лавсановой тканью (арт. 56207, ГОСТ I5S78-78).

Для улучшения срганолептических показателей пектинового экстракта применяется процесс его сепарирования.

Результаты проведения исследований химического состава яблочных выжимок, экстрагирования их растворимых веществ, гидролиза протопектина с использованием экстрагента КПШ, данные по технологической обработке пектинового экстракта позволили разработать технологическую схему переработки яблочных выжимок и подобрать оборудование применительно к условиям работы Солдатского консервного* завода, (рис.6).

"Разработка новых видов пектинопродуктов и их внедрение" приведены результаты исследований по разработке пектиносодержащих продуктов на основе пектинового экстракта и про-гидролизованных яблочных выжимок (пектиновый концентрат, напитки "Пектиновый", "Светлячок", "Зарница", "Регина", "Мадина", "Повидло пектиновое яблочное", "Повидло пектиновое фруктовое").

• , ШВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

. На основе лабораторных, экспериментальных, промышленных исследований и с учетом производственного опыта работы соковых и педти-ювых заводе в разработала новая безотходная экологически чистдя • технология переработки вторичного яблочного сырья с получением 1екткнопродукто В. ' ' '

I. Предложен способ экстрагирования яблочных бы w мок в усло-зиях прямоточно-противоточНого режима, позволяющий дополнительно гзвлекать яблочный сок (до 200 кг из каждой тонны перерабатываете, яблок) с применением прессования на непрерывна действующих шековых. прессах (типа ПЦУ1-4). На способ получено положительное ;еиенйе Российского Патентного ведомства о выдаче патента по за-вке JS 5015658/13-060800 от 20.07.S2 г.

2. Предложен способ и технологический режим гидролиза прото-¡ктина яблочных выжимок, предусматривающий проведение процесса i ж температуре среды 86...87°С, реакции среды гидролизной массы

i 2,7...3,0, соотношении фаз q = 1,8...2,0 в течение 2,0...2,5 ч.

3. Расчетным путем определено количество экстрагента (диффу-юнного сока), необходимого для достижения заданного значения рН зеды гидролизуемой массы и одновременного снижения вязкости подушного пектинового экстракта.

4. Установлено, что аффектаиное разделение гидролизной массы

i движущейся перфорированной поверхности происходит при соотноие-1и фаз (в пересчете на сухую массу) Ц = 10.

5. Установлено, что фильтрование яблочного пектинового экст-«та через слой осадка на тканевой перегородке возможно при кон-¡нтрации пектиновых веществ до ПВ 0,55? и температуре 62...65°С.

6. Впервые в практике отечественного пектинового производст-i разработана и внедрена технология пектинового экстракта, кото-sPi в отличие от экстракта, полученного по традиционней технологии, ! требует дополнительной обработки для .придания ему качеств пище->го продукта. Технология является продолжением.переработки яблок

i сок и формирует это производство безотходным.

7. Впервые разработаны и освоены новые виды жидких пищевых :ктинспродукт6в, основной Составной частью которых является пек-1новый экстракт. Лектинопродукты прошли апробацию в санаториях

«с профилактические напитки. .

8. Результаты экспериментальных и производственных испытаний шработаниой технологии и созданные на основе пектинового экст-«та новые виды пищевых продуктов позволяют рекомендовать эту :хнологию как перспективное направление использования яблочных жимок для пектинового производства и выработки пектинспроду.хтов.

9. йтщевая ценность, биологическая активность и технелогич-!сть при производстве пектикошх экстракта и концентрата давт ¡нование рекомендовать гх для широкого использования в качестве ■удне-, кошлекссобразог^телей для рьрабстя традиционных и но-к видов пищевых изделий профилактического и л.тебноге' асссртн-нта.

10. Технология внедрена в 1990 г на Солдатском консервном заводе Прохладненского района Кабардино-Балкарии. Экономический эффект от внедрения технологии только за 1992 год составил 2579,4 тыс

Pï6.

ОСНОВНОЕ СОДЕЕШПЕ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Екстракт з яблучнихвичавок /В.Нел|'на, С.Рубинов, Л.Дон-чэнко, М.Карпович /Дарчова I переробна промислов/сть, - 1991. -}} б. - с.20.

2. Производство пектинопродуктов из вторичного яблочного И цитрусового сырья /В.В.Недша, Л.В.Донченко, Н.С,1£арпо№Ч, С.Р.Ру-бинов, Р.Ю.Нехай// Тез.докл. на 1У Всесошн.научн.-техн.кснф, "Разработка комбинированнь:х продуктов питания (медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация". Кемерово. 1991. - с.170. - с. 28-29).

3. Пектин: П1дготовка до виробництва /Л.Дснченко, В.Нел1*на, (.Крапивгацька, С.Рубинов//Харчова « переробна промислов!сть. -

1991. - If 3. - c.I4.

4. Разработка технологии комплексного использования пектино-содержащего сырья /Карпович Н.С., Донченко Л.В., Нелина В.В., Тогиайло М.А., Крепившцкая И.А., Рубинов С.Р., Бекшемиров rJ.B.// Тез. докл. на рсспубл. научн.техн.кокф. "Разработка и внедрение

! высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК" 24-^6,09.91 г. - Киев. - КТЭДЛ.- IS9I. - 595 с. - с.74.

5. Опыт эксплуатации промышленных экспериментальных установок для подготовки водь! в пектиновом производстве Д!.il.Купчик, А.Б. Матвиенко, А.В.Бойко, Й.Н.Дерккн, М.А.Тоткайло, С.Р.Рубишв, М.И. Еакан// Тез.докл. Ш научн.-техн.семинара "Электротехнология пектиновых веществ", 18-19 февр. 1992 г., Киев, 1992 г. ~ 72 о, с.14.

6. Исследование изменения качества пектина при хранении пектинового экстракта без консерьац;«п /Нежина З.Б.,'Донченкс Л.В., Карпович Н,С., Рубинов С.Р., Тимошенко Е.П., Проценко В.В.//. Тез. до^л, & игЧ'ЧН,-техн.семинара "Электротехнслогия пектиновых веществ".

18-19 февраля 1992 г., Киев, 1992. - 72 е., с 31-32.

7. Рубинов С.Р., Тоткайло К.А. Опыт работы пектинового производства Солдатскрго консервного завода// Там.же, с 43.

8. Способ получения жидкого пектиносодержащзго продукта /В.В. Нелина, Т.И.Костенко, С.Р.Рубинов и др.// Полож.решение на выдачу патента № 5015658/13-060800 от 20.07.92.

9. Основа напоев - пектинов£ екстракти /Т.Костенко, Л.Дончен-ко, М.1Сарпович, Л.Родионова, Л.Ерофеева, С.Руб/нов// Харчова I пе-реробна промисловс'сть. 1992. - К 4.

10. ТУ 18019595-19-93. Напиток пектиновый.

11. Совершенствование технологии производства пектинопродуктов из яблочного сырья /В.В.Нелина, С.Р.Рубинов, Л.В.Донченко и др.// Тез.докл. 1У научн.-техн.семинара "Электротехнология пектиновых веществ" 5-6 февраля 1993 г, Киев с.18. .

12. Новый профилактический налиток /Т.И.Костенко, В.В.Нелина, Л.В.Донченко, Н.С.Карпович, С.Р.Рубинов, И.А.Краливницкая//Тез. докл. 1У научн.-техн.семинара "Злектротехнология пектиновых веществ" 5-6 февраля. Киев - 1993 с.23.

Л