Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современное состояние производства пищевых порошков из растительного сырья. Монография
.pdf
массу и высокую концентрацию питательных веществ. Низкая
влажность порошков благоприятствует их длительному хранению без
потери качества. Порошки обладают высокими органолептическими
свойствами и максимально сохраняют питательные свойства
исходного продукта.
Они могут использоваться в качестве:
натуральных красителей пищевых продуктов (печенья, торты,
конфеты, мороженое, молочные продукты, жевательная резинка
и т. д.), например, порошок из столовой свеклы, который помимо минеральных соединений обладает красящей способностью при малой
массе порошка [18, 70];
ароматизирующих добавок и наполнителей, приправ пряностей
к пище. Так, яблочный порошок [74] применяют в кондитерской промышленности в производстве вафель, что позволяет снизить сахароёмкость и повысить биологическую ценность конечного продукта;
сырья в пищеконцентратной промышленности для производства
соусов, разнообразных пюреобразных концентратов, киселей и т. д;
добавок для разработки технологий производства продуктов пи-
тания профилактического, диетического и лечебного назначения. Чтобы обеспечить сбалансированное питание, необходимо создавать новые пищевые изделия, имеющие пониженную энергетическую ценность благодаря уменьшенному содержанию сахара, жира и других
высококалорийных компонентов.
Введение в эмульсионную продукцию овощных, фруктовых и
плодово-ягодных порошков ведет к снижению ее калорийности, при
этом по органолептическим показателям не отличается от традиционно потребляемой продукции. Эти продукты легко усваиваются живым организмом, способствуют частичному выведению из него токсинов и радионуклидов, предупреждают ожирение, накопление холестерина [17].
В последнее время часто применяется порошок топинамбура в
качестве добавки для увеличения биологической ценности мучных и
кондитерских изделий (хлеба, печенья, сдобных пряников), что вызывает сахаро- и холестеринопонижающий эффект. Порошок топинамбура, а также цикория используют в качестве лечебно-профилактических средств при лечении сахарного диабета (макароны «Фруктозные»), ожирения, нарушения обмена веществ. Использование в качестве добавок порошка топинамбура позволяет расширить ассорти-
71
мент продуктов с пониженной калорийностью детского, диетического
и диабетического назначения, хлебобулочных и кондитерских изделий, плодоовощных и молочных консервов, напитков и т. д. [9, 93];
добавок при производстве продуктов детского питания. Ведутся
исследования и разрабатываются технологии производства лечебнопрофилактических продуктов быстрого приготовления для питания
детей, пострадавших от радиационного воздействия, которые представляют собой сухие порошкообразные смеси предварительно обработанной зерновой основы, сухого молока, сахара, витаминов, фруктовых и овощных порошков и альгината натрия [24].
сырья для приготовления витаминных и лечебных напитков [94],
травяного или цветочного чая, вина, которые имеют широкую перспективу использования в качестве лечебно-профилактических напитков в системе общественного питания санитарно-курортного лечения.
Мгновенное приготовление и удобство при транспортировании определяют экономичность порошкообразных продуктов и их эффективность при использовании людьми, работающими в экстремальных условиях и проходящих целевое лечение [58];
сырья для получения настоек, ликёров, аперитивов в ликерово-
дочной промышленности;
исходной основы различных лечебных и профилактических пре-
паратов в виде таблеток или экстрактов;
компонентов для быстрого приготовления гарниров (порошки
картофеля, тыквы и других овощей).
На основании выполненных исследований разработаны эффективные способы производства сушеных продуктов и пищевых порошков из растительного сырья, а также из вторичных продуктов (выжимок), обеспечивающие ускорение процесса сушки, энерго- и ресурсосбережение, улучшение качества готовой продукции и длительности
хранения.
Созданы линии производства пищевых порошков из растительного сырья и отходов ликероводочных производств, внедренные в
промышленность Республики Татарстан.
72
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
КАЧЕСТВА ПОРОШКОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
6.1. Оценка качественных показателей порошков
Внедрение в производство новых технологий с различными способами подготовки сырья к сушке требует детального изучения их
влияния на качество готового продукта. Особое внимание следует
уделять выявлению целесообразности применения гигротермообработки свежих плодов перед сушкой с точки зрения сохранения их пищевой ценности.
Пищевая ценность сушеных плодов определяется содержанием
сахаров, кислот, дубильных веществ, которые незначительно подвержены температурному воздействию, а также наличием в них биологически активных веществ – витаминов, легко разрушаемых в процессе
сушки.
Физико-химические исследования сырья и высушенных плодов
показали, что содержание общего количества сахаров, кислот, дубильных веществ мало изменяется при разных температурных режимах
сушки, в то время как такие биологически ценные вещества, как витамины С, B6, B12, Р, пектиновые вещества и др. подвергаются наибольшим изменениям и весьма чувствительны к изменению температурного режима [95].
В связи с этим разработана методика изучения распада биологически активных веществ (БАВ) при сушке растительного сырья [20].
Ниже приведены новые данные о распаде биологически активных веществ при гигротермической обработке и сушке растительного сырья,
а также результаты исследований изменения содержания биологически активных веществ в растительном сырье при сушке.
Простейший анализ показывает, что при сушке различные биологически активные соединения распадаются с разной скоростью (этот
подход позволяет получать и количественные оценки процесса распада). Следовательно, чтобы сохранить биологически активные вещества
и обеспечить высокое качество конечного продукта, требуется выбрать оптимальный режим сушки [71].
Получение высококачественной продукции из плодоовощного
сырья методом сушки определяется множеством взаимосвязанных
факторов. Главная трудность при решении этой задачи состоит в том,
что технологический процесс должен удовлетворять одновременно
73
нескольким, подчас противоположным требованиям. Например, по-
n
kN
d
dN
RT
E
Ak
a
exp
a
E
RT
E
AN
d
dN
a
n
exp
RT
E
AN
a
exp
вышение температуры сушки и увеличение размеров высушиваемого
материала приводит к увеличению выхода продукции, но при этом
содержание биологически активных веществ в продукте значительно
уменьшается.
Многообразие применяемых в настоящее время в практике методов и режимов обработки огромного количества видов и сортов
свежих плодов, а также необходимость сочетания высокой производительности сушильной установки, интенсификации процесса сушки и
сохранения качества выпускаемой продукции требуют разработки методов оценки эффективности того или иного способа сушки на основе
научно обоснованных и простых критериев.
Как известно, наиболее ценные составные части плодов (витамины, катехины, лейкоантоцианы и др.) при сушке претерпевают химические и биохимические изменения, что влечет за собой частичное
образование летучих продуктов и их потерю, а также изменение цвета,
вкуса и аромата.
Анализ и обобщение экспериментальных данных [20] показали, что скорость реакции распада БАВ может быть определена по
уравнению:
, (1)
где n – порядок реакции распада; n = 0; 1 – для пищевых продуктов [96]; для большинства видов растительного сырья n = 1; k – константа скорости химической реакции.
Зависимость константы k от температуры определяется по закону Аррениуса:
где А – постоянная;
Исходим из того, что дифференциальное уравнение распада
БАВ при сушке имеет вид [95]:
Решение уравнения (3) при n = 0 , Т = const:
, (2)
– энергия активации (табл. 12).
. (3)
, (4)
74
а при n = 1 , Т = const:
0exp
0
d
RT
E
A
N
dN
a
N
N
Вещества
Энергия активации молекул веществ, кДж/моль
Яблоко
Черная смороди-
на
Черника
Витамины
С
В1
В2
Р-активные вещества
Катехины
Лейкоантоцианы
19,4
24,1
38,0
45,1
27,7
19,2
–
33,1
48,3
31,5
18,1
–
36,0
51,6
35,2
тNN exp
0
т
RT
E
A
a
т
exp
т
2ln
5,0
т
5,0
Энергия активации молекул разных веществ
Решение уравнения (3) получено интегрированием:
, (6)
где
– постоянная распада данного вещества, зависящая от темпе-
ратуры;
, (7)
. (5)
Таблица 12
где N – содержание данного вещества в момент времени τ после начала сушки; No – содержание данного вещества в сырье до начала сушки.
Период полураспада:
Физический смысл параметра
продолжительность сушки, необходимая для снижения количества
какого-либо вещества в два раза при данной температуре сушки
(период полураспада). Эта продолжительность будет одна и та
же для данного вещества независимо от начального количества его
в исходном сырье. Следовательно, она является важной качественной характеристикой процесса сушки, отражающей скорость распада различных биологически активных веществ, содержащихся в высушиваемом материале.
75
. (8)
состоит в том, что
есть
Установлено, что при сушке различные биологические соединения (витамины, пектин и др.), содержащиеся в сырье, распадаются с
различной скоростью, характер изменения содержания их в высушиваемом продукте с увеличением температуры сушки также различен.
Поэтому, решая задачу улучшения качества продукта, необходимо
учитывать температурную зависимость постоянной распада для различных биологически активных веществ.
Уравнения (3) и (7) связывают время сушки материала и его
температуру, при которых сохраняется заданное количество биологически активных веществ [71]. Постоянные распада витаминов С, B1, B2
и Р-активных веществ различны, энергия активации молекул витаминов С, B1, B2, катехинов и лейкоантоцианов также различна, а следовательно, различна сохраняемость этих соединений в процессе сушки.
Таким образом, содержание витаминов и Р-активных веществ в высушенном продукте при определенной температуре сушки различно, так же как и характер изменения с увеличением температуры сушки.
Основываясь на уравнениях (6) и (7), можно легко найти продолжительность сушки, обеспечивающую сохранение заданного количества биологически активного вещества при различных температурах
сушки. Простейший расчет показывает, что при сушке различных
представителей растительного сырья в вибрационной сушилкемельнице при температурах сушки не выше 40 °С и продолжительности не более 2 ч БАВ остаются практически неизменны по сравнению
с исходным продуктом.
Исследования изменения состава перерабатываемого растительного сырья на примере картофеля при различных способах сушки и
получении порошка из них проводились экспериментально. Исследовалось изменение содержания крахмала по методу Эверса [97, 98] в
свежем картофеле и высушенном в атмосферном шкафу при температуре 80 °С и в вибрационной сушилке-мельнице. Для всех условий
сушки при температуре греющей поверхности 80 °С и атмосферном
давлении распада крахмала не происходит, его содержание соответствует содержанию в свежем картофеле (29 %) согласно ГОСТ 7176-85.
При этом время сушки при заданных условиях равняется 12 и 1,2 ч.
Для свеклы, высушенной при тех же условиях, количество
удаленной влаги при времени сушки, соответственно, 12 и 1,1 ч.
Для свеклы определялась красящая способность сравнением
интенсивности окраски раствора порошка, полученного в вибра-
76
ционной сушилке-мельнице, и сока свежей свеклы при равном
Основ-
ные показатели
Картофель
Яблоки
Черника
свежие
конвективная
сушка
сушка в ВСМ
свежие
конвективная
сушка
сушка в ВСМ
свежие
конвективная
сушка
сушка в ВСМ
Общие сахара, %
– – –
66
59
63,6
60
49
52
Органические кислоты (по яблочной кислоте, %
– – –
4,7
2,57
4,13
3,5
2,1
3,3
Витамин С,
мг/100 г
10
1,1 8 20 2 18,5 5 1,8
4,5
Антоцианы,
мг/100 г
– – – – – – 1200
640
1100
Крахмал, %
18
11,5
17
6,2
3,8
5,1 –
исходном весе и влажности образцов. Оценивалась оптическая
плотность растворов, что позволяет утверждать, что механодеструктивная и температурная обработка свеклы сохраняет
антоцианы (красящие вещества) в порошке, в котором красящая
способность на единицу массы значительно превосходит свежий
продукт.
Различные методы анализа наличия БАВ в готовых пищевых
порошках подтверждают, что щадящее тепловое воздействие при сушке с одновременным измельчением и выбранные режимы процесса
получения порошков обеспечивают высокую сохраняемость биологически активных веществ (табл. 13).
Таблица 13
Показатели качества некоторых видов растительного сырья
Оценка экономической эффективности производства порошков
из растительного сырья осуществлена на основе сопоставления затрат
на его производство со стоимостью реализованной продукции на при-
6.2. Эффективность производства и использования
пищевых порошков
77
мере переработки яблок. При этом использованы исходные технико-
Наименова-
ние показателей
ед.
изм.
ВВСМ-
0,4
ВВСМ-
100
ВВСМ-
200
ВСМ-
200
ВСМ-
400
Производительность
по испаренной влаге
Удельный расход
теплоты на I кг испаренной влаги
Габаритные размеры:
длина
высота
ширина
Установленная мощность
кг/ч
кДж/
кг
м
м
м
кВт
10
2460
0,5
0,5
0,5
1,0
120
2380
1,5
1,5
1,5
5,0
240
2145
2,0
2,0
1,5
10
280
2150
2,0
2,5
2,0
12
500
1950
2,5
2,5
2,0
22
экономические показатели технологических линий с вибрационными
сушилками-мельницами разной производительности.
В табл. 14 приведены технико-экономические показатели сушилок, используемых при производстве порошков из растительного сырья.
Таблица 14
Технико-экономические показатели вибрационных сушилок-
мельниц периодического (ВВСМ) и непрерывного (ВСМ) действия
Расчеты показали, что себестоимость порошка и сроки окупаемости капитальных вложений в его производство в значительной мере
зависят от длительности технологического процесса. При увеличении
продолжительности себестоимость продукции заметно снижается в
силу сокращения условно-постоянных расходов.
При производстве порошка на технологических линиях с использованием сушилок-мельниц непрерывного действия производительностью 1,6 т/сут при 1700 ч ежегодной работы размер прибыли
составляет около 525 тыс. руб, а срок окупаемости капиталовложений
равен 11 мес.
Сравнивая технико-экономические показатели различных способов производства пищевых порошков (табл. 15), можно увидеть, что
предложенная технология получения порошков с одновременной суш-
78
кой и измельчением превосходит все используемые методы по всем
Наименование по-
казателей
Способы сушки
ИК сушка
Конвективная
Сублимаци-
онная
Токами СВЧ
ВСМ с из-
мельчением
Время сушки, ч
до 4
8–10
10–20
до 4
до 1
Удельная занимаемая
площадь по испаряемой влаге, м2/кг
0,04
0,07
0,26
0,18
0,04
Достигаемая остаточная влажность, %
3–4
8–14
3–5
3–4
3–4
Энергозатраты на
испарение влаги,
кВт∙ч/кг
1
1,8–3,0
2,7–3,0
1,6–1,8
0,9
показателям.
Таблица 15
Сравнительная характеристика различных способов сушки
Наряду с этим проведение одновременно двух процессов – сушки и измельчения в одном аппарате – позволяет исключить из традиционных технологических схем измельчитель сушеного продукта.
Это позволяет снизить затраты на содержание и обслуживание данной
единицы оборудования. Например, технические характеристики дробилки-измельчителя для сушеных фруктов и овощей:
удельная занимаемая площадь по измельчаемому продукту
0,002 м2/кг;
энергозатраты на измельчение 0,06 кВт∙ч/кг.
Все технологические линии обеспечивают эффективное производство пищевых порошков, это производство становится рентабельным уже после 600 ч работы. Удельное капитальное вложение при
этом составляет 500 тыс. руб, а срок окупаемости меньше одного года
(в ценах 2017 г.).
79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе проведен обзор и критический анализ существующих форм хранения продуктов питания растительного происхождения, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Ряд способов не отвечает современным требованиям по сохранению качества исходного продукта, срокам хранения, энергоемкости, громоздкости, специфических условий, тары и т. д. Анализ существующих способов хранения растительного сырья показал, что порошковая форма хранения и транспортировки является наиболее перспективной, компактной и эффективной формой.
В современных реалиях ухудшения экологической обстановки, загрязнения пищевых продуктов химическими добавками и
фармацевтическими средствами, высокого темпа жизни жители мегаполисов не получают в своем ежедневном рационе достаточного
количества необходимых питательных веществ. В настоящее время
пищевая промышленность широко внедряет инновационные технологии, позволяющие создавать продукты питания нового поколения
функциональной направленности. В технологии производства новых пищевых продуктов с функциональными добавками имеет
большую значимость порошковая форма растительного сырья, позволяющая весь год, вне зависимости от сезонности выращивания
растительного сырья, использовать их ценные компоненты в функциональных продуктах питания.
Проведен обзор существующих способов получения пищевых
порошков, которые в большинстве своем заключаются в последовательных процессах сушки мелко нарезанного сырья в конвективных, контактных, радиационных и других типах сушилок и измельчения высушенного материала в мельницах. При такой технологии
сушка продуктов протекает очень медленно из-за невозможности
повышения температуры процесса выше температуры деструкции
ценных компонентов и низкой скорости удаления внутренней влаги
материала во втором периоде сушки.
Повысить энергетическую и экономическую эффективность
процесса получения порошков из растительного сырья позволяет
совмещение этих последовательных операций в одном аппарате.
Предложен новый способ переработки растительного сырья в
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]