автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Совершенствование технологий криоконсервирования и криосепарации субтропического сырья

На правах рукописи

СЯЗИН Иван Евгеньевич

/ ,у

У

■И

V

*

> /

у Р

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ КРИОКОНСЕРВИРОВАНИЯ И КРИОСЕПАРАЦИИ СУБТРОПИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар, 2013 г.

1 6 2013

005058136

005058136

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)

Научный руководитель: Касьянов Геннадий Иванович

доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: Донченко Людмила Владимировна

доктор технических наук, профессор, директор НИИ биотехнологии и сертификации пищевой продукции ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

Кожухова Марина Александровна

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии молочных и консервированных продуктов ФГ БОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Ведущая организация: ГНУ Всероссийский НИИ

консервной и овошесушильной промышленности Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 23 мая 2013 г. в 13.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет». Автореферат разослан 19 апреля 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /

Л /

канд. техн. наук, доцент .^/¿х-/' В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность темы. Известно, что до 50 % урожая плодов субтропических культур не используется в свежем виде из-за непродолжительности хранения и невозможности отправки в отдаленные регионы страны. Существующие в настоящее время технологам основаны на сборе недозрелых плодов субтропических культур с последующим дозреванием перед продажей населению. При этом качество таких плодов не соответствует показателям технической стадии зрелости. Плоды таких ценных субтропических культур как фейхоа и хурма имеют короткий срок хранения и реализации в свежем виде. В настоящее время в ряде стран, включая Россию, используется изготовление из этих плодов криопорошков, имеющих высокую биологическую ценность, органолептиче-ские достоинства и длителг.ный срок хранения.

Определяющими этапами технологии получения криопорошков являются криоконсервирование, криоизмельчение и криосепарация. Недостатком существующей технологии криоконсервирования является происходящий при этом плазмолиз плодовой клетки, нарушение целостности клеточных мембран, слипание коллоидных мицелл и их коагуляция.

Применяемая технология криоизмельчения не позволяет получить криопо-рошки с однородными тонкодисперсными частицами. Пробелом известной технологии криосепарации является отсутствие возможности получения фракций криопорошков с различным химическим составом. '

В связи с этим совершенствование технологии криоконсервирования с применением криопротекторов для защиты криоконсервируемых плодов субтропических культур от деструкции клеток, криоизмельчения для получения тонко дисперсных криопорошков, а также криосепарации с целью разделения криопорошков на фракции для обогащения различных пшцевых продуктов, является актуальным.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с гос. заданием Министерства образования и науки РФ № 4.1897.2011 «Разработка инновационной технологии продуктов питания функционального назначения на основе глубокой и комплексной переработки растительного сырья».

1.2 Цель и задачи исследований. Цель исследований - совершенствование технологий криообработки субтропического сырья ¿'целью получения высококачественных фракционированных тонкодисПерсных криопорошков длительного хранения. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: ; '

- обоснование выбора и исследование химического состава свежих плодов субтропических культур для криообработки;

- теоретическое обоснование и совершенствование технологии криокон-сервирования субтропического сырья с применением гидрофильных криопротекторов для предотвращения деструкции клеток плодов при криоконсервировании;

- теоретическое обоснование и разработка способа криойзмельчёния плодов субтропических культур в среде жидкого аргона;

- теоретическое обоснование и совершенствование технологии криосепарации субтропического сырья с помощью диоксида углерода для получения различных по химическому составу фракций криопброшков;

- получение криопорошков из плодов субтропических культур и исследование их химического состава; '

- разработка проекта технической документации (ТУ и ТЙ) на фракционированные тонкодисперсные криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур по усовершенствованным технологиям криообработки субтропического сырья;

- проведение опытно-промышленной апробации усовершенствованных технологий криообработки субтропического сырья с целью получения фракционированных тонкодисперсных криопорошков из плодов субтропических культур;

- проведение опытно-промышленной апробации применения фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, с целью обогащения различных пищевых продуктов;

- расчет ожидаемой экономической эффективности производства, реализации и использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур.

1.3 Научная новизна. Теоретически обоснованы и усовершенствованы технологии криообработки субтропического сырья с целью получения фракционированных тонкодисперсных криопорошков из плодов субтропических культур.

Впервые установлено, что обработка плодов субтропических культур гидрофильными криопротекторами (агар, агароид, каррагинан, пектин) позволяет предотвратить деструкцию клеток плодов субтропических культур при крио-консервировании и защитить плоды от ухудшения органолептических показателей и от снижения содержания в них биологически активных веществ.

Впервые разработан способ криоизмельчения плодов субтропических культур в среде жидкого аргона, позволяющий получить однородный тонкодисперсный криопорошок, что дает возможность осуществить его криосепара-цию.

Впервые с помощью новой технологии криосепарации субтропического сырья диоксидом углерода получены фракционированные тонкодисперсные криопорошки из плодов субтропических культур, различающиеся по химическому составу на: белково-липидную фракцию, фракцию пищевых волокон и углеводную фракцию.

Новизна предлагаемых технических решений подтверждена двумя патентами РФ на полезные модели.

1.4 Практическая значимость. Усовершенствована технология криокон-сервирования субтропического сырья с использованием гидрофильных крио-протекторов, позволяющих предотвратить деструкцию клеток плодов субтропических культур при криоконсервировании.

Разработан способ криоизмельчения плодов субтропических культур в среде жидкого аргона, позволяющий получить из плодов однородный тонкодисперсный криопорошок для криосепарации.

Усовершенствована технология криосепарации субтропического сырья с помощью диоксида углерода, позволяющая получить различные по химическому составу фракции криопорошков из плодов субтропических культур.

Разработан проект технической документации на фракционированные тонкодисперсные криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур

ТУ 9223-333-02067862-2012. Производство фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по технологиям криообработки субтропического сырья, апробировано в условиях предприятия ООО «Холодильные технологии». Проведена апробация использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков с целью обогащения различных пищевых продуктов в условиях предприятий ОАО «Краснодарский хлебозавод № 6» и ООО «Экологически чистые пищевые -технологии».

Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по технологиям криообработки субтропического сырья, составляет 5,8.. .6,4 тыс. руб. на.1 т криопо-рошка в зависимости от используемого сырья и полученной фракции.

1.5 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполняемых в рамках диссертационной работы, доложены, обсуждены и одобрены на международных научно-технических и научно-практических конференциях: «Теоретическое и экспериментальное обоснование суб- и сверхкритической С02-обработки сельскохозяйственного сырья» (г.Краснодар, 15-16 октября 2010 г); «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г. Краснодар, 1-15 июня 2011 г); «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (г. Санкт-Петербург, 22-24 ноября 2011 г); «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты» (г. Геленджик, 24-25 мая 2012 г).

По результатам конкурса на лучшую научную и творческую работу среди аспирантов и соискателей высших учебных заведений Краснодарского края за 2011 год научная работа «Технология криоконсервирования, криоизмельчения и криосепарации субтропического пищевого сырья Краснодарского края» награждена золотой медалью и дипломом 1-й степени Департамента образования и науки Краснодарского края. По результатам конкурса молодежных научных и инновационных проектов «1ппоТесЬ-2012» научная работа «Совершенствование технологий криоконсервирования, криоизмельчения и криосепарации субтропического сырья» награждена дипломом 2-й степени ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

1.6 Публикации. По результатам научных исследований опубликовано J 4 научных работ, в том числе 2 монографии, 4 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено 2 патента РФ на полезные модели.

1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной патентно-информационной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 125 страницах компьютерного текста, включает 28 таблиц и 33 рисунка. Список литературных источников включает 120 наименований, в том числе 10 — зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили в научно-исследовательских лабораториях института пищевой и перерабатывающей промышленности ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

2.1 Объекты исследований. В соответствии с поставленной целью и решаемыми задачами в качестве объектов исследований использовали плоды субтропических культур, выращенные в 2010-2012 гг. в условиях субтропического климата России в районах г. Сочи, Республики Дагестан и Республики Абхазия, исходные и фракционированные тон ко дисперсные криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур — фейхоа сорта «Крымский ранний», хурмы сортов «Яблочный» и «Шоколадный королек», а также обогащенные криопорошками пищевые продукты.

2.2 Методы исследований. В работе использовали общепринятые и специальные химические, физические, реологические, оптические, органолептиче-ские методы исследований сырья и целевых продуктов. Химический состав сырья и готовой продукции определяли традиционными методами, с помощью системы капиллярного электрофореза «Капель-105», атомно-абсорбиионного спектрометра «КВАНТ-АФА» и спектрофотометра «СФ-102», влагомера «AND MR-50». Гранулометрический состав (дисперсность криопорошков) определяли с помощью микроскопа «Leica СМЕ» со встроенным фотообъективом «Leica ЕСЗ» и специальной компьютерной программой для анализа изображений.

Реологические показатели свежих и криоконсервированных плодов субтропических культур определяли с помощью аппарата «Структурометр СТ-2». Для определения среднестатистических результатов органолептических показателей сырья и готовой продукции использовали средний балл экспертных оценок (с учетом требований нормативной документации).

Оценку результатов экспериментов и их статистической достоверности проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Office Excel 2010 и Statistica 6.0 for Windows.

Для проведения опытов по криоконсервированию, криоизмельчению и криосепарации плодов субтропических культур нами разработаны и изготовлены экспериментальные установки, представленные на рисунках 1, 2 и 3.

И

Рисунок 1 — Экспериментальная Рисунок 2 — Экспериментальная

установка для криоконсервирования установка для криоизмельчения плодов субтропических культур плодов субтропических культур

5 - загрузочное отверстие со шнеком; 6 - сопло; 7 - приемная емкость для первой фракции; 8 — заслонка; 9 — приемная емкость для второй фракции; 10 — приемная емкость для третьей фракции Рисунок 3 - Экспериментальная установка для криосепарации криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур

На рисунке 4 представлена структурная схема исследований.

I Теоретическая часть

Аналитический обзор патентно-информационной литературы по проблеме технологий криообработки субтропического сырья

Обоснование выбора и исследование химического состава свежих плодов субтропических

культур для криообработки

Теоретическое обоснование технологии криокоысервироваши субтропического сырья с применением гидрофильных криопротекторов для предотвращеУйя'Де'струкцин клеток плодов при криоконсервировании

Теоретическое обоснование и разработка способа криоизмельчения плодов субтропических культур

т --^тгг

Теоретическое обоснование технологии криосепарации субтропического сырья с помощью диоксида углерода для получения различных по химическому составу' '

фракций криопорошков + "

II Экспериментальная часть

V ~

Совершенствование технологии криоконсервирования субтропического сырья с применением гидрофильных криопротекторов для предотвращения деструкции клеток плодов при криоконсервировании

Разработка способа криоизмельчения плодов субтропических культур в среде

жидкого аргона

Совершенствование технологии криосепарации субтропического сырья с помощью диоксида углерода для получения различных по химическому составу

фракций криопорошков +

Получение криопорошков из плодов субтропических культур

и исследование их химического состава

♦ ~

III Опытно-промышленная апробация

Разработка проекта технической документации (ТУ и ТИ) на фракционированные тонкодисперсные криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур по усовершенствованным технологиям криообработки субтропического сырья

Проведение опытно-промышленной апробации усовершенствованных технологий криообработки субтропического сырья с целью получения фракционированных тонкодисперсных криопорошков из плодов субтропических культур

Проведение опытно-промышленной апробации применения фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, с целью обогащения различных пищевых продуктов

Расчет ожидаемой экономической эффективности от производства, реализации и использования фракционировании* тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур

Рисунок 4 — Структурная схема исследований

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Обоснование выбора и исследование химического состава свежих плодов субтропических культур для криообработки. Продолжительность сбора урожая плодов субтропических культур, выращиваемых на плантациях района г. Сочи Краснодарского края, Республики Дагестан, Республики Абхазия, составляет не более 2-3 месяцев. Согласно данным ВНИИ цветоводства и субтропических культур и СКЗНИИ садоводства и виноградарства одними из наилучших органолептических показателей, ареалом распространения на территории России и минимальным сроком хранения обладают такие плоды субтропических культур, как фейхоа сорта «Крымский ранний», хурма сортов «Яблочный» и «Шоколадный королек». В таблице 1 представлен химический состав свежих плодов фейхоа и хурмы.

Таблица 1 - Химический состав свежих плодов фейхоа и хурмы

Наименование показателей Фейхоа сорта «Крымский ранний» Хурма сорта «Яблочный» Хурма сорта «Шоколадный королек»

Значение показателей, г на 100 г плодов

Вода 84,9 81,00 81,70

Белки 0,93 0,64 0,50

Жиры 0,6 0,30 0,40

Углеводы 6,85 16,00 15,30

Пищевые волокна 6,21 1,50 1.60

Витамины, мг на 100 г плодов

3-каротии 0,20 1,60 1,70

Витамин В| 0,01 0,02 0,02

Витамин В2 0,02 0,03 0,03

Витамин С 28,80 16,00 15,00

Минеральные вещества, мг на 100 г плодов

Железо Ре 0,14 0,40 0,50

Кальций Са 17,00 8,00 9.00

Магний Мк 9,00 8,00 8,70

Фосфор Р 19,00 25,00 24,00

Из-за высокого содержания влаги данные плоды в течение 1,5-2,5 недель со дня технического созревания портятся и теряют свои потребительские свойства. В представленной таблице показано, что плоды фейхоа и хурмы имеют высокую биологическую ценность, поэтому для рационального использования плодов фейхоа и хурмы необходимо применять современные методы обработки, позволяющие получать продукт с длительным сроком хранения и максимальным сохранением биологически активных веществ как на стадии изготовления, так и на стадии хранения. Всем этим требованиям отвечают криопо-

рошки, производство которых основано на технологиях криоконсервирования, криоизмельчения и криосепарации.

На рисунке 5 представлены результаты органолептической оценки свежих плодов фейхоа и хурмы.

Вкус

-Фейхоа сорта "Крымский ранний"--Фейхоа сорта "Никитинский раннш"

Хурма сорта "Яблочный" --Хурма сорта "Бычье сердце"

-Хурма сорта "Шоколадный королек"--Хурма сорта "Хачиа"

Рисунок 5 - Результаты органолептической оценки свежих плодов

фейхоа и хурмы

Из рисунка 5 видно, что плоды фейхоа сорта «Крымский ранний» и хурмы сортов «Яблочный» и «Шоколадный королек» по сравнению с другими сортами плодов имеют наилучшие органолептические показатели.

Таким образом, для дальнейшего исследования выбраны плоды фейхоа сорта «Крымский ранний» и хурмы сортов «Яблочный» и «Шоколадный королек», поскольку они имеют наилучшие органолептические показатели, высокое содержание биологически активных веществ, ареал распространения в России и непродолжительный срок хранения.

3.2 Теоретическое обоснование н совершенствование технологии криоконсервирования субтропического сырья с применением гидрофильных криопротекторов. Целью обработки плодов криопротекторами является предотвращение деструкции клеток плодов субтропических культур в процессе криоконсервирования. Высокое влагосодержание является основным повреждающим фактором при криоконсервировании субтропического сырья. Применяемые на сегодняшний день в пищевой промышленности криопротекторы яв-

ляются, в основном, гидрофобными, и поэтому неприменимы для плодов субтропических культур, имеющих высокое содержание влаги.

Наиболее перспективными криопротекторами для плодов субтропических культур с точки зрения безопасности и повышения качества целевого продукта являются гидрофильные криопротекторы: агар, агароид, каррагинан и пектин. Благодаря своим гидрофильным свойствам эти вещества способны защитить плоды от деструкции клеток при криоконсервировании. Установлено, что наиболее оптимальными концентрациями растворов криопротекторов, при которых сохраняется их текучесть и способность проникать в плоды фейхоа и хурмы, являются следующие: 0,35 %-й агар, 0,35 %-й агароид, 0,35 %-й каррагинан и 1,5 %-й пектин.

Установлено положительное влияние обработки гидрофильными криопротекторами на предотвращение деструкции клеток плодов при криоконсервировании. Результаты измерения реологических показателей обработанных гидрофильными криопротекторами плодов фейхоа и хурмы после криоконсервиро-вания представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты измерения реологических показателей

обработанных гидрофильными криопротекторами плодов фейхоа и хурмы после криоконсервирования

Применяемый криопротектор Фейхоа сорта «Крымский ранний» Хурма сорта «Яблочный» Хурма сорта «Шоколадный королек»

Я» А Рпп И Рпп И

Свежий плод 390 1,55 1830 0,90 940 1,20

Агар 0,35 % 200 1,70 1250 1,25 870 1,90

Агароид 0,35 % 170 1,85 1125 1,45 835 2,05

Каррагинан 0,35 % 190 1,65 1080 1,75 850 2,00

Пектин 1,5 % 140 2,30 1020 1,85 825 2,10

Без криопротектора 90 5,00 400 3,10 480 3,25

Примечения \-Fw~ предельное усилие нагружения, г; 2-й- величина деформации, мм

Установлено, что наилучшие структурно-механические показатели обрабатываемых плодов фейхоа и хурмы достигаются с помощью обработки криопротекторами в течение 10,0... 15,0 мин при постепенном повышении давления от 0,01 до 1,3 МПа и предварительным вакуумированием 40...60 мин при давлении 0,01...0,03 МПа. На основе реологических показателей определено опта-

мальное время обработки плодов фейхоа и хурмы гидрофильными криопротек-торами (рисунок 6).

Фейхоа сорта "Крымский рашшй" * |

Хурма сорта "Яблочный" * ^ " ~

Хурма сорта "Шоколадный королек" ~

О 5 10 15

Время обработки плодов крнопротекторами, мин

Рисунок б - Оптимальное время обработки плодов фейхоа и хурмы гидрофильными крнопротекторами

По защитным свойствам и времени обработки наиболее оптимальным криопротектором для плодов субтропических культур является 0,35 %-й агар, далее следуют 0,35 %-й агароид, 0,35 %-й каррагинан и 1,5 %-й пектин. Таким образом, для предотвращения деструкции клеток плодов субтропических культур при криоконсервировании целесообразно применять гидрофильные крио-протекторы (агар, агароид, каррагинан или пектин).

33 Теоретическое обосновапве и разработка способа криоизмельчения плодов субтропических культур в среде жидкого аргона. Из-за криоконсер-вирования с применением гидрофильных криопротекторов плоды более упруги, а измельченные по принятому способу частицы имеют габариты 90... 180 мкм, что делает невозможной криосепарацию с целью получения различных по химическому составу фракций криопорошков. Для возможности осуществления такой криосепарации плоды необходимо измельчать до более тонкой дисперсности.

Разработан способ криоизмельчения плодов субтропических культур. Криоизмельчение производится в криомельнице в среде жидкого аргона 40...55 мин при давлении 3...4 МПа. Получаемые таким образом измельченные частицы плодов имели дисперсность 40...60 мкм.

Преимущество предлагаемого способа криоизмельчения достигается благодаря снижению сопротивления дробления частиц в среде жидкого аргона, который за счет более высокой вязкости (чем у других инертных газов) продлева-

П Агар 0,35 % " Агароид 0,35 % п Каррагинан 0,35 % я Пектин 1,5 %

ет контакт с плодами и увеличивает их хрупкость, что позволяет раздробить плоды до тонкодисперсных частиц. Таким образом, криоизмельчение плодов в среде жидкого аргона позволяет получить однородный тонкодисперсный крио-порошок (40...60 мкм), что дает возможность осуществить криосепарацию с целью получения различных по химическому составу фракций криопорошков.

3.4 Теоретическое обоснование и совершенствование технологии криосенарации субтропического сырья с помощью диоксида углерода. Криосепарация с помощью диоксида углерода основана на различии скорости витания и плотности питательных веществ измельченных плодов; отвечает условиям инертности сепарирующего вещества к продукту и низкой температуры на всем протяжении технологического процесса криосепарации. В качестве разделяющего вещества служит диоксид углерода со скоростью движения 0,8...2,0 м/с.

В таблицу 3 сведен состав фракций криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур криосепарацией с помощью диоксида углерода. Таблица 3 - Состав фракций криопорошков, получаемых из плодов

субтропических культур криосепарацией с помощью СО;

Название фракции Основные пищевые вещества во фракции Количество основных пищевых веществ во фракции, % Скорость потока газообразного СС>2, м/с

Белково-липидная белки, липиды 85...93 до 0,5

Пищевые волокна пектиновые вещества, клетчатка 79...87 0,8...0,1

Углеводная глюкоза, фруктоза 7б...84 1,5...2,0

Из представленной таблицы видно, что фракции, получаемые криосепарацией с помощью диоксида углерода, по химическому составу делятся на: белково-липидную фракцию, фракцию пищевых волокон и углеводную фракцию.

Таким образом, технология криосепарации позволяет получить различающиеся по химическому составу фракции криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, а также отвечает условиям инертности среды к продукту и сохранению низкой температуры на всем протяжении технологического процесса криосепарации.

3.5 Получение криопорошков из плодов субтропических культур и исследование их химического состава. Криопорошки за счет низкого влагосодержания имеют продолжительный период хранения, а высокие органолептические показатели и повышенная концентрация биологически активных веществ в них позволяет обогащать пищевые продукты питательными веществами. Химический состав криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, представлен в таблице 4.

Определение среднего балла экспертных оценок по органолептическим показателям криопорошков, получаемых из плодов фейхоа и хурмы, показало схожесть результатов всех трех объектов исследований, поэтому на рисунке 7 показан средний балл экспертных оценок органолептических показателей на примере криопорошка, получаемого из плодов хурмы сорта «Яблочный».

Из рисунка 7 видно, что криопорошок, получаемый из плодов хурмы сорта «Яблочный» по совершенствуемым технологиям криообработки субтропического сырья, имеет более высокие органолептические показатели по сравнению с криопорошком, получаемым из плодов субтропических культур по существующим технологиям. Криопорошки из плодов фейхоа сорта «Крымский ранний» и хурмы сорта «Шоколадный королек» имели аналогичные данные, что позволило сделать вывод о более высоком качестве криопорошков, получаемых из подов субтропических культур по совершенствуемым технологиям ¡^г> ипобпяботки.

Вкус

Криопорошок, получаемый и.» плодов х\рмы сорта «Яблочный» по совершакпвусмым 'тсхио.тегп»« кризобрабсггки

Криопорошок. пол)чаемый ш плодов хурчт сорта <<Я5дочний» но сушсствукшмч

тсчиоюптт

Рисунок 7 — Результаты органолептической оценки криопорошка, получаемого из плодов хурмы сорта «Яблочный»

1 £ I

1 2 , м

а к с

я О

я

а'

ш J 1Л |

'•О 1

1 о; ¡"8 =

Кряопорошок, получаемый из плодов фсйтоа сорта «Крымский раппий»

Крнопорошок, получаемый из плодов хурмы сорта «Яблочвый»

Кряопорошок, получаемый из плодов хурмы сорта «Шоколадный королек»

Наименование показателей

Н

рз о\

Р>

1

Бслково-липвдпая

Ишцевые волокна

Углеводная

сумма показателей фракцвй

Белково-лнпндпая

Пищевые волокна

Углеводная

сумма показателен фракций

Белково-липидная

Пищевые волокна

Углеводная

сумма показателен фракций

Я

"О в

1 = I о

1° ■в** ВК: в

И 1

ев 3 п да о а *ТЗ п

50 Е

ВС

ё-я*

л "а в I г 5

«

13 н

-в §

О «4 О

к Р о ^ о

* § в

— Я л

5 « К

Е "5 н

вес 3 о

я Е ь

£ 2 £ е ч "

в Н 2 п к 2

к £

° в а

Из таблицы 4 видно, что криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур по совершенствуемым технологиям криообработки субтропического сырья, благодаря применению гидрофильных криопротекторов имеют большее содержание биологически активных веществ, чем криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур по существующим технологиям. Например, содержание витамина С в сумме фракций криопорошков, в среднем, больше на 16,1 %, витамина В] - на 24,4 %, р-каротина - на 19,4 %. Установлено, что фракции криопорошков (белково-липидная, фракция пищевых волокон и углеводная), получаемых из плодов субтропических культур по совершенствуемым технологиям криообработки субтропического сырья, различаются по химическому составу.

3.6 Опытно-промышленная апробация. Структурная схема производства фракционированных тонкодисперсных криопорошков из плодов фейхоа сорта «Крымский ранний» представлена на рисунке 8.

Для расфасовки фракционированных тонкодисперсных криопорошков используются пакеты из биоразлагаемого упаковочного материала, помещаемые в пластиковые банки, рассчитанные на 60... 150 г криопорошка.

Таким образом, фракции тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по технологиям криоконсервирования, крио-измельчения и криосепарации субтропического сырья, имеют повышенное содержание биологически активных веществ, лучшие органолептические показатели и различаются по химическому составу. Повышенное содержание биологически активных веществ и лучшие органолептические показатели плодов субтропических культур достигаются за счет применения гидрофильных криопротекторов (0,35 %-й агар, 0,35 %-й агароид, 0,35 %-й каррагинан или 1,5 %-й пектин). Получение различающихся по химическому составу фракций удается достичь за счет использования криоизмельчения в среде жидкого аргона, и криосепарации с помощью диоксида углерода.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан проект технической документации на фракционированные тонкодисперсные криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур ТУ 9223333-02067862-2012.

Плоды

Доставка

I

Приемка-»-Хранение

I I

Мойка-*--1

I

Инспекция

I

Ополаскивание

Ф

Вакуумирование 40...60 мин при Р = 0,01...0,03 МПа Дозирование криопротектора 10... 15 мин при повышении давления 0,01 МПа до 1,3 МПа

Ф

Охлаждение парами С02 или N2 до г = 0.. .2 °С при Р == 0,1 ...0,3 МПа

I

Криоконсервирование жидким С02 или N2

■I»

Криоизмельчение 40...55 мин в среде жидкого Аг при Р = 3...4 МПа

I

Криосепарация газообразным СО2

4 4 Ф

Белково-липидная Фракция птице- Углеводная

фракция вых волокон фракция

| * |

Вакуумирование 60...90 мин при Р = 0,01...0,03 МПа

:, .... |

Удаление ферропримесей Фасовка в пакеты из биоразлагаемого упаковочного материала

Ф

Маркировка

Ф

Хранение при I = 20 °С,ф = 70...75%

Рисунок 8 - Структурная схема производства фракционированных

тонкодисперсных криопорошков из плодов фейхоа сорта «Крымский ранний» по усовершенствованным технологиям криообработки

Производство фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по усовершенствованным технологиям криообработки субтропического сырья, апробированы в условиях предприятия ООО «Холодильные технологии».

Направления применения фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, представлены на рисунке 9.

Рисунок 9 - Направления применения фракционированных

тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур

Проведена апробация предлагаемых технологических приемов использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков с целью обогащения различных пищевых продуктов питательными веществами. В условиях предприятий ОАО «Краснодарский хлебозавод № 6» получали хлебобулочные изделия сдобные с использованием углеводной фракции. В условиях. ООО «Экологически чистые пищевые технологии» получали рыбные фарши с применением белково-липидной фракции, мясные паштеты с использованием фракции пищевых волокон, напитки с использованием углеводной фракции. Благодаря применению фракций криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, пищевые продукты отличались лучшими органолептически-ми показателями и повышенным содержанием биологически активных веществ.

Ожидаемый экономический эффект от производства, реализации и использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по усовершенствованным технологиям крио-обработки субтропического сырья, составляет 5,8...6,4 тыс. руб. на 1 т криопо-рошка в зависимости от используемого сырья и полученной фракции.

ВЫВОДЫ

1. Обоснован выбор и исследован химический состав свежих плодов субтропических культур (фейхоа и хурмы) для криообработки. Показано, что плоды фейхоа сорта «Крымский ранний», хурмы сортов «Яблочный» и «Шоколадный королек» имеют высокую биологическую ценность и органолептические показатели, ареал распространения в России, но непродолжительный период хранения, поэтому целесообразно их использование для производства криопо-рошков, основанных на технологиях криоконсервирования, криоизмельчения и криосепарации.

2. Теоретически обоснована и усовершенствована технология криоконсервирования субтропического сырья с применением гидрофильных криопротекторов для предотвращения деструкции клеток плодов при криоконсервировании. Установлено, что наиболее оптимальные концентрации криопротекторов, при которых сохраняется их текучесть, способность проникать в плоды фейхоа и хурмы, а также по защитным свойствам и времени обрабопш, следующие в порядке предпочтения: 0,35 %-й агар, 0,35 %-й агароид, 0,35%-й каррагинан, 1,5%-й пектин. Установлено, что наилучшие структурно-механические показатели обрабатываемых плодов фейхоа и хурмы достигаются при обработке криопротекгорами в течение 10,0... 15,0 мин при постепенном повышении давления от 0,01 до 1,3 МПа и предварительным вакуу-мированием 40...60 мин при давлении 0,01...0,03 МПа.

3. Теоретически обоснован и разработан способ криоизмельчения плодов субтропических культур в среде жидкого аргона. Криоизмельчение плодов в среде жидкого аргона в течение 40...55 минут при давлении 3...4 МПа позволяет получить криопорошок с дисперсностью 40...60 мкм, что дает возможность осуществить криосепарацию с целью получения различных по химическому составу фракций криопорошков.

4. Теоретически обоснована и усовершенствована технология криосепарации криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур. Криосепа-рация диоксидом углерода основана на различии скорости витания и плотности питательных веществ измельченных плодов. В качестве разделяющего вещества применяется диоксид углерода со скоростью потока 0,8...2,0 м/с.

Криосепарация с помощью диоксида углерода позволяет получить различающиеся по химическому составу фракции тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур (белково-липидная фракция, фракция пищевых волокон, углеводная фракция), а также отвечает условию инертности сепарирующего вещества к продукту и сохранению низкой температуры на всем протяжении технологического процесса криосепарации.

5. Исследован химический состав криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур. Установлено, что криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур по совершенствуемым технологиям криообра-ботки, имеют более высокие органолептические показатели и большее содержание биологически активных веществ, чем криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур по существующим технологиям. Например, содержание витамина С в сумме фракций криопорошков, в среднем, больше на 16,1 %, витамина В] - на 24,4 %, р-каротина - на 19,4 %.

6. Разработан проект технической документации на фракционированные тонкодисперсные криопорошки, получаемые из плодов субтропических культур ТУ 9223-333-02067862-2012 по усовершенствованным технологиям криообработки субтропического сырья.

7. Производство фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по усовершенствованным технологиям криообработки субтропического сырья, апробировано в условиях предприятия ООО «Холодильные технологии».

8. Проведена апробация предлагаемых технологических приемов использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков с целью обогащения различных пищевых продуктов в условиях предприятий ОАО «Краснодарский хлебозавод № 6» и ООО «Экологически чистые пищевые технологии».

9. Ожидаемый экономический эффект от производства, реализации и использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур по усовершенствованным технологиям криообработки субтропического сырья, составляет 5,8...6,4 тыс. руб. на 1 т криопорошка в зависимости от используемого сырья и полученной фракции.

Список основных работ, опубликованных по те«е диссертации

1. Сязин И.Е., Касьянов Г.И. Феномен криообработки продуктов. — Монография. — Саарбрюккен, Германия, 2012.-296 с.

2. Сязин И.Е., Мякинникова Е.И., Касьянов Г.И. Теоретическое и экспериментальное обоснование технологии выращивания и переработки субтропического сырья. - Монография. - Краснодар: Экоинвест, 2012. - 160 с.

3. Патент на полезную модель РФ 110234. Технологическая линия производства замороженных полуфабрикатов / И.Е. Сязин, Г.И. Касьянов, М.И. Лугинин, В.А. Коноплева. Заявка № 2011121990 от 31.05.2011. Опубл. 20.11.2011.

4. Патент на полезную модель РФ 117352. Установка для производства биоразлагаемой упаковочной пленки из вторичного сырья / И.Е. Сязин,

B.А. Бирбасов, Д.Г. Касьянов, A.A. Запорожский, C.B. Алтуньян. Заявка № 2012108285 от 05.03.2012. Опубл. 27.06.2012.

5. Сязин И.Е. Особенности криоконсервирования и криосепарации пищевого сырья // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - № 2. - С. 572-583. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/201 l/02/pdf/47.pdf.

6. Сязин И.Е., Касьянов Г.И., Лугинин М.И. Современные способы криоконсервирования и криосепарации растительного сырья // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - № 4. - С. 465-474. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/04 /pdf742.pdf.

7. Сязин И.Е. Пищевое сырье как объект технологии криоконсервирования и криосепарации / И.Е. Сязин, Г.И. Касьянов, М.И. Лугинин, A.B. Моргунова // Известия вузов. Пищевая технология. - № 2-3. - 2011. -

C. 40-43.

8. Сязин И.Е., Касьянов Г.И. Разработка нового метода криосепарации пищевых продуктов // Известия вузов. Пищевая технология. - №4. - 2012. -С. 123-124.

9. Сязин И.Е., Касьянов Г.И. Технологические линии по криоконсервиро-ванию и криосепарации криолабильного растительного сырья // Консервная промышленность сегодня: технологии, маркетинг, финансы. — № 12. — 2011. — С. 19-22.

10. Сязин И.Е. Совершенствование технологии криоконсервирования и криосепарации растительного сырья / Теоретическое и экспериментальное обоснование суб- и сверхкритической С02-обработки сельскохозяйственного сырья И Сб. матер, межд. науч.-практич. конф. - Краснодар: Экоинвест, 2010. — С. 141-143.

11. Сязин И.Е., Касьянов Г.И., Лугинин М.И. Криоконсервирование и криосепарации пищевого растительного сырья / Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке // Сб. матер. V межд. науч.-технич. конф. - СПб: СПбГУНиПТ, 2011. - С. 346-347.

12. Касьянов Г.И., Сязин И.Е. Методика по определению реологических характеристик замороженных растительных продуктов / Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты /У Сб. матер, межд. науч.-практич. конф. - Краснодар: Издательский Дом Юг, 2012. - С. 181-185.

13. Касьянов Г.И., Сязин И.Е. Технология низкотемпературного консервирования и разделения на фракции пищевого субтропического сырья // Современная техника и технологии [Электронный ресурс]. - №4. - 2012. — Режим доступа: http://technology.snauka.ru/2012/04/494.

14. Касьянов Г.И., Сязин И.Е. Реологические характеристики криолабиль-ных субтропических фруктов // Электронный научный журнал Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГТУ, 2011. - № IX. - Режим доступа: http://fli.kubstn.ru/fams /ässues/issue09/st0903 .pdf.

Подписано в печать 15.04.2013. Гарнитура Тайме. Печать цифровая. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5 Заказ №22. Тираж 120 экз.

Отпечатано в типографии «Оливия-Арт» г. Краснодар, ул. Ставропольская, 107/8, т. 278-99-70

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет»

На правах рукописи

04201357529

СЯЗИН Иван Евгеньевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КРИОКОНСЕРВИРОВАНИЯ И КРИОСЕПАРАЦИИ СУБТРОПИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

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: доктор технических наук, профессор Г.И. Касьянов

Краснодар, 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................... 4

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ ТЕХНОЛОГИЙ КРИООБРАБОТКИ СУБТРОПИЧЕСКОГО СЫРЬЯ.......................................................................................... 7

1.1 Состояние технологии криоконсервирования субтропического сырья.......... 7

1.2 Состояние технологии криоизмельчения субтропического сырья.................. 15

1.3 Состояние технологии криосепарации субтропического сырья..................... 17

1.4 Тепломассообменные процессы в субтропическом сырье при криообра-ботке....................................................................................................................... 21

1.5 Биохимические процессы в субтропическом сырье при криообработке........ 27

1.6 Структура и свойства криопротекторов для термолабильного субтропического сырья........................................................................................... 31

1.7 Задачи исследования........................................................................... 36

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ЛАБОРАТОРНАЯ АППАРАТУРА, МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ И СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТА................................. 38

2.1 Характеристика объектов исследования.................................................. 38

2.2 Схема и методы исследования.............................................................. 39

2.3 Экспериментальная установка для криоконсервирования плодов субтропических культур.............................................................................. 41

2.4 Экспериментальная установка для криоизмельчения плодов субтропических культур......................................................................................... 43

2.5 Экспериментальная установка для криосепарации криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур........................................................... 45

2.6 Методы математической оценки и статистической обработки эксперимента............................................................................................................................. 46

2.7 Совершенствование методики оценки качества свежих и дефростирован-ных плодов субтропических культур на основе их реологических показателей и разработка оригинальных инденторов.................................................. 49

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................... 53

3.1 Обоснование выбора и исследование химического состава свежих плодов субтропических культур для криообработки................................................. 54

3.2 Кристаллообразование в плодах субтропических культур в процессе криоконсервирования................................................................................................... 56

3.3 Исследование влияния различных методов обработки на реологические показатели плодов субтропических культур................................................. 57

3.3.1 Определение прочности свежих и обработанных плодов субтропических культур................................................................................................................... 58

3.3.2 Определение предельного напряжения сдвига свежих и обработанных плодов субтропических культур................................................................ 60

3.4 Исследование влияния обработки плодов субтропических культур электромагнитным полем низкой частоты............................................................ 61

3.5 Теоретическое обоснование и совершенствование технологии криоконсер-вирования субтропического сырья с применением гидрофильных криопро-текторов.............................................................................................................. 64

3.5.1 Способы обработки плодов субтропических культур гидрофильными криопротекторами................................................................................................. 66

3.5.2 Обработка нарезанных плодов субтропических культур гидрофильными криопротекторами под атмосферным давлением.............................................. 67

3.5.3 Обработка целых плодов субтропических культур гидрофильными криопротекторами под пониженным и избыточном давлениях............................... 71

3.6 Теоретическое обоснование и разработка способа криоизмельчения плодов субтропических культур в среде жидкого аргона............................................ 75

3.7 Теоретическое обоснование и совершенствование технологии криосепара-ции субтропического сырья с помощью диоксида углерода........................... 77

3.7.1 Криосепарация по габаритам и массе измельченных частиц плодов субтропических культур............................................................................. 77

3.7.2 Криосепарация по скорости витания и плотности измельченных частиц плодов субтропических культур.......................................................................... 78

3.8 Получение криопорошков из плодов субтропических культур и исследование их химического состава................................................................................. 79

3.9 Усовершенствованные технологии криообработки субтропического сырья. 84 4 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ................................................. 94

4.1 Обоснование целесообразности производства.................................................. 94

4.2 Требования к сырью и материалам..................................................................... 96

4.3 Показатели безопасности и органолептическая оценка готовой продукции.. 98

4.4 Правила транспортирования и приемки готовой продукции........................... 100

4.5 Основные аспекты охраны труда при использовании технологий криообработки субтропического сырья.......................................................................... 103

4.6 Апробация технологии получения фракционированных тонко дисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур.................... 106

4.7 Апробация применения фракционированных тонко дисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур, с целью обогащения пищевых продуктов............................................................................... 107

4.7.1 Апробация использования фракционированных тонко дисперсных криопорошков с целью обогащения хлебобулочных изделий сдобных...................... 107

4.7.2 Апробация использования фракционированных тонкодисперсных криопорошков с целью обогащения напитков, фаршей, паштетов, паст.................... 112

4.8 Расчет ожидаемой экономической эффективности производства, использования и реализации фракционированных тонкодисперсных криопорошков, получаемых из плодов субтропических культур....................................... 113

ВЫВОДЫ........................................................................................ 119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................ 122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................... 126

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА........................................... 139

ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................................................. 142

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что до 50 % урожая плодов субтропических культур не используется в свежем виде из-за непродолжительности хранения и невозможности отправки в отдаленные регионы страны. Существующие в настоящее время технологии основаны на сборе недозрелых плодов субтропических культур с последующим дозреванием перед продажей населению. При этом качество таких плодов не соответствует показателям технической стадии зрелости. Плоды таких ценных субтропических культур как фейхоа и хурма имеют короткий срок хранения и реализации в свежем виде. В настоящее время в ряде стран, включая Россию, используется изготовление из этих плодов криопорошков, имеющих высокую биологическую ценность, органолептические достоинства и длительный срок хранения.

Определяющими этапами технологии получения криопорошков являются криоконсервирование, криоизмельчение и криосепарация. Недостатком существующей технологии криоконсервирования является происходящий при этом плазмолиз плодовой клетки, нарушение целостности клеточных мембран, слипание коллоидных мицелл и их коагуляция.

Применяемая технология криоизмельчения не позволяет получить криопо-рошки с однородными тонкодисперсными частицами. Пробелом известной технологии криосепарации является отсутствие возможности получения фракций криопорошков с различным химическим составом.

В связи с этим совершенствование технологии криоконсервирования с применением криопротекторов для защиты криоконсервируемых плодов субтропических культур от деструкции клеток, криоизмельчения для получения тонкодисперсных криопорошков, а также криосепарации с целью разделения криопорошков на фракции для обогащения различных пищевых продуктов, является актуальным.

Исследованием и опытно-промышленным производством субтропических фруктов занимаются во ВНИИ цветоводства и субтропических культур (ВНИИ-ЦиСК), Северо-Кавказском НИИ садоводства и виноградарства (СКЗНИИСИВ), Краснодарском НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции (КНИИХП).

Инновации последних лет в области криогеники, а именно возможности получения инертных низкотемпературных газов - азота (температура кипения -196 °С), аргона (-186 °С), диоксида углерода (-78 °С) - из атмосферного воздуха, позволили провести множество научных исследований в сфере пищевой индустрии. Благодаря возможности получения сжиженных инертных газов буквально из атмосферного воздуха, отечественными учеными разработаны новые методы холодильной обработки пищевых продуктов. Получили дальнейшие исследования такие перспективные направления как криоизмельчение, криосепарация, получение криопорошков.

Теория и практика технологии пищевых производств доказывает, что основными преимуществами технологий криообработки являются бактерицидность, безотходность и экологичность, малая энергоемкость, инертность к пищевым продуктам, отсутствие агрегации измельченных частиц на стадии получения сыпучих продуктов.

Технологии криообработки являются интенсивно развивающимися направлениями благодаря трудам отечественных и зарубежных ученых, среди которых наибольший вклад внесли: Бабакин Б.С., Большаков С.А., Касьянов Г.И., Куцако-ва В.Е., Рогов И.А., Фатыхов Ю.А, Чумак И.Г., Шавра В.М., Шляховецкий В.М., Эрлихман В.Н. и др.

Целью данной работы является совершенствование технологий криоконсер-вирования, криоизмельчения и криосепарации субтропического сырья.

При выполнении диссертационной работы планируется выполнить цикл исследований по проблеме щадящей криообработки термолабильного (криолабиль-ного) субтропического сырья атмосферными низкотемпературными сжиженными и сжатыми инертными газами (азот, аргон, диоксида углерода) в присутствии

гидрофильных криопротекторов, изучить возможность криоизмельчения и крио-сепарации сырья по химическому составу.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с гос. заданием Министерства образования и науки РФ № 4.1897.2011 «Разработка инновационной технологии продуктов питания функционального назначения на основе глубокой и комплексной переработки растительного сырья», а также в соответствии с тематикой НИР КубГТУ на 2010-2011 гг. «Теоретическое и экспериментальное обоснование суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья (№ гос. регистрации 2.13.025).

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ ТЕХНОЛОГИЙ КРИООБРАБОТКИ

СУБТРОПИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

Технологии криоконсервирования, криоизмельчения и криосепарации пищевых продуктов отвечает самым высоким требованиям безопасности (экологич-ности и бактерицидности), а технологический процесс является безинерционным, малоэнергоемким и хорошо регулируемым благодаря тому, что измельченные частицы компонентов продукта на этапе криообработки находятся в дисперсном сыпучем состоянии при отсутствии их адгезии [3, 70, 93]. Кроме того, технологический процесс криообработки требует минимальное количество природных ресурсов и материальных затрат на создание систем очистки и канализации.

1.1 Состояние технологии криоконсервирования субтропического сырья

В технологии пищевых продуктов замораживание является наилучшим способом длительного хранения сырья в нативном виде [4, 73, 88, 91].

В России научными исследованиями и опытно-промышленным внедрением технологий криообработки пищевого сырья и соответствующим аппаратурным обеспечением занимаются в Московском государственном университете прикладной биотехнологии (МГУПБ), Калининградском государственном техническом университете (КГТУ), ВНИРО, ВНИИКИМПе, ВНИХИ, ВНИИКООПе, Ат-лантНИРО, Кубанском государственном технологическом университете (КубГТУ) [70].

Получение экономического эффекта при производстве замороженного растительного сырья достигается за счет уменьшения влияния сезонности их производства [108].

Для большинства пищевых продуктов наиболее интенсивные структурные преобразования происходят в диапазоне температур до -20 °С, когда выморажи-

вается большая часть структурно свободной воды, вызывающая также соответствующее изменение плотности [93].

В целях получения замороженной дыни с высокой степенью сохранности сырьевых биологических и пищевых веществ необходимо соблюдать следующие параметры замораживания: температура - от -30 °С до -35 °С, скорость движения воздуха - 6 м/с, форма нарезки - стружка (или кусочки), продолжительность -6.. .7 мин, вид упаковки - полимерные пакеты [22].

Замораживание путем прямого контакта в хладонах или хладоносителях наряду с преимуществами (в сравнении с воздухом затрачивается меньше электроэнергии благодаря более высокому коэффициенту теплоотдачи) имеет и существенные недостатки [13, 94]: проникновение веществ (хладонов, хладоносителей - ЫаС1, СаС12) в продукт, вследствие чего изменяется цвет продукта, ухудшается товарный вид, происходят потери экстрактивных веществ, переходящих в рассол.

Основными преимуществами замораживания с помощью жидкого азота являются: высокая скорость замораживания, максимальное сохранение исходного качества продукта, минимальные потери его массы и экологическая безопасность [12, 37, 80]. Азотный газ вырабатывается из атмосферного воздуха и после использования снова растворяется в нем.

В зависимости от размеров продукта продолжительность замораживания азотом составляет от 3 до 20 минут [97]. Расход азота на 1 кг замораживаемого продукта находится в пределах 0,7...2,0 кг, что способствует однородности обработки сырья по всей массе, а также возможности полного удаления воздуха из продукта [45, 93]. Зачастую азотом замораживают дорогостоящие продукты, для которых сокращение потерь массы и высокое качество имеют первостепенное значение.

Предложены рецептуры плодов субтропических культур - фейхоа, хурмы, граната, которые позволяют разработать новые виды консервной продукции, преимущественно основанные на консервации осмотически деятельными веществами [25, 66, 76, 92]. Предложения в области криоконсервирования данных криола-бильных растительных продуктов отсутствуют.

Благодаря повышенной концентрации биологически активных веществ (БАВ), плодоовощные криопорошки способны обогатить пищу витаминами, макро- и микроэлементами, пищевыми волокнами и другими ценными БАВ, придать ей новый вкус, а также лечебно-профилактические свойства [46].

На рисунке 1 представлена аппаратурно-технологическая схема промышленной линии по производству фруктовых и овощных криопорошков [45, 60].

Сырье I ^

1т Бланширование т

А/а

1 - бланширователь, 2 - вакуумная сушилка, 3 - инспекционный конвейер, 4 - дозатор жидкого азота, 5 - шаровые мельницы, 6 - просеиватель, 7 - фасовочно-упаковочная машина

Рисунок 1 - Аппаратурно-технологическая схема промышленной линии по производству фруктовых и овощных криопорошков

Для получения высококачественного продукта при сушке необходимо удалить 75...90 % влаги при отрицательной температуре в центральной зоне продукта [43, 94]. Оставшаяся прочно связанная влага удаляется при положительных температурах, что отрицательно сказывается на сохранении большинства витаминов и минеральных веществ в криолабильных продуктах. Решением данной проблемы могло бы стать применение обработки электромагнитным полем низкой частоты (ЭМП НЧ), которое за счет извлечения влаги позволяет снизить обще время, температуру сушки, а также затраты на энергоемкий процесс сушки [9].

На стадии удаления влаги происходит увеличение концентрации биологически активных веществ до 8-12 раз. Серьезной проблемой является сохранение аромата, т.к. ароматические компоненты либо обладают большей летучестью, чем вода, либо образуют с ней азеотропную смесь, одновременно испаряясь в процессе сушки.

Недостатком данного способа получения криопорошков является обеднен-ность получаемого продукта биологически активными веществами из-за длительной высокотемпературной сушки плодов перед процессом замораживания.

При конвективной тепловой сушке влага с наружной поверхности продукта испаряется, а из