CC BY
65
УДК 664.87.004.4.012.7
Анализ вторичного пищевого сырья при производстве быстрорастворимых картофельных хлопьев и переработки картофеля
Analysis of secondary food raw materials by production of instant potato flakes and processings of potatoes
Профессор Г.В. Калашников, студент Л.В. Шухминова, магистр Д.В. Назаретьян
(Воронежский государственный университет инженерных технологий) кафедра машин и аппаратов пищевых производств, тел. 8(473) 255-38-96 E-mail: kagen5@yandex.ru
Professor G.V. Kalashnikov, Student L.V. Shukhminova, Master D.V. Nazaretyan (Voronezh State University of Engineering Technology) chair of machines and devices of food manufactures, tel. 8(473) 255-38-96 E-mail: kagen5@yandex.ru
Реферат. В связи с ростом объемов производства картофелепродуктов значительно увеличивается количество отходов и встает вопрос об актуальности организации рационального использования вторичного сырья. Наибольшее количество отходов при производстве образуется на таких операциях подготовки сырья, как мойка, инспекция, очистка от кожуры, доочистка, резка, бланширование или варка. Основная масса отходов на подготовительных операциях образуется при очистке картофеля. Количество их зависит от качества сырья и применяемого способа очистки (механический, термический и химический). В промышленности они используются как раздельно, так и в различных комбинациях. При этом промышленная переработка картофеля на сухие быстрорастворимые хлопья позволяет снизить потери картофеля при хранении и транспортировании, появляется возможность обогащения продуктов витаминами и другими полезными компонентами, лучше сохраняется пищевая ценность, создаются условия для комплексной переработки сырья с полной утилизацией отходов и создания запасов продуктов из картофеля на случай неурожая. Сухие картофельные хлопья являются продуктом длительного хранения. На основе изучения технологии производства картофельных хлопьев приведен анализ технологических процессов как источников создания отходов и определены направления рекуперации вторичного сырья для комплексной безотходной технологии переработки картофеля. Разработана безотходная технологическая схема переработки картофеля на основе обезвоживания и влаготепловой обработки компонентов, предусматривающая рекуперацию вторичного углеводсодержащего сырья в виде отходов основного производства.
Summary. In connection with the increase in potato production waste quantity and increasing the relevance of the organization of rational use of secondary raw materials is greatly increased. The largest amount of waste generated in the production of raw materials in the preparation of such operations as cleaning, inspection, peeling, post-treatment, cutting, blanching or cooking. The bulk of the waste at the preparatory operations is formed by peeling potatoes. Their number depends on the quality of raw materials used and the purification method (mechanical, thermal and chemical). In industry they are used, both separately and in various combinations. At the same time the industrial processing of potatoes on dry instant flakes allows to reduce losses of potatoes at storage and transportation, there is a possibility of enrichment of products vitamins and other useful components appears, its nutrition value remains better, conditions for complex processing of raw materials with the complete salvage and creations of stocks of products from potatoes on a crop failure case are created. Dry potato flakes are a product of the long-term storage. On the basis of studying of the production technology of potato flakes the analysis of technological processes as sources of creation of a wastage, and the directions of a recuperation of secondary raw materials for complex waste-free technology of processing of potatoes are defined is provided. The waste-free technological scheme of processing of potatoes on the basis of a dehydration and moisture thermal treatment of components providing a recuperation of secondary carbohydrate content raw materials in the form of a wastage of the main production is developed.
© Калашников Г.В., Шухминова А.В., Назаретьян Д.В., 2016
Ключевые слова: картофель, безотходная технология, переработка, быстрорастворимые картофельные хлопья, вторичное пищевое сырье.
Keywords: potatoes, waste-free technology, processing, instant potato flakes, secondary food raw materials.
Промышленная переработка картофеля позволяет продлить срок его годности, сократить потери урожая, а также снизить транспортные перевозки, поскольку 1 кг сухого картофелепродукта эквивалентен 7-8 кг свежего картофеля. Объем валового сбора картофеля в России по итогам 2015 г. составляет 32,5 млн т. Из них на промышленную переработку поступает 4 %, потери - 40 % (http://www.gks.ru/ bgd/regl).
В современных условиях переработка картофеля в пищевой и перерабатывающей промышленности АПК не является безотходной, и в процессе переработки значительная часть картофеля поступает в отходы. В зависимости от его качества и технологии переработки их доля может составлять от 20 до 50 % и выше. При этом реализуемые технологии переработки картофеля имеют недостаточно высокую степень утилизации вторичных отходов, являющихся дополнительным пищевым ценным сырьем для получения других готовых продуктов. В России при промышленной переработке картофеля ежегодно образуются до 10 тыс. т отходов производства сухих картофельных хлопьев и 100... 120 тыс. т составляют сточные воды [1].
На предприятии при производстве быстрорастворимых картофельных хлопьев в процессе переработки картофеля примерный объем отходов составляет 20-30 т в сутки с влажностью 85 % и отходы очищенного картофеля - 10-15 т в сутки. В настоящее время картофельные отходы в основном направляются на свалку, загрязняя окружающую среду, их количество постоянно растет, и только их малая часть применяется для кормовых целей [1, 2]. Вместе с тем реализация картофельных отходов в виде корма требует быстрого вывоза свежих отходов, так как они подвергаются порче из-за наличия гнилостных микробов и плесени.
Ключевым вопросом в области утилизации отходов пищевых крахмалосодер-жаших компонентов при комплексной переработке картофеля и производства быстрорастворимых картофельных хлопьев является отсутствие практического эффективного использования машинно-аппаратурных схем использования картофельных отходов [1].
Целью исследования - наиболее полная комплексная переработка картофеля с созданием безотходной технологии и использованием вторичных картофельных ресурсов процесса основного производства быстрорастворимых картофельных хлопьев.
Задача состоит в анализе объемов переработки, состава вторичных картофельных ресурсов и перспективных направлений переработки отходов основного производства при выпуске быстрорастворимых картофельных хлопьев. Решение данной задачи основывается на анализе вторичных сырьевых объектов и исследованиях влаготепловой обработки картофеля [3-8]. Комплексная технология переработки растительного сырья основывается на ресурсосберегающих способах влаготепловой обработки (гидратация, бланширование, сушка и т.д.) пищевого растительного сырья, предполагающих снижение расхода теплоносителя, повышение степени использования его энергопотенциала при максимальной рекуперации отходов основного производства, и требует изучения свойств и анализа объекта переработки.
Известно, что вторичное картофельное сырье при производстве быстрорастворимых картофельных хлопьев, поддается ферментативной и микробиологической биоконверсии [1, 8].
Отмечено, что при переработке картофеля по различным технологическим схемам образуемое вторичное крахмалосодержащее сырье обладает высокой биологической и энергетической ценностью. Отходы на базе крахмалосодержащего сырья являются дешевым источником для производства кормов и при правильной переработке могут заменить фуражное зерно хорошего качества.
Анализ отходов показывает, что они представляют некондиционный картофель и кусочки в бланшированном и сыром виде, клейстеризованный и нативный крахмал, отдельные клетки и их группы, клеточный сок, водорастворимые вещества и другие смеси с водой (рисунок).
Наибольшее количество отходов при производстве образуется на таких операциях подготовки сырья, как мойка, инспекция, очистка от кожуры, доочистка, резка, бланширование или варка. Основная масса отходов на подготовительных операциях образуется при очистке картофеля. Количество их зависит от качества сырья и применяемого способа очистки (механический, термический и химический).
При производстве картофелепродуктов образуемые отходы разнообразны по своему физическому и агрегатному составу. На технологических операциях производства картофелепродуктов образуются отходы в твердом, жидком и пюреобраз-ном виде. Вторичное картофельное сырье требует разделения на смеси жидких и твердых отходов. При этом из-за неоднородности по составу отходов, собранных в сборнике-накопителе, после технологических процессов получения картофелепродуктов совместная их переработка вызывает затруднения.
Технология изготовления быстрорастворимых картофельных хлопьев предъявляет специфические требования к сырью и процессу его переработки в зависимости от формы и величины частиц, товарных и кулинарных качеств продукта, а также особенностей технологии.
На рисунке показана схема разновидностей отходов, полученных при переработке картофеля.
Твеедая
Хекондттнныи къжура «-аптофаь,
фракция
Крупные сырые | кусочки (более 3мм) и /р'-Ж* к-лубни
Жидкая фракция
Н Суспенз ня, взбеси жидк их отходов
Смеси* |идк1^отходов
Сш.Г» ЦХМДОЧОМДО «
атружжу картофеля ы Супе «
к яомиммний отходы, т
ыртофляь сдртофлля сшимашм с *одя>
Рисунок. Схема разновидностей отходов, полученных при переработке картофеля
Безотходная комплексная технология переработки картофеля предполагает наличие основного производства и дополнительного, связанного с использованием вторичного картофельного сырья [3-7]. Одним из вариантов предлагаемой безотходной технологии производства сухих быстрорастворимых картофельных хлопьев является использование вторичных отходов в виде углеводсодержащего сырья в кормовых целях.
Технология основного производства позволяет получать сухие быстрорастворимые картофельные хлопья. Дополнительная схема связана с дальнейшей переработкой отходов основного производства и предусматривает получение ингредиентов для кормовых продуктов с пробиотическими свойствами.
Твердые отходы имеют ограниченный срок годности. К таким отходам относятся: кусочки в бланшированном и сыром виде; клейстеризованный и нативный крахмал; измельченные бланшированные и сваренные частицы картофеля; отдельные клетки и их группы; некондиционный мелкий и позеленевший картофель; смесь измельченного в стружку картофеля и сырого крахмала и другие смеси с водой. Выделение твердой фракции из общей массы отходов можно проводить на машинах и устройствах, имеющих ситовую поверхность с величиной отверстий 2-3 мм. Свободная влага проходит через эти отверстия, а твердая фракция остается на ситовой поверхности и отводится в сборник. Выделенная твердая фракция на разделительных машинах из жидких отходов представляет собой кусочки картофеля размером более 3 мм, некондиционный картофель и кожуру. Эта неоднородная масса по величине не всегда может быть использована в таком виде. При получении кормовых продуктов она должна быть измельчена в однородную массу для скармливания сельскохозяйственным животным, при получении крахмала - в однородную массу с большим коэффициентом измельчения.
Жидкие отходы разделяются на твердую и жидкую фракции. Твердая фракция представлена в виде очисток, кожуры, некондиционного картофеля и крупных сырых кусочков (более 3 мм), жидкая - в виде суспензии и взвесей жидких отходов. Жидкую фракцию после разделительной машины необходимо направлять в отстойники или на центробежные устройства для выделения взвесей размером менее 3 мм. На разделительной машине кожура полностью задерживается на сите, поэтому фильтрат, уходящий через перелив из отстойников, не содержит ее. Выделение крупных кусочков и целых клубней из жидких отходов позволяет вести процесс осаждения на центробежных устройствах в более спокойном ритме (без повышенной вибрации).
Предварительная переработка жидких отходов картофельного сырья проходит в три стадии. Первая стадия предусматривает сбор отходов в сборники-накопители и разделение их на водоотделительной машине. На этом этапе получают жидкую фракцию со взвесями и твердую фракцию, которая направляется в измельчитель. Жидкая фракция поступает на вторую стадию, где подвергается обезвоживанию под действием гравитационных сил и разделяется на однородную жидкую массу с содержанием сухих веществ 3...9 % и осветленную жидкость. На третьей стадии происходит обезвоживание взвеси под действием центробежных сил на центрифуге.
На основе анализа вторичного картофельного сырья предложена аппара-турно-технологическая схема ресурсосберегающей линии производства картофельного пюре [3-7]. Для проектирования оборудования составлена методика инженерного расчета, предусматривающая определение технологических, тепловых и прочностных показателей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Серпова, О.С. Ресурсосберегающие технологии переработки картофеля [Текст]: науч. ан. обзор. / О.С. Серпова, А.А. Борченкова. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 84 с.
2. Шванская, И.А. Использование отходов перерабатывающих отраслей в животноводстве [Текст]: науч. аналит. обзор. / И.А. Шванская, Л.Ю. Коноваленко // Росинформагротех. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. - 96 с.
3. Калашников, Г.В. Машинно-аппаратурная схема линии безотходного производства сухого картофельного пюре [Текст] / Г.В. Калашников, Д.В. Назаретьян, С.В. Миньченко, Б.П. Лазарев // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания. - 2015. - № 4 (8). - С. 54-59.
4. Калашников, Г.В. Безотходная технология производства сухого картофельного пюре [Текст] / Г.В. Калашников, Д.В. Назаретьян // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - № 3. - С. 50-54.
5. Калашников, Г.В. Линия безотходной комплексной переработки картофельного сырья [Текст] / Г.В. Калашников, Д.В. Назаретьян // Матер. Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационное развитие техники пищевых технологий». -2015.- С. 108-111.
6. Калашников, Г.В. Технология рекуперации вторичного картофельного и плодоовощного сырья для сельского хозяйства [Текст] / Г.В. Калашников, Е.В. Литвинов / / Сборник научных трудов «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика». - Воронеж: ООО «Диамант-принт». -
2014. - Т. 2. - № 5-3. Ч.З (10-3). - С. 229-233.
7. Калашников, Г.В., Шухминова, Л.В. Технологическая схема комплексной переработки картофельного сырья [Текст] // Сб. науч. статей и докладов II Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья». - Воронеж: «Научная книга», 2016. - С. 287-292
8. Соколенко, Г.Г. Пробиотики в рациональном кормлении животных [Текст]/ Г.Г. Соколенко, Б.П. Лазарев, С.В. Миньченко // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания,- 2015. - № 1. - С. 72-78.
REFERENCES
1. Serpova O.S., Borchenkova L.A. Resursosberegayushchie tekhnologii pererabot-ki kartofelya [Resource-saving technologies for processing potatoes], Moscow, 2009, pp. 84 (Russian).
2. Shvanskaya I.A., Konovalenko L.Yu. Ispolzovanie othodov pererabatyivay-uschih otrasley v zhivotnovodstve: nauch. analit. obzor. [Use of waste of processing industries in animal husbandry: Scientific - Analytical review], Moscow, 2011, 96 pp. (Russian)
3. Kalashnikov G.V., Nazaret'yan D.V., Min'chenko S.V., Lazarev B.P. Mashinno-apparaturnaya skhema linii bezotkhodnogo proizvodstva sukhogo kartofel'nogo pyure [Machine-hardware scheme of the line of waste-free production of dry mashed potatoes] Tekhnologii pishchevoy i pererabatyvayushchey promyshlennosti APK-produkty zdo-rovogo pitaniya, 2015, No 4 (8), pp. 54-59 (Russian).
4. Kalashnikov G.V., Nazaret'yan D.V. Bezotkhodnaya tekhnologiya proizvodstva sukhogo kartofel'nogo pyure [Waste-free production technology of dry mashed potatoes] Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologiy,
2015, No 3, pp. 50-54 (Russian).
5. Kalashnikov G.V., Nazaret'yan D.V. Liniya bezotkhodnoy kompleksnoy pere-rabotki kartofel'nogo syr'ya [Line of waste-free complex processing of potato raw materials] Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Innovatsionnoe razvitie tekhniki pishchevykh tekhnologiy», 2015, pp. 108-111 (Russian).
6. Kalashnikov G.V., Litvinov E.V. Tekhnologiya rekuperatsii vtorichnogo kartofel'nogo i plodoovoshchnogo syr'ya dlya sel'skogo khozyaystva [Technology of recovery of secondary potato and fruit and vegetable raw materials for agriculture] Sbornik nauchnykh trudov «Aktual'nye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika», 2014, Vol. 2, No 5-3. Ch.3 (10-3), pp. 229-233 (Russian).
7. Kalashnikov G.V., Shuhminova, L.V. Tehnologicheskaya shema kompleksnoy pererabotki kar-tofelnogo syirya [Flow diagram of complex processing of potato raw materials] Sbornik nauchnyih statey i dokladov II Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii«Innovatsionnyie resheniya pri proizvodstve produktov pi-taniya iz rastitelnogo syirya» , 2016, pp. 287-292 (Russian)
8. Sokolenko G.G., Lazarev B.P., Minchenko S.V. Probiotiki v ratsionalnom korm-lenii zhivotnyih [Probiotics in rational feeding of animals] Tehnologii pischevoy i perera-batyivayuschey promyishlennosti APK-produktyi zdorovogo pitaniya, 2015, No 1, pp. 72-78 (Russian).
