автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии производства плодоовощных чипсов

На правах рукописи

Королёв Алексей Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛОДООВОЩНЫХ ЧИПСОВ

Специальность: 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

6 И:СН і

005061189

Москва-2013

005061189

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте консервной и овощесушильной промышленности

Научный руководитель: кандидат технических наук, ст.н.с.

Пенто Владимир Борисович

Официальные оппоненты: Тырсин Юрий Александрович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», заведующий кафедрой «Органическая и пищевая химия»

Рысин Анатолий Петрович

доктор технических наук, профессор ООО «ИНЕРТОН», консультант по сушке и сушильным установкам

Ведущая организация: ООО Научно-промышленная фирма

«ЛИОНИК»

Защита состоится «28» июня 2013 года в 13°" часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» по адресу: 109029, Москва, ул. Талалихина, д.31, ауд.36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ имени К.Г. Разумовского

Отзывы направлять по адресу: 109004 г. Москва ул. Земляной вал д.73

Автореферат разослан: «28» мая 2013 года

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских

кандидат технических наук, доцент - : — — ~

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для России обеспечение населения продукцией сель-хозпереработки (свежими овощами, консервами, соленьями, маринадами и др.) особенно актуально, т.к. большая часть ее территории не имеет благоприятных климатических условий для выращивания овощей и фруктов. Производство плодоовощного сырья традиционно сосредоточено в южных и некоторых центральных районах европейской части страны. Транспортировка свежих плодов и овощей в удаленные регионы осложнена значительными расстояниями, а также большими потерями продукции.

В нашей стране и за рубежом получили широкое распространение продукты, употребляемые между основными приёмами пищи - «снэки». В эту группу входят и «чипсы». В технологии производства картофельных, а также некоторых овощных и фруктовых чипсов применяется обжарка в масле, в результате чего они приобретают хрустящую консистенцию. Даже при непродолжительном хранении в них происходят химические изменения - окисление и гидратация жиров, изменяющие вкус продукта.

Разработка и получение нового типа продуктов, вырабатываемых без применения обжаривания, консервантов и сахара, способных заместить, либо снизить потребление обжаренных чипсов с высоким содержанием жира, соли, синтетических и натуральных добавок, является актуальной задачей для пищевой промышленности. Сырьем для чипсов могут служить фрукты и овощи, не содержащие крахмал и жиры - такие как яблоки, морковь, свёкла. Однако, для производства чипсов без использования обжаривания и придания продукту хрупкости необходимо провести специальную гидротермическую обработку, обеспечить их низкую влажность и микробиологическую стабильность.

Традиционно используемый конвективньш способ сушки растительного сырья имеет ряд недостатков - высокая температура сушильного агента, длительность процесса и значительная энергоемкость. В этой связи перспективным и экономически целесообразным направлением получения обезвоженных продуктов считается способ комбинированной сушки, основанный на совмещении конвективного и СВЧ-энергоподвода на разных стадиях сушки.

Настоящая работа посвящена разработке технологии производства «чипсов», представляющих собой тонконарезанные овощные или фруктовые ломтики, обезвоженные до 3-5 %-иой влажности, сочетающие в себе полезные свойства сушеных продуктов и оригинальные потребительские качества.

Исследованиями технологий конвективной и микроволновой сушки плодоовощных продуктов занимались: A.C. Гинзбург, В.А. Воскобойников, В.Н. Гуляев,

Д.С. Избасаров, З.А. Кац, И.А. Рогов, А.П. Рысин, В.Б. Пенто, Г.К. Филоненко, В.Я. Явчуновский и др. Однако, только в последнее время появилась теоретическая и техническая возможность применения комбинированной сушки, на базе непрерывно действующего процесса.

Целью работы является разработка технологии плодоовощных чипсов, обеспечивающей максимальное сохранение свойств сырья и оригинального вкуса, консистенции и качества готового продукта.

В соответствии с целью решались следующие задачи:

- изучить сортовой состав моркови, свёклы, яблок в качестве сырья для производства чипсов, обозначить для них специальные требования

- определить режимы и влияние гидротермообработки на ферментативную активность сырья, состав бланшировочных растворов;

- определить режимы сушки плодоовощных чипсов комбинированным кон-вективномикроволновым способом;

- определить структурно-механические и органолептические свойства готовых овощных и яблочных чипсов;

- разработать технологию производства фруктовых и овощных чипсов;

- разработать, утвердить технологическую документацию и определить экономическую эффективность производства чипсов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Подбор оптимальных сортов плодовых и овощных культур для производства плодоовощных чипсов;

2. Способ и технологические режимы гидротермообработки и сушки плодоовощных чипсов;

3. Технология плодоовощных чипсов, основанная на методе конвективно-микроволновой сушки.

Научная концепция. Технология плодоовощных чипсов основывается на комплексном подходе к выбору сырья и ряду технологических рсшетш, дающих возможность совместить в непрерывном производственном процессе гидротермическую обработку, конвективную и сверхвысокочастотную сушку. Научная новизна работы.

Произведен комплексный подбор сортов моркови, свёклы, яблок для наиболее эффективного производства фруктовых и овощных чипсов.

Доказана необходимость ограничения температурных и временных режимных параметров гидротермообработки и научная обоснованность составов бланшировочных растворов в технологии плодоовощных чипсов. Установлено влияние режимов гидротермообработки овощей и фруктов на снижение активности оксидаз.

Определен оптимальный диапазон значений промежуточных влажностей продукта при стыковке разных методов обезвоживания, конвективного и сверхвысокочастотного, составляющий 120— 140% абсолютной влажности.

Впервые апробирована технология производства высококачественных плодоовощных чипсов, включающая гидротермообработку и принцип совмещения конвективного и микроволнового обезвоживания, применение которых позволяет заметно снизить (25-30%) удельные затраты энергии.

Практическая значимость работы.

Разработана технология плодоовощных чипсов, вырабатываемых без применения масла.

Сформулирован комплекс требований к сырью для производства плодоовощных чипсов.

Разработана и утверждена нормативная документация на производство фруктовых чипсов: ТУ 9164-001-74926078-05 «Яблоки хрустящие»;

технологическая инструкция;

получен гигиенический сертификат качества на яблочные чипсы №РОСС 1Ш.АЯ28.Н00897.

Получены патенты на изобретение:

№ 2268617 «Способ производства пищевого продукта из яблок»;

№ 2304885 «Способ производства пищевого продукта из плодоовощного сырья».

Технология производства яблочных чипсов апробирована на предприятии «Донфрукт» (Волгоградская обл., г. Дубовка).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 - в журналах, рекомендуемых ВАК РФ; получено 2 - патента РФ; 4 - материалы научно-практических конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объём диссертации 117 страниц, в том числе 24 таблицы и 19 рисунков. Приложения к диссертации содержат методические и нормативные документы, имеющие непосредственное отношение к технологии производства фруктовых и овощных чипсов методом комбинированной сушки с использованием СВЧ-энергоподвода. Библиографический список включает 119 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Обзор литературы

Анализ отечественных и зарубежных литературных источников по проблемам технологий производства чипсов, современных методов и способов сушки различного растительного сырья показал, что значительное количество публикаций посвящено технологиям производства чипсов, обжаренных в масле. Также можно определенно сделать вывод о практически полном отсутствии энергоэффективного технологического оборудования, предназначенного для получения обезвоженных продуктов и о малой распространенности таких продуктов, как плодоовощные чипсы. Вышесказанное обусловило необходимость разработки технологии производства плодоовощных чипсов с применением метода комбинированной сушки при соответствующих способах и режимах подготовки сырья.

2. Экспериментальная часть

Исследования проводили в лабораторных стендах ГНУ ВНИИ консервной и овощесушильной промышленности Россельхозакадемии и ПТУ НИИ пищекон-центратной промышленности и специальной пищевой технологии; в производственном цехе «ОАО Донфрукт» (г Дубовка, Волгоградская обл.). 2.1 Объекты и методы исследований.

В работе использовали нормы и правила производства сушёных продуктов, физико-химические, органолептические методы исследования сырья и готового продукта, в том числе:

- определение растворимых сухих веществ плодов и овощей по ГОСТ 28562-90;

- определение содержания аскорбиновой кислоты в плодах и овощах по ГОСТ 24556-89;

- определение содержания пектиновых веществ в плодах и овощах по ГОСТ 29059-91;

- определение активности ферментов по методу К.Л. Поволоцкой и Д.М. Седенко;

- определение массовой доли влаги плодов и овощей по ГОСТ 28562-90;

- определение энергетической ценности пищевого продукта расчётным путём с использованием калориметрических коэффициентов;

- проведение микробиологических исследований по общепринятым методикам, отбор проб для микробиологического анализа пищевых продуктов по ГОСТ Р 51446-99;

- «Методические указания по проведению экспериментальных исследований конвективной сушки плодов и овощей» (РАСХН, Москва, 2002г.) использованы как структура экспериментов по комбинированной сушке плодоовощного сырья.

На рисунке 1 показана структурная схема теоретических и экспериментальных исследований.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований.

3. Результаты исследований и их анализ

3.1 Исследование сортового состава моркови, свёклы, яблок в качестве сырья для производства чипсов.

В главе изучались вопросы сортового состава, качественных характеристик, биохимических изменений в сырье в процессе его подготовки и гидротермообработки.

Для экспериментов были отобраны следующие группы и сорта:

Морковь: - Шантенэ рояль, Чемпион, Нантская, Семко, Дордонь;

Свёкла: - Пабло, Ронда, Водан, Бордо односемянная, Детройт;

Яблоки: - Белый налив, Грушовка московская, Коричное полосатое, Антоновка, Ренет Симиренко, Джонатан, Рэд делишес, Синап северный.

Установлено, что для производства овощных чипсов пригодны столовые сорта моркови - Шантенэ рояль, Чемпион и Дордонь с содержанием растворимых сухих веществ (9 -13%), Сахаров (5,5 - 7,5%); а также сорта свёклы столовой -Детройт, Бордо односемянная и Ронда с содержанием растворимых сухих веществ (13 -19%), Сахаров (9 - 13,5%).

В таблице 1 отображены массовая доля растворимых сухих веществ в яблоках, показатели продолжительности периода до ферментативного потемнения и значение сахаро-кислотного индекса в необработанных нарезанных яблоках в зависимости от их сорта и сроков созревания. Установлено, что в группе яблок осенних и зимних сортов ферментативное потемнение при переработке начинается гораздо позже (через 30 - 40 мин.), чем у яблок ранних и средних сроков созревания (1-5 мин.).

Таблица 1 — Сводная таблица показателей качества яблок различных сортов

Показатели Летние Осенние Зимние

Белый налив Грушовка московски Коричное полосатое Антоновка Ренет Симиренко Синап северный Джонатан

Массовая доля растворимых сухих веществ, % 9,0 13,2 12,7 11,3 13,0 12,5 14,7

Период до изменения цвета среза яблок, мим 1,0 1,5 5,0 5,0 30,0 25,0 40,0

Титруемая кислотность, % 0,97 0,89 0,54 1,0 0,4-0,7 0,6 0,65

Содержание аскорбиновой кислоты, мг/ЮОг 21,8 9,3 4,9 17 7-9 11,5 6

Значение сахаро-кислотного индекса 9,27 10,3 17,7 9,2 19,5 18,3 18,3

Проведя анализ экспериментов по сушке различных сортов яблок выяснено, что повышенное содержание сахара в свежих яблоках с одной стороны благоприятно влияет на вкусовые качества готового продукта, а с другой стороны затрудняет применение высокотемпературного теплоносителя, так как по мере удаления влаги при сушке концентрация Сахаров в клеточном соке повышается, что замед-

ляет дальнейший процесс сушки. Высокая концентрация сахара в клеточном соке при воздействии сушильного агента с высокой температурой может способствовать протеканию процессов карамелизации и реакции меланоидинообразования. В результате снижаются вкусовые качества и цвет готового продукта, что следует учитывать при выборе режима сушки овощей и яблок.

Таким образом, для производства яблочных чипсов предпочтение следует отдать кислым и кисло-сладким осенним и зимним сортам яблок с высокой массовой долей растворимых сухих веществ (13 - 14,7%) и высоким сахарокислот-ным индексом (18-19).

3.2 Определение режимов гидротермообработки и оценка термоустойчивости оксидаз плодоовощного сырья

Зависимость активности окислительных ферментов от продолжительности нагревания (т, мин) при постоянной температуре (t°C), описывается показательной функцией вида:

т=А-10*ах"ъ, (1)

где х - активность фермента; А, а, b - коэффициенты, рассчитываемые по экспериментальным данным.

Аналогична зависимость активности ферментов от температуры при постоянной экспозиции.

Учитывая это, целесообразно искать зависимость величин т, х и t в виде:

т = А-10 "ах"ы. (2)

Логарифмируя уравнение (3) получим:

с Ь 1. /оч

х ----Igr, (3)

а а а

где с = lgA. При_1=сг; ---./?; - = 7, уравнение примет вид:

а а а

x = y + ß+a]gT (4)

где х - зависимая переменная; t, Igt -независимые переменные; у - общее начало отсчета; ß и а - коэффициенты частной регрессии, которые показывают, на какую величину уменьшается активность фермента (в % от исходной) при изменении на единицу одного из них и при постоянной величине другого. Данная зависимость линейна относительно t и Igt, что позволяет применить для обработки экспериментальных данных метод линейного регрессионного анализа с использованием стандартных компьютерных программ.

Изменения активности пероксидазы описываются уравнением регрессии

х = 114-0,8t-48,1 lgx. (5)

Регрессионная статистика уравнения представлена достаточно высокими характеристиками: множественный коэффициент корреляции (R) - 0,96; множе-

9

ственный коэффициент детерминации (Я2), показывающий долю изменений, зависящих от изучаемых факторов I и т - 0,93; стандартная ошибка (о) - 5,5; критерий Фишера (Р) - 328.

Изучалось 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.

Для выбора оптимального способа энергоподвода морковь бланшировали в кипящей воде, паром и СВЧ-нагревом.

Прогрев продукта при микроволновой обработке происходит в 10-20 раз быстрей, чем при гидро- или парообработке, когда теплота передается только через поверхностный слой продукта.

В таблице 2 приведены данные по активности аскорбиноксидазы (АО), по-лифенолоксидазы (ПФО) и пероксидазы (ПРО) в свежей и бланшированной моркови при различных экспозициях СВЧ-нагрева. Согласно полученным результатам, для инактивации пероксидазы требуется более 7 минут нагревания, что приводит к излишнему размягчению моркови.

Таблица 2 -Активность оксидаз моркови, нарезанной кубиками с ребром 6мм, при различных режимах бланширования (мл 0,01 М йода на 1 г сырья)

Ферменты Свежая мор- Бланширование Бланширование в СВЧ-поле, мин

ковь паром 5 мин 2 3 4 5 7

АО 46 9 31 22 14 4 0

ПФО 46 13 31 20 16 9 0

ПРО 255 14 44 24 18 11 4

В процессе нагрева активность ферментов может быть подавлена, однако, в период хранения она может восстановиться, если фермент не был денатурирован полностью.

В процессе бланширования отмечено увеличение количества растворимого пектина в продукте, что придает ему качественно новые свойства - овощные чипсы имеют хрупкую структуру. Следовательно, для получения овощных чипсов с хрупкой структурой желательно в процессе бланширования провести максимально возможный гидролиз протопектина.

С этой целью 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 сохраняется пероксидазная активность при бланшировании в течение 5 мин при температуре 100°С. При всех остальных, более жестких режимах, пероксидаза полностью инактивируется.

Таблица 3- Изменение массы моркови и содержания сухих веществ при различных режимах бланширования

Температура, °С Продолжи- Убыль массы, % Содержание сухих веществ, %

тельность, мин всего в т.ч. всего в том числе

сухих раствори- нераствори-

веществ мых мых

0 10,9 9,5 1,4

100 5 10,0 0 12,5 9,8 2,7

110 5 12,4 0,8 13,9 10,5 3,4

120 5 20,6 0,9 12,7 10,5 2,2

130 5 25,6 1,5 12,8 10,9 1,9

100 10 11,7 0,8 11,4 9,5 1,9

110 10 16,5 0,3 12,8 10,5 2,4

120 10 22,0 0,9 13,0 10,6 2,4

130 10 24,4 1.9 12,0 10,3 1,7

Из данных таблицы 3 видно, что при бланшировании моркови 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 паром при температуре 120°С, так как при этом режиме удаляется примерно четвертая часть воды, что дает существенную экономию энергии на её выпаривание в процессе сушки.

Установлено, что в большей степени температура бланширования влияет на изменение фракционного состава и общего содержания пектиновых веществ моркови, чем его продолжительность. При этом следует отметить, что при температуре бланширования 100-110 °С наблюдается увеличение содержания растворимой фракции и снижение её при дальнейшем повышении температуры, что объясняется, вероятно, гидролизом растворимого пектина в более простые углеводы.

Исследования по гидротермообработке нарезанных яблок проводили в водных и 0,5 % растворах аскорбиновой кислоты при температурах от 45 до 65 °С с различными по продолжительности экспозициями.

Полученные данные свидетельствует о том, что наиболее значительные изменения цвета мякоти нарезанных яблок отмечались у летних сортов. В целом цвет у яблок во время обработки стабилизируется. При гидротермообработке по-

мимо инактивации оксидаз происходит отбеливание за счёт выщелачивания или разрушения красящих веществ.

Определённый интерес представляют измерения массовой доли растворимых сухих веществ в обрабатываемых нарезанных яблоках как до, так и после гидротермооботки (рисунок 2).

■ до обработки

■ продолжительность обработки 3 мин

■ продолжительность обработки 5 мин и продолжительность обработки 7 мин

Температура обраб|гткн, "С

Рисунок 2 - Средняя массовая доля растворимых сухих веществ (%) в свежих яблоках до и после гидротермообработки.

В гистограмме приведены усредненные данные по изменению этого показателя в свежих яблоках различных сортов в зависимости от температуры бланши-ровочного раствора и продолжительности выдержки.

Нарезанные яблоки различных сортов выдерживали в течение 3, 5, 7 мин в воде с температурой 45 - 65 "С. В процессе обработки выявлена потеря растворимых сухих веществ в результате вымывания водой и удаления воздуха, содержащегося в межклеточных пространствах тканей яблочных долек. В среднем после обработки образцы теряли от 1 до 2 % сухих веществ.

Установлена прямая зависимость потерь растворимых сухих веществ от температуры раствора и продолжительности обработки. Принадлежность к тому или иному сорту яблок не дает каких-либо значительных различий.

3.3 Исследование параметров комбинированной сушки плодоовощного сырья

Исследования по изучению кинетики и отработку параметров сушки плодов и овощей проводили на лабораторных установках - конвективном модуле и СВЧ - финишере (рисунки 3 и 4). Для конвективной сушки использовали камерную сушилку с тепловентилятором мощностью 7,7 кВА. Сушилка снабжена измери-

тельным комплексом (скорость теплоносителя, температура, влажность) с интерфейсом.

□

Рисунок 3 - Лабораторная конвективная установка.

I - пульт управления, 2- заслонки, 3 тепловентиляторы, 4 - рабочая камера установки с 3-мя сетчатыми поддонами, 5 - вытяжка.

пп

і.....и:-4УІ':і.,4

ж

ч

5.

Рисунок 4 - Принципиальная компоновка лабораторной СВЧ установки. I - СВЧ модуль, 2- мотор редуктор, 3- СВЧ уловитель, 4 камера конвективной продувки, 5 - конвейерная цепь, 6 - рама.

В камерной сушилке температуру теплоносителя в периоде квазипостоянной скорости сушки поддерживали на уровне 70 "С. В периоде падающей скорости сушки температуру теплоносителя снижали до 65 °С. Скорость теплоносителя в обоих случаях поддерживали на уровне 0,7 - 0,8 м/сек.

Влажность продукта IV обычно рассчитывают по отношению к весу абсолютно сухого вещества, который в процессе сушки остается неизменным:

IV =

о.

(6)

с - вес влаги в продукте, кг., с - вес абсолютно сухого вещества, кг.

определяли высушиванием до постоянной массы. Влажность IV,,, рассчитанная по отношению к начальному весу влажного материала (её называют относительной), связана с ^соотношением

IV--

IV

100+ІГ

-у. 100%

(7)

w

w = ——100% (8)

100-W,

Влагосодержание продукта - отношение количества влага, содержащейся

в нем, к весу сухого вещества продукта, т.е. U = — кг.влаги /кг. сухого веще-

Gc

ства.

Скорость сушки — изменение влажности материала в единицу времени

определяют методом дифференцирования кривой сушки — [ % / мин ].

dt

На начальном этапе сушильный процесс протекает достаточно эффективно, энергоемкость его мала, а скорость сушки достаточно высока. Однако, по мере обезвоживания продукта и связанного с этим снижения его тепло- и массопрово-дящих характеристик, всё большая доля тепловой энергии не проникает вглубь высушиваемых продуктов, а переизлучается в пространство. Энергоёмкость процесса возрастает, продолжительность сушки многократно увеличивается, возникают локальные перегревы продукта (в первую очередь, его поверхностных слоев), что отражается на качестве готовой продукции. В результате увеличение продолжительности и температуры процесса сушки приводит к потере пищевой ценности продукта и ухудшению его органолептических характеристик.

В связи с этим была изучена возможность использования СВЧ-сушки на второй стадии. Преимущества, которые способна обеспечить технология СВЧ-сушки, опираются на целый ряд свойств, характеризующих взаимодействие микроволнового излучения с диэлектрическими объектами:

- объёмный xapairrep выделения энергии при облучении объектов волнами СВЧ диапазона. В этой связи заключительный этап сушки при использовании любых других (кроме микроволнового) физических механизмов сушки связан с существенно повышенными энергозатратами;

- селективное выделение микроволновой энергии (именно в тех областях, которые характеризуются самыми высокими диэлектрическими параметрами, то есть в тех областях, в которых имеет место наибольшее содержание влаги);

- СВЧ-досушка характеризуется относительно низкой температурой и малой продолжительностью процесса. Конечное влагосодержание в продукте имеет равномерное распределение по его объему.

Полученные результаты достаточно наглядны и позволяют сделать однозначные выводы по рассматриваемой проблеме стыковки двух механизмов обезвоживания. Ход кривых изменения энергоёмкости R=R (w) и скорости сушки (рисунки 5, 6) позволяет выбрать близкую к оптимальной величину переходной влажности (на границе микроволнового и конвективного модулей) — порядка 120 — 140%. Для таких продуктов, как яблоки, это означает, что при-

мерно 80 — 85% всей содержащейся в исходном продукте влаги следует удалить конвективным методом и лишь оставшиеся 15 — 20% — микроволновым.

Так, для конвективного метода суммарная энергоёмкость процесса с учётом рециркуляции теплоносителя составляет ~ 2 кВт.ч/кг. Для микроволновой сушки при прохождении полного диапазона влажностей эта величина составляет 1,55 кВт.ч/кг. При оптимальном же сочетании методов удается достичь величины около 1,15 кВт.ч/кг.

Рисунок 5 - Зависимость энергоёмкости для конвективного и микроволнового механизмов сушки.

О 200 400 600 800 1000

Абсолютная влажность %

Рисунок 6 - Зависимость скорости сушки -у- для конвективного и микроволнового механизмов сушки.

Проведённые расчёты показали относительно невысокую критичность величины суммарной энергоёмкости ИЕ комбинированной сушки к выбору переходной влажности. Так, при ее значении 200 % величина Ш составляет 1,22 кВт.ч/кг, а при значении переходной влажности 70 %/?2Г- 1,28 кВт.ч/кг. Все это позволяет создать надёжно работающее, низкоэнергоёмкое и высокотехнологичное оборудование для комбинированной сушки плодов и овощей.

Существенный интерес для технологического процесса представляет влияние предварительной гидротермической обработки плодоовощного сырья на интенсивность сушки и свойства высушенного продукта.

Исследования сушки проводили на тонконарезанных ломтиках яблок толщиной 3-4 мм. с предварительно выбитой семенной камерой. Установлено, что несмотря на некоторое увеличение начального влагосодержания материала (от600% до 700%\¥а6с), гидротермообработка интенсифицирует сушку яблок, сокращая ее длительность. При этом интенсивность сушки зависит от продолжительности гидротермообработки при заданной температуре.

Рисунок 7 - Кривые сушки яблок при различной продолжительности гидротермообработки.

гидротермообработки.

На рисунках 7 и 8 видно, что длительность сушки тонконарезанных яблок после гидротермообработки в течение 5-7 мин сокращается в 1,2 раза по сравнению с 3-х минутной выдержкой. Это связано с тем, что при нагревании продукта до 60-70°С и выдержке в течение 5-7 мин. коагулируются белки прото-

16

плазмы. Цитоплазменная оболочка клетки повреждается, что обусловливает интенсификацию процесса испарения влага из клетки, рост коэффициента диффузии влаги и скорости обезвоживания в целом.

Из графика (рисунок 7) видно, что при обезвоживании гидротермообрабо-танных яблок в течение 7 мин., период постоянной скорости сушки возрастает в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с аналогичным периодом сушки яблок, подвергнутых обработке в течение 3 мин. Сушка гидротермообработанных яблок в диапазоне от промежуточного влагосодержания Wa6c= 340-320% до конечного Wa6c = 46% протекает во второй период по сложной кривой со снижением скорости сушки.

Скорость сушки (рисунок 8) резко возрастает в первоначальном моменте процесса, затем плавно снижается, возможно, с небольшим экстремумом, а затем интенсивно уменьшается при досушке.

На рисунке 8 резкий подъем и возможный экстремум характеризует эффективность конвективного энергоподвода на начальном этапе сушки. Пик отношения^. к Wa6c. на графике, отображает наиболее эффективный (от 550 до Ar

300 % Wa6c.) диапазон процесса массобмена продукта. Плавное снижение отношения^ к Wa6c. при приближении к минимуму (от 300 до 0%) можно опреде-Дг

лить как падение эффективности конвективного энергоподвода и необходимость применения принципиально другого - сверхвысокочастотного способа подвода энергии к продукту.

Таким образом, установлено, что предварительная гидротермообработка яблок в течение 5-7 мин при температуре материала 60 - 70°С интенсифицирует процесс сушки и обеспечивает сокращение его продолжительности на 20-25%, что способствует сохранению значительного количества биологически активных веществ (витаминов, пектина и др.) в готовом продукте. Кроме того, при гидротермообработке яблок инактивируется большинство ферментов и прекращается их деятельность, что предотвращает ферментативную порчу и потемнение продукта.

На рисунке 9 (а,б) представлены кривые конвективной сушки яблок и в СВЧ финишере с разными нагрузками на конвейерную ленту сушильной установки.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150160 Продолжительность сушки, мин

1 2 3 4 5 6 7 8 8 10111213141519171819202122232425 ПродолжитеЛкМССТ» суики, мин

(а) (б)

Рисунок 9 (а,б) - Кривые конвективной сушки (а) и в СВЧ финишере (б) с разными нагрузками на поддон.

Из рисунка 9 (а) следует, что для достижения среднего влагосодержания (40%относительной влажности) оптимальная нагрузка продукта на перфорированное дно поддона в создавшихся условиях составила 10—11 кг/м . Анализ построенных кривых сушки показывает, что увеличение удельной нагрузки на сушильную поверхность более, чем в 3 раза, увеличивает длительность процесса сушки почти в 2,5 раза. При этом максимальная скорость сушки уменьшается более, чем в 2,5 раза.

Установлено опытным путем, что при нагрузке в 10-11 кг/м" на конвейерную сетку продукт равномерно высушивается, при этом практически нет слипшихся долек. В то же время при больших нагрузках (13кг и 15кг) отмечена неравномерная влажность продукта по толщине слоя и большее количество слипшихся долек.

Анализ кривых сушки показал, что при оптимальной нагрузке на дно поддона более 10 кг/м 2 по мере снижения влажности продукта энергоёмкость процесса продолжает расти, а скорость сушки падает. Такой ход сушильного процесса свойственен любым вариантам реализации конвективной тепловой сушки, что связано со снижением тепло- и массопроводности продуктов по мере их высушивания.

Полученный продукт промежуточной влажности досушивали до конечной относительной влажности в 5 - 3 % на лабораторном СВЧ - финишере.

Убыль массы при СВЧ - досушке определяли через 2 мин. Ориентировочно через 10-12 мин. испарение влаги из продукта практически прекращалось. На рисунке 9 (б) представлены кривые сушки яблочных чипсов с разными нагрузками, полученные при СВЧ - досушке.

разными типами энергоподвода.

разными типами энергоподвода.

Анализ данных кинетики сушки моркови и свёклы (рисунки 10,11) показал, что наиболее интенсивное обезвоживание идет на первом этапе, до влагосо-держания в продукте 120 %. Затем скорость сушки снижается, и преимущество комбинированной сушки становится очевидным.

Проведенные исследования кинетики сушки плодоовощного сырья позволили определить следующие технологические режимы: конвективная сушка -температура 80 - 70 °С, нагрузка продукта на конвейерную ленту 10-11 кг/м2, конечное влагосодержание в продукте порядка 120 % абсолютной влажности; СВЧ досушка - температура 65 - 55 °С, суммарная мощность СВЧ - источников -110 кВт, конечное влагосодержание в продукте порядка 5 - 3 % абсолютной влажности.

Полученные результаты достаточно наглядны и позволяют сделать однозначные выводы по рассматриваемой проблеме технологического приема стыковки двух механизмов обезвоживания. Установлено, что применение комбинированного метода сушки в технологии плодовощных чипсов позволяет сокра-

19

тить продолжительность процесса в 1,5 раза и снизить энергозатраты на 30% по сравнению с конвективным способом.

3.4 Исследование органолептннеских и структурно-механических свойств яблочных и овощных чипсов

В главе описаны исследования органолептических и структурно-механических свойств яблочных чипсов.

Таблица - 4 Химический состав сушёных яблок и яблочных чипсов па

100 г продукта

Показатель Единицы Свежие Сушеные Яблочные

измерения, /ЮОг яблоки яблоки чипсы

Раств. сухие в - ва г 15,5 80,0 97,0

Белок г 0,26 2,2 2,60

Лип иды г 0,17 0,1 1,14

Углеводы г 13,81 59,0 92,38

Витамин С мкг 4,60 2,0 1,66

Са мг 6,0 31,0 37,6

Р мг 11,0 56,8 68,87

К мг 107,0 552,26 669,6

Ыа мг 1,0 12,0 14,55

Мв мг 5,0 30,0 33,45

Ре мг 3,3 6,0 22,08

Анализ пищевой ценности яблочных чипсов показал, что по химическому составу (таблица 4) яблочные чипсы превосходят сушёные и свежие яблоки по многим показателям, что объясняется низким влагосодержанием продукта.

Отмечено высокое содержание в яблочных чипсах углеводов (92г), клетчатки (18г), Сахаров (67г) в 100 г продукта. Содержание витамина С в яблочных чипсах более низкое по сравнению с сушёными яблоками, что связано с длительной термической обработкой чипсов при обезвоживание при обезвоживании.

Яблочные чипсы, выработанные методом комбинированной сушки из яблок сортов Синап северный, Синап орловский, Ренет Симиренко, получили дегустационные оценки 4,5 - 4,7 баллов по пятибалльной системе. Чипсы имели кисло-сладкий вкус и ярко выраженный яблочный аромат, свойственный сырью, из которого они изготовлены, имели хрупкую консистенцию. Готовый продукт получил сертификат соответствия, санитарно эпидемиологическое заключение. По микробиологическим параметрам продукт признан соответствующим требованиям Сан ПиН 2.3.2.1078-01 п 1.6.2.2.

Как показывают данные таблицы 5, наиболее привлекательная органолеп-тическая характеристика по внешнему виду, консистенции и цвету наблюдается у образцов морковных и свекольных чипсов, которые были высушены методом комбинированного энергоподвода.

Таблица 5 - Сравнительный анализ органолетпической оценки качества образцов чипсов из моркови и свеклы

Наименование показателей Результаты органолептической оценки качества образцов морковных и свекольных чипсов

Конвективный способ сушки Комбинированный способ сушки

Внешний вид и консистенция морковных чипсов Пластинки целые, сухие, с выраженным плотным поверхностным каркасом. На изломе слегка слоистые Пластины целые, сухие, слегка хрупкие, с тонким поверхностным каркасом. На изломе слегка пористые

Цвет морковных чипсов Оранжево-красный, неоднородный, ненасыщенный. Встречаются частицы красно-коричневого цвета Оранжево-красный, однородный, яркий насыщенный

Внешний вид и консистенция свекольных чипсов Пластины целые, сухие, с выраженным плотным поверхностным каркасом. На изломе слегка слоистые Пластины целые, сухие, слегка хрупкие, с тонким поверхностным каркасом. На изломе слегка пористые.

Цвет свекольных чипсов Темно-бордовый, неоднородный, ненасыщенный. Встречаются частицы с серо- чёрным оттенком Темно-бордовый, однородный, яркий, насыщенный

Таким образом, следует сделать вывод, что для получения высококачественного конечного продукта наилучшим способом сушки является комбинированное конвективномикроволновое обезвоживание.

3.5 Разработка технологии производства плодоовощных чипсов с использованием метода комбинированной сушки

На основании проведенных исследований по разработке технологии плодоовощных чипсов была сформирована схема, включающая следующие операции: - приемка сырья; мойка; инспекция; очистка (для корнеплодов); доочистка; удаление семенной камеры (для яблок); резка (на диски толщиной 2-3 мм.); гидротермообработка (бланширование в растворе для яблок и паром для корнеплодов); конвективная сушка до влагосодержания 120-140% абсолютной влажно-

сти;- досушка в СВЧ- финишере до влагосодержания 5-3 %; повторная инспекция; фасовка.

Рисунок 10 - Аппаратурно-технологическая схема линии по производству

яблочных чипсов

1- нория ковшовая; 2-моечная машина для яблок А9-КУМ-5; 3- конвейер инспекционный А9-КТФ; 4- машина для резки яблок на дольки GS-10; 5-наклонный ленточный конвейер нестандартный; 6- бланширователь водяной с электрическим нагревом ВК-7; 7- котел пищеварочный КПЭ-160; 8- наклонный конвейер с осциллирующим раскладчиком на ленту шириной 2м; 9-установка сушильная универсальная СК-500; 10- установка микроволновой сушки УСК; 11- накопитель; 12- подающий ковшовый конвейер; 13- фасовочно-унаковочный автомат AIT-01-04-4R; 14- сортировочный стол; 15- упаковочный стол.

Аппаратурная схема (рисунок 10) включает в себя современные машины для подготовки и резки сырья фирмы «Кронен» (Германия), ленточный универсальный бланширователь (Хорватия), одноленточную сушилку (Шебекинский машзавод, Россия) и СВЧ-финишёр фирмы «Этна» (Россия). По разработанной схеме возможно построение линий производительностью 350, 700 и 1050 кг/ч по сырью.

При испытаниях линии установлена устойчивая и согласованная работа машин подготовительного отделения и сушильных установок СК 500 и УСК-12М, при следующих технических характеристиках:

- производительность линии СК-500 по сырью - 550 кг/ч, по испаренной влаге 450 кг/ч;

- промежуточная влажность (на входе в СВЧ финишер) - 120-140% абсолютной влажности

- производительность по продукту с промежуточной влажностью - 55,3 кг/ч, по продукту конечной влажности (готовому продукту) - 50кг/ч.

По данным промышленных испытаний произведён расчёт экономической эффективности производства плодоовощных чипсов, который показал рентабельность производства. Технологические решения, касающиеся состава и способов производства плодоовощных чипсов с применением метода комбинированной сушки, защищены патентами РФ. Разработана нормативная документация на яблочные чипсы.

Технология и оборудование для производства сушеных корнеплодов и яблочных чипсов апробированы на предприятии «Донфрукт» (Волгоградская обл., г. Дубовка).

Выводы

1. Установлено, что для производства яблочных чипсов предпочтение следует отдать кислым и кисло-сладким яблокам осенних и зимних сортов, а для переработки на чипсы корнеплодов - их столовым сортам.

2. Установлено, что ферменты сохраняют свою активность при бланшировании в течение 5 минут при температуре 100°С. При всех остальных, более жестких режимах, она полностью инактивируется. Установлены технологические режимы гидротермообработки плодоовощного сырья: для яблочных чипсов температура бланшировочного раствора 55 - 60°С и продолжительность обработки 3 - 5 мин., а для овощных 5 минут при температуре 100°С.

3. Определены технологические режимы сушки плодоовощных чипсов: оптимальная нагрузка на 1 м2 конвейерной ленты конвективной сушилки составляет 10 - 11 кг, продолжительность процесса конвективной сушки 110-120 мин, при температуре 80 - 70 °С. Продолжительность сверхвысокочастотной досушки, при частоте 2375 МГц, составляет 12-15 мин. Установлена граница оптимальной величины относительной влажности при стыковке методов сушки и влагосодержания готового продукта(120-140% абсолютной влажности в конвективном модуле и 3-5 % в рабочем канале сверхвысокочастотной установки).

4. Определены структурно-механические и органолептические свойства готовых овощных и яблочных чипсов. Отмечено, что для получения высококачественного конечного продукта наилучшим способом сушки является комбинированное конвективномикроволновое обезвоживание.

5. Установлено, что разработанная технология высококачественных плодоовощных чипсов, основанная на применении комплексной гидротермообработки и комбинированного метода сушки позволяет сократить продолжительность сушки в 1,5 раза и снизить энергозатраты на 30% по сравнению с полностью конвективным способом сушки.

6. Технологические решения, касающиеся состава и способов производства плодоовощных чипсов с применением метода комбинированной сушки, защище-

ны патентами РФ. Разработана нормативная документация на яблочные чипсы. Произведён расчёт экономической эффективности производства плодоовощных чипсов, который показал рентабельность производства.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Клешканов, В.И. Проблемы энергоэффективности в пищевой промышленности /В.И. Клешканов, С.С. Петров, В.Н. Хохловский, A.A. Королёв // Пищевая промышленность,- 2011.-№1. -С. 48-50.

2. Королев, A.A. Технология производства плодоовощных чипсов методом комбинированного обезвоживания /A.A. Королев //. Хранение и переработка сельхозсырья.- 2012 - №10,- С. 29-30.

3. Королев, A.A. Применение комбинированного энергоподвода в технологиях сушки растительного сырья/А.А. Королев // Хранение и переработка сельхозсырья. -2012,-№11. -С. 55-56.

Авторские свидетельства и патенты РФ

4. Патент РФ 2268617, МПК А23 L 1/212, А23 В 7/02 Способ производства пищевого продукта из яблок / Гуревич A.B., Королев A.A., Пенто В.Б., Явчунов-ский В.Я.- № 2005102852/13, заявлен 07.02.2005; опубл. 27.01.2006 Бюл. №4. - 8 с.

5. Патент РФ 2304885, МПК А23 L 1/212. Способ производства пищевого продукта из плодоовощного сырья / Гуревич А. В., Пенто В.Б., Королев A.A., Аникеева С.П. - № 2006126611/13, заявлен 24.07.2006; опубл. 27.08.2007. Бюл. №10.-9 с.

Материалы конференций и другие издания

6. Пенто, В.Б. Сравнительный анализ современных технологий и оборудования для сушки плодоовощных продуктов/ В.Б. Пенто, АА. Королёв, В.Я. Явчунов-ский // Консервная промышленность сегодня - 2011. - № 5 - 6. - С.6 - 11.

7. Королёв, A.A. Технология комбинированного способа обезвоживания плодов и овощей. /A.A. Королев // Материалы 6-й международной научно-технической конференции УО Могилёвский государственный университет продовольствия «техника и технология пищевых производств», Могилев: 2007 - С 13.

8. Королёв, A.A. Испытания линии комбинированной сушки яблок. /A.A. Королев // Материалы международной практической конференции «плодоовощные консервы - технология, оборудование, качество, безопасность». - Москва. - 2009. -С. 146-152.

9. Королёв, A.A. Технология и оборудование комбинированной сушки плодоовощного сырья. A.A. Королёв, В.Б. Пенто // Материалы конференции молодых ученых и специалистов институтов, отделения переработки с-х продукции РАСХН,- Москва. - 2011. - С. 149-153.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 27.05.2013г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная. Усл.печл. 1,50. Тираж 100. Заказ 596

WWW.FRANTERA.COM

Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности

На правах рукописи

04201358062

КОРОЛЁВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЛОДООВОЩНЫХ ЧИПСОВ

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, ст. н.с, Пенто Владимир Борисович

Москва 2013

Содержа! ше

Введение 4 стр.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10 стр.

1.1 История вопроса сушки овощей и фруктов 10 стр.

1.2 Применение сушеных овощей и фруктов 10 стр.

1.3 Обзор ассортимента сырья для производства сушеных про- 12 стр. дуктов

1.4 Обзор основных технологий производства сушеных овощей 13 стр.

1.5 Обзор методов сушки 24 стр.

1.6 Способы и режимы гидро термообработки, плодоовощного 35 стр. сырья.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОРТОВОГО СОСТАВА МОРКОВИ, 40 стр. СВЁКЛЫ, ЯБЛОК В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧИПСОВ.

2.1. Овощи и яблоки как объекты сушки 41стр.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ГИДРОТЕР- 54 стр. МООБРАБОТКИ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ И СОСТАВА БЛАНШИРОВОЧНЫХ РАСТВОРОВ

3. 1 Оценка термоустойчивости оксидаз плодоовощного сырья 55стр. 3.2 Содержание витамина С в яблочных чипсах. 66стр.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАН- 70стр. НОЙ СУШКИ

4.1 Оптимизация режимов сушки плодоовощных чипсов в уело- 74стр. виях комбинированной сушки.

4.2 Влияние режимов гидро термообработки сырья на кинети- 78стр. ку сушки плодоовощного сырья

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ И СТРУК- 93 стр. ТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЯБЛОЧНЫХ И ОВОЩНЫХ ЧИПСОВ

5.1 Физико-механические свойства, хранение, плодоовощных 93стр. чипсов

5.2. Обоснование выбора упаковочного материала для плодо- 96стр. овощных чипсов.

6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПЛО- 99стр. ДООВОЩНЫХ ЧИПСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОМБИНИРОВАННОЙ СУШКИ

6.1. Производственная линия производства плодоовощных чип- 106стр. сов

7. ЗАКЛЮЧЕНИЯ 117стр.

Список использованной литературы 118стр.

Приложения 131 стр.

Условные обозначения:

АО - аскорбиноксидаза ПФО - полифенолоксидаза ПРО - пероксидаза V - объем раствора Т - титр раствора т - масса гр. - грамм

(7Й- вес влаги в продукте

- вес абсолютно сухого вещества 1¥в - Влажность

и, % - Влагосодержание продукта Мс.в - содержание сухого вещества, кВА.-

И^н - начальная влажность продукта

В - константа

Опр - масса продукта

ЕЛ - суммарная энергоёмкость

В. - энергоёмкость

м3/час - объем теплоносителя

м/сек - скорость теплоносителя

Шк - условное асимптотическое значение конечной влажности продукта МГц - частота

кВт Установленная мощность, г - промежутки времени

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая работа посвящена научному обоснованию технологии производства сушеной плодоовощной продукции методом комбинированной сушки.

Питание человека всегда было наиболее сильным и устойчивым фактором среды, оказывающим постоянное влияние на состояние его здоровья. Анализ структуры питания и потребления основных групп продуктов - мяса, молока, рыбы, хлеба, жиров, яиц, картофеля, овощей, фруктов, ягод и сахара - показал, что размеры их потребления не соответствуют принципам рационального сбалансированного питания и, в зависимости от региона, имеют белково-жировую, жировую или углеводную ориентацию. Исследователями отмечена тенденция на ежедневное потребление рафинированных продуктов питания, в том числе продуктов быстрого питания (фаст-фуды), что приводит к дисбалансу основных питательных веществ (содержание белков, жиров, углеводов и их соотношение), и не обеспечивает физиологических потребностей организма по химическому составу, включая незаменимые факторы питания. Суточный рацион, как правило, не сбалансирован по микро и макро элементному составу, у значительной части потребителей наблюдается дефицит в потреблении витаминов - аскорбиновой кислоты, ретинола, тиамина, рибофлавина и др.

В настоящее время многими странами на уровне проведения государственной политики уделяется большое внимание разработке новых технологий получения продуктов здорового питания, т.е. продуктов с низким содержанием соли, жира, сахарозы, не содержащих консервантов.

Актуальность темы. Для России обеспечение населения продукцией сель-хозпереработки особенно актуально, т.к. большая часть ее территории не имеет благоприятных климатических условий для выращивания овощей и фруктов. Производство плодоовощного сырья традиционно сосредоточено в южных и некоторых центральных районах европейской части страны. Транспортировка свежих плодов и овощей в удаленные регионы осложнена значительными расстояниями, а

также большими потерями продукции. В связи с этим существует постоянный спрос населения на продукты длительного хранения, в том числе, сушеные плоды и овощи.

Производители сушеных овощей и фруктов традиционно используют конвективный способ сушки, который имеет ряд недостатков - высокая температура сушильного агента, длительность процесса и значительная энергоемкость, однако, современные технологии сушки позволяют производить продукты питания широкого ассортимента, заданной формы, с новыми физико-химическими свойствами, с длительными сроками хранения без потери качества.

Разработка технологий производства высококачественных сухих продуктов растительного происхождения является актуальной задачей, а одним из перспективных методов обезвоживания растительного сырья представляется способ комбинированной сушки, который совмещает конвективный и СВЧ-энергоподвод на разных стадиях сушки.

В нашей стране и за рубежом получили широкое распространение продукты под названием «снеки». В эту группу входят и «чипсы». Снеки при непродолжительном хранении портятся из-за присутствия в них жиров, подвергающихся окислению и гидратации. Регулярное потребление снеков оказывает негативное влияние на здоровье человека и приводит к дисбалансу основных питательных веществ, не обеспечивая физиологических потребностей организма по химическому составу. В технологии производства снеков и, в том числе, картофельных чипсов, а также некоторых овощных и фруктовых снеков, применяется обжарка в масле, в результате чего они приобретают хрустящую консистенцию. Длительное воздействие горячего масла приводит к появлению в чипсах канцерогенного вещества акриламида. Также в чипсах содержатся трансизомеры жирных кислот, доля которых может достигать 30-50 %. Для производства снеков без использования обжаривания и придания продукту хрупкости необходимо провести специальную, гидротермическую обработку снижающую относительную влажность. Данные уело-

вия позволяет обеспечить комбинированная двухстдадийная сушка, совмещающая конвективный и микроволновый энергоподвод.

Настоящая работа посвящена научному обоснованию технологии производства сушеных снеков - овощных и яблочных чипсов, представляющих собой тон-конарезанные ломтики, обезвоженные до 3 - 4 %-ной относительной влажности, сочетающие в себе полезные свойства сушеных продуктов и оригинальные потребительские свойства.

Исследованиями технологий конвективной и микроволновой сушки плодоовощных продуктов занимались: A.C. Гинзбург, В.А. Воскобойников, В.Н. Гуляев, Д.С. Избасаров, З.А. Кац, И.А. Рогов, А.П. Рысин, В.Б. Пенто, Г.К. Филоненко, В.Я. Явчуновский и др. Однако, только в последнее время появилась теоретическая и техническая возможность применения комбинированной сушки, на базе непрерывно действующего процесса.

Целью работы является разработка технологии плодоовощных чипсов, обеспечивающих максимальное сохранение свойств сырья и оригинального вкуса, консистенции и качества готового продукта.

В соответствии с целью решались, следующие задачи:

- изучить сортовой состав моркови, свёклы, яблок в качестве сырья для производства чипсов, обозначить к ним специальные требования;

- определить режимы гидротермообработки исходного сырья и состав бланши-ровочных растворов;

- определить режимы сушки плодоовощных чипсов комбинированным конвек-тивномикроволновым способом;

- провести анализ технологических потерь сырья и готового продукта;

- разработать технологию производства фруктовых и овощных чипсов;

- определить структурно-механические и органолептические свойства готовых овощных и яблочных чипсов;

- разработать, утвердить технологическую документацию и определить экономическую эффективность.

Научная новизна работы.

Произведен комплексный подбор сортов моркови, свёклы, яблок для наиболее эффективного производства фруктовых и овощных чипсов.

Доказана необходимость ограничения температурных и временных режимных параметров гидротермообработки и научная обоснованность составов блан-шировочных растворов в технологии плодоовощных чипсов. Установлено влияние режимов гидротермообработки овощей и фруктов на снижение ферментативной активности.

Определен оптимальный диапазон значений промежуточных влажностей продукта при стыковке разных методов обезвоживания, конвективного и сверхвысокочастотного, составляющий 120 — 140% абсолютной влажности.

Впервые апробирована технология производства высококачественных плодоовощных чипсов, включающая гидротермообработку и принцип совмещения конвективного и микроволнового обезвоживания, применение которых позволяет заметно снизить (25-30%) удельные затраты энергии.

Практическая значимость работы.

Разработана технология плодоовощных чипсов, вырабатываемых без применения масла.

Сформулирован комплекс требований к сырью для производства яблочных чипсов;

Разработана и утверждена нормативная документация на производство фруктовых чипсов: ТУ 9164-001-74926078-05 «Яблоки хрустящие»;

Технологическая инструкция;

Гигиенический сертификат качества №РОСС ГШ.АЯ28.Н00897;

Получены патенты на изобретение:

№ 2268617 «Способ производства пищевого продукта из яблок»;

№ 2304885 «Способ производства пищевого продукта из плодоовощного сырья».

Разработан и утвержден рабочий проект предприятия по производству яблочных чипсов мощностью 6000 т. по сырью в год;

Технология производства яблочных чипсов апробирована на предприятии «Донфрукт» (Волгоградская обл., г. Дубовка).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объём диссертации 117 страниц, в том числе 25 таблиц и 22 рисунка. Приложения к диссертации содержат методические и нормативные документы, имеющие непосредственное отношение к технологии производства яблочных чипсов методом комбинированной сушки с использованием СВЧ энергоподвода. Библиографический список включает 117 наименований.

УСЛОВИЯ, МЕТОДИКИ И ОБЪЕКТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Научно исследовательская работа выполнялась в 2005 - 2011 годах в ГНУ НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии и ГНУ ВНИИ консервной и овощесушильной промышленности в соответствии с программой фундаментальных, приоритетных и прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 - 2010 г.г. и планами научных исследований институтов.

Для проведения исследований использовали лабораторную конвективную сушилку шкафного типа и микроволновую конвейерного типа.

В работе использованы нормы и правила производства сушеных продуктов, методы исследования сырья и готового продукта, а именно:

- Определение энергетической ценности продукта расчётным путём с использованием калориметрических коэффициентов.

- Проведение микробиологических исследований по общепринятым методикам, отбор проб для микробиологического анализа по ГОСТ Р 51446-99.

- «Методические указания по проведению экспериментальных исследований конвективной сушки плодов и овощей» (РАСХН, Москва, 2002г.) использованы как структура экспериментов по комбинированной сушке плодоовощного сырья.

- Определение растворимых сухих веществ по ГОСТ 28562-90.

- Определение общей кислотности, определение содержания аскорбиновой кислоты по ГОСТ 24556-89.

- Определение содержания пектиновых веществ в плодах и овощах по ГОСТ 29059-91.

- Определение активности ферментов по методу К.Л. Поволоцкой и Д.М. Седенко.

Оценка качества сырья и готовой продукции.

Для определения органолептических показателей качества свежих и сушеных овощей и фруктов использовались общепринятые методики (ГОСТ 13340.177).

Массовая доля влаги в образцах свежих и сушеных овощей определяли в соответствии с методикой ГОСТ 28561 - 90.

Определение содержания витамина С в образцах свежих и сушеных овощей производилась в соответствии ГОСТ 24556-90.

Содержание каротина в образцах свежих и сушеных овощей производилась в соответствии ГОСТ 8756.22-90.

Определение массовой доли Сахаров в образцах свежих и сушеных овощей производилась в соответствии с методикой по Бертрану.

В качестве объектов исследований выбраны технологические процессы сушки образцов моркови, свёклы и яблок с использованием комбинированного метода энергоподвода, основанного на совмещении конвективного и микроволнового методов сушки на разных стадиях сушки.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1Л История вопроса сушки овощей и фруктов

Обезвоживание продуктов как способ их сохранения существовало с давних времен. Чаще всего это было кустарное ремесло, в основном, для внутрихозяйственных целей. Начало сушки фруктов и овощей в России на специальных установках относится к 1811 г., когда было организовано Филотехническое общество, возглавленное В.И. Каразиным; на собранные деньги помещиков была построена "паровая сушильня", на которой получалась высококачественная продукция. Как свидетельствовала "Северная почта" в № 83 за 1811 г. "высушенные для опыта фрукты найдены сохранившими не только приятный вкус, но и особливую мягкость и даже часть свойственного им запаха".

1.2 Применение сушеных овощей и фруктов

Сушеные овощи и фрукты широко используются в тех областях, где климатические условия не позволяют выращивать свежие. Это районы крайнего севера, районы пустынной и полупустынной местности. Сушеные продукты используются для снабжения экспедиций, они входят в состав сухих пайков и рационов военнослужащих и специального контингента потребителей.

Сушеные овощи в основном используются в производстве сухих концентратов первых блюд, сухих овощных гарниров для вторых блюд, сухих завтраков и десертов, комбинированных сухих пряностей, предназначенных для производства консервов и приготовления отдельных видов блюд. Сушеные продукты применяются как на предприятиях общественного, быстрого питания, так и в быту. Одно из направлений развития в разработке сушеной продукции - расширение ассортимента продуктов для детского и школьного питания.

Преимущество использования обезвоженных овощей и фруктов заключается в удобстве транспортировки, относительно длительных сроках хранения и достаточной простоты процесса приготовления готового продукта.

Одной из важнейших причин широкого применения сушеных плодов и овощей - повышенная энергетическая ценность, которая в среднем в 6 раз превосходит исходное сырьё. Это связано с высоким содержанием в сушеных фруктах сухих веществ (в среднем 82%), Сахаров (66%) и белков (5%).

Сушеные овощи и фрукты имеют достаточно высокое содержание углеводов (от 40 до 70 %). Белками особенно богаты сушеные овощи. Органические кислоты представлены в основном лимонной, яблочной, винной кислотами.

Сушеные овощи и фрукты имеют в составе разнообразный перечень микроэлементов, минеральных веществ и витаминов. По содержанию натрия выделяется свекла, имеющая более 500 мг/100 г, меньше всего в грушах и черносливе - до 10 мг/100 г. Высокое содержание калия отмечено в персиках, картофеле и абрикосах. Кальцием богаты свекла и абрикосы (222 и 160-166 мг/100 г). Магния накапливается больше всего в свекле (132 мг/100 г) и горошке зеленом (163 мг/100 г). Горошек выделяется и содержанием фосфора - 525 мг/100 г. По содержанию железа лидирующее положение имеют яблоки - 6 мг/100 г.

Из витаминов в овощах наиболее распространены В1, В2, С, РР. Высокое содержание витамина С характерно для горошка зеленого - 50 мг/100 г, в 5 раз меньше его в моркови и свекле. Морковь богата провитамином А - каротином- 40 мг/100 г.[39]

Таблица 1 - Химический состав сушеных плодов и овощей в 100 гр.

Продукт Вода,г Белки Жиры Углеводы Клетчатка Органические кислоты Зола общая

Моно- и дисаха-риды Крахмал

Горошек зеленый 13,1 35,0 0,4 16,5 24,0 2,2 0,5 4,0

Картофель 12,0 6,6 0,3 5,0 69,0 2,9 0,5 4,0

Морковь 14,0 7,8 0,6 - 0,8 7,2 0,8 3,0

Свекла 14,0 9,0 0,6 - 0,6 5,4 - 5,1

Урюк 18,0 5,0 0 53,0 0 3,5 2,0 4,0

Курага 20,2 5,2 0 55,0 0 3,2 1,5 4,0

Изюм 19,0 1,8 0 66,0 0 3,1 1,2 3,0

Кишмиш 18,0 2,3 0 66,0 0 3,3 1,2 3,0

Продукт В ода, г Белки Жиры Углеводы Клетчатка Органические кислоты Зола общая

Моно- и дисаха-риды Крахмал

Груша 24,0 ? 3 0 46,0 3,0 6,1 1,