автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии плодоовощных криопорошков и их использование в пищевой промышленности

004603528

ЛОМАЧИНСКИЙ Владислав Вячеславович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛОДООВОЩНЫХ КРИОПОРОШКОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 о ИЮН 2010

Краснодар-2010

004603528

Работа выполнена в ГОУ В ПО «Кубанский государственный технологический университет» и ГНУ «Всероссийский НИИ консервной и овощесушильной промышленности» Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор технических наук

Касьянов Геннадий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Чай ко Галина Михайловна

доктор технических наук Добровольский Виктор Фрлнцевич

Ведущая организация:

ГНУ Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии

Защита состоится 15 июня 2010 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. Г, ауд. Г-251.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат диссертации размещен на сайте КубГТУ: www.kubstu.ru.

Автореферат разослан 14 мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук

В.В. Гончар

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы. Диссертация посвящена разработке технологии производства плодоовощных криопорошков, предназначенных для использования в пищевой промышленности в качестве основы быстровос-станавливаемых пюре и соков или компонентных продуктов в различных отраслях пищевой промышленности и в общественном питании.

Производство быстровосстанавливаемых плодоовощных порошков требует применения современной технологии, соблюдения научно обоснованных параметров бланширования, сушки и сверхтонкого измельчения плодового и овощного сырья. Однако при существующих технологиях производство таких продуктов экономически не целесообразно.

В настоящее время высококачественные быстро восстанавливаемые порошки получают методом сублимационной сушки, которая требует суммарной энергоёмкости 5 кВт/ч на кг испаренной влаги, против 1,2 кВт/ч при конвективной сушке. Однако применять одностадийную конвективную сушку для получения плодовых и овощных порошков до настоящего времени не удавалось, так как высушенные этим способом овощи и фрукты невозможно было измельчить до мелкодисперсного состояния. Поскольку основными компонентами плодов и некоторых видов овощей являются сахара и органические кислоты, при концентрировании образующие вязкую клейкую, гигроскопичную и термопластичную массу, то из них трудно получить хорошо восстанавливаемый порошок. Вкус и цвет восстановленных из таких порошков продуктов будет неудовлетворительным при несоблюдении оптимальных для данного вида сырья условий сушки и дробления.

В связи с этим разработка технологии плодоовощных криопорошков для использования в пищевой промышленности, предусматривающей вакуумную сушку плодов и овощей при щадящих режимах, измельчение сушёных продуктов при низкой температуре в среде жидкого азота с целью максимального сохранения ценных компонентов исходного сырья, является чрезвычайно актуальной задачей.

Работа выполнялась в рамках программы «Фундаментальные и приоритетные прикладные исследования по научному обеспечению и разви-

Автор выражает благодарность за помощь в выполнении теплотехнических расчетов заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Леончику Борису Иосифовичу.

тию агропромышленного комплекса РФ» на 2006-2010 гг. Россельхозака-демии по проблеме «Разработать современные ресурсосберегающие технологии и методы высокоэффективной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных продуктов адекватного питания» В соответствии с международным стандартом серии ИСО-9000, отечественными нормативными актами, а также тематическим планом НИР кафедры технологии мясных и рыбных продуктов КубГ'ГУ №1.4.06-10 «Биохимические, физические, энергоинформационные способы обработки сырья животного и растительного происхождения (2006-2010 гг.).

1.2 Цель работы. Основной целью выполненных исследований явилась разработка технологии производства тонкодисперсных быстровосста-навливаемых овощных и фруктовых криопорошков и технологических приёмов их использования в качестве основы или компонентов при изготовлении готовых восстановленных пищевых продуктов.

1.3 Основные задачи исследований:

- обосновать выбор сырья, произрастающего в Московской области, для производства высококачественных плодоовощных порошков;

- проанализировать химический состав плодоовощного сырья, отобранного для производства криопорошков;

- оценить влияние тепловой обработки плодоовощного сырья (в период бланширования) на активность ферментов;

- исследовать параметры низкотемпературной вакуумной сушки и их влияние на качество плодоовощного сырья;

- разработать технологию криоизмельчения сухих плодов и овощей в среде жидкого азота;

- разработать комплексную технологию получения высококачественных и конкурентоспособных быстровосстанавливаемых криопорошков из плодоовощной продукции;

- изучить химический и гранулометрический состав плодоовощных криопорошков;

- исследовать способы обеззараживания оборудования, сырья и сушеной продукции;

- провести опытно-промышленную апробацию комплексной технологии получения плодоовощных криопорошков для получения быстровосстанавливаемых пищевых продуктов;

- разработаны рекомендации по использованию криопорошков в кондитерской и макаронной промышленности;

- разработать техническую документацию на плодоовощные криопо-рошки и рассчитать экономическую эффективность их производства и применения.

1.4 Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и практическом решении задачи производства высококачественных плодоовощных криопорошков, предназначенных для получения быстровосстанавливаемых соков, пюре и компонентных добавок в различные пищевые продукты на основе комплексного использования растительного сырья.

Теоретически обосновано получение криопорошков из растительного сырья с использованием вакуумной сушки и криопомола полуфабрикатов при низкой температуре в среде жидкого азота, позволяющее сохранять исходную пищевую и биологическую ценность сырья.

Научная новизна предлагаемых технологических и технических решений подтверждена получением патентов РФ на изобретение и на полезную модель.

1.5 Практическая значимость работы. Практическая значимость полученных результатов заключается в разработке отечественной технологии получения и организации промышленного производства высококачественных и конкурентоспособных быстровосстанавливаемых плодоовощных криопорошков для пищевой промышленности.

На основе выполненных автором исследований разработаны технические условия № 9164-290-04782324-2010 и технологическая инструкция на «Фруктовые и овощные криоизмельчённые порошки», а также методические рекомендации по использованию криопорошков в кондитерской и макаронной промышленности.

1.6 Апробация работы. Материалы диссертации были доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях: «Плодоовощные консервы - технология, оборудование, качество, безопасность» (Москва-Видное, 2004 г.); «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2005 г.); «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей (Москва-Видное, 2007 г.); «Интеграция фунда-

ментальных и прикладных исследований - основа развития современных аграрно-пищевых технологий» (г. Углич, 2007 г.); «Кондитерские изделия XXI века» (Москва, 2009); «Плодоовощные консервы - технология, оборудование, качество, безопасность» (Москва-Видное, 2009 г.).

1.7 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе монография, 13 статей, в том числе 4 - в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены патенты РФ на изобретение и полезную модель.

1.8 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 128 страницах компьютерного текста, содержит 37 таблиц и 16 рисунков. Библиографический список включает 140 источников, в том числе 28 - иностранных авторов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В соответствии с целью и задачами диссертационной работы объектами исследований служили: капуста белокочанная по ГОСТ Р 51809-2001, морковь столовая по ГОСТ Р 51782-2001, свекла столовая по ГОСТ Р 51811-2001, тыква продовольственная по ГОСТ 7975 - 68, яблоки по ГОСТ Р 50528-93, районированные и выращенные в Московской области в 2004-2008 гг., а также полученные быстровосста-навливаемые криопорошки, кондитерские и макаронные изделия, изготовленные с использованием криопорошков.

2.2 Методы исследований. Определение химических показателей качества и микробиологических показателей безопасности исходного сырья, полуфабрикатов и готовой продукции проводили в соответствии с действующими государственными стандартами на методы определения качественных показателей пищевых продуктов.

Оценку качественного состава исходного сырья и криопорошков проводили с использованием современных методов физико-химического анализа: ИК, УФ и атомно-абсорбционной спектроскопии, газожидкостной и высокоэффективной хроматографии. Изменение температуры продукта в процессе сушки определяли с помощью инфракрасного термометра, вяз-

кость - вискозиметром Брукфельда, гранулометрический состав криопо-рошков - счётчиком «Кульгера TA-I1» и на установке для просеивания «У1-ЕСЛ-К», снабженной набором сит с размером ячеек от 40 до 500 мкм. Активность ферментов определяли по методу K.J1. Поволоцкой и Д.М. Се-денко и выражали в 0,01 М раствора йода, 1 см5 сока. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом регрессионально-го анализа с использованием программы Statistika 6. Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Обоснование выбора сырья. Определена целесообразность использования перспективных сортов капусты, моркови, свёклы, тыквы и яблок для получения быстровосстанавливаемых плодоовощных криопорош-ков. Отобраны сорта плодов и овощей, пригодных для изготовления крио-порошков: капуста белокочанная сорта Грибовский 147, морковь столовая сорта Нантская, свекла столовая сорта Цилиндра, тыква продовольственная сорта Зорька и яблоки сорта Анис алый. Анализируемое сырье отвечало критериям безопасности, установленным действующими стандартами, санитарными правилами и нормами.

В таблице 1 приведен химический состав плодового и овощного сырья, использованного для производства криопорошков.

Таблица 1 - Химический состав плодового и овощного сырья

Наименование продукта Вода % j Белки % Жир % Углеводы % Клетчатка Зола % U, Ca мг% Mg мг% Р мг% 04 U 3s 5 В2 мг% С мг% РР мг%

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

Морковь 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 86,1 1,5 0,1 8,8 2,5 1,0 290 37 23 43 0,02 0,04 10,0 0,2

Тыква 91,9 1.0 0,1 4,4 2,0 0,6 208 25 14 25 0,05 0,06 8,0 0,5

Яблоки 87,1 0,4 0,4 9,8 1,8 0,5 280 16 9 11 0,03 0,02 10,0 0,3

Рисунок 1 - Структурная схема проведения исследований

3.2 Оценка влияния тепловой обработки плодоовощного сырья в период бланширования на активность ферментов. Исследовали влияние способа и режима бланширования на степень инактивации оксидаз, как наиболее стойких к тепловому воздействию, содержание витамина С, наиболее разрушаемого нагреванием, а также степень гидролиза протопектина в растворимый пектин. Пероксидаза и полифенолоксидаза окисляют различные полифенолы и некоторые амины, что вызывает потемнение плодов и овощей как в процессе подготовки их к переработке (например, при очистке и резке), так и при хранении готового продукта.

С целью получения статистических характеристик зависимости активности ферментов от уровня температуры и времени её воздействия, были проведены эксперименты по инактивации пероксидазы и полифенолок-сидазы капусты, моркови, свеклы, тыквы и яблок.

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

Прогрев проводили в глицериновом термостате при температурах 70130 °С (с интервалом 10 °С) и экспозициях 0,5-30 мин (с интервалом 0,5-5 мин). Условно считали, что сок в капилляре нагревается до заданной температуры мгновенно. В таблице 2 приведены экспериментальные данные изменения активности пероксидазы морковного сока в зависимости от температуры и времени прогрева, которые описываются уравнением регрессии:

х ~ 114 - 0,8 / - 48,1 ^ г. (1)

Регрессионная статистика уравнения представлена достаточно высокими характеристиками: множественный коэффициент корреляции (Я) -0,96; множественный коэффициент детерминации (Л2), показывающий долю изменений, зависящих от изучаемых факторов /иг- 0,93; стандартная ошибка (а) - 5,5; критерий Фишера (/*) - 328. Аналогичным образом были рассчитаны и оценены уравнения регрессии термоинактивации оксидаз тыквы, капусты и яблок при прогреве в капиллярах. Полученные уравнения регрессии относятся только к случаю «мгновенного» прогрева продукта (и, следовательно, ферментов) до заданной температуры.

Для сравнения был поставлен эксперимент по термоинактивации пероксидазы и полифенолоксидазы моркови в условиях приближённых к производственным. Морковное пюре помещали в металлический патрон

диаметром 20 мм и прогревали в водяном термостате при температурах 5098 °С (с интервалом 10 °С) и экспозициях от 5 до 45 мин (с интервалом 2-5 мин).

Таблица 2 - Изменение активности пероксидазы морковного сока в зависимости от режимов прогрева (в % от исходной)

1°С Продолжительность нагрева, т, мин

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 5 10 ИНГ" 20

130 22,5 2,9 0

120 34,7 14,7 2,4 0

110 38,8 33,5 24,5 15,1 9,7 1,6 0

100 45,0 39,8 31,8 22,3 14,3 5,1 0,4 0

до 57,9 44,9 41,6 36,7 25,3 13,5 7,3 2,9 0

80 65,4 52,4 42,5 38,5 31,3 23,0 17,8 9,9 3,2 0

70 73,4 63,1 49,6 41,3 34,5 25,8 21,4 11,1 6,7 4,0 0,8

Расчёт времени полной термоинактивации ферментов морковного пюре по уравнениям регрессии, приведённым в таблице 3, показывает, что продолжительность экспозиций должна быть в несколько раз выше, чем при аналогичных режимах прогрева в капиллярах.

Таблица 3 - Уравнения регрессии термоинактивации оксидаз морковного пюре

Ферменты Уравнение регрессии Кол-во измерений К2 о Р

Полифеполоксидаза Пероксидача л- = 153-0,5 <-77 х= 174-0,49 /-89,6 48 49 0,89 0,95 8.8 6.5 178 440

Для изучения регенерирующих свойств пероксидазы (наиболее термоустойчивого фермента) морковное пюре, прогретое при 90 °С в течение 10-40 мин, хранили при.температуре +10...+12 °С до 5 суток, проверяя активность фермента каждые 24 ч. Из данных таблицы 4 видно, что способность пероксидазы к регенерации утрачивается только в случае ее полной инактивации. Изложенная методика использована для оценки степени теплового воздействия на активность ферментов плодов и овощей на различных этапах технологических процессов переработки.

Для выбора оптимального способа энергоподвода, морковь, капусту и яблоки бланшировали в кипящей воде, паром и СВЧ-нагревом. Прогрев продукта при микроволновом нагреве происходит в 10-20 раз быстрей, чем при использовании воды и пара, когда теплота передается только через поверхностный слой продукта.

Таблица 4 - Изменение активности инактивированной пероксидазы моркови в процессе хранения (в % к исходной)

Время прогрева Сроки хранения при 5 °С, час

при 90 °С, мин 0 24 48 72 120

10 21 23 30 32 37

15 9 11 13 16 18

20 4 5 8 12 15

25 1 1 2 4 4

30 0 0 0 2 2

35 0 0 0 0 0

40 0 0 0 0 . .....<>

В таблице 5 приведены данные по активности аскорбиноксидазы (АО), полифенолоксидазы (ПФО) и пероксидазы (ПРО) в свежей и бланшированной моркови при различных экспозициях СВЧ-нагрева. Согласно полученным результатам, для инактивации пероксидазы требуется более семи минут нагревания, что приводит к излишнему размягчению моркови.

Таблица 5 - Активность оксидаз моркови, нарезанной кубиками

с ребром 6 мм, при различных режимах бланширования (мл 0,01 М йода на 1 г сырья)

Свежая Бланширование Бланширование в СВЧ-полс, мин

Ферменты морковь паром 5 мин 2 з 4 5 7

Активность ферментов

АО 46 9 31 22 14 4 0

ПФО 46 13 31 20 16 9 0

ПРО 255 14 44 24 18 11 4

Установлено, что при бланшировании капусты различными способами происходит лишь частичная инактивация ферментов, а потеря витамина С зависит от способа бланширования. Например, при бланшировании капусты в кипящей воде она значительна и составляет 54% от первоначального содержания.

Бланшированную различными способами капусту высушили и определили содержание в ней витамина С. Анализ показал, что в процессе сушки распад витамина С продолжается.

Отсутствие активности пероксидазы в только что прогретом продукте ещё не означает полной инактивации фермента. В процессе нагрева активность фермента может быть подавлена, однако в период хранения она может восстановиться, если фермент не был денатурирован полностью.

Например, после сушки капуста имела хороший белый цвет, но после трёхмесячного хранения образцы, в которых ферменты не были полностью инактивироваиы, изменили свой цвет. Вероятно, это произошло из-за регенерации пероксидазы.

Была проведена серия экспериментов по бланшированию моркови в автоклаве паром с температурой 100, 110, 120, 130 °С в течение 5 и 10 мин. Одновременно было оценено влияние этих режимов на изменение массы продукта, степень инактивации пероксидазы и сохранность каротиноидов.

Анализ показал, что пероксидаза сохраняет активность при бланшировании в течение 5 мин при температуре 100 °С. При всех остальных, более жестких режимах, она полностью инактивируется. Также установлено, что тепловая обработка практически не влияет на содержание каротиноидов. Их уменьшение не отмечено даже при бланшировании паром с температурой 130 °С в течение 10 мин. Выполненные исследования подтвердили возможность инактивации оксидаз при установленных режимах тепловой обработки.

При бланшировании моркови и свеклы происходит значительная потеря массы продукта, при этом теряется как вода, так и сухие вещества. Исходя из показателя потери массы, можно сделать вывод, что оптимальным режимом бланширования будет 5 мин при температуре паром 130 °С, так как при этом режиме удаляется примерно четвертая часть воды, что дает существенную экономию энергии на её выпаривание в процессе сушки.

3.3 Исследование параметров вакуумной сушки плодоовощного сырья. Основной задачей данных исследований было определение экспериментальным путём оптимальных значений температуры нагревательных элементов вакуумной камеры, при которых время сушки до требуемой влажности было бы минимальным, а температура продукта во время сушки не превышала бы 60 °С. Перед сушкой были проведены одинаковые операции предварительной подготовки продукта: мойка, резка, бланширование и другие.

При сушке плодов и овощей в вакуумной камере используется низкая, по сравнению с процессом сушки в обычной сушильной камере при атмосферном давлении, температура и низкая тепловая нагрузка на сырье.

Более высокая производительность вакуумных сушильных камер, по сравнению с конвективными сушилками, дает возможность уменьшения

геометрических размеров камеры, что само по себе важно с точки зрения экономии производственных площадей. В состав вакуумной сушилки ВНИИКОП входят: нагреваемая плита, установленная на раме сушилки, верхняя крышка, теплообменник, конденсатор, насос для подачи горячей воды с электродвигателем, водокольцевой вакуумный насос с электродвигателем, резервуар для воды и коммуникации с запорными и регулирующими устройствами, обеспечивающими поддержание в установленных пределах температуры плиты и крышки.

Применение вакуумных сушильных камер при массовой сушке сырья позволит снизить себестоимость сушки по затратам электрической энергии, отказаться, при больших объемах потребления сушеных плодов и овощей, от строительства больших сушильных комплексов.

Для примера сравним условия сушки в вакуумной сушильной камере, серийно выпускаемой заводом «ЭХЗ» (г. Зеленогорск); в конвективно-вакуумной сушильной камере «ВС-1»; в конвективной сушильной камере «СК1-12Э» (г. Екатеринбург) и себестоимость сушки нарезанной тыквы в них с себестоимостью сушки тыквы в сушилке ВНИИКОП. Для расчета показателей приняли в качестве примера нарезанные куски тыквы толщиной 50 мм, высушиваемые от начальной влажности \У„ = 86% до конечной влажности = 8%. Комплексный затратный показатель сушки тыквы в сушилке «ЭХЗ» - 2420 руб/м3, в сушилке «СК1-12Э» - 1320 руб/м3, в сушилке ВНИИКОП «ВС-1» - 940 руб/м3 (при цене электроэнергии 1кВт-ч -1,8 руб).

Продолжительность цикла составляет 8 ч, выход сухого продукта с относительной влажностью 7% - 1,2 кг/м2, расход электроэнергии - 2,06 кВт на 1 кг испаренной влаги.

Таким образом, продолжительность сушки сырья в вакуумной камере в 2,5-3 меньше чем в конвективной. При сушке плодоовощного сырья себестоимость сушки в вакуумной камере «ВС-1» значительно ниже, по сравнению с сушкой в конвективных сушильных камерах (на примере камеры «СК1-12Э»). Основное количество влаги удаляется при давлении ниже 7 кПа. В вакуумной сушилке ВНИИКОП обеспечивается более высокое качество высушивания сырья. Этому способствует низкая температурная нагрузка на сырье. Наличие небольшой, но производительной вакуумной су-

шильной камеры для предприятий перерабатывающих плоды и овощи является экономически целесообразным.

На рисунке 2 приведён график изменения температуры высушиваемого продукта при температуре нагревательных элементов 100 °С и вакууме 7 кПа.

Из графика видно, что температура продукта не превышает значения 60 °С при сушке продолжительностью до 8 часов, так как на первом этапе процесса сушки скорость испарения влаги сдерживается диффузией влаги через пограничный слой, а на втором - диффузией влаги из внутренних слоев продукта на поверхность.

Рисунок 2 - Зависимость средней температуры тыквенного пюре от продолжительности сушки при температуре нагревательных элементов 100 °С и вакууме 7 кПа

3.4 Разработка комплексной технологии производства криопо-рошков. Криоизмельчение является технологическим процессом, в котором измельчению подвергается сушеное растительное сырье, охлажденное до низких температур (от минус 100 °С до минус 190 °С), что позволяет предотвратить процессы окисления, агрегации и карамелизации сырья и освободить находящиеся в связанном с белковыми молекулами БАВ для полного усвоения их организмом человека. Этот эффект невозможен при использовании тепловых способов измельчения, при которых температура внутри массы сырья может достигать очень высоких значений (более 200 °С), что приводит к потере большинства весьма ценных БАВ.

Криопомол осуществляли в лабораторной шаровой криомельнице барабанного типа с мелющими телами в виде металлических шаров диаметром 20 мм, вращающейся со скоростью 70 об/мин, в среде жидкого азота при соотношении сырья и жидкого азота равном 1:2. Температура кипения жидкого азота -1% °С Получаемый тонкодисперсный порошок с размером частиц менее 60 мкм может быть использован в качестве пищевой добавки. Резкое охлаждение высушенного плодоовощного сырья в среде жидкого азота приводит к растрескиванию образцов, что ослабляет связь между целлюлозной матрицей и биологически активными веществами сырья. В результате освобождения от матрицы резко повышается биодоступность ценных компонентов сырья. Деструкция целлюлозной матрицы способствует дополнительному порообразованию высушенных образцов, что обеспечивает высокую сорбционную активность продукта. Рациональное соотношение сырья и сжиженного инертного газа - 1:2, при котором достигается однородность обработки сырья по всей массе.

3.5 Исследование гранулометрического состава плодоовощных криопорошков. С помощью счётчика «Культера TA-II», оборудованного приставкой РСА, в котором реализуется кондуктометрический метод счёта частиц, находящихся в суспензии или эмульсии был исследован гранулометрический состав криопорошков капусты, моркови, свеклы, тыквы и яблок.

По экспериментальным данным были построены гистограммы и графики дифференциального и интегрального распределения, а так же рассчитаны их статистические характеристики, которые, показали, что размеры частиц находятся в пределах от 10 до 100 мкм во всех исследованных порошках, в отличие от образцов обычного помола, содержащих частицы размером 30-400 мкм.

Проведённые эксперименты показали, что предварительное замораживание сухих плодоовощных продуктов приводит к значительному уменьшению удельной энергии разрушения ценных компонентов по сравнению с комнатной температурой. Установлено, что при правильном выборе соотношения массы продукта, массы жидкого азота и массы шаров удалось оптимизировать технологию получения тонкодисперсных плодоовощных порошков благодаря уменьшению теплового воздействия на измельчаемые продукты.

Особенности технологического процесса по производству плодоовощных порошков с применением криогенной технологии изложены в методических рекомендациях; обеспечение микробиологической стабильности криопорошков представлено в других методических рекомендациях и официально утверждены в ТУ № 9164-290-04782324-2010 и ТИ «Фруктовые и овощные криоизмельчённые порошки». Реализация предлагаемой технологии позволит обеспечить население плодоовощными криопорош-ками, содержащими до 95% исходного количества витаминов и являющихся биологически активными продуктами с высокой степенью усвояемости.

3.6 Исследование способов обеззараживания оборудования, плодоовощного сырья и сушёной продукции. Разработаны технологические приёмы, обеспечивающие производство криопорошков соответствующих по микробиологическим показателям требованиям Санитарно-эпидемиологических правил и нормативов, утверждённых Минздравом России (СанПиН 2.3.2.1078-01).

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 обсе-мепённость сырья в 55-100 раз, обсеменённость мезофильными анаэробами - в 20 раз.

3.7 Опытно-промышленная апробация комплексной технологии производства плодоовощных криопорошков. Производственные испытания проводили на экспериментальном образце шаровой криомельницы, представленном ЗАО «Корпорация „Роспродмаш"». Во время помола фиксировали изменения температуры: стальных шаров (диаметр 20 мм), продукта и корпуса мельницы. По результатам исследований было составлено уравнение, позволяющее определить оптимальные технологические параметры криоизмельчения плодоовощных продуктов.

Рассмотрим особенности технологии производства плодоовощных-криопорошков. При разработке комплексной технологии подготовки сырья к сушке, осуществлении вакуумной сушки и криоизмельчения выдержива-

лись следующие показатели. Оптимальная высота сырья, укладываемого на противни вакуумной сушилки, составляет 10 см; форма нарезки, образующая максимально рыхлую структуру с наибольшей удельной поверхностью сушимого материала - столбики или кубики с гранью 5 мм. Масса жидкого азота, заливаемого в криомелышцу - 1-2 л на кг измельчаемого полуфабриката. Снижение дозы азота ниже рекомендуемого уровня, приводит к увеличению продолжительности процесса измельчения или невозможности достижения заданной дисперсности. Увеличение дозы азота выше рекомендуемого предела не приводило к интенсификации процесса измельчения, а вело к неоправданному расходу жидкого азота.

На рисунке 3 представлена аппаратурно-технологическая схема промышленной линии по производству фруктовых и овощных криопорошков. Прошедшее обработку на подготовительных участках сырьё с помощью транспортных тележек передаётся на бланширователь (1), где оно обрабатывается водяным паром. Далее продукт высушивается в электровакуумной сушилке (2), сушёный полуфабрикат поступает на инспекционный транспортёр (3) и загружается в криомельницу (5). Полученный порошок подвергается просеиванию в рассеве (6) и поступает в расфасовочно-упаковочный автомат (7), где осуществляется упаковка готового порошка в герметичную тару. Часть порошка, не удовлетворяющего требуемым параметрам дисперсности, направляется на повторный размол.

сыр(.е йлаишнрошшие

I > }

плкуумшя сушкл

.7*.........

ом ручка tHnpc6iiic.no

ншкраг нс.чосупюниого пролукт

фасовка разделение по-шрлт некондиционного порошка |

ушкоякя и» (Ьмкмш! Г.......... .........." "" ~~

- - м' криончмельчепие /,. - и

□

жндкиН ачог

Ж

1 - бланширователь, 2 - вакуумная сушилка, 3 - инспекционный конвейер, 4 - дочатор жидкого азота, 5 - шаровые мельницы, 6 - просеиватель, 7 - фасовочпо-упаковочмая машина

Рисунок 3 - Аппаратурно-технологическая схема производства криопорошков из растительного сырья

Результаты испытаний опытной линии по производству плодоовощных криопорошков позволяют рекомендовать следующие ориентировочные значения параметров технологического процесса: форма нарезки -столбики или кубики с гранью 5 мм; масса сырья, загружаемого в сушилку - 200-300 кг; продолжительность сушки - 6-12 ч; температура нагрева продукта - 40-60 °С; давление в камере - 7,0 кПа; конечная влажность высушенного сырья 4-6%; масса продукта, загружаемого в криомельницу 3-5 кг; масса жидкого азота на 1 кг продукта - 1-2 л; продолжительность измельчения - 15-25 мин.

Указанные значения должны корректироваться индивидуально для каждого вида перерабатываемого сырья.

В таблице 6 приведены некоторые показатели химического состава криопорошков. Кроме приведенных в таблице ингредиентов в составе криопорошков обнаружены антоцианы, биофлавоноиды и пектин.

Таблица 6 - Химический состав плодоовощных криопорошков

Паимемонапж продукта Вода % К И 5 из £ * Углеводы %| Клетчатка ! Зола % | о4 Я и о4 « и о4 и Я во £ Си о1* 1-1 Й 5 а СО £ и я о а а, 0-

Капуста 5,4 13,2 0,0 66,0 7,7 7,7 1700 470 150 290 0,6 0,5 420 4

Морковь 6,0 9,0 1,0 62,0 13,0 9,0 2000 520 390 540 0,6 0,2 65 10

Свекла 7,2 7,7 0,9 54,6 23,0 6,6 2314 360 250 430 0,3 0,4 110 2,6

Тыква 7,0 9,2 0,3 66,0 12,5 5,0 1670 390 145 260 0,5 0,3 85 5

Яблоки 8,0 5,0 0,0 68,0 12,5 6,5 2420 165 102 120 0,1 0,3 120 3

Разработана техническая документация ТУ № 9164-290-047823242010 и технологическая инструкция на «Фруктовые и овощные криоиз-мельчённые порошки».

3.8 Использование криопорошков при производстве пищевых продуктов. В лабораториях ГУ НИИ кондитерской промышленности с участием автора проведена серия экспериментов по определению технологических параметров и оптимального соотношения рецептурных компонентов желейного мармелада на агаре с криопорошком из тыквы. Установлено, что наибольшей желирующей способностью обладает смесь (яблочное пюре-криопорошок из тыквы) при использовании порошка из тыквы купажной фракции с размером частиц 150-500 мкм и содержанием сухих веществ 25%.

Совместно с сотрудниками ГУП Государственный научно-исследовательский институт хлебопекарной промышленности вырабатывали макаронные изделия на оборудовании фирмы «Ьа МопГсппа». Исследовали качество макаронных изделий, содержащих криопорошок тыквы в количестве 3, 5, 10, 15% к массе муки. Анализ экспериментальных данных показал, что целесообразно использовать криопорошок тыквы в количестве от 3 до 10% к массе муки.

Разработанная технология апробирована на производственных мощностях Богучаровского экспериментального консервного завода. На 5 видов плодоовощных порошков разработана и передана промышленности техническая документация.

Экономическая эффективность производства криопорошков из капусты, моркови, свеклы, тыквы и яблок составляет от 12 до 15 тыс. руб. на 1 т реализованных криопорошков в зависимости от вида сырья.

ВЫВОДЫ

1. Отобраны сорта плодов и овощей, произрастающие в Московской области и по содержанию ценных компонентов пригодные для производства криопорошков: капуста белокочанная сорта Грибовский 147, морковь столовая сорта Нантская, свёкла столовая сорта Цилиндра, тыква продовольственная сорта Зорька и яблоки сорта Анис алый.

2. Оценено влияние температуры бланширования на содержание витаминов и активность ферментов. Установлено, что пероксидаза моркови сорта Нантская сохраняет активность при бланшировании паром с температурой 100 °С в течение 5 мин. Оптимальный режим бланширования моркови - 5 мин паром с температурой 130 °С, так как при этом режиме полностью инактивируются ферменты и удаляется до 25% воды, что даёт существенную экономию энергии в процессе сушки.

3. Проанализированы преимущества низкотемпературной вакуумной сушки плодоовощного сырья. Продолжительность цикла сушки составляет до 8 ч, выход сухого продукта с относительной влажностью 7% - 1,2 кг/м\ расход электроэнергии - 2,06 кВт на 1 кг испаренной влаги. При сушке измельченного овощного сырья на установке с использованием вакуума до 7 кПа, содержание водонерастворимых сухих веществ достоверно снижается,

что объясняется частичным гидролизом полисахаридов из-за значительного повышения температуры высушиваемого продукта.

4. Разработана комплексная технология получения криопорошков из капусты белокочанной, моркови столовой, свеклы столовой, тыквы продовольственной и яблок на шаровой криомельнице барабанного типа с мелющими телами в виде металлических шаров диаметром 20 мм, со скоростью вращения барабана 70 об/мин, в среде жидкого азота при соотношении сырья и жидкого азота, равном 1:2 при температуре до минус 110 °С (Патент РФ на полезную модель № 54319). Получали тонкодисперсный порошок с размером частиц менее 60 мкм. Размеры частиц находились в пределах от 10 до 100 мкм во всех исследованных порошках, в отличие от образцов обычного помола, содержащих частицы размером 10-400 мкм. Продолжительность процесса измельчения и дисперсность криопорошка зависела от исходной влажности измельчаемого материала. Оптимальная влажность измельчаемого сырья 6-8%.

5. Исследован гранулометрический состав плодоовощных порошков с помощью счётчика «Культера ТА-Н», оборудованного приставкой РСА, в котором реализуется кондуктометрический метод счёта частиц, находящихся в суспензии или эмульсии. По экспериментальным данным были построены гистограммы и графики дифференциального и интегрального распределения, а так же рассчитаны их статистические характеристики, которые, показали, что размеры частиц находятся в пределах от 10 до 100 мкм во всех исследованных порошках, в отличие от образцов обычного помола, содержащих частицы размером 30-400 мкм.

6. Исследован химический состав плодоовощных криопорошков, полученных из предварительно высушенного способом низкотемпературной вакуумной сушки и измельченного в криомельнице плодоовощного сырья.

7. Разработаны рекомендации по применению плодоовощных порошков для обогащения кондитерских и макаронных изделий. Апробация новой технологии получения криопорошков проведена на технологическом оборудовании Богучаровского экспериментального консервного завода. Разработана техническая документация ТУ № 9164-290-04782324-2010 и технологическая инструкция на «Фруктовые и овощные криоизмельчённые порошки».

8. Рассчитана экономическая эффективность производства и применения криопорошков из капусты, моркови, свеклы, тыквы и яблок. Экономический эффект при производстве криопорошков составляет от 12 до 15 тыс. руб. на 1 т реализованных криопорошков в зависимости от вида используемого сырья.

Суммарный экономический эффект от производства и применения криопорошков в новых видах продукции составляет от 18 до 20 тыс. руб. на 1 т реализованных криопорошков в зависимости от вида продукции.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ломачинский, В.В., Касьянов, Г.И. Технология получения и применения плодоовощных криопорошков (монография). [Текст] - Краснодар: Экоинвест, 2009.-102 с.

2. Подлесный, А.И., Ломачинский, В.В., Квасенков, О.И. Санитарная обработка сырья для производства плодоовощных порошков [Текст] // Пищевая промышленность. - 2006. - № 11. - С. 48-49.

3. Подлесный, А.И., Квасенков, О.И., Ломачинский, В.В. Подбор моющего средства для оборудования при производстве криопорошков [Текст] // Вестник Россельхозакадемии. - 2006. - № 6. - С. 86-87.

4. Касьянов, Г.И., Ломачинский, В.В. Производство и использование криопорошков из овощей и фруктов [Текст] // Известия вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 3. - С. 113-114.

5. Ломачинский, В.В. Технология производства криопорошков из овощей и фруктов [Текст] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010. -№4.-С. 59-61.

6. Касьянов, Г.И., Ломачинский, В.В. Технология вакуумной сушки нарезанного фруктового сырья [Текст] // Сб. тр. КНИИХП «Новые технологии-будущее пищевой промышленности». - Краснодар: КНИИХП, 2003. -С. 84-86.

7. Леончик, Б.И., Ломачинский, В.В. Особенности процессов производства фруктово-ягодных порошков [Текст] // Сб. матер, межд. науч.-практич. конф. «Плодоовощные консервы - технология, оборудование, качество, безопасность», ВНИИКОП. - Москва-Видное, 2004. - С. 533-537.

8. Леончик, Б.И., Ломачинский, В.В. О задачах совершенствования крио-технологии производства овощных порошков [Текст] // Сб. докл. III юбилейной межд. выст.-конф. «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». - М.: МГУПП, 2005. - С. 246-248.

9. Ломачинский, В.В. Влияние процесса СВЧ-сушки на восстанавливаемость тыквенного порошка [Текст] // Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. «Проблемы создания продуктов здорового питания. Наука и технология». - Углич, 2006. - С. 134-135.

10. Патент на полезную модель №54319. Криомельница / Ломачинский, В.В., Филиппович, В.П., Квасенков, О.И. // Опубл. бюл. № 18 от 27.06.2006.

11. Ломачинский, В.В., Кухто, В.А., Филиппович, В.П. Исследование процесса криоизмельчения плодоовощного сырья в шаровой мельнице ООО «Богучарово-Маркет» [Текст] // Сб. матер, межд. науч.-практич. конф. «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей», сб. науч. тр., ВНИИКОП. - Москва-Видное, 2007.-С. 144-149.

12. Ломачинский, В.В., Леончик, Б.И., Токарь, Н.В. О возможностях моделирования криоизмельчения растительного сырья в шаровой мельнице [Текст] // Сб. матер, науч.-практич. конф. «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований — основа развития современных аграрно-пищевых технологий». - Углич, 2007. - С. 199-200.

13. Патент РФ 2315534. МПК А 23 Ь 3/01. Способ производства инстант-порошка из растительного сырья / Ломачинский, В.В., Мегердичев, Е.Я., Квасенков, О.И., Филиппович, В.П. // Заявка № 2006118179/13. Заявл. 29.05.2006. Опубл. бюл. № 3 от 27.01.2008.

14. Ломачинский, В.В., Кухто, В.А., Филиппович, В.П., Савенкова, Т.В., Горячева, Г.Н., Казанцев, Е.В. Криопорошки в производстве кондитерской продукции [Текст] // Матер. 7-й межд. конф. «Кондитерские изделия XXI века» - М.: Пищепромиздат, 2009. - С. 172-175.

15. Шнейдер, Д.В., Казеннова, Н.К., Ломачинский, В.В., Филиппович, В.П. Изучение влияния порошков тыквы на качество макаронных изделий [Текст] // Сб. матер, межд. науч-практич. конф. «Плодоовощные консервы -технология, оборудование, качество, безопасность», ВНИИКОП. - Москва-Видное, 2009. - С. 358-362.

16. Шнейдер, Д.В., Казеннова, Н.К., Ломачинский, В.В., Филиппович, В.П. Изменение содержания Р-каротина в макаронных изделиях при различных температурах сушки и при применении порошков тыквы [Текст] // Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. «Современные биотехнологии переработки сельхозсырья и вторичных ресурсов». - Углич, 2009. - С. 246247.

Подписано в печать 13.05.2010. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,36. Тираж 100 экз. Заказ №311. Ошечатано в ООО «Издательский Дом-ЮГ» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571